靜電除塵器三相高壓電源技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

萬(wàn) 軍，姚 元

（1濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司水文公司，山東 濟(jì)南 250101；山東超越數(shù)控電子有限公司，山東 濟(jì)南 250001）

節(jié)能減排

靜電除塵器三相高壓電源技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

萬(wàn) 軍1，姚 元2

（1濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司水文公司，山東 濟(jì)南 250101；山東超越數(shù)控電子有限公司，山東 濟(jì)南 250001）

通過(guò)開(kāi)發(fā)核心控制器，利用DSP控制器實(shí)現(xiàn)為電除塵器提供三相高壓供電方式，應(yīng)用降壓振打控制技術(shù)，開(kāi)發(fā)高效控制器軟件系統(tǒng)等，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了為靜電除塵器供電的三相高壓電源，明顯提高了單項(xiàng)電源功率因數(shù)，有效提高電除塵器的平均電壓，三相電源的轉(zhuǎn)化率比現(xiàn)有設(shè)備提高24%。

靜電除塵器；三相電源；高壓；節(jié)電

1 前言

目前國(guó)內(nèi)電除塵器的供電電源，基本采用常規(guī)的“脈動(dòng)硬特性”電源，通常采用可控硅自動(dòng)控制高壓硅整流，由高壓硅整流器、電抗器和可控硅自動(dòng)控制系統(tǒng)組成或由高阻抗整流變壓器和可控硅自動(dòng)控制系統(tǒng)組成，使用220 V單相供電的高壓電源。其缺點(diǎn)是電網(wǎng)不平衡、效率極低（能耗很大）、除塵效果差，沒(méi)有降電壓振打的功能，不能實(shí)現(xiàn)大幅度節(jié)能、降低振打頻率、延長(zhǎng)除塵器的機(jī)械壽命。為此，開(kāi)發(fā)了為靜電除塵器供電的三相高壓電源。

2 三相電源技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

2.1 開(kāi)發(fā)核心控制器

設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)一套基于32位DSP數(shù)字信號(hào)處理器的核心控制器，其控制原理見(jiàn)圖1。

圖1 核心控制器控制原理

控制器主要完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及各種控制和保護(hù)功能。控制器采集的信號(hào)包括一次電壓、電流，二次電壓、電流，溫度信號(hào)，這些信號(hào)通過(guò)放大、濾波、多路選擇等環(huán)節(jié)將信號(hào)傳送至處理器，偏勵(lì)磁等信號(hào)調(diào)整后也送入處理器。通過(guò)軟件可以設(shè)定參數(shù)范圍，當(dāng)參數(shù)超限，控制器啟動(dòng)報(bào)警程序，輸出的控制信號(hào)通過(guò)固態(tài)繼電器控制可控硅導(dǎo)通角以及空氣開(kāi)關(guān)的關(guān)斷。設(shè)計(jì)中斷程序進(jìn)行火花和過(guò)零檢測(cè)[1]。

控制系統(tǒng)以DSP TMS320LF2407為核心，主要包括模擬量檢測(cè)、晶閘管觸發(fā)電路、鍵盤輸入、液晶顯示、CAN總線通信、火花檢測(cè)和故障檢測(cè)保護(hù)等[2]。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到的一次和二次電壓電流等模擬量，經(jīng)模擬信號(hào)調(diào)理電路，進(jìn)入DSP的A/D轉(zhuǎn)換口，由DSP定時(shí)采樣并完成A/D轉(zhuǎn)換，DSP將A/D轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)與鍵盤設(shè)定參數(shù)進(jìn)行比較和數(shù)字PID運(yùn)算，由事件管理器EV完成PWM輸出，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換、光耦隔離、整形濾波后，輸出0～5 V的調(diào)節(jié)信號(hào)給CA6100晶閘管觸發(fā)板，使晶閘管輸出移相范圍在5°～175°可調(diào)，完成電源主電路三相交流調(diào)壓部分的調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)靜電除塵電源閉環(huán)控制。

與其他控制系統(tǒng)不同，可同時(shí)控制高壓部分的可控硅和低壓部分的可控硅，從而實(shí)現(xiàn)降壓控制振打的功能，明顯提高振打的效果。同時(shí)在粉塵比電阻較高的情況下，不僅能有效克服反電暈的產(chǎn)生，且在二次輸出電壓高、二次輸出電流很低的工況下，顯著提高作用于電場(chǎng)的有效電流。

