高頻電源在青島鋼鐵燒結機頭電除塵項目上的成功應用

張鵬

摘 要：青島鋼鐵有限公司城市鋼廠環保搬遷工程2×240 m2燒結系統工程機頭電除塵項目2臺2BY284/2-4大型除塵器，配套32套高頻電源設備、8套低壓設備及IPC控制系統，其中32套高壓控制系統都應用新型高頻電源，投運后除塵效率99.86%、99.88%，出口排放濃度28.86 mg/m3、26.95 mg/m3，達到及超過除塵效率99.77%的設計指標要求；青島鋼鐵環保搬遷工程1號、2號燒結系統機頭電除塵高壓控制系統應用高頻電源與青島鋼鐵老廠3號、4號燒結系統采用常規工頻電源出口排放濃度43.95 mg/m3提高到28.86 mg/m3、26.95 mg/m3、除塵效率由99.62%提高到99.86%以上，樹立大型燒結系統成功應用、滿足低排放標準的典范工程。

關鍵詞：高頻電源；脈寬調制；節能；電除塵

中圖分類號：TF805.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）30-0039-03

1 工程介紹

青島鋼鐵燒結機頭2臺大型除塵器為2BY284/2-4電除塵設備為2×240 m2燒結系統工程機頭配套的煙氣除塵凈化設備，主要由本體設備和電控設備兩大部分組成，如圖1所示。

本體部分為雙列雙室四電場電除塵器，水平進風，水平出風。電控設備由高頻電源、低壓控制系統及IPC控制系統組成，如圖2所示。

高頻電源的優點：

①工頻電源采用單相輸入，輸出電壓紋波可達到35%～45%，對電網有直接污染；高頻電源采用三相輸入，輸出電壓紋波小不到5%，且對電網無污染，為綠色環保電源。

②高頻電源能提供更大的輸出電流，可達工頻電源的2倍。

③高頻電源能提供更高的輸出電壓，可達工頻電源的1.3倍。

④高頻電源安裝在除塵器頂部，電纜用量顯著減少，同時，不占用控制室空間，可節省土建成本。

⑤采用高頻電源，與采用常規電源相比，在同樣電除塵器規格條件，對驅進速度的改善系數在5%左右，又減輕了進入后電場的粉塵負擔，并使整臺除塵器除塵效果增強。

⑥在青島鋼鐵城市鋼廠環保搬遷工程機頭電除塵所以電場全部采用高頻電源，節能提效效果顯著。

2 對青島鋼鐵使用的高頻電源主體結構，主電路的 工作原理，及控制電路的工作原理作了簡要的 論述

近年來，伴隨著電力電子技術的飛速發展，特別是新一代功率電子器件如IGBT，MOSFET等的應用，高頻逆變技術越來越成熟，各種不同類型和特點的電路廣泛地被應用于DC/DC與DC/AC等場合。在這一前提下，設計一種高頻電源代替常規高壓電源，達到減小高壓電源裝置的體積與重量的目的已成為可能。同時其使用效果、輸出特性和成本等也都比常規高壓電源裝置具有明顯的優勢，系統效率也得到了一定程度的提高。

2.1 電源主體結構

高壓逆變電源的電路組成框圖，如圖3所示。它主要包括主電路及控制電路兩部分。主電路主要包括配電開關、工頻整流器、斬波器、濾波器、IGBT橋式逆變器、保護電路、高頻高壓變壓器、高頻高壓硅堆（高頻整流器）等部分。控制電路主要包括電流、電壓、火花率采樣及其處理單元，PWM信號產生和驅動電路，單片機控制器，參數輸入鍵盤及液晶顯示，通信接口等部分。

2.2 主電路的工作原理

主電路的工作原理，如圖4所示，高頻逆變器中的功率開關管采用IGBT（絕緣柵雙極晶體管）。它是將MOSFET和GTR的優點集于一體的新型復合器件，具有MOSFET的高輸入阻抗、可用電壓驅動，GTR的通態功耗低等優點。

