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　　摘要：為了更好地滿足環(huán)境保護(hù)對電廠除塵效果提出的新標(biāo)準(zhǔn)、新要求，在全面系統(tǒng)研究幾種常見除塵器改造方案之上，有效轉(zhuǎn)換某300MW機(jī)組靜電除塵器的工頻電源，本文詳細(xì)闡述了高頻電源原理引入除塵器。更改之后，單臺靜電除塵器能夠有效降低粉塵排放，數(shù)量大約在114.6噸，從而節(jié)約112.5萬元電費(fèi)，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能減排的目的。

　　關(guān)鍵詞：高頻電源;靜電;除塵器

　　前言：如今，在我國大力倡導(dǎo)節(jié)能減排，在此背景下，發(fā)電廠認(rèn)真貫徹執(zhí)行國家大政方針，積極引入和運(yùn)用合理的節(jié)能降耗技術(shù)和有效的應(yīng)對策略。在新生代靜電除塵器的供電裝置中，大功率高頻電源相對于工頻電源而言，在保證除塵工作效率基礎(chǔ)上，可以大大降低電除塵器的功耗。電廠將原來用的工頻電源更換為高頻電源，從而獲得了良好的節(jié)能減排功效。

　　1高頻電源工作原理

　　交流輸入經(jīng)三相整流轉(zhuǎn)換為直流電源，再由逆變器轉(zhuǎn)換為高頻交流，最后由整流器輸出直流高壓。變換器目前已經(jīng)基本實現(xiàn)了直流向高頻交流的過渡和轉(zhuǎn)換，而高頻整流器以及高頻變壓器也已經(jīng)順利完成了升壓，并以整流形式輸出，進(jìn)而為除塵器提供電能。

　　1.1高頻電源的節(jié)能原理

　　由于工頻電源輸出頻率相對較低，電源轉(zhuǎn)換效率并不理想，只達(dá)到了75%，而高頻電源轉(zhuǎn)換效率可達(dá)95%，從而有效節(jié)約了20%的電能。靜電除塵器主要利用工頻電源產(chǎn)生的電暈，在此過程中，只有很少的電能被用于煙塵荷電，絕大部份電能做了無效的空氣電離。而采用高頻電源進(jìn)行電能供應(yīng)時，需要采用5-10μs的脈沖寬度對粉塵進(jìn)行充電，充電量大，能耗小，從而大大降低了電能。再利用三相電整流完成后，高頻電源逆變在直流電源上，紋波很小，能將直流脈沖的幅度嚴(yán)格控制在無火花區(qū)，基本上不產(chǎn)生火花。即便不慎出現(xiàn)火花，也會在5-10μS內(nèi)自動熄滅，而工頻電源一般電火花較多，且電源消耗較大。一旦產(chǎn)生火花，可在10毫秒(10000μs)內(nèi)關(guān)閉，因此高頻電源可節(jié)約電能。

　　1.2高頻電源除塵效率工作原理

　　因高頻電源的高壓轉(zhuǎn)換一直都在50KHz以上，所以脈沖幅度能夠在非火花區(qū)調(diào)整至最大值，即二次電壓可以調(diào)整為最大，這與工頻電源放電不同，但始終維持荷電狀態(tài)，所以煙塵總荷電量通常會很大，尤其是對微細(xì)煙塵極易發(fā)生荷電反應(yīng)，所以站在理論角度，高頻電源可以最大限度發(fā)揮除塵功效。相對于高比電阻煙塵而言，如果利用工頻電源裝置，極易出現(xiàn)反電暈放電現(xiàn)象。反電暈放電一旦發(fā)生，必然會發(fā)生反電暈放電揚(yáng)塵現(xiàn)象，進(jìn)而影響到出口煙塵指標(biāo)。假設(shè)使用高頻直流脈沖電源，工作人員就可以隨意調(diào)整電源的脈沖時間，同時擁有較寬的脈沖寬度和脈沖頻率，并且需要選擇更大上升率的電壓，使高比電阻煙塵在集塵桿上擁有充足的放電時間，從而有效消除了反電暈放電現(xiàn)象，促進(jìn)除塵效率的大大提升。直流脈沖幅度在可控制范圍內(nèi)，無火花放電，即使產(chǎn)生火花，也會在5-10μs內(nèi)自動熄滅，不會產(chǎn)生火花粉塵。因此，從理論上講，高頻電源可以有效提升高高比電阻煙塵脫除率。

