電除塵器高壓電源各類高壓電源的性能對比

1、 電除塵器高壓電源各類高壓電源的性能對比 概述在飽受霧霾之苦的今天。隨著我國對環(huán)境保護的日益重視,燃煤電廠的污染 排放受到人們的關(guān)注, 國家和地方環(huán)保部門對燃煤電廠污染物的排放和總量有了 較嚴(yán)格的控制, 并且排放標(biāo)準(zhǔn)逐年升高。 這就迫使企業(yè)對現(xiàn)有的電除塵器設(shè)備進 行不斷的升級和改造。 在電除塵器改造的過程中, 供電系統(tǒng)的選擇直接影響著除 塵器的性能。 本文通過對電除塵器各類高壓電源工作原理的比對來分析什么樣的 電源更有利于提高除塵器的除塵效率。 一、電除塵器電源發(fā)展的三個階段:第一階段:工頻電源1、 恒流源:單相交流 380V 輸入 , 變壓器分檔調(diào)幅調(diào)壓,高壓硅堆整流輸出。輸 出頻率 100

2、Hz 。二次電壓輸出波形:紋波較大的直流(DC 電壓波形。2、單相可控硅電源:單相交流 380V 輸入,可控硅調(diào)相調(diào)壓,高壓整流變壓器輸 出。輸出頻率 100Hz 。二次電壓輸出波形:紋波較大的直流(DC 電壓波形。3、三相可控硅電源:三相交流 380V 輸入,可控硅調(diào)相調(diào)壓,高壓整流變壓器輸 出。輸出頻率 300Hz 。二次電壓輸出波形:紋波較小的直流(DC 電壓波形。第二階段:高頻電源1、按輸出頻率可分為:10 kHz、 20 kHz、 50 kHz。2、按調(diào)壓方式可分為:調(diào)頻高頻電源、調(diào)幅高頻電源。三相交流 380V 輸入, 可控硅 /二極管調(diào)相調(diào)壓, IGBT 全橋逆變經(jīng)高壓整流變壓

3、器輸出。輸出頻率 10 kHz、 20 kHz、 50kHz 。二次電壓輸出波形:基本上純直流的(DC 電壓波形。第三階段:工頻基波脈沖電源工頻基波脈沖電源:由兩組獨立電源組成即基波電源和脈沖電源?；l率 300Hz ,脈沖頻率 100pps ,脈沖寬度 75s ;第四階段:高頻基波脈沖電源 :由多組獨立高頻電源疊加組成。基波頻率 1050 kHz,雙脈沖頻率 110000 pps ,脈沖寬度 8s ;脈沖電源輸入電壓 : 三相交流 380V 。二次電壓輸出波形:直流(DC 電壓波形疊加脈沖(PULSE 電壓波形。即直 流疊加脈沖(DC+PULSE電壓波形。 二、電除塵器電源工作原理簡介:1

4、、三相可控硅電源工作原理 :三相可控硅電源主要由反并聯(lián)可控硅調(diào)壓電路、三相高壓整流變壓器及控制 電路組成。三相可控硅電源原理如圖 2-1所示。三相可控硅電源的基本工作原理是將三相 380V 低壓交流電,經(jīng)反并聯(lián)可控硅 在控制回路控制下將移相調(diào)壓后的交流電壓送至三相高壓整流變壓器一次側(cè), 經(jīng) 三相高壓整流變壓器二次側(cè)升壓、高壓硅堆整流后輸出直流高壓。圖 2-2是在電 除塵器負(fù)載上得到紋波較小的直流(DC 電壓波形圖?？刂破鞲鶕?jù) ESP 負(fù)載的二 次電壓、電流反饋信號進行自動跟蹤控制。 圖 2-1三相可控硅電源原理框圖 圖 2-2 三相可控硅電源二次電壓波形圖 2、高頻電源工作原理:高頻電源主要由

