高頻電源在環(huán)保中的應(yīng)用

文 / 李紅建

由于環(huán)保要求的逐步提高，2011年7月29日，環(huán)保部正式頒布《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)對火電廠的排放指標(biāo)作出具體的說明，新疆維吾爾自治區(qū)環(huán)保要求2015年7月1日起執(zhí)行煙塵排放指標(biāo)20mg/Nm3。2017年12月31日前執(zhí)行超低排放標(biāo)準(zhǔn)。我們就新疆及內(nèi)地的改造情況進(jìn)行了對比，結(jié)合阜康地區(qū)某電廠電除塵實(shí)施高頻電源改造情況進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)高頻電源改造具有投資較低、較好的節(jié)電效果、能有一定的投資回報(bào)、無須停爐、改造周期短等諸多優(yōu)點(diǎn)，能到達(dá)目前國家環(huán)保要求，具有分布實(shí)施和改造的優(yōu)勢，對電除塵改造除濕電改造外又一方案的應(yīng)用有了良好的借鑒。

一、 高頻電源和濕式電除塵器改造的分析

（一）電源更換的綜合分析

目前國內(nèi)主流的電除塵電源已多采用高頻電源,它是由單相工頻、三相工頻電源（高效電源）發(fā)展而來，它相對于常規(guī)工頻（50Hz）電源而言，高頻電源的工作頻率可達(dá)到40K Hz,相當(dāng)于工頻電源的800倍，電源本身效率高≥92%，功率因數(shù)≥0.92比工頻電源基礎(chǔ)節(jié)能35%以上（在保證除塵效率不變的情況下，與工頻電源相比，節(jié)電幅度可達(dá)90%。按照節(jié)電幅度60%，每臺電除塵器面耗電300萬度，每度電成本0.12元，每年節(jié)約21.6萬元。每臺爐的改造投資約為120萬，5.5年內(nèi)可收回成本。）。在除塵器理論中，除塵效率與帶電粉塵離子在電場中的驅(qū)進(jìn)速度成正比，驅(qū)進(jìn)速度與電場強(qiáng)度的平方成正比，因此提高電場的運(yùn)行電壓可以提高除塵效率。高頻電源輸出電壓紋波通常小于5%，遠(yuǎn)小于工頻電源的35%～45%的波紋百分比，運(yùn)行平均電壓可達(dá)工頻電源的1.3倍，運(yùn)行電流可達(dá)工頻電源的2倍，可有效增強(qiáng)電場的粉塵荷電，提高除塵效率。

目前新上電廠已基本全部采用高頻電源作為靜電除塵器和濕式電除塵器的工作電源，或是同脈沖、三相工頻組合方式提供工作電源。各電廠在降塵的改造過程中也全部對電源進(jìn)行了工頻改高頻的工作，改造后對降塵提效有一定作用，同時(shí)都取得了較好的節(jié)能效果。高頻電源改造較為簡單,僅需將原有工頻電源變壓器更換為高頻電源（控制柜與變壓器一體），去除原有工頻控制柜僅將電源柜進(jìn)行改造即可完成。一臺除塵器改造周期在10天左右，整個改造工作無須停爐停機(jī)。但高頻電源提效改造的效果受入口煙溫、煙塵濃度及煙塵流速、振打二次揚(yáng)塵的影響很大，因此現(xiàn)除塵改造的廠家全部在改造除塵器電源的同時(shí)在靜電除塵器前加裝了低溫省煤器,為了減少二次揚(yáng)塵對除塵效果造成影響有的電廠還采取了末級電場改為旋轉(zhuǎn)電極、將灰斗加大、調(diào)整振打方式等措施配合高頻電源的改造。

