高頻電源及高頻疊加脈沖電源在燒結(jié)機頭除塵的應用

摘 要：隨著國家環(huán)保排放標準不斷提高，原有除塵設(shè)備已無法滿足排放要求，必須進行升級改造。對電除塵器本體進行大修換新，并采用高頻電源和高頻疊加脈沖電源等新技術(shù)、新設(shè)備來提高電場收塵效率，是除塵設(shè)備升級改造取得成功的關(guān)鍵。本鋼集團北營煉鐵廠360平燒結(jié)機頭除塵器大修改造完成后，經(jīng)檢測達到技術(shù)協(xié)議要求的排放標準。改造取得圓滿成功。

關(guān)鍵詞：電除塵器;高頻電源;高頻疊加脈沖電源;排放達標

隨著環(huán)保排放標準的不斷提高，原有已生產(chǎn)鋼鐵行業(yè)燒結(jié)生產(chǎn)工序的機頭電除塵器排放已經(jīng)超標。按照國家要求，必須限期完成整改。高頻電源+高頻疊加脈沖電源組合使用的新技術(shù)是提高電除塵器收塵效率，滿足排放達標要求的必要措施和保證。

本鋼集團北營煉鐵廠360平燒結(jié)于2006年10月投產(chǎn)，機頭電除塵器設(shè)計為兩臺機雙室三電場。生產(chǎn)至今，除塵器內(nèi)部極板、極線腐蝕嚴重變形，收塵效果下降明顯。對360平燒結(jié)機頭除塵器進行升級改造已迫在眉睫。

1 靜電除塵原理及高頻電源及高頻疊加脈沖電源優(yōu)勢和特點

1.1 靜電除塵的工作原理

電除塵器電場通電后，隨著通電電壓升高電場強度增大，空氣被電離。電離在放電極附近開始，在電場內(nèi)部形成大量的負離子與電子，在電場力的作用下源源不斷的向收塵極運動，在兩極間形成動態(tài)穩(wěn)定的空間電荷分布。

由多依奇-安德森效率公式η=1-e（-A/Q）ω可以得出，在電除塵器進口煙氣量和電除塵器比集塵面積一定的前提條件下，提高驅(qū)進速度能有效提升電除塵器收塵效率。通過驅(qū)進速度 ω的表達式我們可以發(fā)現(xiàn)驅(qū)進速度跟電場強度、荷電電場強度成正比關(guān)系，所以靜電除塵的除塵效率在很大程度上依賴于電除塵器電源技術(shù)。

1.2 高頻電源

1.2.1 高頻電源的控制原理

高頻電源控制主要通過調(diào)頻控制來實現(xiàn)，工作的基本原理把三相工頻電源整流變成直流，經(jīng)逆變電路逆變成10KHz以上的高頻交流電流。然后采用高頻變壓器升壓，經(jīng)高頻整流器進行整流濾波，形成幾十千赫茲的高頻脈動電流供給電除塵電場，經(jīng)電場容性負載濾波后，電除塵電場陰陽極之間的電壓為純直流電壓。這種供電方式相對于過去的工頻單相電源最大的好處就是能向電除塵電場提供更高的電壓和電流且非常平穩(wěn)。

1.2.2 高頻電源工作原理

高頻電源的運行工作方式可以分為兩種，一種是充電比節(jié)能控制方式，另外自動跟蹤控制方式，其中充電比節(jié)能控制方式是通過高頻控制器來調(diào)節(jié)，不但可以改變IGBT逆變器頻率，同時還可以控制電除塵電場粉塵荷電時間。可以通過不一樣的充電比脈沖寬度脈沖來組成，很好迎合各種不同的粉塵比電阻，可以防止反電暈事故的出現(xiàn)，更重要的可以很好地降低電除塵的能耗。高頻控制器根據(jù)現(xiàn)場工況自動控制IGBT 逆變器頻率（頻率范圍0-40KHz），從而調(diào)節(jié)輸入到電除塵電場的功率，提供合適的電暈電壓電流。

