高頻電源在火電廠電除塵器的應用和探討

張波

摘 要：隨著我國大氣污染排放標準不斷完善，帶動了火電廠除塵器的發展，在發展的同時電除塵器的收塵效率也應隨之提高，不斷地適應社會發展需求。我國利用高頻電源對電除塵器的除塵供電系統進行了升級改造，此次改造升級提高了電除塵器的除塵效率，因此高頻電源的應用能夠提升電除塵器的電暈功率。相關研究改造結果為：高頻電源火花控制的時間只需要25us、工頻電源控制的時間則需要10ms，因此高頻電源的應用對火電廠除塵器功率的提升具有重要意義。此外，高頻電源也經常被應用于電除塵工頻控硅電源供電領域中，本文根據上述內容對高頻電源在火電廠除塵器中的應用進行了相關探討與研究。

關鍵詞：高頻電源;火電廠;電除塵器;應用探討

中圖分類號：X773 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）01-0146-02

0 引言

現階段我國對生態環境的保護力度不斷加大，國家積極倡導節能減排工作。《火電廠大氣污染物排放標準》頒布實施后對燃煤電廠使用電除塵器要求顯著提升，為推動節能減排工作奠定堅實基礎。另外，我國社會對節能減排工作要求顯著提高，由于工業生產能耗浪費比較嚴重，節約減排工作刻不容緩，應制定科學有效的節能減排措施，共同推動我國生態環境保護工作。國家積極倡導企業與公民參與節能減排工作，既推動電除塵器技術革命，同時也激發高壓電源發展活力，尤其是高頻電源的出現和推廣使用。

1 目前電除塵器技術主要存在的問題分析

國家對火電廠燃煤鍋爐排放標準日益提高，因此需要不斷的加快電除塵器改造升級的步伐，傳統的電除塵器排放標準難以適應時代發展，從而導致電場數降低以及集塵面積縮小等問題。國家修訂頒布最新的電除塵器排放標準，該行業將承擔改造升級產品的重任，但也面臨諸多問題，常規的電除塵器技術改造難以滿足最新標準，因此，全面推動火電項目改革成為困擾我國節能減排工作重大難題。從國內火電廠除塵技術研究理論與發展現狀來看，電除塵器技術發展離不開國家科研的投入，研發最新的電除塵器才能滿足節能減排要求。[1]

2 除塵器高頻電源技術介紹

高頻電源作為最新研發的電除塵器技術，目前已經在電力、化工、水泥以及冶金等領域推廣使用，改變傳統可控硅工頻電源技術，高頻電源具有除塵效果佳、節能減排成效高以及保護生態環境的作用，同傳統的工頻電源技術相比較，采用高頻電源能夠降低30至50%的煙塵排放，降低能耗40至80%。高頻電源技術的應用成效顯著，這是一種逆變式的電源技術，供電電流主要以窄脈沖為主，這一技術為電除塵器提供更加高效的電流與電波訊號。高頻電源控制方法多樣，按照電除塵器實際情況確定電壓波形，最大限度降低設備能耗，不斷提高除塵效果。不僅如此，高頻電源還具備重量輕、體積小等特征，能夠有效節約電纜，供電性能比較穩定。

3 高頻電源系統的節能原理

高頻電源供電主要以窄脈沖為主，電源脈沖幅度、頻率以及寬度都可以進行調節，可根據電除塵器電壓波形選取控制方法。電除塵器可以依據工作環境選擇合適的運作模式，不斷改善除塵器靜電技術，使用型號為HF-01高頻電源的電除塵器進行研究。該型號除塵器零部件由：低壓配電裝置、高壓配電裝置、控制電路系統、散熱裝置以及全橋逆變裝置共同構成。

高頻電源可以將三相交流電轉化為直流電，經過逆變電路傳輸高頻交流電，將高頻電流傳入整流變壓器中進行升壓整流，使工作頻率穩定在20至50kHz，確保電除塵器安全運行。

