新型節能電源控制技術在電除塵器上的應用

摘 要：隨著社會經濟的快速發展，國家對于環境保護也越來越重視，電除塵器是為力發電廠排放煙氣粉塵所用的主要設備。靜電除塵控制技術既具有完備的控制理念，又具有成熟的產品設計，從而使節能環保和安全穩定應用的要求得以有效地實現。無論從制造工藝和設計理念方面，還是有效排放煙氣粉塵等相關方面，

靜電除塵控制技術都是火力發電廠排放煙氣粉塵的最佳設備。

關鍵詞：節能電源控制技術；電除塵器；應用

綜合論證和分析了電除塵器主流的節能技術，有效運用除塵器先進電源控制和優化產品的運行方式，除塵器有效節能的作用才能充分地發揮出來。運用高頻電源技術，使電除塵器節能減排的目的得以實現。[1]

一、電除塵器的節能技術

（一）電除塵器電源控制技術

高壓控制柜和高壓電源微機控制器以及高壓整流變壓器等各種相關部件共同構成了電除塵高壓控制系統。將直流高壓和直流電流提供給電除塵器電場，是電除塵器高壓控制系統的主要作用，將粉塵收集的電場力和煙氣粉塵荷電電荷進行有效地提供，從而使收塵目的得以有效地實現。

1.除塵器電源控制技術的發展

第一階段，火力發電廠剛開始應用電除塵器的第一代產品，主要運用的是恒流供電控制技術。恒流供電控制技術為傳統恒定供電，只是在電場內部火花放電收塵時都普遍存在一些缺點，例如二次電流偏大、電場內高電壓運行無法維持、以及整流變壓器近似于滿負荷工作等缺點，致使收塵作用沒有充分地發揮出來，效果不佳，除塵器電源控制技術已經被淘汰。

第二階段，隨著人們的環保意識不斷提高，電除塵電源控制技術也在不斷發展，第二代電除塵電源控制器DJ96型產品于1996年起開始使用。此產品已經將控制器進行調整和更新，在高阻抗整流變壓器上，有效使用了間歇供電的方式。DJ96型控制器以第一代控制器產品為基礎，不但實現了鎖定電壓功能，還實現了整流變壓器供電電流鎖定功能。同時，還新增了一些低壓設備集中控制功能，例如，加熱和振打等。第二代控制器產品，主要運用強制間歇方式供電，來進行節能，該方式節能效果比較好，但是較大地沖擊了整流變壓器，有損設備，所以沒有得到廣泛地應用和推廣。 [2]

第三階段，伴隨著科學技術的快速發展，火力發電廠提出了節能控制的需求。2003年以后，我國開始廣泛使用脈沖供電技術。脈沖供電技術的初期應用，主要是有效運用整流變壓器的輸出脈沖間隔來進行節能，以使電流波形成鋸齒波或正弦半波，再運用降壓振打功能進行有效地配合，從而達到了有效節能的效果。2005年開始，脈沖供電技術經歷了2次升級更新。第一次升級，將脈沖供電方式的幅度比和占空比參數設定得以有效地實現；第二次升級，實現了全工況自動跟蹤脈沖供電的控制方式，在當時該方式比較成熟，已經被廣泛應用。[3]

2.分析電除塵高壓控制技術的對比

靜電除塵電源控制技術，將高效節能有效地得以實現的主流方式為三種模式。其一，將脈沖供電方式進行具體設定，脈沖供電幅度比和占空比參數進行有效地調整；其二，將脈沖供電方式的幅度比和占空比參數進行自動優化，可以根據工況變化自動調節；其三，全工況自動跟蹤的脈沖供電控制方式，該方式與傳統控制手段進行比較，節能較果非常明顯。

（二）高頻電源節能技術

1.高頻電源

高頻電源是一種脈沖電源，輸出頻率可以進行變化，通常輸出頻率為20～50kHz，可以按需設定。高頻電源能夠將脈沖幅度大且穩定的直流電壓提供給電除塵器。對于各種特定的工況，都能夠將比較適合的電壓波形進行有效地提供，很大程度上提升了除塵效率。與工頻電源控制的高壓輸出比較，高頻電源進行供電時，輸出的電壓紋波<5%，比工頻電源35%～45%紋波百分比要小很多。同時，該方式在電場閃絡時的電壓相對也很高，平均運行的電壓是工頻電源的1.3倍，運行電流是工頻電流的2倍。在同樣的電場里，高頻電源能夠功率輸出進行更有效地使用，使收塵效果能夠充分地發揮出來。高頻電源間歇進行供電時，針對電暈現象的出現，能夠有效地進行控制，從而保效節能得以實現，對于高比電阻粉塵工況采用高頻電源間歇非常適合。電除塵器電場內的工況變化比較特殊，高頻電源能夠將閃絡后恢復電壓快和控制性能靈敏，以及保護功能健全等優勢充分發揮出來。[4]

