高频及脉冲电源在我厂静电除尘器中的应用

【摘 要】高频设备起晕电压低，运行方式灵活，粉尘荷电能力强，除尘效率高，适用于前级电场；脉冲电源设备运行电压高，对高比阻粉尘和细微颗粒粉尘有很好的除尘效果等特性。该项目实施后，根据政府环境监测站电除尘器效率测定结果，在锅炉1700t/h并稳定运行，1、2号炉电除尘器的效率有大幅提高，除尘效率为99.90%，烟气粉尘含量14.3 mg/Nm3均≤20 mg/Nm3。

【关键词】高频电源；脉冲电源

1 概述

某公司I期锅炉设备是上海电气集团有限公司生产的SG 2084/25.4型600MW超临界参数，单炉膛，半露天布置，固态排渣锅炉。原电除尘设备由菲达环保有限责任公司提供，采用双室五电场卧式排列方式，配套控制为大连宗益科技发展有限公司2008年设备。机组投运后，电除尘出口粉尘浓度稳定在60mg/Nm3左右，除尘效率99.72%左右，电场耗电约1700kw。

2 立项背景

随着国家环保部门将企业烟气粉尘排放标准由200mg/Nm3提高到20mg/Nm3。原电除尘设备必须升级换代才能满足新的排放标准。

为达到新的排放标准，目前一般采用电袋除尘法、最后一级电场使用旋转电极等方式。这两种方式由于能耗高、投资大、运行维护量大等问题，性价比较低。通过对大量电除尘设备的了解和对各发电企业电除尘设备使用情况的考察，制定了1、2、3电场使用高频设备，4、5电场使用脉冲电源设备的方案。高频设备起晕电压低，运行方式灵活，粉尘荷电能力强，除尘效率高，适用于前级电场。脉冲电源设备由于运行电压高，对高比阻粉尘和细微颗粒粉尘有很好的除尘效果。

通过高频电源和脉冲电源的配合，预计达到电除尘出口延期粉尘含量≤20 mg/Nm3的标准。

3 电除尘设备简介

3.1 静电除尘器的工作过程

电除尘器工作主要分为气体电离过程、尘粒荷电过程和收尘过程。提高电场电压强化气体电离和粉尘核电从而提高除尘效率，这是传统的除尘理念。实际运行中，由于反电晕现象的存在，过高的电压耗掉了大量能源却降低了除尘效率；同时，过高电压易产生火花放电，也是影响除尘效果的一个重要因素。另一个影响除尘效率的重要因素就是振打收尘过程中粉尘下落造成的二次扬尘。

3.2 高频电源简介

高频电源是把三相工频电源通过整流形成直流电，通过逆变电路形成高频交流电，再经整流变压器升压整流后形成高频脉动电流送除尘器，其工作频率在20kHz左右。

和传统的工频供电模式比较有以下特点：

（1）火花控制方面：工频整流电源工作时产生的火花至少要维持20ms，火花恢复过程30-50ms，这严重影响除尘效率，同时还浪费很多电能。

高频整流电源由IGBT的开关来控制电场供电，稳定的波形有效的抑制了电场火花的产生。另一方面，在产生火花时，高频电源系统可以在20us内快速关断IGBT，从而缩短火花影响的时间。

（2）反电晕的抑制方面：采用高频电源后，充电间歇时间灵活，最小单位可到20us，在应用反电晕自动优化时，优化的精细程度和准确度大大提高，从而较工频系统可以提高除尘效率。

（3）节能方面：

1）高频开关电源转换效率为94%以上相对于工频电源（65%―75%）有大幅提高，节能约20%以上。

2）功率因数提高节电，高频开关电源系统是三相供电，输入功率因数可达0.95。常规工频整流变压器电源功率因数约为0.7。

3）没有或较少的火花闪络水平，且闪络持续时间的缩短，大大减少了闪络时对地放电所耗费的电能。

4）高频开关电源系统内置反电晕监控及运行参数优化软件，能够合理地在线自动调整间隔充电时间间隔和充电强度，从而在提高电除尘器的收尘效率的同时节约了大量的电能。

5）利用机组负荷（或磨煤机给煤总量）信号的能耗管理闭环优化控制节能技术，在不同的锅炉负荷段或不同的磨煤机总输出量，各级电场的充电间隔时间和充电电流强度应相应地进行调整，设置不同的间隔充电运行模式。

3.3 脉冲电源简介

脉冲电源是一款为清除细微粉尘和高比电阻粉尘而开发的产品，应用于钢厂烧结厂、火力发电站、炼油厂等领域。它是在直流电压上面重叠短幅宽（120μs 左右）的脉冲电压。脉冲电压用来提供强电晕，直流电压（Vdc）用来收尘。

脉冲电源的优点：

（1）工作电压达到70～80kv，加大了粉尘的荷电能力。由于脉冲很窄，使得电除尘总的能耗大幅下降，比工频电源节电约60-80%。

（2）脉冲电源的供电方式，抑制了大量无用的电子流吸附于阳极板的高比电阻粉尘之上，从而有效地防止了电场中反电晕的的产生。

（3）此外，脉冲电源也可以DC加电单独运行。

4 高频加脉冲电源的应用

4.1 方案的制定

我们经过充分的调研和反复的研究讨论，制定了1、2、3电场采用高频整流电源，4、5电场采用MPS脉冲电源的方案。前三级电场利用高频电源除尘能力强，控制方式灵活的特点，除掉大部分粉尘。后两级电场使用脉冲电源对细微粉尘和高比电阻粉尘有很好的除尘效果特点，针对性的除掉后级电场的高比阻细微粉尘。通过高频电源和脉冲电源的配合使用，并根据现场实际情况调节电除尘电压电流参数、振打时序及振打降压参数，在原电除尘本体设备不变的情况下，预期除尘效率大幅提高。

4.2 方案的实施

（1）前三电场选用国内某公司高频开关电源系统，脉冲设备选用进口的MPS的脉冲电源系统。

高频电源采用一体化设置，高频变压器、硅整流、控制单元、功率单元均设置于电除尘顶部，使用光纤通信和上位机连接。

MPS脉冲电源直流变压器和脉冲变压器设置在同一台变压器内，一路高压出线，两路电源；控制部分采用光纤和配电室控制柜连接，每台炉八台MPS公用一个工控机。

（2）由于是两个不同厂家的不同产品配合使用，而他们的设备各自有自己的控制系统。为了使操作和监测设备运行简洁，需将两家的设备整合在一个上位机系统内。在上位机系统中，我们引入了负荷信号，在机组不同的负荷下，采用不同的电场参数，一方面保证了除尘效率，另一方面节约了不必要的能耗。