圖4中交流電壓經整流—斬波器調壓—濾波后得到直流電壓U1，將U1加到全橋式高頻逆變器上。D1～D4與功率開關管S1～S4反向并聯，承受負載產生的反向電流以保護開關管。C1～C4及R3～R6以及D5～D8的引入是為了避免4個開關管在關斷時過高的電壓上升率和減少管子的關斷損耗。當柵極脈沖信號輪流驅動S1、S4或S2、S3時，逆變主電路把直流電壓U1轉換為20kHz的高頻矩形波交流電壓送到高頻高壓變壓器，經升壓整流濾波后給除塵器供電。控制S1、S4和S2、S3兩組IGBT的占空比，就可得到脈寬可調的矩形波交流電壓。

2.3 控制電路的工作機理

2.3.1 單片機控制器

為了使整個電源系統具有自診斷和人機交換式的控制功能，該電源選用單片機80C196K，主要負責實時監控和與上位機進行數據通信的任務。

當除塵器處在工作狀態時，單片機一方面定時采集其反饋的電流電壓值，通過A/D轉換通道將其讀入，并通過一定算法得出控制量Uk，通過單片機輸出控制量給脈寬調制控制器，進而改變調制脈沖寬度；另一方面可以實現根據用戶的需求改變電源的外特性，如恒流，恒壓，緩降等。

另外，單片機還定期地將本電源的輸出電流、輸出電壓、火花率等信息傳遞給上位機，將故障信息由串口發向上位機，以示警告，同時接收來自上位機的控制命令，使自身投入或退出工作或改變工作參數。

2.3.2 脈寬調制控制器

脈寬調制控制器電路，如圖5所示，它的作用主要是為驅動電路提供控制脈沖以實現PWM控制。其核心是產生PWM信號的專用集成芯片SG3525A。SG3525A是電壓型PWM集成控制器，外接元器件少，性能好，具有外同步、軟啟動、死區調節、欠壓鎖定、誤差放大以及關閉輸出驅動信號等功能。其內部結構主要包括基準電壓源、欠壓鎖定電路、鋸齒波振蕩器、誤差放大器和脈寬調制比較器5部分。

3 投運情況

4號同等燒結系統配置電除塵設備采用常規工頻的節能控制系統出口排放濃度43.95 mg/m3提高到28.86 mg/m3、26.95 mg/m3除塵效率由99.62%提高到99.86%以上。

4 經濟效益

一般電除塵器的年運行成本包括設備的電耗費用、人工管理費及維護成本，而采用傳統方案和常規運行模式的電耗費用占總費用80%以上。高壓部分采用高頻電源控制后，我們根據負荷和工況的變化，采用不同的運行模式做對比。在煤質穩定的情況下，經過一段時間的觀察，發現排放濃度基本穩定。從現場調取的數據計算得出的電除塵器不同運行模式下的功率，見表1。表中非節能模式的功率已隱含了斷電振打、間歇供電和其他本體配置等節能措施的節能效果。

從上表可得出，單臺燒結生產線機頭電除塵運行在高頻超級節能模式與工頻普通節能模式年節電量=381.62-247.83=

133.79（萬度），節電率=133.79/381.62×100%=35%，節省電費133.79（萬度）×0.4元/度電計算=53.52萬元，2條燒結生產線機頭電除塵年節省電費107.04萬元。

2臺2×240 m2燒結系統機頭電除塵器在高頻超級節能模式，與工頻節能模式模式的運行節能35%；高頻超級節能模式與在與非節能模式下相比節能達69%以上，經濟效益非常明顯。總體來說，采用高頻電源后的新型的節能控制系統能在保證除塵效率的情況下運行在最佳節能狀態，大大滿足節能提效要求。

5 結 語

新型高頻電源，通過先進的控制方式，使得高壓除塵系統在面對復雜的除塵工況下達到最大限度的節能減排效果，必將取代過去落后的高壓控制器，成為電控產品技術創新的又一重大成果，與其它電控技術成為電除塵控制領域的主流。

通過本項目的成功應用，樹立大型燒結系統成功應用、滿足低排放標準的典范工程，更加有利證明，高頻電源，對于滿足現今低排放標準和節能降耗方面有更加廣闊的應用前景，具有較大的市場應用空間。

參考文獻：

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