基于DSP控制器的核心部分的設(shè)計(jì)制造，主要應(yīng)用技術(shù)：火花控制特性、極限值控制特性、軟啟動(dòng)控制特性、偏勵(lì)磁檢測(cè)及保護(hù)特性、更加準(zhǔn)確快速的處理閃絡(luò)。

2.2 實(shí)現(xiàn)三相高壓供電方式

利用DSP控制器實(shí)現(xiàn)為電除塵器提供三相高壓供電方式，并能方便實(shí)現(xiàn)從單相高壓供電向三相高壓供電方式平穩(wěn)過(guò)渡的方案。采用三相高壓供電的平衡方式，通過(guò)控制可控硅模塊的導(dǎo)通狀態(tài)，實(shí)施電壓、電流、相角、磁通的平衡控制，實(shí)現(xiàn)合理的用電模式，有效提高電能轉(zhuǎn)換效率。

三相輸入的工頻電源，經(jīng)主回路的斷路器和接觸器，由三對(duì)雙反并聯(lián)的SCR模塊調(diào)壓，送至整流變升壓整流（輸入端為三角形接法，輸出端為星形接法）后到負(fù)載，其余如降壓振打等為輔助行功能。對(duì)于三相平衡供電，其電壓、電流、磁通的大小相等，相位依次相差120°，任何時(shí)候電網(wǎng)都是平衡的，是最科學(xué)合理的用電模式[3]。三相高壓電源采用完全相同的三相調(diào)壓、三相升壓、三相整流，其功率因數(shù)≥0.95，電網(wǎng)損耗小，三相高壓電源能有效克服目前單相電源功率因數(shù)低（≤0.7）、缺相損耗大、電源利用率低的缺點(diǎn)。

三相電源控制器除了擁有最佳工作模式與最佳工作點(diǎn)控制特性外，還內(nèi)置了RCQ和VCR，使其能在不同的負(fù)載情況下優(yōu)化電除塵器的電氣系統(tǒng)地運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)理想的收塵效率和節(jié)能效果。RCQ通過(guò)實(shí)時(shí)采集二次電流、電壓的信號(hào)以及排放濃度，通過(guò)“基因優(yōu)化”控制算法，選取合適的工作方式以及最佳輸出點(diǎn)，以達(dá)到最優(yōu)的控制模式。

2.3 應(yīng)用降壓振打控制技術(shù)

提高降壓控制振打效率的關(guān)鍵在于電除塵器能夠根據(jù)工作環(huán)境的不同合理調(diào)整參數(shù)，后級(jí)電場(chǎng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，彌補(bǔ)前級(jí)電場(chǎng)由于降壓振打造成粉塵二次飛揚(yáng)問(wèn)題。降壓控制振打的最主要問(wèn)題是在電壓的降低而使電流急劇增大產(chǎn)生能源的浪費(fèi)，根據(jù)積分斜率算法，設(shè)計(jì)PID調(diào)節(jié)電路，在保證除塵效率的前提下，自動(dòng)調(diào)整導(dǎo)通角以減小低效電流的輸出，進(jìn)而使設(shè)備節(jié)能。

降壓振打控制技術(shù)在鋼鐵燒結(jié)機(jī)機(jī)頭電除塵器得到很好應(yīng)用，主要工作為判斷積灰到一定厚度→關(guān)閉電場(chǎng)力振打→清灰干凈→減少反電暈；降壓振打時(shí)，前后電場(chǎng)自動(dòng)遞進(jìn)能量補(bǔ)償，保證持續(xù)高效運(yùn)行；燒結(jié)機(jī)負(fù)荷降低到60%執(zhí)行清灰振打（清灰VCR）；降低振打頻率數(shù)倍，延長(zhǎng)除塵器機(jī)械壽命；在粉塵比電阻較高的情況下，能有效克服反電暈的產(chǎn)生；在二次輸出電壓高、二次輸出電流很低的工況條件下，可顯著提高作用于電場(chǎng)的有效電流。

2.4 開(kāi)發(fā)高效控制器軟件系統(tǒng)