　　2.鍋爐及電除塵器概況

　　某電廠2號機(jī)組容量已經(jīng)得到300MW，并于2011年10月開始正式生產(chǎn)運(yùn)行。此鍋爐制作商為哈爾濱鍋爐廠有限公司，為亞臨界壓力、一次中間再熱、單爐平衡通風(fēng)、固態(tài)除渣、全鋼框架結(jié)構(gòu)的自循環(huán)∏型汽包鍋爐。鍋爐最大限度的連續(xù)蒸發(fā)量為每小時1025噸，最大蒸發(fā)量為每小時960噸，并為其配備了2sy278-4型雙室四電場水平電除塵器，且山西大同煤是此鍋爐的設(shè)計煤種，收到的基灰含量為23%。除塵器入口粉塵濃度(標(biāo)準(zhǔn)條件值)為每立方2532毫克，煙塵比電阻為6.80×1011～6.70×1012Ω·cm。單電場最佳長度為4米，同桿間距設(shè)定為40厘米，電場有效截面積一般為278.4平方米，最大煙氣流量為每小時1821791立方米，煙氣流量為每秒0.81米，設(shè)計效率一般在99.7%，本體阻力需要控制在200帕以內(nèi)，本體漏氣率需在2%以內(nèi)。系統(tǒng)需要利用380V三相電壓有效控制工頻電源，高壓供電電源為1.0A/72KV-HW，共有16臺整流變和16個微機(jī)控制柜。每個A/BPC段有16個饋線開關(guān)，每個饋線開關(guān)需要配備一個與之相匹配的高壓程控柜，從而保證一對一供電。靜電除塵器需要通過直流高壓電源在電場中構(gòu)建陰極線和陽極板之間不勻稱高壓靜電場。當(dāng)煙氣流經(jīng)強(qiáng)電場時，會被電離成正負(fù)離子，帶電負(fù)離子會吸引輕小粉塵，進(jìn)而吸附在陽極板上。當(dāng)粉塵沉降到一定厚度后，采用機(jī)械振打的方式振打進(jìn)入下灰斗并清除。系統(tǒng)采用工頻晶閘管電源，其電路結(jié)構(gòu)為晶閘管移相控制幅值后，將兩相電源送入整流變壓器升壓整流，進(jìn)而產(chǎn)生50Hz脈沖電流，輸入電除塵器。

　　3改造方案論證

　　從當(dāng)前電除塵器實際運(yùn)作情況來看，難以滿足國家新標(biāo)準(zhǔn)要求，尤其是除塵入口粉塵濃度隨灰分的增加而增加，且粉煤灰比電阻特性做出相應(yīng)改變后，當(dāng)前除塵系統(tǒng)則很容易產(chǎn)生生反電暈現(xiàn)象和固定間距極板之間的火花放電，由于輸入電壓的增加，導(dǎo)致系統(tǒng)平均工作電壓比峰值脈沖電壓小于20%，因此無法真正保證除塵效果。從節(jié)能增效角度考慮有效減小電除塵器改造投資和降低運(yùn)行維護(hù)成本，通過比較以下3種方案，從而擇選出最優(yōu)改造方案。

　　1)更換電源。將原來的工頻三相電源更換為高頻高壓電源，進(jìn)而有效提升系統(tǒng)平均工作電壓，提高了電場中粉塵的荷電能力，進(jìn)而大大提升顆粒驅(qū)動速度和系統(tǒng)除塵效率。

