电捕焦油器

一、概述
TCD系列磁控式电捕焦油净化装置是我公司自主研究开发的项目，该产品已向国家知识产权局申请了实用新型专利，专利受理号为：200920085557.4。本项目属于2009年度国家科技部科技型中小企业创新基金申报指南中“资源与环境/新型工业和重点污染行业的环境问题及技术需求/重污染行业大气污染治理技术与设备”重点支持领域。
本装置的创新点：1、结构创新。在磁控式电捕焦油净化装置的控制系统中设计了变磁通控制电路，提供一种在静电沉积中运用变磁通控制技术，从而保证了运行可靠、维护方便、允许突发短路和持续短路、体积小、成本低的磁控式电捕焦油净化装置。2、应用创新。将变磁通电路应用于磁控式电捕焦油净化装置的控制系统，是对磁控式电捕焦油净化装置工作原理的独有设计，可实现物料回收和气体净化双重效果。
变磁通控制电路由两个并联的可控硅与一组可调电抗器串接组成。通过变磁通控制电路输出交流正弦电流经升压、整流后成为高压直流电源给沉积电场供电。可调电抗器由采用干式开放型绕组的铜绕组和采用冷扎取向低耗硅钢片叠积而成的硅钢片铁心构成。本装置可设计预留DCS接口，可与用户局域主机联接，实现远程监控，用户在中央控制室即可一览。
本装置主要用于化肥、焦化、石油、城市煤气、冶金、建材、碳素、陶瓷等行业的气体净化，用以回收煤气、焦炉气中的焦油，同时去除其中的粉尘、水雾等杂质。达到物料回收和气体净化的双重效果，对保证工艺流程中后工段设备的正常稳定运行也起着至关重要的作用。
该装置是我公司广大科技人员根据国家倡导的“节能减排”产业政策，通过市场调研自主开发的一种新产品，该装置是2009年国家中小企业创新基金优先支持的重点项目，该项目的建设投产填补了国内市场的空白，促进了我国环保工业的发展。
二、意义和必要性
在各行业工矿企业中，如化肥、焦化、城市煤气、冶金、建材、碳素、陶瓷等行业的气体净化，用以回收煤气、焦炉气中的焦油，同时去除其中的粉尘、水雾等杂质。达到物料回收和气体净化的双重效果，对保证工艺流程中后工段设备的正常稳定运行也起着至关重要的作用。
现有电捕焦油净化装置的电源是恒流电源控制，通过恒流变换器转换为交流正弦电流经升压、整流后成为恒流高压直流电源给沉积电场供电；由于恒流变换器需要6到8组电抗器组成，因此体积大，在投入升压过程后具有冲击大，成本高，对突发短路和持续短路灵敏差等缺点。
我公司开发的TCD系列磁控式电捕焦油净化装置，为了解决现有恒流电源存在的不足，提供一种在静电沉积中运用变磁通控制技术，从而保证了运行可靠、维护方便、允许突发短路和持续短路、体积小、成本低的磁控式电捕焦油净化装置。
本实用新型的技术方案为：包括高压直流电源发生装置和电捕焦油净化塔，高压直流电源发生装置包括控制柜和高压发生器，控制柜经高压发生器和电捕焦油净化塔相连接，其特征在于：所述的高压直流电源发生装置为带有变磁通控制电路的高压直流电源发生装置。
变磁通控制电路由两个并联的可控硅与一组可调电抗器串接组成。可调电抗器由采用干式开放型绕组的铜绕组和采用冷扎取向低耗硅钢片叠积而成的硅钢片铁心构成。
本实用新型的有益效果为：运行电压、电流显着提高，电晕功率显着增加；电场电压自动跟踪，当粉尘、焦油杂质浓度增加，电场电压同时上升，电晕功率增加；净化效果明显优于其它控制方式，对电极肥大的适应性增加，能有效克服电晕闭塞；运行可靠，维护方便，允许突发短路和持续短路；结构简单，体积小，成本低。
本项目研究的主要内容和涉及的关键技术有：
1、单片机控制技术。
2、开关量输出接口技术。
3、可控硅（晶闸管）控制技术。可控硅（也称：晶体闸流管）是一种大功率半导体器件，

