轉(zhuǎn)爐電除塵高頻電源改造研究

邱 銳

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建龍巖 364000）

貴溪冶煉廠的轉(zhuǎn)爐靜電除塵器購(gòu)自國(guó)外廠家，為了適應(yīng)市場(chǎng)及社會(huì)發(fā)展的需求，貴溪冶煉廠對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行了升級(jí)與改造，該廠的生產(chǎn)規(guī)模有所提高，但該廠并未對(duì)轉(zhuǎn)爐電除塵設(shè)備進(jìn)行改造，轉(zhuǎn)爐電除塵設(shè)備無(wú)法滿足該廠使用需求，轉(zhuǎn)爐電除塵設(shè)備除塵效率低、能耗較大，需要對(duì)該廠的轉(zhuǎn)爐電除塵設(shè)備進(jìn)行改造。

1 改造前設(shè)備情況

貴溪冶煉廠的轉(zhuǎn)爐電除塵設(shè)備為國(guó)外廠家生產(chǎn)制造，在該廠發(fā)展期間，需要對(duì)轉(zhuǎn)爐電除塵設(shè)備進(jìn)行維修與養(yǎng)護(hù)。在維修與養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，轉(zhuǎn)爐電除塵設(shè)備使用的零部件均需要從該設(shè)備的生產(chǎn)廠家訂購(gòu)，零部件的生產(chǎn)批次不同，導(dǎo)致零部件在實(shí)際使用過(guò)程中與轉(zhuǎn)爐電除塵設(shè)備的需求不符。現(xiàn)階段該廠的轉(zhuǎn)爐電除塵設(shè)備已經(jīng)偏離原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，是導(dǎo)致該廠的轉(zhuǎn)爐電除塵設(shè)備除塵效率不高、能耗較大的主要原因。

貴溪冶煉廠有3臺(tái)高壓發(fā)生器、8臺(tái)轉(zhuǎn)爐電除塵器，根據(jù)調(diào)查顯示，該廠高壓設(shè)備二次電壓基本能夠達(dá)到50 kV，無(wú)法滿足實(shí)際使用需求，且該廠的3臺(tái)高壓發(fā)生器基本無(wú)二次電流，不滿足轉(zhuǎn)爐電除塵器的實(shí)際使用需求，轉(zhuǎn)爐電除塵器的除塵效果不佳、除塵效率不高。除塵效率一般為60%，無(wú)法徹底除塵，對(duì)該廠其他生產(chǎn)設(shè)備的安全與穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。

貴溪冶煉廠的排放量約為1 000 mg/m3，排放超出國(guó)家規(guī)定的范圍。該廠電除塵器的實(shí)際入口煙氣溫度約為350～400℃，但電除塵器煙氣入口煙氣溫度不能高于90℃，過(guò)高的煙氣會(huì)損傷轉(zhuǎn)爐電除塵器，導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐電除塵器的除塵效率降低[1]。

轉(zhuǎn)爐電除塵器的工作原理主要為利用靜電吸附煙氣中的灰塵，為了能夠?qū)⑽降幕覊m脫離電除塵器，需要在電除塵器上安裝一個(gè)接收灰塵的灰斗和電磁振打器，使灰塵在電磁振打器的作用下落入灰斗[2]。該廠轉(zhuǎn)爐電除塵器的電磁振打器撞擊陰極灰塵時(shí)，采用頂部捶打的方式，撞擊陽(yáng)極時(shí)選擇側(cè)部捶打的方式。該廠電除塵器的入口壓力為-600～400 Pa，壓力損失為600～800 Pa，煙塵濃度較高，轉(zhuǎn)爐電除塵器工作壓力大。

2 轉(zhuǎn)爐電除塵器除塵效率不佳的主要原因

2.1 設(shè)備設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題

多次更換轉(zhuǎn)爐電除塵器的設(shè)備零部件導(dǎo)致該設(shè)備偏離設(shè)計(jì)要求。在轉(zhuǎn)爐電除塵器的使用過(guò)程中，陽(yáng)極板受到煙氣中等物質(zhì)被腐蝕或存在形變時(shí)，需要對(duì)陽(yáng)極板進(jìn)行替換。每次替換的陽(yáng)極板規(guī)格、型號(hào)不同，進(jìn)行多次陽(yáng)極板安裝后，存在同等級(jí)距嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)值、極板極線不匹配等問(wèn)題，導(dǎo)致該廠的轉(zhuǎn)爐電除塵設(shè)備的實(shí)際除塵效率達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，容易對(duì)轉(zhuǎn)爐電除塵設(shè)備的電壓造成影響。

