高效電源除塵技術應用效果分析

王曉華，張海，胡漢宇，詹靜

(湖北華電襄陽發電有限公司，湖北 襄陽 441021)

0 引言

我國燃煤機組的除塵設施以靜電除塵器為主，靜電除塵器的供電是采用高壓硅整流設備將交流電轉換成高壓直流電。常規工頻供電電源輸出波形為單一工頻波，平均電壓比脈動峰值電壓低25%左右，在高濃度粉塵、高比電阻等工況下，容易在電場中觸發電火花，工頻電源實際運行參數遠小于設計二次電流和二次電壓，電源供電效率低，且容易產生電暈封閉等不良后果，因此工頻電源的控制主要以實現火花發電為目標，粉塵在電源火花發電時的荷電效果最佳[1-3]。

隨著國家環保排放標準的嚴格化，常規靜電除塵器已無法滿足新的排放要求，進一步提高除塵效率迫在眉睫。高效電源提效是常規靜電除塵器提效的一種重要手段，作為靜電除塵器的核心裝置供電電源本身也得到了廣泛發展，工頻電源已逐漸被高效電源所代替。目前高效電源主要技術流派是高頻電源、脈沖電源和三相電源等。

為深入研究高效電源除塵技術的應用效果，本次系統分析了各類高效電源的技術特點和應用效果，從而為下一步高效電源除塵技術的應用提供依據。

1 技術分析

1.1 高頻電源

高頻電源是通過相關電源將三相交流電整流為直流電，利用逆變電路逆變為20～50 kHz高頻交流電，由整流變壓器升壓、整流后輸出直流高壓，為靜電除塵器提供直流的高壓電。在相同的額定電壓條件下，高頻電源輸出的二次電壓較傳統工頻電源輸出的二次電壓高出25%左右，且有效地避免了工頻電源峰值時火花放電現象。

表1 機組基本情況Tab.1 Main parameters of the unit

1.2 脈沖電源

脈沖電源采取混合供電模式，即在直流(工頻或高頻高壓)供電的基礎上疊加脈沖電壓，從而使除塵器電場上施加電壓由基礎電壓和脈沖高電壓疊加而成。

脈沖電源的基礎電壓、脈沖電壓和工作電流均可以單獨控制，其工作電壓可達140 kV以上，遠高于常規電源的擊穿電壓，從而加大了粉塵的荷電能力，同時由于以窄脈沖(120 μS左右)電壓波形輸出，在不降低或提高除塵器運行峰值電壓的情況下，通過改變脈沖重復頻率調節電暈電流，可以有效地抑制大量無用的電子流吸附于陽極板的高比電阻粉塵之上，有效防止電場中反電暈的產生，提高除塵器對高比電阻粉塵的收塵效果，同時降低電除塵器總能耗。

1.3 三相電源

三相電源是輸入三相工頻交流信號后由6只可控硅同步移相調壓，再經三相整流變壓器升壓后，整流成一路直流高壓信號輸出，高壓硅整流變壓器也是三相輸入，三相輸出，輸入輸出供電模式與三相制電網供電完全一致。

三相電源的額定輸出平均電壓是單相升壓變壓器的1.5倍，整流后輸出二次電壓的波形比常規工頻電源正弦波波形的頻率大，波動幅度小，從而有效提高二次電壓和二次電流，形成高電壓和高電流供電。

2 案例概況

典型案例機組除塵器基本情況見表1，#A機組采用5個固定電極除塵器，電場全部采用工頻電源，改造時將第1，2電場更換為高頻電源；#B機組采用4+1旋轉電極除塵器，電場全部采用高頻電源，改造時第四電場更換為脈沖電源；#C機組采用5個固定電極除塵器，電場全部采用工頻電源，改造時將后3個電場更換為三相電源。本次相關測試過程中，高頻電源、三相電源和脈沖電源均采用連續供電模式運行。

3 運行效果分析

3.1 高頻電源效果

高頻電源改造前、后煙塵排放質量濃度分析如圖1所示，高頻電源改造后除塵器出口煙塵排放質量濃度能夠從82.50 mg/m3降低到33.00 mg/m3，除塵效率可以由99.78%提高到99.90%，由圖1可知，有利于第1，2電場改善粉塵特性，提高除塵效果。