　　2)需要把靜電除塵器改造為布袋除塵器或電袋復(fù)合除塵器。布袋式除塵器屬于過濾式除塵設(shè)備。其運(yùn)行限制主要是為了延長濾料布袋的使用年限和加大運(yùn)行阻力。現(xiàn)階段，與電除塵器相比，一體式布袋電除塵器在確保除塵效率和對煤的適應(yīng)性具有非常明顯優(yōu)勢。但也存在一定不足，比如設(shè)備改造占地面積太大，同時周圍溫濕度在一定程度上決定了布袋使用壽命，且難以生物降解廢棄的布袋，又給自然環(huán)境帶來了新的污染源。

　　3)通過不斷增加電場的數(shù)量和除塵裝置的合理高度和款速，進(jìn)而大大提升除塵工作效力，例如增加五個電場的運(yùn)行或增加旋轉(zhuǎn)電極的除塵工作方式。但必須明確改造場地相應(yīng)要求以及施工周期長，同時還要嚴(yán)格控制旋轉(zhuǎn)電極零件可靠度。根據(jù)工程建設(shè)條件、年度生產(chǎn)維護(hù)計劃和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況，選擇并實施高頻高壓供電方案最為適宜。

　　4.改造后性能測試及效果

　　電廠需要為2爐電除塵器電氣部分投入大量資金，通常會在300萬左右。本工程一共敷設(shè)高頻電力電纜16根，還需要在除塵器頂部吊裝安裝16根高頻電力電纜。并在上位機(jī)上重新安裝新的控制軟件，可以對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。更改結(jié)束之后，對2號電除塵器進(jìn)行必要的性能測試。使用高頻電源可以提高效率，節(jié)約能源。為此，對三種工況(提高效率、節(jié)能和考慮節(jié)能)進(jìn)行了試驗。其中，提效模式具體指在忽視節(jié)能的情況下有效提升除塵效率，即電除塵器的所在電場都需要采用直流運(yùn)行模式;節(jié)能模式是確保原有除塵效率基礎(chǔ)上達(dá)到節(jié)能效果的，即電除塵器的所在電場都應(yīng)以脈沖模式運(yùn)作，能效處于兩者之間，即在達(dá)到節(jié)能功效之前，另外考慮效率的提高，電除塵器的前兩個電場以直流模式工作，后兩個電場以脈沖模式工作。在節(jié)能、能效兼顧和增效下，電除塵器除塵效率能夠依次達(dá)到99.85%、99.85%和99.86%，出口粉塵對應(yīng)濃度分別為每立方米15.6毫克、11.3毫克和12毫克，電除塵系統(tǒng)總功耗依次為445.4kw，622.7kw和768.6kw。

　　1)對改進(jìn)后的靜電除塵器施行了空載升壓試驗，最大二次電壓為 74 kV，最大二次電流為1200毫安，由此可見，系統(tǒng)的供電質(zhì)量取得了顯著提高。除塵器出口煙塵排放濃度也需要控制在每立方13毫克內(nèi)，從而達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)特殊排放限值要求。

　　2)高頻電源結(jié)構(gòu)完整，質(zhì)量和體積相對較小。且直接被安裝在電除塵器的上面，大大節(jié)約了配電室的空間和大部分的信號電纜和控制電纜。

　　3)經(jīng)濟(jì)效益測算。在節(jié)能模式下，節(jié)省了大約555kw電能。如果按照每年運(yùn)行5500小時和一度電0.3684元計算，單臺機(jī)組使用高頻電源后的年節(jié)能效益為112.5萬元。在增效運(yùn)行模式下，單臺機(jī)組(33.44-12.6)×5500=114.6t，年排放煙塵5500小時，可降低排放成本114.6×1200÷2.18=63000元。

　　結(jié)束語：

　　綜上所述，在除塵效率不變的情況下，采用高頻電源對電除塵器進(jìn)行變頻改造，可實現(xiàn)50%以上的節(jié)能效果。這項技術(shù)科研有效實現(xiàn)了節(jié)能減排，值得應(yīng)用和推廣。——論文作者：張穎立

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