三、磁控式电捕焦油净化装置工作原理
本产品由磁控式控制高压直流电源和捕焦本体(机械塔体)两大部分组成（见图一），前者选用TCD型磁控式变磁通控制静电沉积用高压直流电源；后者结构上可选用TD套筒式(同心圆式)、GD管式、FD蜂窝式或SJD湿式。四种结构的本体均主要由筒体和放电极(电晕极)以及吸捕极(沉淀极)组成。
高压直流电源产生的负高压，接入电晕极(阴极)；它与沉淀极(阳极)之间产生电场，电场强度超过一定极限后在阴阳两极间即产生电晕放电。此时流经电场区的气体发生电离，产生大量的离子和电子，周围可见强烈的电磁风声，光线暗时可见紫兰色电晕。通过电场的煤气中的焦油、粉尘、水雾等粒子三要子或电子结合而荷电，在电场力的佳角下向两极运动。由于电子质量小，运动速度快，空间分广。所以主要是荷负电的粒子向沉淀极运动到达沉淀极板中和后，依靠残存的静电引力和分子间凝聚力首先吸附于沉淀极，而后靠自身重力沿极板下落，通过焦油出口排出。
图一 TCD系列磁控式电捕焦油净化装置系统结构图
　
图二、TCD系列磁控式电捕焦油净化装置系统原理图

调试和投运：高压发生器输出电流检查→高压发生器空载电压检查→控制柜短路试验→空气试车→过氧报警模拟试验→过压报警模拟试验→通气投运
四、主要性能特点
1、运行电压、电流显着提高，电晕功率显着增加。与其它电源相比，在同一本体上，运行电压和电晕电流均显着提高。
2、电场电压自动跟踪。
当粉尘、焦油杂质浓度增加，即电场等效电阻由低阻转向高阻时，由UO=IORL可知，电场电压同时上升，电晕功率增加。
3、净化效果明显优于其它控制方式。
因为与电压源、恒流源等控制方式相比，电晕功率大幅提高，且对电极肥大的适应性增加，能有效克服电晕闭塞。
4、运行可靠，维护方便，允许突发短路和持续短路。
高压短路时，lO小于1.1倍额定电流，U0—0，而电网电流LI小于O.1倍额定输入电流，不会烧毁任何元件；回路全部继电控制，没有复杂电子电路和接插件，维护简单方便。
5、功率因数高，COSф=O.9～1，而且不随运行的功率水平变化，节电效果明显，比其它控制方式省电30％～50％。
6、体积小，成本低
可调电抗器是变磁通控制回路的主要组成部分，它主要由铜绕组和硅钢片铁心构成，这两种材料目前市场上非常紧俏。绕组采用干式开放型绕组，铁心采用冷扎取向低耗硅钢片叠积而成，与同类产品体积缩小40%左右，故成本低，具有较大的市场优势。
7、结构简单，可靠性强
可调电抗器仅有交流绕组和控制绕组，与同类产品相比，绕组大为简化，故能增强产品的可靠性。
8、本产品设有过氧、过压保护电路，能自动跳闸报警。
9、本产品设有自检电路，能及时准确判断出故障部位。
10、人性化智能设计。
可选装专家操作系统(微机控制、PLC控制和DCS控制)，实现无人化管理，并可与用户局域主机相联，实现集中管理。
11、智能化控制具有“手动” “自动”两种操作状态，而且可以方便地进行切换。在“自动”状态下，操作人员只须操作“RUN”和“STOP”按键，其它均由系统自动完成。其中智能温控仪能自动巡回检测、控制，显示各绝缘箱的温度，并带有上下限报警功能，运行过程中如遇异常则立即发出指令切断电控柜电源，同时发出声光报警信号，并指示故障点，有效防止因加热器故障而导致的高压瓷瓶爆裂或击穿等故障的发生。