同等級(jí)距長(zhǎng)期偏離會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐電除塵器的電壓一直無(wú)法提升，不能達(dá)到額定電壓，轉(zhuǎn)爐電除塵器在低電壓的情況下仍然繼續(xù)運(yùn)行工作，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐電除塵器出現(xiàn)閃絡(luò)的現(xiàn)象，對(duì)轉(zhuǎn)爐電除塵器的電源及其相關(guān)設(shè)備的安全運(yùn)行造成十分嚴(yán)重的影響，若閃絡(luò)頻次超過(guò)設(shè)計(jì)范圍，會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)備的除塵效率。

2.2 存在反電暈問(wèn)題

（1）電氣設(shè)備老化致使轉(zhuǎn)爐電除塵器無(wú)法克制反電暈現(xiàn)象。電氣設(shè)備老化后，其電壓及電流均有所下降，導(dǎo)致電氣設(shè)備無(wú)法提供較大的電流密度。轉(zhuǎn)爐電除塵器的入口煙氣溫度過(guò)高，不滿足電除塵設(shè)備的實(shí)際要求，且過(guò)高的煙氣溫度會(huì)損傷轉(zhuǎn)爐電除塵器的電氣設(shè)備，導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐電除塵器存在反電暈現(xiàn)象。

（2）煙氣中含有較多的金屬元素物質(zhì)，如Cu、Bi、Zn等元素物質(zhì)，此類物質(zhì)屬于高比電阻顆粒。轉(zhuǎn)爐電除塵器在正常運(yùn)行的過(guò)程中，高比電阻介質(zhì)會(huì)抑制顆粒的核電，引起轉(zhuǎn)爐電除塵器的反電暈問(wèn)題。

2.3 存在電封閉問(wèn)題

轉(zhuǎn)爐電除塵器存在電封閉問(wèn)題的主要原因?yàn)檗D(zhuǎn)爐電除塵器的入口煙氣濃度較高，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，該冶煉廠的入口煙氣濃度已經(jīng)達(dá)到高濃度范圍，極易引發(fā)轉(zhuǎn)爐電除塵器的電封閉問(wèn)題。

3 貴溪冶煉廠轉(zhuǎn)爐電除塵高頻電源的改造設(shè)計(jì)方案

3.1 高頻電源改造原理

貴溪冶煉廠進(jìn)行轉(zhuǎn)爐電除塵高頻電源改造時(shí)，選擇使用三相高頻電源，后端接IGBT模塊，該電源輸入電壓為380 V的三相交流電壓。需要在電源后設(shè)置一個(gè)整流器，整流器可以將輸入的電壓再經(jīng)過(guò)整流，轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ麟妷骸?/p>

整流器后需要設(shè)置一個(gè)逆變器，其主要作用是將輸入的三相電壓轉(zhuǎn)化為高頻交流電壓源，促使輸入的電壓滿足轉(zhuǎn)爐電除塵器的實(shí)際使用需求。

（2）病種成本。對(duì)診療方案和出入院標(biāo)準(zhǔn)比較明確、診療技術(shù)比較成熟的病種，以既往費(fèi)用數(shù)據(jù)和醫(yī)保基金支付金額為基礎(chǔ)，對(duì)其耗費(fèi)的醫(yī)療項(xiàng)目成本，藥品成本及單獨(dú)收費(fèi)材料成本進(jìn)行累加對(duì)比，對(duì)數(shù)據(jù)加權(quán)平均，得出病種成本的數(shù)據(jù)。參照DRGs分組標(biāo)準(zhǔn)，醫(yī)院在制定臨床路徑時(shí)考慮費(fèi)用問(wèn)題，制約了不必要的檢查和藥品的使用，縮短平均住院日，得出修正病種成本后的標(biāo)準(zhǔn)成本。

利用VI恒流組件將輸入的三相電壓轉(zhuǎn)化為三相電流，繼續(xù)進(jìn)行升壓、整流，輸出高頻恒流高壓直流電。

該電源能夠滿足轉(zhuǎn)爐電除塵器對(duì)高頻電壓的實(shí)際使用需求，為轉(zhuǎn)爐電除塵器提供穩(wěn)定的電力能源，確保轉(zhuǎn)爐電除塵器能夠正常工作。

HLG電源工作原理如圖1所示[3]。

圖1 HLG電源工作原理

3.2 高頻電源改造方案

移除一臺(tái)高壓發(fā)生器，根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)位置，安置兩臺(tái)HLG電源和兩個(gè)隔離開(kāi)關(guān)。在兩臺(tái)HLG電源和原電壓發(fā)生器之間設(shè)計(jì)在線熱備切換電路，配置一個(gè)高頻配電柜，安裝于電除塵器的控制室。

