電除塵高頻電源的開發(fā)與應用

電除塵高頻電源的開發(fā)與應用

隨著國家排放標準的嚴格調整和節(jié)能環(huán)保政策的實施，污染大氣污染的應用行業(yè)也呈現(xiàn)出新的特點。提高除塵效率,降低能耗,成為用戶新的需求。電除塵器高頻電源的推廣普及,為此開辟了一條新的道路。國內(nèi)電除塵行業(yè)研究開發(fā)國產(chǎn)化高頻電源已有多年時間,并已形成了系列化產(chǎn)品,目前已投運的高頻電源近千臺套,產(chǎn)品遍布全國三十幾個省市,并出口越南、印度等國。經(jīng)過多年的摸索總結,業(yè)內(nèi)對高頻電源在除塵提效和系統(tǒng)節(jié)能上取得了較多的應用經(jīng)驗。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40kHz,主要包括三個部分:變換器、變壓器、控制器。其中全橋變換器實現(xiàn)直流到高頻交流的轉換,高頻變壓器/高頻整流器實現(xiàn)升壓整流輸出,為ESP提供電源。高頻電源采用三相輸入,且對電網(wǎng)無污染,無缺相損耗,為綠色環(huán)保電源。高頻電源為多級變換,電磁兼容性好。2比較高頻設備與傳統(tǒng)設備的技術和應用性能見表1和表23高壓機制的性能原理和應用實例3.1高頻電源供電技術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)高頻電源工況適應性強,能給除塵器提供接近純直流到脈動幅度很大的各種電壓波形,針對各種特定的工況,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的輸出電壓,提高電除塵運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,帶電粒子在電場中的驅進速度越大,電除塵器效率越高。驅進速度與電場強度的平方成正比,電場強度與電場內(nèi)施加的電壓成正比,因此在一般情況下,電場的運行電壓越高,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,輸出直流電壓比工頻電源平均電壓高約30%,因為工頻電源峰值電壓在電除塵器電場中觸發(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%,在直流供電時它的二次電壓波形幾乎為一條直線,提供了幾乎無波動的直流輸出,這使得靜電除塵器能夠以次火花發(fā)生點電壓運行,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。當電除塵器入口含塵濃度太大時,第一電場電流通常很小,提高電流十分困難,這種現(xiàn)象稱為電暈閉塞。在這種情況下,選擇高頻電源安裝于前電場,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題。高頻電源間歇供電時,Pon(電源開啟)、Poff(電源關閉)的時間任意可調,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,當激發(fā)反電暈控制功能后,設備根據(jù)反電暈嚴重程度自動進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。毫無疑問,應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)高頻電源火花檢測與控制采用全新硬件檢測,對各種火花檢測特別可靠,對微弱火花也捕捉無遺,設計良好的串并聯(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和電場火花的電流沖擊,可以迅速熄滅火花并且快速恢復電場能量。這樣,電場能夠獲得必要的電暈功率,并能適應負載的大范圍變化。斷電振打與減功率振打功能進一步提高了高頻電源的除塵效率。高頻電源設備與上位機構成智能控制系統(tǒng),具有遠程軟啟動、軟停機功能,實現(xiàn)遠程監(jiān)控管理。設備具有短路保護、開路保護、過流保護、超溫保護等功能,可在工況惡劣的現(xiàn)場環(huán)境中使用。近年來,由于國內(nèi)煤價波動較大、煤源緊張,使得不少電廠無法按原設計煤種或校核煤種采購,實際使用煤種變化大,造成其煤種的灰分、比電阻等參數(shù)與提供給電除塵廠家的設計值差異較大,實際進入電除塵器的粉塵濃度大大增加,使設備嚴重超負荷運行,從而造成排放超標現(xiàn)象時有發(fā)生。而高頻電源由于能更好地適應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電除塵器運行效率河南三門峽華陽發(fā)電有限責任公司2#爐,原配雙室三電場臥式電除塵器,于2007年底改造成最新研究設計制造的2BES271/2-4型電除塵器。該除塵器為雙列雙室四電場,第一電場采用4臺高頻電源供電,設備容量為0.8A/72kV,除塵器設計處理煙氣量為107.75×10該項目改造完畢后,于2008年3月由河南電力試驗研究院進行了電除塵器效率測試,對其中B除塵器右室一電場分別采用高頻電源(0.8A/72kV)和工頻電源(0.8A/72kV)進行對比測試,試驗數(shù)據(jù)及計算結果見表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到設計保證值(99.86%)的要求。