五、本体安装
1、安装位置视工艺状况而定，可能的情况下，正压为宜。本设备可以并联使用，如有更高净化要求，也可以多台串联使用。
2、安装前需按图纸要求制作本体基础，本体安装以沉淀极为基准，其垂直偏差要求≤1％，校正后焊接牢固或锁紧地脚螺栓。
3、为维修方便，不影响正常生产，建议加设旁通管道(复线)或并联使用。
4、清洗蒸汽管道、瓷瓶箱加温管道(也可采用电加热)，均按总装图管道表要求分别装好控制阀、压力表。并装好疏水阀。
5、悬式瓷瓶和进线套管应清洁干燥，进线套管所有密封垫均应压紧至变形，套管压紧螺栓在上下吊架及电晕线安装完毕后对称拧紧，绝缘箱内不得有灰尘、油污水分等杂质。
6、阻气罩底部距绝缘箱接管底部200 mm，偏差不超过5mm。阻气罩与绝缘箱接管同心，偏差不超过5mm。
7上吊架的底部距沉淀极上平面300 mm，偏差不大于10mm，下吊架顶部距沉淀极下平面距离不小于300 mm。
8、电晕极应位于沉淀极板正中，偏差小于5mm。
9、上下吊架拉杆安装偏差小于1 0mm。
10、电晕系统对地绝缘电阻大于500MΩ。

六、电气安装
1、外观检查。检查运输过程中有无机械性损伤，各种零件是否松动，高压发生器有无渗油。松动器件要拧紧，损伤器件应予更换。 ‘
2、按图接好电加热器、温控仪、磁控控制柜、高压发生器各种连线，并仔细检查，确保接线正确并合乎规范。磁控控制柜至高压发生器及温控仪至电加器所用低压电缆由用户按有关接线有关接线图所附型号规格配备，如加热器与温控仪距离较远，连线应采用相对应的补偿导线且极性不得接反。
3、将外部氧控扩仪（用户自备）中继电器常开触点与控制柜端子连接。
4、磁控控制柜，高压发生器，高压电缆外屏及本体均应可靠接他，接地应有专有接地极（用户制作），不得用管道代替。接地电阻不大于2Ω。
5、控制柜及温控仪户内使用，要求环境清洁，通风良好，无严重化学腐蚀和易燃气体。前后距干墙壁不低于1米。

七、现场调试和投运
空气试车
1、在全套安装、调整、检查合格后进行试车。
2、接通电源。
3、将控制柜上的“电压调节”器清零后升压。
4、按压“电源接通”按钮，“电源指示”灯亮，“输入电压”表指示网络电压。
5、缓慢地调节电压调节器，“输出电压”表和“输出电流”表指示即为“工作电压”KV值和“工作电流”mA值；当“输出电压”表和“输出电流”表微微波动时，则说明电捕焦油塔内电晕极已闪络放电，停止升压。这时，“输出电压”表和“输出电流”表的显示为空气试车的电压值和电流值均符合技术要求，则空气试车合格。
6、当试车发生负载短路或过流时，电气系统自动断开高压电源，停止运行，同时“故障指示”灯亮，“报警”铃响，提示操作人员应及时断开网络电源，检查故障原因。
7、当故障排除后按上述2、3、4、5条款，重新启动空气试车，试车合格后，严密封闭人孔。
通气运行
1、在电捕焦油器投入运行前，打开瓷瓶箱加热系统，使瓷瓶逐渐加热，并保持瓷瓶箱夹套温度为80～120℃。加热到100℃2小时后，方可投入运行。
2、用氧控仪（用户自购）监视焦炉煤气的氧含量，当氧含量小于0.8％时，方可通入原料气投入运行。
3、按“空气试车”一节的第2、3、4、5条款，接通电源和缓慢地升高输出电压，直到电晕极发生闪络放电的临界点，“输出电流”表指示轻微波动时，将“电压调节”微微回调，指示停止波动，此时指示为“工作电压”KV值和“工作电流”mA值，除焦塔处于优秀运行状态。
4、当氧含量超限或负载短路和过流时，“电气系统”自动切断输出高压电源，“故障指示”灯亮，“报警”铃响，提示运行出现故障。除焦油停止，操作人员应及时断开网络电源。
5、查明原因，待氧含量正常或故障排除后，再按本节第3条重新投入通气运行。
八、控制柜操作说明
1．触摸屏主画面