在轉(zhuǎn)爐電除塵器煙氣入口設(shè)備前增加一個(gè)煙氣預(yù)處理器和煙氣換熱裝置，保證入口煙氣溫度低于90℃。

4 改造后的效果分析

4.1 轉(zhuǎn)爐電除塵器運(yùn)行狀況分析

改造后發(fā)現(xiàn)，在該廠的8臺(tái)轉(zhuǎn)爐電除塵器中，有6臺(tái)轉(zhuǎn)爐電除塵器的二次電壓能夠達(dá)到50 kV以上，有1臺(tái)轉(zhuǎn)爐電除塵器偶爾能夠達(dá)到50 kV，有1臺(tái)轉(zhuǎn)爐電除塵器依舊無(wú)法達(dá)到50 kV；有5臺(tái)轉(zhuǎn)爐電除塵器的二次電流全部恢復(fù)，其中3臺(tái)轉(zhuǎn)爐電除塵器的二次電流恢復(fù)效果較好，有2臺(tái)轉(zhuǎn)爐電除塵器的恢復(fù)效果一般，3臺(tái)轉(zhuǎn)爐電除塵器存在二次電流為0的情況，轉(zhuǎn)爐電除塵器的整體改造效果較好。

表1 貴溪冶煉廠轉(zhuǎn)爐電除塵器運(yùn)行狀況分析

4.2 轉(zhuǎn)爐電除塵器的效果分析

電源改造后，貴溪冶煉廠轉(zhuǎn)爐電除塵器的收塵效率相較于改造前提升8.96%，轉(zhuǎn)爐除塵器入口煙氣濃度及溫度均有所下降，除塵效率約為89.39%。

4.3 增加采樣與通信

HLG電源能夠幫助轉(zhuǎn)爐電除塵器進(jìn)行電源數(shù)據(jù)采樣，采集電源的電壓與電流，確保電源能夠?yàn)檗D(zhuǎn)爐電除塵器提供穩(wěn)定的電力能源。

在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，HLG電源本身具有較強(qiáng)的抗干擾能力，采集的電壓、電源數(shù)據(jù)較為真實(shí)，但利用多模光纖采集能夠大幅度提高數(shù)據(jù)信息的采集效率。

電源數(shù)據(jù)采樣能夠有效幫助冶煉廠及時(shí)處理轉(zhuǎn)爐電除塵器的電源閃絡(luò)問(wèn)題，電源存在閃絡(luò)問(wèn)題時(shí)，HLG電源的采樣功能可以捕捉數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)反饋給控制器，促使相關(guān)工作人員能夠及時(shí)處理。

4.4 在線熱備切換電路的優(yōu)勢(shì)

轉(zhuǎn)爐電除塵設(shè)備發(fā)生故障無(wú)法正常運(yùn)行時(shí)，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)冶煉廠的生產(chǎn)車間停止工作，嚴(yán)重影響冶煉廠的經(jīng)濟(jì)效率。在線熱備切換電路能夠在其中一臺(tái)HLG電源發(fā)生故障時(shí)，切換備用電源，促使轉(zhuǎn)爐電除塵設(shè)備一直穩(wěn)定工作運(yùn)行，使冶煉廠電源維修工作人員能夠在生產(chǎn)車間正常運(yùn)行的同時(shí)進(jìn)行電源的維修工作，避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

4.5 節(jié)能效果分析

HLG電源采用逆變技術(shù)，變壓器鐵芯使用非晶材料，功率因數(shù)更高、節(jié)能效果更明顯。高頻電源可以增大電暈功率，提升加電場(chǎng)粉塵的荷電效果，較好的荷電效果使極板吸附能力增強(qiáng)，除塵效率提高，耗電更少。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)轉(zhuǎn)爐電除塵器高頻電源進(jìn)行改造時(shí)，使用HLG為轉(zhuǎn)爐電除塵器提供高頻恒流高壓直流電，促使轉(zhuǎn)爐電除塵器能夠獲得穩(wěn)定的電力能源。經(jīng)過(guò)改造后的轉(zhuǎn)爐電除塵器，運(yùn)行情況與除塵效果均有明顯的提升，且改造過(guò)程中設(shè)計(jì)的在線熱備切換電路能夠幫助其實(shí)現(xiàn)雙電源互備用，提高轉(zhuǎn)爐電除塵器的運(yùn)行穩(wěn)定性，提升節(jié)能效果。