燃煤鍋爐電除塵器高頻電源提效節能研究

管興恩

摘 要：對電除塵器高頻電源的基本結構、技術性能特點做了簡要介紹，闡述了電除塵器高頻電源節能減排的機理。指出其相對于傳統工頻電源的優越性，并提出了對3臺130t/h燃煤鍋爐電除塵技術改造方案。

關鍵詞：電除塵；高頻電源；節能環保

0 引言

目前燃煤鍋爐電除塵為浙江菲達機電集團公司電除塵器，單室三電場設計，電控及整流變壓器整流器配套采用大連電子研究所生產的GGJ02-WFb型電除塵用高壓整流設備，其額定容量為86kVA。

3臺煤爐電除塵已運行多年，運行效率遠低于設計值，出口粉塵排放濃度達到300mg/Nm3，2008年公司增上石灰石濕法煙氣脫硫裝置后粉塵排放濃度達到30mg/Nm3左右，但是由于電除塵除塵效率下降使得燃煤鍋爐煙氣脫硫裝置入口煙氣粉塵含量太高，不能滿足煙氣脫硫裝置運行技術參數要求，造成煙氣脫硫裝置運行不平穩，其脫硫副產品石膏灰含量太高，石膏真空皮帶脫水系統運行異常。

1 項目建設的可行性及必要性

降低電除塵煙氣出口粉塵濃度，即是國家環保要求不斷提高，也是煙氣脫硫裝置平穩生產的需求，因此必須對電除塵進行改造或更新，經過對國內除塵設施考察，如果全部更換為布袋除塵，可顯著降低粉塵出口濃度，滿足日益嚴格環保指標，但是需要將現有電除塵拆除，重新安裝，投資較大，且后期維護費用和布袋的處理都產生較高的費用，鑒于以上原因我們將對現有工頻整流高壓電源更換為高頻整流電源的方案進行了如下分析和論證。

2 電除塵工作原理

電除塵器是利用直流高壓電源產生的強電場使氣體電離，產生電暈放電，進而使懸浮塵粒荷電，并在電場力作用下，將懸浮塵粒從氣體中分離出來并加以捕集的除塵裝置。主要可分為氣體電離、粉塵荷電、荷電粉塵的收集以及清理四個過程。其基本原理是在電場上加高壓直流電后，電場內陽極板和陰極線之間建立非均勻的高壓靜電場，煙氣通過電除塵器主體結構前的煙道時，使其煙塵帶正電荷，然后煙氣進入設置多層陰極板的電除塵器通道，由于帶正電荷煙塵與陰極電板的相互吸附作用，使煙氣中的顆粒煙塵吸附在陰極上，定時打擊陰極板，使具有一定厚度的煙塵在自重和振動的雙重作用下跌落在電除塵器結構下方的灰斗中，從而達到清除煙氣中的煙塵的目的。

實踐證明：靜電場場強越高，電除塵效果越好，且以負電暈捕集灰塵之效果最好。

3 傳統電除塵電源和電除塵高頻電源原理對比

電除塵器結構主要包括電氣及機械兩大部分，電除塵器電氣部分主要有高壓直流電源（包括其控制部分）和低壓空中系統組成。電除塵器電源是電除塵裝置的核心部分，為電除塵器提供所需的高壓電場，其性能直接影響除塵效果和效率，因此電除塵電源的改進和提升是提升電除塵裝置性能、提高除塵效率的關鍵，同時也是節能降耗的主要環節。

電除塵采用工頻可控硅電源供電，其電路結構是兩相工頻電源經過可控硅實施跳崖和穩流控制，送整流變壓器升壓整流，形成100Hz的脈沖電流送除塵器。傳統工頻電源的缺點是形成的電壓波形峰值對平均值的比值過高，當導通角為90°時，峰值已達到正弦的最高點，而整流輸出平均值只有一半，所以當電除塵的擊穿電壓較低時，可控硅的導通角很難超過90°，使電暈功率難以提高。以免造成過流沖擊，設備必須有較強的限流特性，而總阻抗值過高，功率因數下降，則總利用率較低。