工頻整流與濾波：三相380V交流電完成整流后形成直流電壓，直流電壓通過濾波電容C，最終直流電壓穩定在530V左右。

逆變：除塵器中直流電壓經過全橋串聯諧振逆變裝置，最終將530V的直流電轉變成20kHz的交流電，在高頻電源變壓裝置中進行存儲。

高頻升壓與整流：高頻變壓器對電壓逆變進行處理，從而獲取電除塵器中的電壓波形，最終實現高頻電源的轉換。

控制電路：主要包括：驅動電路、二次電流電壓采樣電路、電源電路、信號調理電路以及DSP控制電路等，利用屏蔽設備可以對干擾信號完成現場屏蔽，信號調理板劃分為：分模擬量調理電路與開關量隔離電路。分模擬量調理電路檢測環節為：一次電流、一次電壓以及油溫等，開關量隔離電路環節為：主斷路裝置、信號狀態裝置、充電斷路裝置、主開關跳閘以及驅動板PWM信號等。驅動信號主要存儲在IGBT中，管理IGBT開關，高頻電源變壓器中安裝電流電壓采集裝置，并將采集板和電流電壓測量裝置結合。

4 高頻電源節能分析

4.1 高頻電源除塵效率高

從電除塵器發展來看，電場中帶電粒子移動速率較快，且除塵效果較好。電場強度平方和帶電離子速率成正比關系，電場電壓和電場強度也存在正比關系。由此可知，電壓增加以后，電除塵器的工作效率就會顯著提升，傳統電源與高頻電源相比較，一定程度上提高除塵器的工作效率，將電除塵器端口排放量控制在30%以上，高頻電源的應用使電除塵器除塵率增至70%。高頻電源的應用對提高電除塵器工作效率具有重要推動作用，主要表現為：高頻電源能夠快速適應工作環境，并結合實際情況選取合適的電壓波形，為電除塵器提供直流脈動電壓波形。如果電除塵器處于煙氣濃度較大的環境中，通過高頻電源輸送的直流電壓，能夠提高電除塵器工作效率。[2]

高頻電源傳輸的是直流電，高頻電源和傳統工頻電源相比較，高頻電源電流電壓顯著較高，這也是高頻電源除塵器工作效率提高的主要原因。如果電除塵器工作環境中煙氣濃度較大的話，電除塵器就會出現電暈閉塞問題，電流電壓就會降低。使用高頻電源技術可以增強電暈電流，從而解決電除塵器電暈閉塞難題。另外，高頻電源數據監測比較準確，高頻電源利用升級改造后的檢測技術，不僅能夠提升火花檢測的準確性，同時還可以捕捉火花。高頻電源利用串并聯混合諧振逆變設備，不斷提高電流恒定性，避免設備電流波動變化，從而引起電場火花。

4.2 高頻電源節能效果好

高頻電源節能性能較高，同傳統的工頻電源相比較，高頻電源使用效率更高，能夠節約將近20%的能源。傳統工頻電源中功率輸出不足，從而導致工作效率與參數出現較大變化，但高頻電源使用的是直流供電，輸出功率設置為70%，因此，高頻電源的功率因數與工作效率比較穩定。高頻電源在具體工作環境中由于設備額定功率狀態下工作時間較少，從而達到節能減排的作用。

高頻電源對電除塵器具有節能作用，這是影響設備使用的主要因素，高頻電源能夠提升電除塵器工作效率，為除塵系統節能工作提供技術支持。電除塵器工作效率提高以后，電場工作負擔顯著降低，一定程度上降低電場運轉負荷，從而提升除塵系統工作效率。現代科學信息技術的發展速度不斷加快，自動化設備在火電廠中應用比較普遍，IPC智能控制系統可以不斷提高除塵效率，從而實現自動化除塵工作。電除塵器節能高達50%，反電暈現象比較明顯時除塵系統使用效率超過90%，一定程度上降低企業生產成本，為企業獲取更多的經濟效益。

5 高頻電源的應用實例探究

本文主要通過某火電廠企業#1爐電除塵器高頻電源技術改造項目的研究，對高頻電源在火電廠內的應用進行了深入性分析：

5.1 高頻電源的運行模式

選擇高頻電源運行模式與設置變量參數是確保除塵設備安全平穩運行的前提條件，根據除塵器電場運行情況和穩定程度來看，高頻電源運行模式的選擇能夠提高工作效率，因此，系統參數設置與模式運行必須結合起來。高頻電源運行模式劃分為自動連續模式、脈沖供電模式以及手動連續模式，電除塵器管理者按照工作環境選取恰當的高頻電源運行模式。

