電除塵器供電電源的優選分析

方項林，蘇江峰，陳儒稼

（國投金城冶金有限責任公司，河南靈寶472500）

國投金城冶金有限責任公司（以下簡稱國投金城冶金）銅冶煉采用的是富氧底吹造锍捕金自熱熔煉技術，熔煉爐所產生的高溫高含塵煙氣經熔煉余熱鍋爐、靜電除塵器、干法收砷裝置處理后，送入制酸凈化工序稀酸洗滌凈化，經二轉二吸制酸工藝生產工業硫酸，制酸尾氣脫硫達標后排放[1]。該冶煉技術在熔煉系統產生的煙氣具有溫度高、粉塵含量大、成分復雜的特點，且由于煙氣中三氧化硫含量較大，產出的煙塵易出現發黏發潮的情況[2]。在處理火法有色冶煉產生的高溫含塵煙氣時，通常會采用電除塵器及布袋除塵器來過濾高溫煙氣中的煙塵。電除塵器是利用高壓電場產生的靜電力對煙氣中的粉塵進行捕集進而除去的裝置，是凈化熔煉爐煙氣的理想設備，但銅冶煉煙氣中的煙塵易粘附在電除塵器電場內的陽極板及陰極芒刺線上，對供電電源的送電效果造成影響，影響收塵效率。

高頻高壓直流電源和工頻恒流高壓直流電源二者各具優勢，廣泛應用于煙塵處理系統的電除塵器，國投金城冶金在新建電除塵器的Ⅰ電場嘗試使用高頻高壓直流電源，在Ⅱ～Ⅳ電場使用工頻恒流高壓直流電源。筆者結合公司熔煉收塵系統電除塵器的實際運行情況，對不同供電電源在銅冶煉煙氣條件下的送電效果及收塵效率進行了分析，為銅冶煉系統電除塵器供電電源的選擇提供借鑒。

1 電除塵器常用供電電源

1.1 高頻高壓直流電源

高頻高壓直流電源普遍采用LC串聯諧振拓撲結構，具有恒流特性，閃絡時主電路不產生大幅沖擊電流，設備穩定性好，有利于除塵器在復雜工況下高效可靠運行，已逐步成為市場主流產品。高頻電源具有純直流供電和間歇供電兩種供電方式，可為電除塵器提供最合適的電壓波形，從而提高除塵效率[3]。

1.2 工頻恒流高壓直流電源

工頻恒流高壓直流電源由變壓器柜、功率柜、控制柜三部分組成。三相高壓電經高壓開關柜進入，經輸入降壓、移相給功率單元柜內的功率單元供電。功率單元分為3組，一組為一相，每相功率單元的輸出首尾相串。主控制柜中的控制單元通過光纖對功率柜中的每一功率單元進行整流、逆變控制與檢測，根據實際需要通過操作界面進行頻率的給定。控制單元把控制信息發送到功率單元進行相應的整流、逆變調整，輸出滿足負荷需求的電壓等級。

2 電除塵器供電電源的選擇優化

2.1 高頻高壓直流電源的應用情況

電除塵器電場的二次電壓及二次電流的高低直接反映電場工作情況的好壞。國投金城冶金熔煉電除塵器原Ⅰ電場變壓器采用型號為ZHG-0.8A/72 kV的高頻高壓直流電源，在空試階段二次電壓在30～40 kV；在系統開車期間煙氣流通的過程中，二次電壓只能送到20 kV以下；在調大導通率后，二次電壓出現大幅度波動情況，以致二次電流過大，PLC控制柜報故障。對Ⅰ電場內部及電場絕緣情況進行檢查，初步判斷電場電壓偏低是由陽極板變形導致陰陽極的極間距發生改變造成的。更換電場內部的陽極板及陰極框，在保證電場絕緣的情況下，使用高頻高壓直流電源送電運行，送電情況仍不理想。運行狀況較好時，二次電壓能穩定在35～40 kV，但隨著系統運行時間的延長，二次電壓會逐步下降[4]。