開(kāi)發(fā)電除塵器節(jié)能與優(yōu)化控制管理軟件，利用計(jì)算機(jī)對(duì)運(yùn)行環(huán)境中的各種參數(shù)變化進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤控制，如各種煙氣不同的穩(wěn)定、灰塵成份、煙氣流量等，兼顧除塵效率和供電能量，采用模糊控制技術(shù)、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)化技術(shù)，尋電壓的最優(yōu)值，使火花率保持適中，同時(shí)跟蹤二次電壓和二次電流的變化，自動(dòng)控制最佳輸出點(diǎn)，達(dá)到使除塵器電氣系統(tǒng)運(yùn)行的最佳狀態(tài)，從而提高電除塵器的除塵效率和降低電除塵器的電能耗[4]。

電除塵高效控制器軟件主要應(yīng)用在工藝計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，是電除塵器高低壓供電裝置等系統(tǒng)設(shè)備綜合控制的核心，基于IFIX中文版或工控軟件為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，以微軟SERVER2003sp4、SQLSERVER為系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，OPC底層數(shù)據(jù)庫(kù)通訊支持，架構(gòu)于TCP/IP快速工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，綜合電除塵器高低壓設(shè)備全面運(yùn)行數(shù)據(jù)、濁度信號(hào)、燒結(jié)機(jī)負(fù)荷、壓力、溫度等參數(shù)進(jìn)行記錄、運(yùn)算、關(guān)聯(lián)、分析以及全自動(dòng)控制，組成一個(gè)安全穩(wěn)定、通訊快速、管理全面、功能先進(jìn)的完備計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。

3 結(jié)語(yǔ)

靜電除塵應(yīng)用三相高壓電源技術(shù)后，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，單項(xiàng)電源明顯提高了功率因數(shù)；在同工況、同煙氣、同排放的條件下，電廠節(jié)能達(dá)到40%，冶金系統(tǒng)的應(yīng)用節(jié)能效果更好[5]；可以有效提高電除塵器的平均電壓，在含金屬離子多的冶金煙氣工況下尤為顯著，有效地提高電除塵器的收塵效率；三相電源的轉(zhuǎn)化率比現(xiàn)有設(shè)備高24%，輸出（做功）功率相同時(shí)可以減少輸入功率，提效的同時(shí)更加節(jié)能。

[1]馮國(guó)俊，陳忱，李兵磊.新型繞流式電除塵器結(jié)構(gòu)及機(jī)理分析[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2009（6）：70-72.

[2]陳旺生，鄒霖，黨太升，等.泛比電阻電除塵器伏安特性的理論及實(shí)驗(yàn)研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2005（6）：31-33,116.

[3]郝吉明，賀克斌，晁紅勛.電除塵器數(shù)學(xué)模型的研究[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1989（3）：95-104.

[4]劉松濤，胡滿銀，李立鋒，等.電除塵器反電暈現(xiàn)象的模擬試驗(yàn)研究[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2004（10）：23-25.

[5]楊柏.燃煤電廠電除塵器的有效控制[J].廣東電力，2006（1）：65-67.

Development and Application of Three Phase High Voltage Power Supply for Electrostatic Precipitator

WAN Jun1,YAO Yuan2
（1 Hydrology Corporation of Jinan Iron and Steel Group Corporation,Jinan 250101,China; 2 Shandong Chaoyue Digital Control Electronicy Co.,Ltd.,Jinan 250001,China）

By means of the development of the core controller,the efficient controller software system was developed by using the DSP controller to provide three-phase high voltage power supply for electrostatic precipitator,apply the control technology of antihypertensive vibration.Application and development of the electrostatic precipitator power supply of three-phase high voltage power supply,which significantly improved the single power factor,effectively improved the average voltage of the electrostatic precipitator,the three-phase power conversion rate is improved 24%higher than that of the existing equipment.

electrostatic precipitator;three-phase power supply;high voltage;power saving

TM41

B

1004-4620（2015）04-0048-02

2015-04-29

萬(wàn)軍，男，1972年生，1995年畢業(yè)于長(zhǎng)春工程學(xué)院電氣自動(dòng)化專業(yè)?，F(xiàn)為濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司水文公司綜合管理部科長(zhǎng)，工程師，從事除塵器設(shè)計(jì)、制造、安裝管理工作。