5、三相整流濾波電路, IGBT 全橋諧振逆變電路,高頻高壓整流 變壓器及控制電路組成。高頻高壓電源原理如圖 2-3所示。 圖 2-3 高頻高壓電源原理框圖高頻電源的基本工作原理是將三相 380V 低壓交流電,經(jīng)三相橋式整流電路得 到直流電壓、 LC 濾波輸出 520V 直流母線電壓。 直流電壓經(jīng) IGBT 全橋逆變?yōu)楦哳l脈 沖電壓。 高頻脈沖電壓經(jīng)高頻變壓器升壓, 高壓硅堆整流后輸出直流高壓。 圖 2-4是在電除塵器負(fù)載上得到基本上純直流的(DC 電壓波形圖?？刂破鞲鶕?jù) ESP 負(fù) 載的二次電壓、電流反饋信號進行自動跟蹤控制。 圖 2-4 高頻電源二次電壓波形圖3、工頻基波脈沖電源工作原理:工頻

6、基波脈沖電源:由兩組獨立電源并聯(lián)耦合組成, 即基波電源和脈沖電源。 工頻基波脈沖電源原理如圖 2-5所示。 圖 2-5 工頻基波脈沖電源原理框圖工頻基波脈沖電源工作原理:工頻基波電源工作原理同三相可控硅電源工作原 理,在此不再闡述。其作用是產(chǎn)生基波電壓 -Udc 。脈沖電源工作原理是將三相 380V 低壓交流電,經(jīng)反并聯(lián)可控硅在控制回路控 制下, 將移相調(diào)壓后的交流電壓送至三相高壓整流變壓器一次側(cè), 經(jīng)三相高壓整 流變壓器二次側(cè)升壓、高壓硅堆整流后輸出正高壓直流母線電壓 +Ups,經(jīng)高壓 IGBT 全波逆變?yōu)楦邏好}沖電壓。 高壓脈沖電壓經(jīng)電容 Cs 、 脈沖變壓器 PT 輸出形成 脈沖電壓 -

7、Upulse , 再經(jīng)耦合電容 Cc 與基波電壓疊加產(chǎn)生 ESP 所需電壓 Uesp , 即在 電除塵器負(fù)載上得到 Uesp=-(Udc+Upulse的電壓波形。其波形圖如圖 2-6所示。 控制器根據(jù) ESP 負(fù)載的二次電壓、電流反饋信號進行自動跟蹤控制。 圖 2-6 工頻基波脈沖電源二次電壓波形圖 4、高頻基波脈沖電源工作原理:高頻基波脈沖電源是由 N(N=2,3,4,5 組獨立 IGBT 全橋逆變電路、 變壓器整流 電路串聯(lián)組成如圖 2-7所示。若 U2=80kV,當(dāng) N=4時,其基波和脈沖波的幅值比為 2:4、 3:4(電壓比為 40:80kV、 60:80kV 。高頻基波脈沖電源的工作

8、原理是將三相 380V 、 50Hz 低壓交流電,經(jīng)三相橋式 整流 LC 濾波輸出 520V 直流母線電壓, 直流母線電壓經(jīng)多組 IGBT 全橋逆變?yōu)楦哳l脈 沖電壓, 對應(yīng)各自高頻變壓器升壓, 由各自高壓硅堆串聯(lián)整流輸出高壓。 在電除 塵器負(fù)載上同時得到直流基波(DC 電壓和脈沖波(PULSE 電壓如圖 2-8所示。 控制器根據(jù) ESP 負(fù)載的二次電壓、電流反饋信號進行自動跟蹤控制。 圖 2-7 高頻基波脈沖電源原理框圖 圖 2-8 高頻基波脈沖電源二次電壓 60:80kV波形圖 三、電除塵器供電電源波形分析:電除塵器供電電源分為直流 (DC 電壓波形供電, 直流疊加脈沖 (DC+PULSE

