高頻電源應用于除塵系統中存在的問題及解決方案

陳燕燕

（福建三鋼集團有限公司焦化廠，福建三明 365000）

引言

電除塵器作為大氣污染防治的主要設備，目前已廣泛應用于工業生產過程的煙塵治理。隨著國家對企業煙氣排放標準的不斷提高，在基準含氧量8%條件下，煙囪出口顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放限值分別為15 mg/m3、30 mg/m3、150 mg/m3，這一標準為如何使濕電除塵器穩定、正常運行帶來了許多新的挑戰。

1 概述

全能量熱回收制焦工程第一套脫硫系統從2019 年2 月運行至今。在正常設計煙氣流量工況下，煙囪出口指標中，二氧化硫及氮氧化物指標均達標，但煙囪出口顆粒物一直運行不正常，即除塵效率達不到設計標準，主要表現為二次電流偏低，濕電除塵器95瓷拉桿器位置經常放電，造成除塵效率低下。針對這一情況，對濕電除塵器95瓷拉桿處加熱方式進行改造。改造后，在脫硫塔正常煙氣量的情況下，煙囪出口顆粒物達標。

2 高頻電源工作原理

2.1 高頻電源結構特征及工作原理

JHD-Ⅰ高頻電源是典型的通過串聯諧振軟開關逆變過程，把交流電能轉換為直流電能的電路。

高頻電源主要是將50 Hz/380 V 交流電通過IGBT 升頻逆變后達到高頻流的設備。其最高頻率為12 500 Hz，頻率越高相應的電流電壓就越高，其中對于電場來說，主要指標為二次電壓和二次電流。見圖1和圖2。

圖1 電源結構示意圖

圖2 高頻電源工作原理

2.2 高頻電源的特點

高頻電源可以看作是一個恒流源，因此具備以下幾個特點：

（1）電流恒定與端電壓無關。

（2）端電壓可變與負載無關。

（3）不允許開路。

2.3 電源工作頻率與二次電壓和二次電流的關系

實際上工作頻率調節是電源電流的有效輸出效率，但電流的實際輸出值又與負載有關，所以二次電流是在工作頻率與實際負載共同作用下產生的，而二次電壓則是因為二次電流的改變而改變。因此，工作頻率與二次電流及電壓不存在十分理想的線性關系。

2.4 正常運行時的幾個關鍵因素

日常運行中，電源狀況的好壞主要以“二次電壓”“二次電流”為指標，而工作頻率與兩者之間不存在理想線性關系。

在電源開機、停機過程中，對于初始頻率的設置并無要求，即可以在高頻率下開機，也可以在高頻率下直接關機。

電源運行期間若出現電壓電流波動，應該首先觀察火花率的變化，如果有火花，電源必定會波動，這是正常現象。但是為了達到一個較為穩定的工作狀態，可以適當調節頻率讓電壓降低到放電電壓之下，這樣電場內部放電減少，波動也會隨之降低。

3 采用的調壓方案

調壓方案：以穩定的二次電壓為基準，通過調節頻率來抬升二次電壓，期間以火花率和工作頻率做參考，最終達到較為穩定的高電壓和低火化率。見圖3。

圖3 調壓流程圖

4 高頻電源故障分析及故障處理

4.1 輸出開路故障及處理方法

（1）產生條件：當二次電壓≥40 kV 時，二次電流≤5 mA，延時3 s，輸出開路報警并停機。

(2)產生原因：阻尼電阻燒壞；隔離開關開路；電場本體進線開路。

(3)處理方法：更換阻尼電阻；檢查隔離開關；檢查電場本體進線。

4.2 輸出短路故障及處理方法

(1)產生條件：當二次電壓≤5 kV，二次電流≥二次電流設定值的80%延時3 s，輸出短路報警并停機。

(2)產生原因：隔離開關接地；電場本體內短路。

(3)處理方法：檢查隔離開關；檢查電場本體。

4.3 大型故障解決辦法

短路故障：有電流沒電壓。

開路故障：有電壓沒電流。

出現以上兩種情況，一般電源會直接報警，但若存在不報警卻又符合上面兩種條件的，建先對電源做開路及短路試驗。

4.4 開路及短路試驗步驟

(1)開路試驗：停運設備至少5 min 后，斷開主回路開關，再斷開控制回路開關。斷開高壓輸出回路，重新給設備上電，并設置二次電壓、二次電流為額定值，啟動設備運行，設備二次電壓應達到額定值（72 kV），而二次電流為0，且無閃絡。1 min 后，設備應開路報警，并自動停運。

(2)短路試驗：停運設備至少5 min 后，斷開主回路開關，再斷開控制回路開關。把高壓輸出接地，重新給設備上電，并設置二次電壓、二次電流為額定值，啟動設備運行，設備二次電流應達到額定值（1 600 mA），而二次電壓為0，且無閃絡。1 min 后，設備應報警，并自動停運。

5 案例介紹

5.1 案例1

2019 年5 月20 日西區脫硫#2 濕電除塵提示輸出短路。

故障分析：#2 濕電除塵在電腦上提示輸出短路，控制器顯示屏上也提示短路故障。這種情況一般是本體（脫硫塔內部）的短路引起的，本體短路有兩種可能：

（1）有物體將本體內部陰陽極搭接在一起從而造成的短路。

（2）本體內部的95瓷拉桿斷裂引起。

故障點判斷：先將高頻電源的380V主回路電源斷開，至塔頂高頻電源處將電源與本體連接部分斷開，用高壓搖表（2 500 MΩ）測量脫硫塔#2 本體是否短路（即測量硫塔內部絕緣電阻值是否為0），經過檢測測得#2脫硫塔內部絕緣電阻值為0。

