高頻電源在電除塵器節能改造中的應用

張 永，劉繼光2，張興順

（1.山東華聚能源股份有限公司；2.兗礦東華集團有限公司，山東 鄒城 273500）

高頻電源在電除塵器節能改造中的應用

張 永1，劉繼光2，張興順1

（1.山東華聚能源股份有限公司；2.兗礦東華集團有限公司，山東 鄒城 273500）

介紹了南屯礦電廠高頻電源技術在3#電除塵器節能改造工作中的應用情況及高頻電源投運后所取得的成效。

高頻電源；電除塵器；節能

一、引言

為提高電除塵除塵效率、節電及解決二次揚塵等問題，南屯礦電廠對電廠粉煤灰進行了化驗，并對電除塵運行工況進行了分析，于2012年11月對3#電除塵I電場增加了ZYE-2100H型高頻電源、優化了電控柜、增加了遠控模塊，并聯網至上位機。通過不斷進行參數優化調試，使3#鍋爐電除塵器節能減排效果明顯提高。

二、高頻電源原理及其優勢

1．高頻電源原理

高頻電源是把三相工頻電源通過整流形成直流電，再通過逆變電路轉為高頻交流電，經整流變壓器升壓整流后形成高頻脈動電流送除塵器，其工作頻率在20kHz左右。高頻電源的供電電流由一系列窄脈沖構成，其脈沖幅度、寬度及頻率均可以調整，可以給電除塵器提供各種電壓波形。可提高除塵效率、節約電能。其原理框圖如圖1所示。

圖1 高頻電源原理框圖

2．高頻電源的優勢

（1）更高的電暈功率。與工頻電源相比高頻電源可增大電暈功率，增加電場粉塵的荷電效果。

高頻電源在純直流供電方式時有1%的電壓波動，工頻電壓波動＞30%，電暈電壓可達工頻電源二次電壓的130%，電暈電流峰值電流是工頻電源二次電流的200%，如圖2所示。

圖2 高頻電源與工頻電源電暈功率比較

(2)更好的火花控制特性。所需時間＜25us，即可檢測到火花發生并立刻關閉供電脈沖，因而火花能量很小，電場恢復僅需工頻電源恢復時間的20%，從而提高了電場的平均電壓，提高除塵效率。

三、現狀分析及解決方法

1．南屯礦電廠入爐煤質分析

通過對入爐煤質分析可以得出如下結論。

(1)入爐煤Vdaf在20%～40%之間，屬于煙煤，且粉塵具有粘結性，吸附到極板、極線上后很難被清除。

(2)Sar＜1%，屬于低硫煤，燃燒后產生SO2的數量很少，對粉塵表面比電阻的降低效應小。

(3)Mt＜8%～10%，水分子對粉塵表面比電阻的減低效應小。

(4)Qnet．var＜20MJ/kg，低位發熱值大小一般，相對于Qnet．var＞20MJ/kg的煤來說，鍋爐維持相同的負荷需要燃燒更多的煤，且產生更多的粉塵。

2．南屯礦電廠3#電除塵器運行情況分析

(1)電除塵器高壓電控系統采用傳統的火花整定的高壓控制方式，電除塵高壓柜運行參數普遍不高。

①高壓控制柜額定二次電流300mA，而實際運行基本都在額定值的1/2處，再升壓就會閃絡放電，不能充分提高電除塵器出力。導致這一現象可能的原因為：現高壓控制電源屬于常規電源，受電源的正弦波峰值影響較大，輸出的瞬間電壓達到電場擊穿電壓；進入電除塵的煙氣量較大；電除塵內部極間距變化或絕緣件絕緣能力下降。