圖1 高頻電源改造前、后煙塵排放質量濃度分析

Fig.1 Dust concentration analysis before and after highfrequency power transformation

高頻電源提高除塵效率的機制在于，其輸出電壓近乎為純直流，輸出電壓可穩定在接近峰值電壓，達到火花電壓的臨界值，電暈放電強烈，電場強度大，煙塵粒子的荷電量大，從而有利于粉塵的收集[4-7]。

由于采用大容量高頻電源，可以建立足夠大的電場強度，首先使難以荷電的高比電阻粉塵荷電，并被吸附到陽極板；其次采用高頻供電方式，在提高電場強度的同時給收集到陽極板的粉塵足夠的時間將自身的電荷轉移到陽極板。這樣既利于高比電阻粉塵的荷電，又有利于控制反電暈的發生。

3.2 脈沖電源效果

根據脈沖電源除塵特點及電場粉塵分布特性，通常將脈沖電源布置于電除塵末級電場來解決高比電阻粉塵及反電暈現象。脈沖電源改造前、后煙塵排放質量濃度分析如圖2所示，由圖2可知，脈沖電源改造后除塵器出口煙塵排放質量濃度能夠從40.60 mg/m3降低到16.40 mg/m3，除塵效率由99.89%提高到99.95%。

脈沖電源以窄脈沖電壓波形輸出為基本工作方式，其主要目的是在不降低或提高除塵器運行峰值電壓的情況下，通過改變脈沖重復頻率調節電暈電流，以抑制反電暈的發生，使電除塵器在收集高比電阻粉塵時有更高的收塵效率。脈沖電源充電周期短，且粉塵層上的電荷有足夠的放電時間，從而使粉塵層上不易積累電荷，有效克服反電暈現象[8]。

圖2 脈沖電源改造前、后煙塵排放質量濃度分析

Fig.2 Dust concentration analysis before and afterpulse power transformation

研究發現，基礎直流電壓對超細粉塵的去除效率較低，加上脈沖電壓后超細粉塵的去除效率明顯提高，且除塵效率隨著脈沖電壓的電壓等級增大而升高[9-10]。

3.3 三相電源效果

三相電源改造前、后煙塵質量濃度分析如圖3所示，由圖3可知，三相電源改造后除塵器出口煙塵排放質量濃度能夠從75.20 mg/m3降低到34.30 mg/m3，除塵效率由99.69%提高到99.85%。可以看出，三相電源也能夠有效地提高后部電場粉塵的荷電能力，有利于除塵器除塵效果的提高。

圖3 三相電源改造前、后煙塵質量濃度分析

Fig.3 Dust concentration analysis before and afterthree-phase power transformation

三相電源的三相供電平衡，具有峰值電壓高，瞬態峰值電流大，平均電壓電流低的特點，能瞬間突破直流供電的臨界擊穿電壓，從而克服了單相不平衡供電的弊端，提高電能轉換效率，進而實現更好的火花控制特性，有效抑制反電暈；輸出高電壓供電，三相電源的峰值電壓與平均電壓比較接近，盡可能接近直流信號(但效果較高頻電源略差)，從而有效提高細小粉塵、高比電阻顆粒的荷電能力，提高效率，降低粉塵排放。

4 結束語

高效電源可有效地改善除塵器的收塵特性，有利于提高除塵器對高比電阻粉塵的收塵效果，高效電源可以將靜電除塵器的除塵器效率提高到99.90%以上，因此，在控制燃煤灰分的條件下，保證入口煙塵質量濃度的條件下可實現除塵器出口煙塵排放質量濃度低于20 mg/m3。

高頻電源對高比電阻、高灰分的處理效果較好，適合于前部電場的應用，脈沖電源和三相電源對高比電阻、細小粒徑飛灰的處理效果更佳，適合于后部電場的應用，因此實際應用過程中可采用組合高效電源的應用模式。

改造項目僅采用高效電源效果相對有限，為有效地降低煙塵的排放質量濃度，可將高效電源技術與其他除塵提效技術協同使用。