電除塵高頻電源的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

電除塵高頻電源的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

隨著國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格調(diào)整和節(jié)能環(huán)保政策的實(shí)施，污染大氣污染的應(yīng)用行業(yè)也呈現(xiàn)出新的特點(diǎn)。提高除塵效率,降低能耗,成為用戶(hù)新的需求。電除塵器高頻電源的推廣普及,為此開(kāi)辟了一條新的道路。國(guó)內(nèi)電除塵行業(yè)研究開(kāi)發(fā)國(guó)產(chǎn)化高頻電源已有多年時(shí)間,并已形成了系列化產(chǎn)品,目前已投運(yùn)的高頻電源近千臺(tái)套,產(chǎn)品遍布全國(guó)三十幾個(gè)省市,并出口越南、印度等國(guó)。經(jīng)過(guò)多年的摸索總結(jié),業(yè)內(nèi)對(duì)高頻電源在除塵提效和系統(tǒng)節(jié)能上取得了較多的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。1高頻電源系統(tǒng)如圖1所示,三相交流輸入整流為直流電源,經(jīng)全橋逆變?yōu)楦哳l交流,隨后升壓整流輸出直流高壓。高頻電源工作頻率可達(dá)40kHz,主要包括三個(gè)部分:變換器、變壓器、控制器。其中全橋變換器實(shí)現(xiàn)直流到高頻交流的轉(zhuǎn)換,高頻變壓器/高頻整流器實(shí)現(xiàn)升壓整流輸出,為ESP提供電源。高頻電源采用三相輸入,且對(duì)電網(wǎng)無(wú)污染,無(wú)缺相損耗,為綠色環(huán)保電源。高頻電源為多級(jí)變換,電磁兼容性好。2比較高頻設(shè)備與傳統(tǒng)設(shè)備的技術(shù)和應(yīng)用性能見(jiàn)表1和表23高壓機(jī)制的性能原理和應(yīng)用實(shí)例3.1高頻電源供電技術(shù)高頻電源可有效提高除塵效率,通常能有效降低排放30%以上,甚至高達(dá)70%。高頻電源提高除塵效率的主要因素有:(1)高頻電源工況適應(yīng)性強(qiáng),能給除塵器提供接近純直流到脈動(dòng)幅度很大的各種電壓波形,針對(duì)各種特定的工況,可以提供最合適的電壓波形,從而提高除塵效率。高頻電源純直流供電輸出波形近似一條直線(xiàn)的輸出電壓,提高電除塵運(yùn)行的平均電壓和平均電流,適用于中等比電阻以及高濃度的煙氣工況。純直流供電波形如圖2所示。由電除塵理論可知,帶電粒子在電場(chǎng)中的驅(qū)進(jìn)速度越大,電除塵器效率越高。驅(qū)進(jìn)速度與電場(chǎng)強(qiáng)度的平方成正比,電場(chǎng)強(qiáng)度與電場(chǎng)內(nèi)施加的電壓成正比,因此在一般情況下,電場(chǎng)的運(yùn)行電壓越高,電除塵器的效率就越高。如圖3所示,高頻電源純直流供電時(shí),輸出直流電壓比工頻電源平均電壓高約30%,因?yàn)楣ゎl電源峰值電壓在電除塵器電場(chǎng)中觸發(fā)火花,顯著地限制了加在電極上的平均電壓。而高頻電源諧振頻率為30k~40kHz,與常規(guī)的工頻電源相比,高頻電源紋波系數(shù)小于3%,在直流供電時(shí)它的二次電壓波形幾乎為一條直線(xiàn),提供了幾乎無(wú)波動(dòng)的直流輸出,這使得靜電除塵器能夠以次火花發(fā)生點(diǎn)電壓運(yùn)行,從而提高了電除塵器的供電電壓和電流,增大了電暈功率的輸入,提高了電除塵器的效率。當(dāng)電除塵器入口含塵濃度太大時(shí),第一電場(chǎng)電流通常很小,提高電流十分困難,這種現(xiàn)象稱(chēng)為電暈閉塞。在這種情況下,選擇高頻電源安裝于前電場(chǎng),可以很輕松地將電暈電流提高一倍,有效解決電暈閉塞的問(wèn)題。高頻電源間歇供電時(shí),Pon(電源開(kāi)啟)、Poff(電源關(guān)閉)的時(shí)間任意可調(diào),具有更窄的脈沖寬度、更寬的脈沖頻率選擇范圍、更陡峭的電壓上升率,其目的是減輕反電暈的發(fā)生,從而提高收塵效率。在高比電阻粉塵工況條件下,當(dāng)激發(fā)反電暈控制功能后,設(shè)備根據(jù)反電暈嚴(yán)重程度自動(dòng)進(jìn)入間歇脈沖供電狀態(tài)并尋找、跟蹤最佳的脈沖寬度和脈沖頻度,以獲得最佳的除塵效果。毫無(wú)疑問(wèn),應(yīng)用間歇脈沖供電可大量節(jié)能。間歇供電波形如圖4所示。(2)高頻電源火花檢測(cè)與控制采用全新硬件檢測(cè),對(duì)各種火花檢測(cè)特別可靠,對(duì)微弱火花也捕捉無(wú)遺,設(shè)計(jì)良好的串并聯(lián)混和諧振逆變器有很好的恒流特性,可以有效抑制電流的大幅波動(dòng)和電場(chǎng)火花的電流沖擊,可以迅速熄滅火花并且快速恢復(fù)電場(chǎng)能量。