（二）增加濕式電除塵器的綜合分析

濕式除塵器從結(jié)構(gòu)形式上可劃分為立式和臥式兩種。立式濕電采用金屬陽極板，材料多為316L不銹鋼，因各生產(chǎn)廠家不同在極板細(xì)節(jié)上略有不同分為瓦楞板型和平板型，為使極板能夠得到更好的沖洗效果和防止極板腐蝕需要洗沖洗水中加入燒堿（每天消耗燒堿約0.3噸）。臥式濕電采用導(dǎo)電玻璃鋼陽極或纖維編織物陽極，纖維編織物陽極因有諸多缺陷，基本不再使用，導(dǎo)電玻璃鋼陽極有圓形管和六邊形管，因六邊形陽極管通流面積及比積塵面積大而被廣泛采用。玻璃鋼除塵器多被用于化工廠酸霧的處理，稱作電除霧器，后被引進(jìn)電力行業(yè)用于鍋爐濕煙氣粉塵治理?，F(xiàn)國內(nèi)大型環(huán)保企業(yè)主推的還是臥式濕電，只有少數(shù)中小型環(huán)保企業(yè)生產(chǎn)立式濕電，無論是立式還是臥式濕式除塵器目前其治理效果還都是很有效的。但濕式電除塵器作為鍋爐粉塵治理的終端設(shè)備，主要用于收集從電除塵和脫硫除霧器逃逸的少量細(xì)小粉塵、石膏顆粒和水霧，其入口煙氣粉塵濃度不易過高，一般處理煙氣含塵量20mg/m3以下的濕煙氣，若處理高含塵煙氣就需增加除塵器電場，使投資大大增加，遠(yuǎn)大于前端治理所投資的費(fèi)用，因此只有在進(jìn)行近零排放的改造中才被各家電廠作為必選方案。由于其體積非常大因此場地布置、煙道連接都比較復(fù)雜，且均為高空作業(yè)施工難度也非常大，因此在與系統(tǒng)對接時(shí)需要停爐10天左右，整體施工周期需要60天。根據(jù)了解目前每臺除塵器需要投資1350萬左右。

二、 阜康地區(qū)某電廠現(xiàn)狀

阜康地區(qū)根據(jù)國家環(huán)保要求（火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)—2011），2015年7月1日起執(zhí)行粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)20 mg/m3。阜康地區(qū)某電廠除塵器出口煙塵濃度分別為28.9 mg/m3、 24.6 mg/m3，均高于國家環(huán)?，F(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)。為了解決鍋爐煙氣粉塵排放超標(biāo)情況進(jìn)行了分析和對比，目前改電廠煙塵排放量略高于現(xiàn)行指標(biāo)的要求，且實(shí)際煙塵值優(yōu)于所考察各電廠改造前的煙塵值，因此只要稍做提升即可在2020年前滿足指標(biāo)要求。同時(shí)由于目前經(jīng)濟(jì)形勢緊張，該公司不便于一次性進(jìn)行較大的投資改造。最終確定實(shí)施電除塵高頻電源改造方案。

三、 施電除塵高頻電源改造實(shí)施情況

（一）改造計(jì)劃

本次改造工作按原方案可在不停爐工況下進(jìn)行，但今年恰好540t/h#1、#2鍋爐均有停爐檢修機(jī)會，因此調(diào)整改造計(jì)劃6月對540t/h#1鍋爐電除塵電源進(jìn)行改造， 8月對540t/h#2鍋爐電除塵電源進(jìn)行改造。

（二）改造項(xiàng)目

1.拆除540t/h#1、#2鍋爐電除塵原硅整流變壓器，安裝高頻電源，同時(shí)對電除塵內(nèi)部極板、極線積灰清理，調(diào)整極板與極線之間的間距，修復(fù)損壞的振打系統(tǒng)。