2.2 工頻恒流高壓直流電源的應用效果

2.2.1 電除塵器電場二次電壓

2021年6 月，電除塵器Ⅰ電場采用高頻高壓直流電源，Ⅱ～Ⅳ電場采用工頻恒流高壓直流電源，Ⅰ電場的二次電壓為18 kV（月度平均值，下同），整體低于工頻恒流高壓直流電源的二次電壓。

2021年10 月在熔煉系統檢修期間，對各電場內部的積灰進行清理，對絕緣裝置檢查更換，但Ⅰ電場的電壓送電情況仍未改善。為減少電塵灰后移，保證前段電場的收塵效率，將Ⅰ電場的高頻高壓直流電源與Ⅳ電場的工頻恒流高壓直流電源對調，Ⅰ電場的送電情況明顯改善，二次電壓由18 kV提高至70 kV以上，而Ⅳ電場的二次電壓由58 kV降低至21 kV。由此判斷，高頻高壓直流電源在熔煉爐產生的高溫高含塵煙氣工況下較工頻恒流高壓直流電源送電情況差。

2021年11 月，將電除塵器的高頻高壓直流電源全部更換為工頻恒流高壓直流電源，Ⅳ電場的二次電壓由使用高頻高壓直流電源時的21 kV升高至83 kV，送電情況明顯好轉，收塵效率明顯升高。

電除塵器各電場二次電壓的運行數據見表1。

表1 電除塵器電場二次電壓運行數據

由表1可見，電除塵器使用工頻恒流高壓直流電源作供電電源，在保障電場絕緣的情況下，各電場的二次電壓均可穩定在50 kV以上，電場收塵效率較好。

2.2.2 制酸系統凈化工序酸泥產量

2021年6 月，電除塵器Ⅰ電場采用高頻高壓直流電源作供電電源，電場收塵效率低下，大量煙塵后移進入后續工序。在制酸系統凈化工序，板框壓濾機拆卸頻繁，每天需拆卸板框1～2次，2021年6月2—6日凈化工序酸泥產生量達12 t，據此推斷電除塵器出口的煙氣中塵(ρ)高達1.25 g/m3。

2021年11 月，電除塵器4個電場全部采用工頻恒流高壓直流電源作供電電源，電場收塵效率明顯升高，進入后續工序的煙塵明顯減少。2021年11月7—11日制酸系統凈化工序的板框壓濾機僅拆卸1次，產生酸泥1.5 t，據此推斷電除塵器出口的煙氣中塵 (ρ)僅為 0.16 g/m3，低于控制指標 0.2 g/m3。

3 高頻高壓直流電源與工頻恒流高壓直流電源應用對比

國投金城冶金富氧底吹爐配套的100 m2電除塵器和煙臺某銅冶煉公司富氧底吹爐配套的100 m2電除塵器、側吹爐配套的80 m2電除塵器供電電源應用情況見表2～3。

表2 國投金城冶金電除塵器供電電源應用情況

由表2和表3的數據分析可以得出，在銅冶煉煙氣的處理過程中，電除塵器的電場采用高頻高壓直流電源送電的二次電流與二次電壓均明顯低于采用工頻恒流高壓直流電源。

表3 煙臺某銅冶煉公司電除塵器供電電源應用情況

從生產現場情況來看，使用高頻高壓直流電源的電除塵器電場的煙塵產量明顯偏低，收塵效果較差。因此，在銅冶煉煙氣處理系統中，建議優先選用工頻恒流高壓直流電源作為電除塵器的供電電源。

4 結語

有色冶煉企業應根據冶煉系統的煙氣條件及煙塵性質選擇電除塵器電場的供電電源。生產運行實踐表明，工頻恒流高壓直流電源的運行穩定性好，能夠保障銅冶煉煙氣處理系統電除塵器電場穩定運行，有利于提高收塵效率，進一步提高企業的環境效益和經濟效益。