通過塔體內部絕緣電阻值為0，那么可以判斷本次的短路故障是由于塔體內部短路引起的。

故障處理方法：

（1）首先打#2 脫硫塔體人孔，檢查95 瓷絕緣拉桿情況，經查明四根95 瓷絕緣拉桿斷裂一根，因此可以判定此次故障由拉桿斷裂直接引起。

（2）將斷裂的95 瓷絕緣拉桿更換，更換完畢后必須再搖一次塔體內部絕緣，以確定絕緣完好后才能正常開車運行。

通過本次故障，發現在脫硫塔的95瓷拉桿處放電尤為嚴重，因為嚴重放電很容易造成95瓷絕緣拉桿因過度放電而斷裂。因此在此次故障后經過檢查研究發現造成95瓷拉桿放電的原因。

優化設計改造：因為所采用的是濕式除塵，而濕式除塵的工藝要求，每隔運行一段時間（固定的時間間隔）就要對塔體進行沖洗，所以塔體內部在沖洗完畢后存在濕度的（每沖洗5 min 就要等待干燥時間15 min）。而95 瓷拉桿處由于設計缺陷，會在桶壁存留水汽以及部分煙氣所帶的小顆粒物質，造成95 瓷拉桿處絕緣降低。但又由于95 瓷拉桿的加熱方式是電棒熱的加熱方式，這種電棒熱的加熱方式存在溫度偏低的問題。因決定將原來的電棒熱加熱方式改為電爐絲加熱配送熱風方式加熱（即熱風系統改造，見表1）。

表1 熱風系統改造圖表

改造效果：

（1）在很大程度上解決了95 瓷拉桿斷裂的現象。

（2）在拉桿處的放電現象也大幅度減少。

（3）熱風吹掃加熱方式比之前的電棒熱加熱范圍明顯增大，溫度明顯提高，保證了95 瓷拉桿處的干燥度及清潔度。

5.2 案例2

2019年8月16日，西區脫硫#2濕電除塵只能運行在頻率500 Hz以下，當運行頻率提高到500 Hz以上時，高頻電源會出現跳車，而每次跳車后高頻電源控制器并未報出任何故障。

故障點判斷：首先判定故障點是在本體內部還是在高頻電源。

（1）將#2 脫硫塔高頻電源與塔體之間的連接線斷開。

（2）在斷開連接線之后，讓濕電除塵的高頻電源空載運行。

（3）通過空載運行觀察高頻電源的運行數據，來判定高頻電源是否存在故障。

（4）通過空載試驗觀察到當頻率加到6 000 Hz時，高頻電源的二次電壓（U2）31 kV，二次電流（I2）1 036 mA（高頻電源額定二次電壓72 kV，二次電流1 600 mA）。因為是濕式除塵，除塵器內部的濕度很大，很容易導電，導致二次電壓在大電流下就很低。

通過空載試驗可以判定高頻電源是正常工作狀態，并無故障存在。

檢查塔體故障：

（1）用高壓搖表（2 500 MΩ）測量塔體絕緣電阻值，測得絕緣電阻值為20 MΩ，絕緣電阻值在這么低的數值，但又不是完全接地的現象。證明塔內不存在陰陽極板搭接的情況。

（2）經過多方研究決定打開塔體陰極吊桿上方的錐形瓷瓶的人孔，檢查四個錐形瓷瓶情況。經檢查發現四個錐形瓷瓶有一個出現裂縫，由此可以判定此次故障跟錐形瓷瓶裂有關。

（3）更換開裂的瓷瓶，更換后測量塔體絕緣電阻值，絕緣電阻值合格后將#2 脫硫塔濕電除塵投入運行。

經過檢查發現瓷瓶頻繁放電的原因是瓷瓶頂端四氟墊片擊穿造成塔內煙氣泄漏至瓷瓶頂部，當高頻電源的二次電壓升高到一定的數值時，由于濕度造成的強放電從而擊穿瓷瓶并破壞其絕緣。

優化設計改造：檢查發現在錐形瓷瓶上下墊的四氟墊片均為實心圓，而錐形瓷瓶是空心的，在瓷瓶與墊片之間的實心部分是很容易存留水汽的，這些水汽很容易造成瓷瓶放電。因此將每臺濕電除塵器的錐形瓷瓶上下部的四氟墊片改為空心圓。改造后，瓷瓶放電的故障率明顯降低，瓷瓶損壞率也減少了。

6 總結

（1）在整個煉焦系統中，除塵是必不可少的一個環節。而濕電除塵是目前脫硫工藝中解決粉塵顆粒物排放標準的主要除塵方式之一。

（2）濕電除塵器在熱回收焦爐尾氣處理上首次應用，試驗時間較短，其除塵環節中還有很多的問題需要不斷發現、研究、探討及完善。

（3）濕電除塵器在熱回收焦爐脫硫系統運行的這段時間來看，在濕電除塵器運行過程中決定除塵效率的一個致命的因素就是放電，經過多次故障發現造成放電的原因有很多，工作難點就在于每發現一個放電原因如何提出合理化建議并實施整改，以增強濕電除塵器的除塵效率。