9、電壓波形供電。工頻電源、高頻電源屬直流(DC 電壓波形供電 (如圖 2-2、如圖 2-4所示 。 特征是相同幅值直流電壓連續(xù)不斷的向除塵器充電加壓, 使板線間始終維持在擊 穿電壓點附近。 當(dāng)粉塵比電阻超過 1011cm 后, 就會在氣體電離粉塵荷電 移動捕集脫塵的過程中出現(xiàn)問題。 當(dāng)高比電阻粉塵累積在陽極板上后, 由于 連續(xù)加壓, 使帶電粉塵對陽極板的中和速度被更快的再充電, 導(dǎo)致陽極板塵層加 厚,表面電位提高,造成對放電極的電位差相對減少,放電極電暈放電減弱,引 起反電暈現(xiàn)象發(fā)生,除塵效率大幅下降。脈沖電源屬直流疊加脈沖 (DC+PULSE 電壓波形供電 (如圖 2-6、 如圖 2-8所示

10、。 特征是在有效電暈電壓,連續(xù)不斷地向除塵器充電加壓的同時,疊加脈沖電壓。 這種荷電方式, 不僅提高了瞬間的荷電電壓, 又降低了平均荷電電壓, 即使是高 比電阻粉塵, 粉塵層中的電位也很容易在陽極板上得到中和, 陽極板表面電位降 低, 不會產(chǎn)生與放電極相對電位的提高, 抑制了反電暈現(xiàn)象的發(fā)生。 脈沖波瞬間 高電壓更易使粉塵荷電,所以除塵效率大大提高。四、電除塵器對供電電源輸出波形頻率的響應(yīng):電除塵器的數(shù)學(xué)模型:電除塵器的結(jié)構(gòu)是由極板、極線平行交錯排布而成,可視為容性負(fù)載。根據(jù) 電除塵器的伏安特性曲線, 其不同階段數(shù)學(xué)模型是不同的, 電阻和電容串聯(lián)組 合,代表電除塵器伏安特性曲線的 0起暈電壓段

11、。電阻和電容并聯(lián)組合,代 表電除塵器伏安特性曲線的起暈電壓擊穿電壓段。如圖 4-1。 圖 4-1 Xr 代表阻抗,是電除塵器極板極線間粉塵介質(zhì)對氣體電離的阻礙程度Xc 代表容抗, 是電除塵極板極線間距離、 面積對氣體電離的阻礙程度, 是頻率的 函數(shù)。Xc=1/2fC當(dāng)電阻和電容并聯(lián)時:I=U/Xr+Xc當(dāng)電阻和電容并聯(lián)時:I=U/Xr+U/Xc由上述小結(jié):當(dāng)電壓為定值時,容抗減小電流增加。電除塵器是物理實體,提高其供電電源頻率,對提高除塵效率是有效的。五、脈沖電暈放電對粉塵荷電的影響粒子在直流電暈荷電的過程中 , 隨著顆粒帶電量的增加從而在顆粒表面產(chǎn)生 勢壘能。 荷電的發(fā)生是只有那些具有動能大

12、于或足以克服荷電粒子表面勢壘能的 電子與粒子碰撞而產(chǎn)生 . 低于荷電粒子表面勢壘能的電子不能達到粒子表面進 而不荷電 . 當(dāng)荷電發(fā)生到一定階段時,粉塵的荷電速度減小,從而影響粉塵的帶 電量,造成除塵效率底下。在脈沖放電中, 由于瞬間電位較高 , 電子從電場中獲得的能量很大, 產(chǎn)生高能 電子, 這些高能電子與中性氣體分子碰撞裂解或激發(fā)中性分子進而產(chǎn)生更多的電 子。此時,電場空間帶電粒子主要是電子,電暈電流是電子傳輸形成的。飛灰粒 子荷電是以電子荷電為主。飛灰在脈沖放電電暈場中的電子荷電機理是以電子的電場荷電和動能擴散荷 電為主, 飛灰粒子的電子荷電不僅與電場強度有關(guān), 也與電子的熱運動程度有關(guān)

