高頻電源在靜電除塵器上的應(yīng)用

李玉忠，魏瑞軍，李志忠，李岸超

（新會雙水發(fā)電（B廠）有限公司，廣東江門 529153）

0 前言

在國家提倡節(jié)能減排的背景下，發(fā)電廠積極采取各種節(jié)能降耗的措施和技術(shù)。大功率高頻電源是新一代靜電除塵器的供電裝置，與目前普遍使用的工頻電源相比，可以在確保除塵效率的前提下，大幅度減少靜電除塵器的電耗[1]。某發(fā)電廠將靜電除塵器由工頻電源改為高頻電源后，取得了顯著的節(jié)能效果。

1 高頻電源原理

高頻電源是將三相交流輸入經(jīng)過三相整流為直流電源，經(jīng)逆變?yōu)楦哳l交流電，最后整流輸出直流高壓。變換器實(shí)現(xiàn)直流到高頻交流的轉(zhuǎn)換，高頻變壓器和高頻整流器實(shí)現(xiàn)升壓整流輸出，為除塵器提供電源，高頻電源系統(tǒng)見圖1。

1.1 高頻電源節(jié)能原理

靜電除塵器的工頻電源頻率低，電源轉(zhuǎn)換效率只有75%，而高頻電源轉(zhuǎn)換效率為95%，此項(xiàng)節(jié)電約20%。

圖1 高頻電源系統(tǒng)圖

靜電除塵器采用工頻電源供電產(chǎn)生電暈時(shí)，只有極少量電能用于煙塵荷電，絕大部份電能做了無效的空氣電離。而用高頻電源向除塵器供電時(shí)，用脈寬5～10 μs的脈沖使煙塵荷電，其特點(diǎn)是荷電量大而能耗非常少，使電能大幅度下降。

高頻電源是三相整流后，在紋波非常小的直流上再進(jìn)行逆變，因而直流脈沖的幅值可以有效控制在非火花區(qū)內(nèi)，基本不產(chǎn)生火花，即使產(chǎn)生火花，也可以在5～10 μs內(nèi)自行關(guān)斷，而工頻電源火花多而耗能大，一旦產(chǎn)生火花要10 ms（即10 000 μs）內(nèi)才能關(guān)斷，所以高頻電源可以達(dá)到節(jié)電的目的。高頻電源的節(jié)能原理圖如圖2所示。

圖2 高頻電源節(jié)能原理圖

1.2 高頻電源除塵增效原理

高頻電源由于高壓轉(zhuǎn)換始終工作在50 kHz以上，可以控制在非火花區(qū)內(nèi)把脈沖幅值調(diào)到最大，即二次電壓調(diào)到最高，不會像工頻電源出現(xiàn)放電的時(shí)間，而一直保持可荷電狀態(tài)，因而煙塵總體荷電量大，特別對微細(xì)煙塵也容易荷電，所以從理論上，高頻電源可達(dá)到提高除塵率的作用。

對高比電阻煙塵，若用工頻電源供電，很易產(chǎn)生反電暈放電，一旦出現(xiàn)反電暈放電，會產(chǎn)生反電暈放電揚(yáng)塵，影響出口煙塵指標(biāo)，而用高頻直流脈沖供電，供電的脈沖時(shí)間任意可調(diào)，具有更寬的脈沖寬度和脈沖頻率選擇自由度、更陡峭的電壓上升率，使高比電阻煙塵在集塵極上有足夠的放電時(shí)間，基本消滅了反電暈放電，使除塵效率提高。直流脈沖幅值可控，不會產(chǎn)生火花放電，即使產(chǎn)生火花，在5～10 μs內(nèi)即自行關(guān)斷，不會因火花而產(chǎn)生揚(yáng)塵，所以從理論上，高頻電源可達(dá)到提高高比電阻煙塵脫除率的作用。

2 工程實(shí)例

2.1 改造前的設(shè)備狀況

某發(fā)電廠2×150MW機(jī)組2004年投入商業(yè)運(yùn)行，所配鍋爐為哈爾濱鍋爐廠480 t/h循環(huán)流化床鍋爐，配套福建龍凈環(huán)保股份公司生產(chǎn)的BE301/-4/23/450/14.53/8×4-G型雙室四電場靜電除塵器，電場有效斷面積301 m2，最大煙氣量為763235 m3/h，設(shè)計(jì)除塵效率99.8%。除塵器原采用380 V三相控工頻電源，為了達(dá)到節(jié)能目的，擬將靜電除塵器電源改造為高頻電源。

2.2 改造方案

2012年12月24日開始對兩臺機(jī)組中的一臺靜電除塵器進(jìn)行改造，經(jīng)過6天完成設(shè)備的安裝，通過安裝8臺HEP8000高頻高壓自冷型數(shù)字除塵電源代替原相控工頻高壓電源對電場進(jìn)行供電。為保證設(shè)備正常運(yùn)行和便于對比驗(yàn)收，最大限度提高產(chǎn)品運(yùn)行可靠性，原有8臺工頻電源控制柜和整流變壓器均保留，通過增設(shè)一臺三點(diǎn)式轉(zhuǎn)換柜，確保新柜體與原電源及電場接口位置不變，使新舊電源通過轉(zhuǎn)換柜實(shí)現(xiàn)方便切換，以保證電場電源連續(xù)、可靠、高效運(yùn)行。高壓出線采用150 kV高壓電纜進(jìn)行架空安裝，高壓電源連線安裝情況見圖3。

圖3 單臺高頻電源連線示意圖

2.3 節(jié)能減排效果

2013年1月29日至2月1日，對工頻電源與改造后的高頻電源在同等工況（相同煤種、相同負(fù)荷、同等排放）條件下進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)，對能耗情況進(jìn)行對比，結(jié)果如表1和表2所示。

表1 工頻電源高負(fù)荷運(yùn)行方式與高頻電源的能耗對比

表2 工頻電源節(jié)能運(yùn)行方式與高頻電源的能耗對比

可見，在相同的條件下，高頻電源與工頻電源的高負(fù)荷運(yùn)行方式比較，節(jié)能率達(dá)到60%，與工頻電源的節(jié)能運(yùn)行方式比較，節(jié)能率達(dá)到52%。工頻電源改為高頻電源后，功率因數(shù)由0.64提高到0.97～0.99，減少了無功消耗。

根據(jù)表2的試驗(yàn)結(jié)果，按每臺靜電除塵器年運(yùn)行330天估算，該項(xiàng)目每臺靜電除塵器的年節(jié)電量約90萬kWh，折成標(biāo)準(zhǔn)煤為300 t，相當(dāng)于減排二氧化碳691 t、二氧化硫2.55 t、氮氧化物2.22 t，節(jié)能效果和環(huán)境效益顯著。

另外，在除塵效率方面，改造后并沒有可靠的數(shù)據(jù)證明靜電除塵器的除塵效率得到了明顯的提高，可能實(shí)際運(yùn)行工況未達(dá)到除塵增效的條件。但可以確定，采用高頻電源后，可以確保靜電除塵器的除塵效率不低于原工頻電源工況。

3 結(jié)語

工程實(shí)例證明，利用高頻電源對采用工頻電源的靜電除塵器進(jìn)行改造，在除塵效率不變的情況下，可達(dá)到50%以上的節(jié)能率，該技術(shù)有利于推動(dòng)節(jié)能減排工作，值得在行業(yè)內(nèi)推廣。

［1］陸穎，郭俊，盧剛，等.電除塵高頻電源的研制與應(yīng)用［A］.第12屆全國電除塵學(xué)術(shù)會議論文集［C］，2007（10）：329-332.