高頻電源則是把三相工頻電源通過整流形成直流電，通過逆變電路形成高頻交流電，在經過整流變壓器升壓整流后，形成高頻脈動電流送除塵器，其工作頻率可達到20～50Hz，是T/R電源的200～500倍，所以輸出到電除塵上的電壓幾乎是恒穩的純直流，供電電壓波動很小，輸出電壓始終是鄰近火花擊穿電壓，相當于T/R電源輸出的電壓峰值，因而供電電壓高于T/R電源。（圖1）

4 電除塵高頻電源節能提效分析

電除塵效率的計算多依據公式：

η=1-e-Aω/Q

可以看出當處理煙氣量Q和設計的比收塵面積A一定，電除塵的效率和帶電粒子在電場的驅進速度ω成正比。

而帶電粒子的驅進速度ω的經驗公式為：ω=0.11aE2/η

式中：

a——帶電粒子的粒徑；

η——含塵煙氣的粘度；

E——電場強度。

可以看出電除塵的效率與電場強度平方與電場強度平方成正比，而電場強度又與電場間施加的電壓成正比，因此電除塵效率與電場的運行電壓平方成正比。因此提高電場除塵效率途徑有：

①提高電場塵粒所附的荷電量；

②提高電場的運行電壓。

常規T/R供電的電除塵器中，受火花電平限制，工作電流很小SIR電源火花控制性能更好，僅需很短時間即可檢測到火花并立刻關閉供電脈沖，因而火花能量更小，電場恢復更快，進一步提高了電場平均電壓；高頻電源輸出直流電壓比工頻電源平均電壓要高約30%，理論上帶電粒子在電場中的驅進速度提高69%； 高頻電源具有在火花發生前提供更大的電流的驅動能力——使供電功率成倍增長，同比T/R電場減少耗電30%～40%電耗，灰塵絕對排放減少。

5 經濟效益估算

3臺煤爐的一電場分別使用高頻電源取代原電除塵器第一電場高壓電源T/R 和控制柜，配套升級后2 級電場高壓控制柜控制器，同時改造所有電場的低壓控制柜，將振打控制回路改造實現高低壓的統一集中控制進行高頻電源。改造投資估算70萬元/臺，共計70*3=210萬元。

120KW的SIR電源轉換損失只有5KW，傳統T/R能量損失大約為15%，損失為18KW；更換為SIR電源年節約電耗（18-5）*8000*0.52*2.5=13.5萬元。

另外由于石膏脫水不成性每臺鍋爐須支付建安公司勞務費5萬元/月。電除塵改造后可節約勞務費5*12*2.5=150萬元。每年可降耗節約勞務成本150+13.5=163.5萬元。

6 研究結果

6.1 高頻電源SIR 輸出波動小于5%的直流輸出，從而縮小平均電壓和峰值電壓的差距，有效提高電場的能量輸入，提高除塵效率，在相同條件下輸入電流可以提高2 倍左右，輸入電壓提高1.4 倍左右具有更大電流驅動能力。

6.2 高頻電源SIR 由于其高效的直流輸出使得其在火花控制方面比常規電源更加有效和靈活，可以根據工況條件進行更靈活的調整供電方式（充電比），因而火花能量更小，電場恢復更快，進一步提高了電場平均電壓。

6.3 SIR電源提高電除塵效率在于其輸出電壓近似于純直流，輸出電壓穩定在工頻電源的峰值，達到火花臨界值，電暈放電強烈，電場強度大，煙塵荷電量大粒子，因而電除塵效率高。

6.4 采用新的配套控制系統提高運行電源效率達95%以上，系統運行電能損耗降低 60%～85%；降低機械磨損、后期運行及維護費用明顯減少，機械、電氣維護費用降低60%，可實現系統運行兩年內，僅節省電費即可收回總投資目標效果。

7 結論

將現在的電除塵工頻可控硅電源（T/R）更新為高頻電源（SIR），同時更新控制系統電除塵改造方案高效可靠，節能降耗顯著，具有較高的性價比，技術成熟、符合國家節能減排方向，能滿足生產需求。

參考文獻：

[1]阿爾斯通技術服務（上海）有限公司.高頻電源說明書及改造方案.