②大梁加熱保溫箱溫度低，正常的溫度應在80～110℃，但實際運行溫度為55℃。易引起大梁內部絕緣器件結露、產生爬電，甚至擊碎大梁懸掛瓷套。

③進出口煙溫偏低，正常的溫度應在110～120℃左右。

(2)電除塵器低壓電控系統中的陽極振打時序采用的是較傳統的振打模式，同一通道中，多個陽極振打同時發生的機率高，形成“二次飛揚”機率較大。

3．問題解決方法

(1)檢查極間距與絕緣件絕緣能力，對大梁加熱、保溫箱密封及其內部加熱器工作情況進行確認。

(2)進行電除塵器電控系統技術改造，增加降壓振打功能，升級低壓程控系統，重新編程上位機控制畫面，增加上位機對高頻電源的監控，采用高頻電源升級現有常規高壓電源。

四、總體設計方案

1．高頻電源的安裝

(1)安裝位置。Ⅰ電場新增高頻電源為高位布置，安裝于現工頻整流變壓器旁邊。

(2)供電電源。敷設1根VV-1kV 3×35mm2電力電纜至高頻電源處。

(3)高頻電源與高壓隔離開關柜的連接。新增高頻電源高壓輸出端與新增隔離開關柜接口高度、尺寸及型式不變；連接方式采用壓扣型。變壓器輪距及型式不變。

(4)高頻電源的通信每臺高頻電源內部增加1臺RS485中繼器，且從每臺電除塵頂部敷設1根4芯帶屏蔽層、屏蔽網的通信電纜，至電除塵控制室上位機處；上位機處新增1塊MODBUS TCP網橋模塊。

2．關于Ⅱ、Ⅲ電場高壓電源柜

Ⅱ、Ⅲ電場的工頻整流變壓器、工頻電源柜、隔離開關柜不做改動。

3．低壓程控系統改造

(1)增加降壓振打功能。

為提高振打系統的清灰效果，增加降壓振打功能，當某電場振打時，高壓硅整流設備接受對應電場發來的的振打信號，根據預定的降壓策略，自動降低該高壓系統的運行參數或停掉電場，使極板對粉塵的吸附力下降，便于清灰。

(2)升級低壓程控系統程序。將原陽極振打時序升級為模塊式振打模式，有效減輕“二次飛揚”。振打程序升級后，將保證同一時刻同一個通道只有一個陽極振打。

4．上位機系統改造

(1)重新編寫上位機組態畫面，增加對高頻電源監視控制的功能支持。

①高壓高頻電源運行參數包括一次電流、電壓、二次電流、電壓、火花率、直流母線電壓、IGBT溫度、變壓器油溫等。

②二次電流、二次電壓等的趨勢曲線的記錄顯示。

③設備故障、變壓器故障、除塵器故障的顯示。

(2)增加上位機降壓振打功能控制畫面，便于操作員在遠方開啟、關閉降壓振打功能。

(3)增加上位機對陽極振打的模塊化控制，操作員可以一鍵修改一個通道的振打時序，方便、快捷。

五、實施效果和經濟效益分析

1．實施效果

通過高頻電源系統的應用，提高了電除塵電場內部的可流通、供荷電的電子數量，電暈電流由120mA提高至180mA，更多的電子數量與粉塵碰撞荷電；平均電暈電壓由50kV提高至75kV，增強了電場作用力，使電除塵電場出力增加，煙塵濃度從147 mg/m3降到107 mg/m3，有效的提升了除塵效率，減少了粉塵污染。

2．經濟效益分析

(1)節電改造后3#電除塵Ⅰ電場高頻開關柜運行參數如表1所示。

表1

高壓側功率平均降低了2kW，按照南屯電廠2012年鍋爐平均運行6 572h 、電價0．65元/kW·h計算，每年可節約電力成本0．85萬元。

(2)減排改造后，煙塵濃度從147 mg/m3降到107 mg/m3，年減排煙塵量13．1t、節約排污費0．73萬元。

(3)減少電廠因排放指標不合格而降負荷運行的時間帶來的經濟效益。每年，因除塵器故障造成鍋爐降負荷運行的平均時間約在300h，影響電廠發電量30萬kW·h，可減少效益損失19．5萬元。

南屯礦電廠本次方案實施共花費資金21萬元。按照10年折舊計算，年折舊2．1萬元。則本項目產生的經濟效益為18．98萬元。

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1671-0711（2014）04-0017-03

2014-01-22）