這樣,電場(chǎng)能夠獲得必要的電暈功率,并能適應(yīng)負(fù)載的大范圍變化。斷電振打與減功率振打功能進(jìn)一步提高了高頻電源的除塵效率。高頻電源設(shè)備與上位機(jī)構(gòu)成智能控制系統(tǒng),具有遠(yuǎn)程軟啟動(dòng)、軟停機(jī)功能,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理。設(shè)備具有短路保護(hù)、開(kāi)路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、超溫保護(hù)等功能,可在工況惡劣的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中使用。近年來(lái),由于國(guó)內(nèi)煤價(jià)波動(dòng)較大、煤源緊張,使得不少電廠(chǎng)無(wú)法按原設(shè)計(jì)煤種或校核煤種采購(gòu),實(shí)際使用煤種變化大,造成其煤種的灰分、比電阻等參數(shù)與提供給電除塵廠(chǎng)家的設(shè)計(jì)值差異較大,實(shí)際進(jìn)入電除塵器的粉塵濃度大大增加,使設(shè)備嚴(yán)重超負(fù)荷運(yùn)行,從而造成排放超標(biāo)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。而高頻電源由于能更好地適應(yīng)電除塵器入口粉塵濃度增大及比電阻變化大的情況,因而能有效解決電暈封閉和克服反電暈現(xiàn)象,使除塵器效率得到保證。3.2電除塵器運(yùn)行效率河南三門(mén)峽華陽(yáng)發(fā)電有限責(zé)任公司2#爐,原配雙室三電場(chǎng)臥式電除塵器,于2007年底改造成最新研究設(shè)計(jì)制造的2BES271/2-4型電除塵器。該除塵器為雙列雙室四電場(chǎng),第一電場(chǎng)采用4臺(tái)高頻電源供電,設(shè)備容量為0.8A/72kV,除塵器設(shè)計(jì)處理煙氣量為107.75×10該項(xiàng)目改造完畢后,于2008年3月由河南電力試驗(yàn)研究院進(jìn)行了電除塵器效率測(cè)試,對(duì)其中B除塵器右室一電場(chǎng)分別采用高頻電源(0.8A/72kV)和工頻電源(0.8A/72kV)進(jìn)行對(duì)比測(cè)試,試驗(yàn)數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可以看出,A電除塵器平均除塵效率為99.875%,B電除塵器平均除塵效率為99.876%。A、B電除塵器除塵效率均達(dá)到設(shè)計(jì)保證值(99.86%)的要求。B電除塵器只采用一臺(tái)高頻電源和一臺(tái)工頻電源測(cè)試,電除塵器除塵效率為99.802%,而采用兩臺(tái)高頻電源的除塵器的除塵效率為99.876%,粉塵排放降低37.3%,說(shuō)明電除塵器一電場(chǎng)采用高頻電源能增大電場(chǎng)荷電強(qiáng)度,減輕后電場(chǎng)的負(fù)荷,有利于電除塵器效率的提高。3.3機(jī)電多回雙區(qū)、高頻電除塵器綜合考慮除塵原理、本體結(jié)構(gòu)、電源選型、設(shè)備容量等因素,前電場(chǎng)選用高頻電源,后電場(chǎng)選用機(jī)電多復(fù)式雙區(qū)結(jié)構(gòu)構(gòu)成了當(dāng)下電除塵器的一個(gè)重要推薦方案,由于其優(yōu)越的性?xún)r(jià)比,冠以“黃金組合”方案之稱(chēng)。眾所周知,一臺(tái)電除塵器應(yīng)用性能如何,首、末電場(chǎng)的性能是極為重要的。除塵效率隨總集塵面積呈指數(shù)規(guī)律變化,前電場(chǎng)對(duì)收塵量貢獻(xiàn)最大,除塵效率通常為80%左右,收集了大部分的粉塵顆粒,且其顆粒較粗;末電場(chǎng)對(duì)于提高捕捉高比電阻粉塵、細(xì)微粉塵的能力,防止二次揚(yáng)塵,滿(mǎn)足低排放要求是極為關(guān)鍵的。高頻和雙區(qū)的組合在于可充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì),達(dá)到高效、節(jié)能的要求。陜西渭河電廠(chǎng)5#爐,裝機(jī)容量300MW,原改造方案為前面加一個(gè)電場(chǎng),改造后除塵效率方可達(dá)到要求。但是若在前面增加一個(gè)電場(chǎng),就要增加基礎(chǔ)、輸灰系統(tǒng),而舊電除塵器原來(lái)內(nèi)部的極板、極線(xiàn)沒(méi)有更新,用戶(hù)也不是很滿(mǎn)意。