5.2 手動連續

如果選取手動連續供電模式的話，諧振電路將根據原先設定的固定頻率運行，電場能量輸出趨于恒定，意味著模式運行正常。如果系統波動較大的話，建議采用手動連續供電模式，這一模式參數設置步驟為：首先，選取手動連續運行模式后輸出功率的參數設置完全由手動操作，設備周期變長，輸出功率就會變小。因此，手動模式切換時必須將參數設置在合理區間內，才可保證輸出功率的有效性。

5.3 脈沖供電

高頻電源中高能脈沖與低能脈沖共同構成脈沖周期，這一模式下脈沖供電除塵效率較高，節能效率在50%至90%期間，因此，這也是比較常見的高頻電源模式。這一模式的不足之處在于設備在高能脈沖與低能脈沖來回切換，從而導致系統波動較大。如果電場波動較大，可能導致采樣板損壞。選擇自動連續模式，必須將電壓值降低至可控范圍，閃絡次數應低于30次/min，再將脈沖供電切斷。脈沖供電模式中變量需要適當調整，具體方法如下所示：

（1）高能脈沖具有延時作用。高能脈沖輸出功率Delay1維持在100至300（150），同功率成反比關系;（2）低能脈沖數量。低能脈沖持續時間為Wave2：10至100，根據電場情況進行判斷，電場入口小，出口大;一電場為50、二電場為80、三電場為100、四電場為100、五電場100;（3）低能脈沖具有延時作用。低能脈沖輸出功率為Delay2：400至1000（800），低能脈沖與功率成反比關系。調整以上變量時應觀察電除塵器運行情況，并判斷是否需要切換至手動或自動連續模式，將電場功率控制在合理范圍內，高能脈沖延時與低能脈沖延時值設置相對較大。

5.4 自動連續

自動連續模式下電場根據實際情況設置二次電流I2（<200mA）、二次電壓U2（<72kV）整定值，并對二次電壓與二次電流實時跟蹤調查，確保其處于設定參數區間。電除塵器運行過程中參數波動較大的話，必須切換為自動連續運行模式，檢查供電電源與負載參數設置情況，并查找設備故障。

6 高頻電源的日常維護與保養

高頻電源過程中必須密切關注各項參數變化情況，參數信息主要包括：母線電壓、一次電流、二次電壓、二次電流等，如果變壓器油溫低于8℃或IGBT開關管溫低于75℃，則需要調整參數，并按時檢查設備是否出現故障。

查看設備運行是否正常，并注意是否存在異響，檢查冷卻設備是否正常，觀察高壓輸出端是否放電。

設備停運后必須按時清理殘留物，尤其是風機入口，確保濾網暢通無阻。對變壓器開展油耐壓試驗，耐壓值大于40kV/2.5mm，需要按時查看接地電阻是否正常，電阻值低于2Ω。

高頻電源停送電順序排列，高頻電源開關主要由合主電源、合控制電源電路、合屏蔽盒電源以及合風機電源等共同構成。關閉高頻電源電路必須遵循以下規定：首先，將風機電源開關關閉;然后，將控制電源電路開關關閉;第三，切斷屏蔽盒電源開關;最后關閉高頻電源主開關。如果直接將主電源關閉，就會毀壞高頻電源控制電路板零部件。

7 結語

綜上所述，除塵器高頻電源技術能夠達到節能減排的效果，同傳統工頻電源技術相比較，高頻電源能夠減少30至50%的煙塵排放，降低能耗40%以上。國家廢氣排放標準不斷提高，應用高頻電源技術有效提高除塵效率，解決傳統電除塵器面臨的技術難題，適應當前煙塵排放標準，為推動節能環保工作作出重要貢獻。高頻電源是電除塵器中的重要零部件，后期可跟隨電源技術的發展創新，會在一定程度中提高電除塵器工作效率。本文總體結論概括為：高頻電源具有適應性強、節能減排以及反應迅速等特征，不但能夠提高火電廠除塵效率，同時也推動了除塵系統的發展，所以高頻電源技術應得到廣泛的應用與可持續性發展。

參考文獻

[1] 陳穎，郭俊，毛春華，等.電除塵器高頻電源的提效節能應用[J].中國環保產業，2010（12）：28-31.

[2] 朱法華，李輝，王強.高頻電源在我國電除塵器上的應用及節能減排潛力分析[J].環境工程技術學報，2011（1）：6-32.