變頻電源在電除塵器提效改造中的應用

王占輝 福建龍凈環保股份有限公司

隨著電力電子元器件、計算機技術、控制技術的發展，電除塵器用高壓電源技術有了突破性的進展，高頻電源、變頻電源等多種高效電源產品的順利研發與成功應用，為電除塵器提效改造穩定運行提供了新的途徑和方法。高頻電源、變頻電源是通過提高整流變壓器的工作頻率，從而減小二次電壓紋波，使電壓平均值逼近其峰值電壓，提高二次電壓平均值，最終實現提高除塵效率的目的。

按除塵高壓電源工作頻率分類，變頻電源屬于中頻電源，其工作頻率介于常規單相工頻晶閘管高壓電源與高頻高壓電源之間。其二次電壓紋波在3%左右，略高于高頻電源，但在同一個檔次區間。在相同峰值電壓下，變頻電源二次電壓平均值略低于高頻電源的二次電壓平均值。在相同電場煙氣負載工況下，變頻電源所能達到的二次電壓平均值稍低于高頻電源二次電壓，但差別不大，供電特性與高頻電源相當，對于除塵效率影響有限。

變頻電源，一般工作在500Hz 下，結構型式為控制柜與整流變壓器分離，控制柜可安放在除塵控制室內，整流變壓器放在除塵器頂部。而高頻電源的控制柜與高頻變壓器一體化，控制柜與高頻變壓器均放在除塵器頂部，這樣帶來了控制柜環境惡劣，其穩定性可靠性偏低的問題。變頻電源徹底解決了高頻電源故障率偏高的問題，其除塵性能并不遜色于高頻電源。

1 變頻電源原理及特點

變頻電源主回路如圖1 所，采用三相交流電源，包括整流電路V1、濾波電路LC、IGBT 逆變器和整流變壓器T1 四個部分，采用AC →DC →AC →DC 變流方式：將三相進線交流電壓整流為直流電壓，然后經SPWM 逆變后升壓整流，輸出電壓紋波系數低于3%的平滑直流高壓電壓。

圖1 擴建工藝流程路線圖

變頻控制采用DSP 控制，其控制策略主要為改變設備阻抗和運行參數，以及同步調節工作頻率和調制度，總體策略為：升壓階段，設備為最低阻抗；無閃絡且存在反電暈，設備為較高阻抗；電場閃絡時，設備為最高阻抗；電場無閃絡且無反電暈，采用自適應阻抗；負載開路時，減小調制度以防止過壓運行；負載短路時，減小調制度并提高輸出頻率。

變頻電源與其它直流高壓電源相比，工作頻率在100～1000Hz 范圍內可調，能根據電場工況自動調整變頻電源工作頻率和調制度，輸出阻抗實時跟蹤電場運行工況動態變化，實現與電除塵器電場阻抗的動態最佳匹配，使電除塵器電場獲得最高的電暈功率和最佳的供電效果。

具備定頻/變頻切換功能，設備能在定頻和變頻模式下相互轉換。定頻模式，按照設定調制頻率運行；變頻模式，設備能根據工況情況在調制頻率范圍內自動更改調制頻率，具有自適應工況運行智能控制功能。

采用先進的疊層母排技術，用于完成電力電子器件和功率電路的電氣連接，通過正負極層疊平行分布的結構形式降低線路分布電感，從而降低變頻電源功率器件兩端的反向峰值電壓，降低功率器件對電壓保護吸收電路的要求，提高功率器件運行的可靠性和穩定性。

變頻電源重要器件IGBT 安裝于熱阻極小的熱管散熱器上并采用德國進口著名風機品牌EBM 風機對散熱器進行強制風冷，冷卻效果極好，且可靠性高。

變頻變壓器采用全密封、免吊芯結構。

顯然，變頻電源在電除塵提效節能改造中有著巨大的市場前景：現有的電除塵器大多在幾年前甚至二十幾年前按照當時排放規范要求進行設計制造，常規單相工頻晶閘管高壓電源的在役使用量，占全部高壓電源的一半以上，仍然是目前高壓電源存量的主體。現在面臨著升級改造以滿足愈趨嚴格的排放要求。變頻電源改造常規單相工頻電源既可更換原工頻控制柜、更換工頻變壓器、利舊原電纜，也可只更換原工頻控制柜、利舊工頻變壓器、及利舊原電纜，具有成本低、工期短等優勢。相對于其它新型高壓電源，在常規單相工頻電源改造市場中，變頻電源具有無可比擬的優勢。