2.高壓隔離開關(guān)柜利舊，新增高頻電源與隔離開關(guān)接口，并安裝配套阻尼電阻。

3.更換電纜，原電場動力電源是二相，高頻電源是三相電源。原540t/h#1、#2鍋爐電除塵電纜無須更換，可利舊。

4.對原電除塵高壓控制柜進(jìn)行改造，使其作為高頻電源的配電柜，為高頻電源提供三相電源。

5.對原電除塵低壓控制系統(tǒng)進(jìn)行升級，以滿足高頻電源需要。

6.對原電除塵上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，將新的高頻電源控制系統(tǒng)納入其中，使其可以根據(jù)運(yùn)行工況變化自動調(diào)節(jié)參數(shù)。

（三）改造要求

1.除塵效率：高頻電源轉(zhuǎn)換效率在額定負(fù)載條件下大于92%。電源改造后各爐的電除塵出口煙塵濃度需≤16.5mg/m3，在節(jié)電模式運(yùn)行條件下也應(yīng)≤21mg/m3。在輸出電壓、電流的額定范圍內(nèi)功率因數(shù)大于0.9。

2.節(jié)能保證：電除塵出口煙塵濃度≤21mg/m3節(jié)能35%。

3.電氣性能：當(dāng)電源電壓、頻率波動在下列范圍內(nèi)變化時(shí)，所有電氣設(shè)備和控制系統(tǒng)能正常工作：交流電源電壓±10% UH（UH額定電壓），頻率±5%，長期運(yùn)行；交流電源電壓在-22.5%U（UH額定電壓）不超過一分鐘時(shí)，不應(yīng)造成設(shè)備故障。高頻電源設(shè)備工作時(shí)，不應(yīng)對廠內(nèi)電子、通信設(shè)備產(chǎn)生干擾，影響其正常工作,其諧波量需低于國標(biāo)要求。

4.設(shè)備功能。

（1）控制功能：定電流控制（主控制元件為IGBT），控制二次電流為定值（二次電流定值可以在0～100%二次電流額定值內(nèi)任意設(shè)定）。直流供電和充電比控制。

（2）通信聯(lián)網(wǎng)控制功能：高頻電源采用TCP/IP通訊方式和RS485通訊方式，與上位機(jī)系統(tǒng)通訊用。設(shè)備的啟動、停止、升壓、降壓即可以通過就地終端控制，又可以通過上位機(jī)控制。

（3）保護(hù)功能：高頻電源應(yīng)具備負(fù)載開路、短路保護(hù)；過流保護(hù)；輸出欠壓保護(hù)；變壓器油溫超限保護(hù)；短路、開路保護(hù)；IGBT故障保護(hù)等。當(dāng)任意一臺高頻高壓電源發(fā)生開路、短路、欠壓、過載、過熱（IGBT、變壓器）故障時(shí)能夠做出相應(yīng)保護(hù)處理。

表1 改造前、后煙塵數(shù)據(jù)對比（單位：mg / m3）

表2 改造前、后除塵器用電量對比（單位：kW·h）

四、 改造前后對比

電除塵高頻電源改造完成后，由環(huán)保檢測公司對540t/h#1、#2鍋爐電除塵煙塵濃度進(jìn)行檢測，測試數(shù)據(jù)如表1表2。

五、結(jié)論

（一）煙塵指標(biāo)

根據(jù)540t/h#1、#2鍋爐電除塵出口煙塵濃度測試的結(jié)果，電除塵高頻電源改造后能夠達(dá)到當(dāng)前國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，改造效果明顯。

（二）節(jié)電性能

根據(jù)540t/h#1、#2鍋爐電除塵改造前后用電量的統(tǒng)計(jì)分析，在除塵器出口粉塵濃度不超標(biāo)的情況下，電除塵高頻電源改造后的節(jié)電效果明顯，廠用電率均有不同程度的降低。

綜上所述，在當(dāng)前國際環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)逐步提高的情況下，各發(fā)電企業(yè)結(jié)合自身情況對做好超低排放工作進(jìn)行了區(qū)別對待，在高頻電源改造和濕電除塵器的應(yīng)用也有了較好的實(shí)踐，同時(shí)也拓寬了超出排放改造的道路，為國家環(huán)保要求提供了更好的技術(shù)平臺。