高頻電源在靜電除塵器上的應用

李玉忠，魏瑞軍，李志忠，李岸超

（新會雙水發電（B廠）有限公司，廣東江門 529153）

0 前言

在國家提倡節能減排的背景下，發電廠積極采取各種節能降耗的措施和技術。大功率高頻電源是新一代靜電除塵器的供電裝置，與目前普遍使用的工頻電源相比，可以在確保除塵效率的前提下，大幅度減少靜電除塵器的電耗[1]。某發電廠將靜電除塵器由工頻電源改為高頻電源后，取得了顯著的節能效果。

1 高頻電源原理

高頻電源是將三相交流輸入經過三相整流為直流電源，經逆變為高頻交流電，最后整流輸出直流高壓。變換器實現直流到高頻交流的轉換，高頻變壓器和高頻整流器實現升壓整流輸出，為除塵器提供電源，高頻電源系統見圖1。

1.1 高頻電源節能原理

靜電除塵器的工頻電源頻率低，電源轉換效率只有75%，而高頻電源轉換效率為95%，此項節電約20%。

圖1 高頻電源系統圖

靜電除塵器采用工頻電源供電產生電暈時，只有極少量電能用于煙塵荷電，絕大部份電能做了無效的空氣電離。而用高頻電源向除塵器供電時，用脈寬5～10 μs的脈沖使煙塵荷電，其特點是荷電量大而能耗非常少，使電能大幅度下降。

高頻電源是三相整流后，在紋波非常小的直流上再進行逆變，因而直流脈沖的幅值可以有效控制在非火花區內，基本不產生火花，即使產生火花，也可以在5～10 μs內自行關斷，而工頻電源火花多而耗能大，一旦產生火花要10 ms（即10 000 μs）內才能關斷，所以高頻電源可以達到節電的目的。高頻電源的節能原理圖如圖2所示。

圖2 高頻電源節能原理圖

1.2 高頻電源除塵增效原理

高頻電源由于高壓轉換始終工作在50 kHz以上，可以控制在非火花區內把脈沖幅值調到最大，即二次電壓調到最高，不會像工頻電源出現放電的時間，而一直保持可荷電狀態，因而煙塵總體荷電量大，特別對微細煙塵也容易荷電，所以從理論上，高頻電源可達到提高除塵率的作用。

對高比電阻煙塵，若用工頻電源供電，很易產生反電暈放電，一旦出現反電暈放電，會產生反電暈放電揚塵，影響出口煙塵指標，而用高頻直流脈沖供電，供電的脈沖時間任意可調，具有更寬的脈沖寬度和脈沖頻率選擇自由度、更陡峭的電壓上升率，使高比電阻煙塵在集塵極上有足夠的放電時間，基本消滅了反電暈放電，使除塵效率提高。直流脈沖幅值可控，不會產生火花放電，即使產生火花，在5～10 μs內即自行關斷，不會因火花而產生揚塵，所以從理論上，高頻電源可達到提高高比電阻煙塵脫除率的作用。

2 工程實例

2.1 改造前的設備狀況

某發電廠2×150MW機組2004年投入商業運行，所配鍋爐為哈爾濱鍋爐廠480 t/h循環流化床鍋爐，配套福建龍凈環保股份公司生產的BE301/-4/23/450/14.53/8×4-G型雙室四電場靜電除塵器，電場有效斷面積301 m2，最大煙氣量為763235 m3/h，設計除塵效率99.8%。除塵器原采用380 V三相控工頻電源，為了達到節能目的，擬將靜電除塵器電源改造為高頻電源。

2.2 改造方案

2012年12月24日開始對兩臺機組中的一臺靜電除塵器進行改造，經過6天完成設備的安裝，通過安裝8臺HEP8000高頻高壓自冷型數字除塵電源代替原相控工頻高壓電源對電場進行供電。為保證設備正常運行和便于對比驗收，最大限度提高產品運行可靠性，原有8臺工頻電源控制柜和整流變壓器均保留，通過增設一臺三點式轉換柜，確保新柜體與原電源及電場接口位置不變，使新舊電源通過轉換柜實現方便切換，以保證電場電源連續、可靠、高效運行。高壓出線采用150 kV高壓電纜進行架空安裝，高壓電源連線安裝情況見圖3。

圖3 單臺高頻電源連線示意圖

2.3 節能減排效果

2013年1月29日至2月1日，對工頻電源與改造后的高頻電源在同等工況（相同煤種、相同負荷、同等排放）條件下進行實際運行試驗，對能耗情況進行對比，結果如表1和表2所示。

表1 工頻電源高負荷運行方式與高頻電源的能耗對比

表2 工頻電源節能運行方式與高頻電源的能耗對比

可見，在相同的條件下，高頻電源與工頻電源的高負荷運行方式比較，節能率達到60%，與工頻電源的節能運行方式比較，節能率達到52%。工頻電源改為高頻電源后，功率因數由0.64提高到0.97～0.99，減少了無功消耗。

根據表2的試驗結果，按每臺靜電除塵器年運行330天估算，該項目每臺靜電除塵器的年節電量約90萬kWh，折成標準煤為300 t，相當于減排二氧化碳691 t、二氧化硫2.55 t、氮氧化物2.22 t，節能效果和環境效益顯著。

另外，在除塵效率方面，改造后并沒有可靠的數據證明靜電除塵器的除塵效率得到了明顯的提高，可能實際運行工況未達到除塵增效的條件。但可以確定，采用高頻電源后，可以確保靜電除塵器的除塵效率不低于原工頻電源工況。

3 結語

工程實例證明，利用高頻電源對采用工頻電源的靜電除塵器進行改造，在除塵效率不變的情況下，可達到50%以上的節能率，該技術有利于推動節能減排工作，值得在行業內推廣。

［1］陸穎，郭俊，盧剛，等.電除塵高頻電源的研制與應用［A］.第12屆全國電除塵學術會議論文集［C］，2007（10）：329-332.