2 工程應用案例

2.1 電除塵概況

某電廠有限公司1 號爐1000MW 燃煤機組，配套電除塵器為雙列三室四電場干式靜電除塵器，型號為2BE666/3-4,陽極板為BE 板，采用針刺線，陰陽極振打采用頂部電磁錘振打方式，由于是2007 年設計的項目，所以合同要求除塵器出口煙氣含塵量＜45mg/Nm3，除塵效率＞99.65%。2010 年10 月投入商業運行，2011 年3 月經第三方機構測試，折算后出口煙氣濃度為33.10 mg/Nm3,除塵效率99.68%,達到保證值要求。

電除塵器主要技術參數見表1。

表1 電除塵器參數表

2.2 高頻電源改造

由于國家排放標準要求的提高，原除塵排放已不能滿足要求。為滿足超低排放環保＜20mg/Nm3、以及保證除塵效率＞99.80%的要求，在2014 年進行了低低溫電除塵改造，具體為：在電除塵上游加裝了2 臺煙氣冷卻器，把除塵器入口煙溫降為85℃，同時把第一電場工頻電源共6 臺升級改造為HF-03型高頻電源，進行第一次高壓電源改造。這樣達到了超低排放環保要求。

但由于高頻電源控制柜與高頻變壓器一體化，控制柜與高頻變壓器均放在除塵器頂部，這樣控制柜安放于戶外，其控制柜內控制器電子元器件環境惡劣，產生穩定性可靠性偏低的問題。

控制柜布置在高頻變壓器的上部，正常工作時，高頻變壓器本身發熱，變壓器油溫高達60～70℃，其高溫即傳遞給連接在一起的其上部的控制柜，控制柜工作環境更趨惡劣。

本工程在海邊，海濱電廠鹽霧腐蝕嚴重，控制柜防護等級即使再高，時間久了，也會慢慢受到腐蝕，這樣使其工作環境更加雪上加霜。這樣故障頻繁，其可靠性與同一臺爐，其它16 臺運行超過10a 的常規單相晶閘管高壓電源形成明顯對比。其故障嚴重影響到電除塵器的正常運行。

2.3 變頻電源改造

為徹底解決高壓電源的穩定性問題，在2019 年2 月實施第二次電源改造，把第一電場6臺HF-03-1.8A/72kV高頻電源全部重新更換為VTR-01-1.8A/72kV 變頻電源：①拆除原高頻電源，在原位安裝上變頻電源變壓器；②在控制室原第一次電源改造前相應電場高壓控制柜位置，安裝上變頻電源控制柜。③利舊原工頻電源主電纜，加接少量控制電纜。

鍋爐在1000MW 滿負荷時，運行數據對比如表2。

表2 改造前后運行數據對比

由于原高頻電源有一定故障，所以改造后電壓電流參數有明顯提高，從1 號爐脫硫數據分析可以看出，電除塵排放符合要求。

尤為重要的是，變頻電源運行幾年來，一直穩定可靠，這樣就徹底解決了高壓電源的穩定性問題，實現了電源改造的目的。

變頻電源改造替代高頻電源，特別適合于沿海電廠配套電除塵器，能夠長期穩定地滿足電除塵設備的運行，其排放滿足國家環保標準。

3 結語

變頻電源相對于常規單相晶閘管高壓電源、常規三相電源，直流供電特性有明顯提高，是最適合的替代產品。與高頻電源相比，其除塵性能相近，但穩定性更好，變頻電源實現了性能、成本、穩定性的最佳平衡。相對于其它新型高壓電源，在常規單相工頻電源改造市場中，變頻電源具有壓倒性的成本優勢、綜合優勢。在沿海等惡劣腐蝕環境，變頻電源尤為適用。

相較高頻電源，變頻電源更容易實現大功率提升，這樣，可有效彌補現階段除塵面積較大、使用大功率單相電源的電源改造、以及新建大機組后電場的高頻電源容量不足問題。

電除塵器本體與高壓電源互為一體，缺一不可。采用適當的新型電源改造，能夠很好地挖掘現有電除塵器潛力，降低顆粒物的排放，提高除塵效率，同時可以縮短改造周期、降低改造費用，為電除塵器提效改造、實現超低排放提供了有益的參考。