于是改造方案調(diào)整為:不增加電場(chǎng),一到三電場(chǎng)內(nèi)部全部掏空,采用BE結(jié)構(gòu),機(jī)電多復(fù)式雙區(qū)技術(shù),一電場(chǎng)配置高頻電源,采用波形線(xiàn)和斷電振打等新技術(shù),設(shè)計(jì)效率為99.66%,實(shí)測(cè)效率為99.73%。設(shè)備改造后現(xiàn)已運(yùn)行超過(guò)半年,總體效果不錯(cuò),濁度值下降至10%以?xún)?nèi),達(dá)到改造目的,該廠(chǎng)6#爐也按照該方案實(shí)施改造成功,再次驗(yàn)證了“黃金組合”方案的優(yōu)越性。4高頻設(shè)備的節(jié)能原理和節(jié)能特點(diǎn)4.1高頻電源節(jié)能技術(shù)高頻電源功率因數(shù)高、效率高,固有節(jié)能約20%,節(jié)電指標(biāo)明顯。實(shí)驗(yàn)表明,高頻電源在純直流供電方式下,即使在70%的額定輸出功率下運(yùn)行時(shí),設(shè)備功率因數(shù)與效率也維持基本不變,而工頻電源隨著輸出功率的下降,功率因數(shù)與效率會(huì)明顯下降。高頻電源在額定負(fù)載下比常規(guī)工頻電源節(jié)能約20%,在非額定輸出時(shí)節(jié)能的比例更大。在通常情況下,除塵電源都沒(méi)有滿(mǎn)負(fù)荷輸出,高頻電源節(jié)能效果顯著。2008年3月,河南電力試驗(yàn)研究院對(duì)三門(mén)峽華陽(yáng)發(fā)電有限責(zé)任公司2#爐電除塵器進(jìn)行效率測(cè)試的同時(shí),進(jìn)行了高頻電源節(jié)能對(duì)比測(cè)試。測(cè)試數(shù)據(jù)如表4所示。高頻輸出功率為49.5kW,工頻輸出功率42kW,如果工頻電源也為49.5kW輸出功率時(shí),假定其功率因數(shù)與效率不變,可以折算出工頻電源輸入功率為49.5/42×71.23=83.95kVA。折算后節(jié)能為27.27kVA,節(jié)能比為32.5%。由實(shí)測(cè)可以看出,單臺(tái)高頻電源對(duì)單臺(tái)工頻電源的節(jié)能比為32.5%,節(jié)能效果可觀(guān)。4.2電除塵電源系統(tǒng)高頻電源在前電場(chǎng)提高除塵效率,可為整臺(tái)除塵器的節(jié)能提供空間。前電場(chǎng)除塵效率提高后,可減輕后電場(chǎng)的負(fù)擔(dān),對(duì)于后電場(chǎng)而言,相當(dāng)于鍋爐機(jī)組降低負(fù)荷,這種節(jié)能空間是極為可觀(guān)的。在許多工況條件下,在有IPC智能控制系統(tǒng)時(shí),IPC可以在保證除塵效率的前提下,自動(dòng)實(shí)現(xiàn)組合供電,可促進(jìn)電除塵電源系統(tǒng)節(jié)能達(dá)50%以上,在某些反電暈特征明顯的工況下,電除塵器電源系統(tǒng)節(jié)能甚至可達(dá)90%以上。如內(nèi)蒙古上都電廠(chǎng)2#爐(600MW)電除塵器的節(jié)能改造,除塵器為雙列雙室,每室各有五個(gè)電場(chǎng),其中一至三電場(chǎng)采用左右分區(qū)供電。每個(gè)室一電場(chǎng)高壓供電設(shè)備由GGAj02k-1.2A/66kV二套更換為高頻電源GGYAj-1.0A/72kV二套。一電場(chǎng)采用高頻電源后,對(duì)比一電場(chǎng)的收塵曲線(xiàn),收塵量有一定提高,后電場(chǎng)負(fù)擔(dān)降低較為明顯。改造調(diào)試完成后,由華北電科院對(duì)電除塵器進(jìn)行測(cè)試。從開(kāi)始投運(yùn)以來(lái),電除塵器的日耗電量由5.4萬(wàn)~5.5萬(wàn)kW·h下降至2.4萬(wàn)kW·h,節(jié)電率達(dá)到了56%以上。原出口煙氣粉塵濃度為100mg/m5高頻電源替代電除塵器提效改造高頻電源主要有三類(lèi)典型應(yīng)用情況:1)采用“黃金組合”方式,即高頻電源用于第一電場(chǎng),最后一個(gè)電場(chǎng)采用機(jī)電多復(fù)式雙區(qū)結(jié)構(gòu)電除塵器;2)純高頻電源改造,主要是用于舊電除塵器提效改造,即在本體不做改造的情況下用高頻電源替代前電場(chǎng)工頻電源,整個(gè)改造周期短,工作量小,改造后除塵效率將會(huì)有較大的提高;3)高頻電源作為電除塵器全通道配用,強(qiáng)化了前電場(chǎng)荷電效果和后電場(chǎng)捕捉細(xì)微粉塵的能力,在提高除塵效率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)大幅節(jié)能的目的。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行及除