触摸屏显示的主画面如上图所示，主要包括以下内容：菜单选择和帮助信息两个菜单分别置于屏幕的左上角和右上角，在其中间是捕焦（尘）设备的运行状态栏，屏幕的中间显示捕焦（尘）设备运行时高低压电压电流值、三个瓷瓶箱的温度、起停方式、控制方式、塔内火花次数和“开机”以及“关机”两个触摸按钮。屏幕的底端显示日历和时钟以及一个滚动窗口“欢迎使用湖北双利电捕焦油器”
2．菜单选择
触摸“菜单选择”则弹出四个选项，请参看下图：

2.1参数设定
触摸“菜单选择”，在弹出的菜单里触摸“参数设定”，则弹出“请输入密码”的键盘，键入正确密码后触摸“ENT”键，触摸屏显示以下画面：

触摸要设定或修改的参数，屏幕上会弹出一数字键盘，见下图所示：键盘的上部表明了该参数的取值范围，触摸相应的数值，再触摸“确认”，相应的参数被修改。

对每个参数的解释如下：
参 数 名 称 设定范围 工厂值 说 明
高压电流设定 120～999mA 198 设定设备运行电流。（暂无效）
高压电压设定 0～750百伏 258 在恒压方式和外接电位器给定电压方式2有效，升或降高压电压大于此值时无变化。
控制运行方式 0～4 1 0:恒压方式（参数设定或在线键盘设定高压电压）；
1:手动控制方式；
2:恒流方式（参数设定+外接电位器调节
高压电流）；
3: 外接电位器给定电压方式1
4: 外接电位器给定电压方式2
大运行电流 0～999mA 318 在恒流方式有效，外接电位器调节高压电流大于此值时则无效，小于此值时则有升或降的变化。
电压下降幅度 5～118度 58 火花放电时可控硅导通角减小值。
互感器额定电流 0～400A 140 设备配置的低压电流互感器额定电流。
起、停控制方式 0～1 0 0:触摸屏控制 1:远控或柜门按钮
跳闸保护电流 0～999mA 418 运行电流达到此值后,设备跳闸,切断电源。一般应设为当前运行电流值的一倍左右。
保护灵敏度 18～248 68 值越小越灵敏。
通讯地址 0～30 0 与其它计算机通讯时的地址。

2.2触摸调压（在线调整触摸屏显示的高低压电压电流值）
触摸“菜单选择”，在弹出的菜单里触摸“触摸调压”， 触摸屏显示以下画面：

首先将参照2.1将“控制运行方式”参数设为1，然后触摸“开机”按钮，起动除焦（尘）设备运行，不停地点动触摸“升”按钮，观察高压电压指针表，当电压升到2万伏左右时，调整主板上的WR1（参见下图，顺时针减小，逆时针增大）使触摸屏显示的高压电流值与指针高压电流表显示的高压电流值相等或接近；调整主板上的WR2（参见下图，顺时针减小，逆时针增大）使触摸屏显示的高压电压值与指针高压电压表显示的高压电压值相等或接近；调整主板上的WR3（参见下图，顺时针减小，逆时针增大）使触摸屏显示的低压电压值与指针低压电压表显示的低压电压值相等或接近；

2.3查看故障
捕焦（尘）设备出现故障后，触摸屏的主画面上端运行状态栏则显示相应的故障码，触摸“菜单选择”，在弹出的菜单里触摸“查看故障”， 触摸屏显示以下画面：

故障码表：
故障 故障类型 说 明
故障1 可控硅超温 检查散热风机、温度开关和相应接点连接。
故障2 塔内连续打火放电 检查瓷瓶绝缘、电极积垢和间距、变压器。
故障3 电气短路 检查高低压线路和变压器、电晕线、瓷瓶绝缘。
故障4 外部输入故障 检查输入故障来源。
故障5 欠压故障 检查电压采样回路、电气主回路是否开路或短路。
故障6 欠流故障 检查电流采样回路、电气主回路是否开路。