1.2.3 高頻電源提高除塵效率優(yōu)勢

1.2.3.1 高頻電源的優(yōu)點

①高源電源輸出電壓高、電流大、頻率高，能大幅提高除塵效率達30%以上。

②效率高電耗小，相比工頻電源節(jié)電20%以上。高頻電源的功率因素大于0.9，轉(zhuǎn)換效率在90%以上，而工頻電源效率一般不到70%。

1.2.3.2 脈沖電源優(yōu)點

①輸出工作電壓達到70-80kV，加大了粉塵的荷電能力。由于脈沖很窄，使得電除塵總的能耗大幅下降，比工頻電源節(jié)電約60-80%。

②脈沖電源的供電方式，抑制了大量無用的電子流吸附于陽極板的高比電阻粉塵之上，從而有效的防止了電場中反電暈的產(chǎn)生。

1.2.3.3 高頻電源+脈沖電源組合的優(yōu)勢

高頻電源優(yōu)勢在設(shè)備剛運行階段電壓較低，運作的方式特別靈活，除此之外，其在粉塵荷電方面與除塵表現(xiàn)極強，一般適合前級電場運用;脈沖電源設(shè)備優(yōu)勢在設(shè)備剛運行階段電壓較高，對高比粉塵和微顆粒粉塵有很好的除塵效果。

2 電除塵器大修改造要求及改造方案

2.1 改造要求

滿足電除塵器出口煙氣排放濃度≤80mg/Nm3排放要求，電源設(shè)備穩(wěn)定運行3個月以上。

2.2 改造方案

經(jīng)與多家專業(yè)技術(shù)人員交流，反復研討，確定了采用不增加收塵面積，將原有電場極板、極線等全部拆除重建。淘汰原有工頻電源設(shè)備，將一電場改為高頻電源，二、三電場改為高頻疊加脈沖電源供電的方式。向電場內(nèi)部增加收塵功率的方式來提高電場收塵效果。

2.2.1 電除塵器本體改造

單臺除塵保持雙室三電場不變，將原除塵器底部圈梁以上的部分（不含圈梁）包括立柱、大梁、柱間支撐、出、入口喇叭及進出口膨脹節(jié)、分布板、槽型板、壁板、頂蓋、保溫箱、進線箱、高壓電源、隔離柜、高、低壓電纜、橋架、陰、陽極系統(tǒng)、陰、陽極振打系統(tǒng)等全部更換。

2.2.2 三電部分

（1）高壓部分。一電場采用高頻電源對電場入口的大顆粒物料進行吸附;二、三電場采用高頻基波疊加激能脈沖電源對較細的塵埃進行吸附，保證除塵器出口排放濃度達標。

（2）低壓部分。電除塵工藝計算機管理系統(tǒng)將電除塵器高壓供電設(shè)備、振打設(shè)備、清灰設(shè)備、加熱設(shè)備、監(jiān)測設(shè)備、輔助設(shè)備等分散設(shè)備進行集中管理，實現(xiàn)有機的聯(lián)合和系統(tǒng)的最佳協(xié)調(diào)控制。采用工業(yè)以太網(wǎng)光纖架構(gòu)，與高頻電源、高頻基波疊加激能脈沖電源、低壓控制設(shè)備除塵器（入口與出口之間，含料位計、輸灰系統(tǒng)全部設(shè)備等）進行聯(lián)網(wǎng)控制，實現(xiàn)電除塵數(shù)據(jù)的高速交換，保證監(jiān)控的實時性。

3 改造后效果

經(jīng)過58天的緊張施工改造后，360平燒結(jié)機頭除塵電除塵器順利投入運行，至今電場工作穩(wěn)定，運行良好。12套高頻及高頻疊加脈沖電源工作穩(wěn)定。經(jīng)專業(yè)檢測機構(gòu)檢測，實際排放濃度小于80mg/Nm3。

4 結(jié)語

綜上，本鋼集團北營煉鐵廠360燒結(jié)機頭除塵改造應用高頻電源+高頻基波疊加脈沖電源組合使用的新技術(shù)、新設(shè)備，對電場進行升級改造。達到了技術(shù)協(xié)議約定的排放標準要求，工程改造取得了圓滿成功。

作者簡介：矯健（1977-），男，電氣助理工程師，高級技師，1998年畢業(yè)于本溪市電子工業(yè)學校機電技術(shù)應用專業(yè)，現(xiàn)從事電氣運行管理工作。