13、(即電子的動能 。由于飛灰在直流電暈下的電場荷電很快達到飽和并在飛灰粒子表面形成勢壘 能 , 抑制飛灰的進一步荷電 . 但在脈沖期間,單位空間內(nèi),被激發(fā)出的電子密度 很大, 能量很高, 高能電子足以克服這勢壘能而轟擊飛灰粒子表面使粒子的荷電 量超過飽和電場荷電的極限 . 從而獲得更快的趨近速度,提高除塵效率。 六、電除塵器脈沖電源主要技術(shù)指標(biāo): 七、高頻基波脈沖電源特點大連藍清自控設(shè)備有限公司研制的 GGGAJ02-40kHz/ A* kV 電除塵器用高 頻高壓脈沖電源(簡稱高頻脈沖電源 ,是一種即能提供直流供電、間歇供電和 脈沖供電的電除塵器供電電源。1. 綠色電源:三相供電、電網(wǎng)平衡、無諧

14、波干擾、功率因數(shù)高、電源轉(zhuǎn)換效 率高。2. 多電壓疊加技術(shù):多組 IGBT 全橋逆變功率單元、 變壓器整流電路串聯(lián)組合, 實現(xiàn) 2+1、 3+1、 4+1等高頻脈沖電源的功率疊加和電壓疊加。多電壓疊加可組合 任意電壓波形形狀, 輸出多種 DC 電壓波形和 DC+PULSE電壓波形, 實現(xiàn)對電除塵器 的純直流供電、間歇供電和脈沖供電。電壓峰值、有效值均可調(diào),電場控制方式 靈活。3. 高頻率窄脈沖:輸出頻率范圍 2kHz-50kHz ,電除塵器是容性負(fù)載,供電頻 率越高電場容抗越小, 電源向電除塵器注入的能量就越大。 脈沖寬度 8S 更有利 于瞬間高強電場的產(chǎn)生和氣體電離過程中自由電子的激發(fā)。4.

15、 智能控制:當(dāng) DC+PULSE二次電壓波形設(shè)定完成后,設(shè)備通過調(diào)整頻率自動 跟蹤電場擊穿電壓的臨界點。電場不易閃絡(luò),實現(xiàn)最佳功率輸出。5. 閉環(huán)節(jié)能控制:根據(jù)除塵器排放濃度與電除塵器電源耗電量之間的閉環(huán)控 制,實現(xiàn)節(jié)能減排。系統(tǒng)由上位機聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)優(yōu)化控制。6. 降壓振打控制:具備反電暈檢測功能,當(dāng)反電暈發(fā)生時輸出聯(lián)動信號,及 時降壓、振打清灰。7. 微細(xì)粉塵的捕集:微細(xì)粉塵的排放量是影響電除塵器粉塵排放濃度的關(guān)鍵 指標(biāo)。高頻雙窄脈沖供電產(chǎn)生的瞬間高強電場電暈,大大提高了對 PM2.5及以下 顆粒物的捕集。8. 高比電阻粉塵的捕集:當(dāng)采用 DC+PULSE供電時,最大程度地抑制了反電暈 現(xiàn)象的發(fā)

16、生,大大提高了對高比電阻粉塵的捕集效果。9. 脫硫脫硝:高頻窄脈沖供電產(chǎn)生的瞬間高強電場電暈,更有利于臭氧濃度 的提高,提升脫硫、脫硝的效率。10. 節(jié)能減排:高頻脈沖電源和常規(guī)單相工頻電源比較, 電除塵器除塵效率提 高 50%,節(jié)能 30%。11. 整機結(jié)構(gòu)與防護:高低壓一體化組裝, 戶外布置, 節(jié)約了控制室土建面積。 IGBT 等功率器件散熱采用箱式隔離風(fēng)道, 使功率器件、 控制單元板與外界環(huán)境隔 離。 散熱系統(tǒng)采用調(diào)速風(fēng)機智能控制, 提高高頻脈沖電源在戶外高溫環(huán)境下的適大連藍清自控設(shè)備有限公司 應(yīng)性。控制單元板采用三防工藝處理，提高絕緣及防腐能力。不銹鋼殼體，防護 等級IP54。 火花閃絡(luò)、電