2.高頻電源的技術特點

高頻電源運用的逆變器是混合諧振拓撲結構的開關功率器件，理論上開關損耗為零，能夠將電場火花電流的沖擊進行有效控制。該技術方式不但能夠盡快地將火花熄滅，還能夠將電場能量盡快恢復，從而使抑制短路沖擊和持續火花放電的要求得以滿足。高頻電源對于負載工況的大范圍變化適應性較強，相較工頻電源，相同工況下的除塵效率有所提升。同時，高頻電源在輸出短路時的限流能力也很強，能夠有效提升系統可靠性，非常適用電場頻繁的火花沖擊，甚至短路的工況條件。

高頻電源的微機控制器主要采用單片機作為核心。控制和檢測火花時，運用的都是全新的硬件檢測技術，檢測各種火花都非常可靠，捕捉微弱火花的精度非常高。還能夠保證電場頻繁閃絡時，可以及時抑制輸出電流對負載的沖擊，電場閃絡后電壓恢復快，功率損耗低。

高頻電源主要有兩種供電控制方式：間歇供電和直流供電，間歇供電能夠將各種合適的電壓波形提供給各種特定的運行工況，對于高比電阻粉塵和前級電場非常適用，能夠有效抑制反電暈現象的發生；直流供電利用調頻方式進行調壓，從而實現理論上的開關零損耗。

高頻電源重量輕體積小，采用三相電源供電，相較工頻電源無缺相，節能20%以上。高頻電源設備的功率和效率因數都比較高，一般效率和功率因數都>93%，屬于綠色電源。

3.高頻電源與工頻電源對比

參數相同的條件下，相對于工頻電源，高頻電源具有很大的優勢。高頻電源輸出電壓與工頻電源電壓峰值基本相近，但是高頻電源能夠更高地輸出平均電壓，是工頻電源的1.3倍，將其提供給電廠；同時，高頻電源能夠提供更大的輸出電流，是工頻電源的2倍，使電暈功率增大，從而有效地提高除塵效率。

通過分析和研究我們可以知道，與傳統可控硅控制的工頻電源相比，高頻電源的性能更加優越。既有平均電流電壓高、輸出紋波小和重量輕體積小的特點，也有成套設備集成一體化的優點，此外，高頻電源對于高比電阻的粉塵具有更寬的調節范圍和更窄的脈沖，使除塵效率有效地提升。

無論是功率因數，還是設備效率，都能夠達到93%以上。高頻電源運用的是三相電源，具有負載平衡等許多優點，既能使電除塵器配套電源控制產品的整體水平得以提升，又能拓展電除塵器適應的工況范圍。在除塵效率同等的條件下，高頻電源相比工頻電源，節能在20%以上。

二、改造電除塵器控制系統成功的案例

（一）分析國華寧電4#機組電除塵器應用的效果

2012年4月，國華寧電對其4#機組電除塵器進行了節能改造。改造內容：更換電源控制器為ALSTOM的EPICⅢ的控制系統，將高壓控制柜內可控硅等器件進行了更換。同時，保留了原高壓控制柜殼體和低壓系統的振打、加熱PLC程控柜和設備柜，更新了上位機配套監控軟件系統，電除塵出口煙氣濁度儀也進行了更換。

（二）分析國華臺電4#機組電除塵器的應用效果

2012年5月，國華臺電4#機組電除塵器的電控系統節能改造完畢。改造內容包括：升級了原系統IPC6806前端機，采用最新型的龍凈智能前端機DAU，原電源控制器升級為最新型龍凈K型節能控制系統；新增高、低壓控制柜間振打聯鎖信號，實現了降壓振打功能，提高了振打清灰效率，避免二次揚塵；升級PLC程控系統，在其中引入鍋爐負荷信號作為煙氣工況的分析依據，從而使電源控制系統可以自動優化運行參數和供電方式，在確保除塵效率達標的同時，實現最佳節能效果。

三、總結

綜上所述，除塵技術不斷發展的節能技術大體分為兩種。其一，運用先進的電源控制技術對除塵器運行方式進行優化，實現電除塵節能運行；其二，運用高頻電源技術，使設備具有低損耗、高效率的特性，從而達到節能減排的目的。

參考文獻：

[1]王國仁，李艷慶，張先海.新型高效節能靜電除塵電源技術[J].山西電力，2015（05）：6063.

[2]張鴻凱.新型電脫電源的節能應用[A].中國造船工程學會近海工程學術委員會.2012年度海洋工程學術會議論文集[C].中國造船工程學會近海工程學術委員會，2012：6.

[3]崔智勇，李英.新型節能電源控制技術在電除塵器上的應用[J].中國環保產業，2011（03）：2628.

[4]新型節能EPS電源在高壓鈉燈照明的應用 柏克電力設備有限公司——羅峰[J].電源世界，2008（06）：1819.

作者簡介：段然（1986），男，漢族，江蘇南京人，本科，工程師，研究方向為電氣自動化，從事電除塵電氣設備程控系統研發工作。