2.4在线调压
在捕焦（尘）设备运行时，触摸“菜单选择”，在弹出的菜单里触摸“在线调压”， 触摸屏显示以下画面：

触摸高压电压设定，屏幕会弹出一个数值键盘，选择要运行的高压电压值并通过键盘输入，当触摸“确认”后，捕焦（尘）设备运行的高压电压值随之改变。
3.帮助信息
载入了我公司的联系电话和地址，以便用户查找和联系。
4. 设备调试与使用
4. 1假负载试验：用两个串接的150w/220VAC的灯泡为负载做模拟实验，检查电源控制柜是否处于正常状态。检查接地良好后给控制柜送电，先合上电气控制回路电源空气开关，触摸屏显示“使用状态：停机”表明可以投合一次回路空气开关。设置参数“控制运行方式”=1（工厂预置值）、“互感器额定值”=电流互感器的额定值、“起停控制方式”=0，在输出端接上两个串接的150w/220VAC的灯泡，合上一次回路空气开关，触摸“菜单选择”，在弹出的菜单里触摸“触摸调压”，使触摸屏进入
触摸调压画面，触摸“开机”按钮后，不停地点动触摸“升”按钮，两个灯泡随之发亮且亮度逐渐增大表明控制柜控制正常。
4. 2调试设备：
4. 2.1依据控制柜和高压发生器电气原理图正确连接控制柜与高压发生器的一次回路和二次测量回路；并检查各电器连接和初始位置应正确无误，高压瓷瓶绝缘大于100兆欧方可起动设备；
4.2.2适当设置“跳闸保护电流”跳闸保护电流，一般应小于变压器的高压电流额定值，参照4. 1假负载试验起动设备运行；
4.2.3电压值每升高5000伏到10000伏，应保持20到30分钟电压值不变；
4.2.4当电压表电压值升高20000伏左右时，参照2.2触摸调压（在线调整触摸屏显示的高低压电压电流值），调整相应电位器使得指正表指示的各电量值与触摸屏显示的各电量值相等或接近；
4.2.5当高压电压值升到5万伏左右时，观察高压电流值并记下此值，停机后将“跳闸保护电流”设为此值的2倍。并推荐设定“控制运行方式”=0或4（跟踪电压运行），“起停控制方式”=1（控制柜按钮起、停）。
4.3正常使用设备
4.3.1先合电气控制回路电源空气开关（电源指示灯亮），触摸屏显示“使用状态：停机”，再投合一次回路空气开关（注意顺序不能颠倒）；
4.3.2按动运行按钮，运行指示灯亮，控制器将自动控制设备起动，电压或电流逐渐上升至预先给定值并保持此值实现恒定运行；
4.3.3当需要升或降高压电压电流值时，可旋转外接电位器（对于方式0可在线设定高压运行电压），顺时针旋转其值增大，逆时针旋转其值减小；
4.3.4设备运行中触摸屏上黄灯闪烁并伴有高压电压下降后被拉升，说明捕焦塔内出现火花放电控制器正在处理；
4.3.5按动停机按钮，停机指示灯亮，控制器将自动逐渐降低电压，终关闭可控硅，使设备停止运行；
4.3.6当要停止使用设备时先关一次主回路空气开关，再关控制回路空气开关，使设备断电。
九、维护保养
1、设备操作应有专人负责，严格按操作规程操作，认真填写运行记录。
2、本体吹扫，方法是关闭电捕进出口阀门，打开旁通让煤气旁路通过。打开蒸汽吹扫阀门，同时打开放散孔。吹扫时间一般不低于3小时。然后打开顶部清洗装置，用热氨水或一次高压水对本体进行冲冼。
3、每半年对高压悬瓶、高压进线套管进行一次清洗。并做好高压发生器、控制设备、高压电缆等部位的清洁。该项工作应在切断电源并经接地放电后进行。
4、停机状态下，控制柜和高压发生器仍单相带电，维护检修应在拉闸以后进行。
5、高压发生器中变压器油，应每年抽样检查一次，耐压强度不应低于35KV/2.5mm，并检查油面高度是否正常。
6、每年春季应测量一次接地电阻。
7、氧控仪应定期校准，保持精度符合要求
十、产品成套范围
序号 名称 数量
1 本体 一台
2 磁控式控制柜 一台
3 高压发生器 一台
4 产品说明书 一份
5 产品合格证 一份
6 本体总装图 一份
7 主回路原理图 一份
8 高压发生器接线图 一份