B電除塵器只采用一臺高頻電源和一臺工頻電源測試,電除塵器除塵效率為99.802%,而采用兩臺高頻電源的除塵器的除塵效率為99.876%,粉塵排放降低37.3%,說明電除塵器一電場采用高頻電源能增大電場荷電強度,減輕后電場的負荷,有利于電除塵器效率的提高。3.3機電多回雙區(qū)、高頻電除塵器綜合考慮除塵原理、本體結構、電源選型、設備容量等因素,前電場選用高頻電源,后電場選用機電多復式雙區(qū)結構構成了當下電除塵器的一個重要推薦方案,由于其優(yōu)越的性價比,冠以“黃金組合”方案之稱。眾所周知,一臺電除塵器應用性能如何,首、末電場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,前電場對收塵量貢獻最大,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;末電場對于提高捕捉高比電阻粉塵、細微粉塵的能力,防止二次揚塵,滿足低排放要求是極為關鍵的。高頻和雙區(qū)的組合在于可充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢,達到高效、節(jié)能的要求。陜西渭河電廠5#爐,裝機容量300MW,原改造方案為前面加一個電場,改造后除塵效率方可達到要求。但是若在前面增加一個電場,就要增加基礎、輸灰系統(tǒng),而舊電除塵器原來內(nèi)部的極板、極線沒有更新,用戶也不是很滿意。于是改造方案調整為:不增加電場,一到三電場內(nèi)部全部掏空,采用BE結構,機電多復式雙區(qū)技術,一電場配置高頻電源,采用波形線和斷電振打等新技術,設計效率為99.66%,實測效率為99.73%。設備改造后現(xiàn)已運行超過半年,總體效果不錯,濁度值下降至10%以內(nèi),達到改造目的,該廠6#爐也按照該方案實施改造成功,再次驗證了“黃金組合”方案的優(yōu)越性。4高頻設備的節(jié)能原理和節(jié)能特點4.1高頻電源節(jié)能技術高頻電源功率因數(shù)高、效率高,固有節(jié)能約20%,節(jié)電指標明顯。實驗表明,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行時,設備功率因數(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)與效率會明顯下降。高頻電源在額定負載下比常規(guī)工頻電源節(jié)能約20%,在非額定輸出時節(jié)能的比例更大。在通常情況下,除塵電源都沒有滿負荷輸出,高頻電源節(jié)能效果顯著。2008年3月,河南電力試驗研究院對三門峽華陽發(fā)電有限責任公司2#爐電除塵器進行效率測試的同時,進行了高頻電源節(jié)能對比測試。測試數(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,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%。由實測可以看出,單臺高頻電源對單臺工頻電源的節(jié)能比為32.5%,節(jié)能效果可觀。4.2電除塵電源系統(tǒng)高頻電源在前電場提高除塵效率,可為整臺除塵器的節(jié)能提供空間。前電場除塵效率提高后,可減輕后電場的負擔,對于后電場而言,相當于鍋爐機組降低負荷,這種節(jié)能空間是極為可觀的。在許多工況條件下,在有IPC智能控制系統(tǒng)時,IPC可以在保證除塵效率的前提下,自動實現(xiàn)組合供電,可促進電除塵電源系統(tǒng)節(jié)能達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90%以上。如內(nèi)蒙古上都電廠2#爐(600MW)電除塵器的節(jié)能改造,除塵器為雙列雙室,每室各有五個電場,其中一至三電場采用左右分區(qū)供電。每個室一電場高壓供電設備由GGAj02k-1.2A/66kV二套更換為高頻電源GGYAj-1.0A/72kV二套。一電場采用高頻電源后,對比一電場的收塵曲線,收塵量有一定提高,后電場負擔降低較為明顯。改造調試完成后,由華北電科院對電除塵器進行測試。從開始投運以來,電除塵器的日耗電量由5.4萬~5.5萬kW·h下降至2.4萬kW·h,節(jié)電率達到了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典型應用情況:1)采用“黃金組合”方式,即高頻電源用于第一電場,最后一個電場采用機電多復式雙區(qū)結構電除塵器;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工頻電源,整個改造周期短,工作量小,改造后除塵效率將會有較大的提高;3)高頻電源作為電除塵器全通道配用,強化了前電場荷電效果和后電場捕捉細微粉塵的能力,在提高除塵效率的同時實現(xiàn)大幅節(jié)能的目的。從現(xiàn)場實際運行及除