變頻電源在電除塵器提效改造中的應(yīng)用

王占輝 福建龍凈環(huán)保股份有限公司

隨著電力電子元器件、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展，電除塵器用高壓電源技術(shù)有了突破性的進(jìn)展，高頻電源、變頻電源等多種高效電源產(chǎn)品的順利研發(fā)與成功應(yīng)用，為電除塵器提效改造穩(wěn)定運(yùn)行提供了新的途徑和方法。高頻電源、變頻電源是通過提高整流變壓器的工作頻率，從而減小二次電壓紋波，使電壓平均值逼近其峰值電壓，提高二次電壓平均值，最終實(shí)現(xiàn)提高除塵效率的目的。

按除塵高壓電源工作頻率分類，變頻電源屬于中頻電源，其工作頻率介于常規(guī)單相工頻晶閘管高壓電源與高頻高壓電源之間。其二次電壓紋波在3%左右，略高于高頻電源，但在同一個(gè)檔次區(qū)間。在相同峰值電壓下，變頻電源二次電壓平均值略低于高頻電源的二次電壓平均值。在相同電場煙氣負(fù)載工況下，變頻電源所能達(dá)到的二次電壓平均值稍低于高頻電源二次電壓，但差別不大，供電特性與高頻電源相當(dāng)，對于除塵效率影響有限。

變頻電源，一般工作在500Hz 下，結(jié)構(gòu)型式為控制柜與整流變壓器分離，控制柜可安放在除塵控制室內(nèi)，整流變壓器放在除塵器頂部。而高頻電源的控制柜與高頻變壓器一體化，控制柜與高頻變壓器均放在除塵器頂部，這樣帶來了控制柜環(huán)境惡劣，其穩(wěn)定性可靠性偏低的問題。變頻電源徹底解決了高頻電源故障率偏高的問題，其除塵性能并不遜色于高頻電源。

1 變頻電源原理及特點(diǎn)

變頻電源主回路如圖1 所，采用三相交流電源，包括整流電路V1、濾波電路LC、IGBT 逆變器和整流變壓器T1 四個(gè)部分，采用AC →DC →AC →DC 變流方式：將三相進(jìn)線交流電壓整流為直流電壓，然后經(jīng)SPWM 逆變后升壓整流，輸出電壓紋波系數(shù)低于3%的平滑直流高壓電壓。

圖1 擴(kuò)建工藝流程路線圖

變頻控制采用DSP 控制，其控制策略主要為改變設(shè)備阻抗和運(yùn)行參數(shù)，以及同步調(diào)節(jié)工作頻率和調(diào)制度，總體策略為：升壓階段，設(shè)備為最低阻抗；無閃絡(luò)且存在反電暈，設(shè)備為較高阻抗；電場閃絡(luò)時(shí)，設(shè)備為最高阻抗；電場無閃絡(luò)且無反電暈，采用自適應(yīng)阻抗；負(fù)載開路時(shí)，減小調(diào)制度以防止過壓運(yùn)行；負(fù)載短路時(shí)，減小調(diào)制度并提高輸出頻率。

變頻電源與其它直流高壓電源相比，工作頻率在100～1000Hz 范圍內(nèi)可調(diào)，能根據(jù)電場工況自動(dòng)調(diào)整變頻電源工作頻率和調(diào)制度，輸出阻抗實(shí)時(shí)跟蹤電場運(yùn)行工況動(dòng)態(tài)變化，實(shí)現(xiàn)與電除塵器電場阻抗的動(dòng)態(tài)最佳匹配，使電除塵器電場獲得最高的電暈功率和最佳的供電效果。

具備定頻/變頻切換功能，設(shè)備能在定頻和變頻模式下相互轉(zhuǎn)換。定頻模式，按照設(shè)定調(diào)制頻率運(yùn)行；變頻模式，設(shè)備能根據(jù)工況情況在調(diào)制頻率范圍內(nèi)自動(dòng)更改調(diào)制頻率，具有自適應(yīng)工況運(yùn)行智能控制功能。

采用先進(jìn)的疊層母排技術(shù)，用于完成電力電子器件和功率電路的電氣連接，通過正負(fù)極層疊平行分布的結(jié)構(gòu)形式降低線路分布電感，從而降低變頻電源功率器件兩端的反向峰值電壓，降低功率器件對電壓保護(hù)吸收電路的要求，提高功率器件運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。

變頻電源重要器件IGBT 安裝于熱阻極小的熱管散熱器上并采用德國進(jìn)口著名風(fēng)機(jī)品牌EBM 風(fēng)機(jī)對散熱器進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)冷，冷卻效果極好，且可靠性高。

變頻變壓器采用全密封、免吊芯結(jié)構(gòu)。

顯然，變頻電源在電除塵提效節(jié)能改造中有著巨大的市場前景：現(xiàn)有的電除塵器大多在幾年前甚至二十幾年前按照當(dāng)時(shí)排放規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)制造，常規(guī)單相工頻晶閘管高壓電源的在役使用量，占全部高壓電源的一半以上，仍然是目前高壓電源存量的主體?，F(xiàn)在面臨著升級改造以滿足愈趨嚴(yán)格的排放要求。變頻電源改造常規(guī)單相工頻電源既可更換原工頻控制柜、更換工頻變壓器、利舊原電纜，也可只更換原工頻控制柜、利舊工頻變壓器、及利舊原電纜，具有成本低、工期短等優(yōu)勢。相對于其它新型高壓電源，在常規(guī)單相工頻電源改造市場中，變頻電源具有無可比擬的優(yōu)勢。

2 工程應(yīng)用案例

2.1 電除塵概況

某電廠有限公司1 號爐1000MW 燃煤機(jī)組，配套電除塵器為雙列三室四電場干式靜電除塵器，型號為2BE666/3-4,陽極板為BE 板，采用針刺線，陰陽極振打采用頂部電磁錘振打方式，由于是2007 年設(shè)計(jì)的項(xiàng)目，所以合同要求除塵器出口煙氣含塵量＜45mg/Nm3，除塵效率＞99.65%。2010 年10 月投入商業(yè)運(yùn)行，2011 年3 月經(jīng)第三方機(jī)構(gòu)測試，折算后出口煙氣濃度為33.10 mg/Nm3,除塵效率99.68%,達(dá)到保證值要求。

電除塵器主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 電除塵器參數(shù)表

2.2 高頻電源改造

由于國家排放標(biāo)準(zhǔn)要求的提高，原除塵排放已不能滿足要求。為滿足超低排放環(huán)保＜20mg/Nm3、以及保證除塵效率＞99.80%的要求，在2014 年進(jìn)行了低低溫電除塵改造，具體為：在電除塵上游加裝了2 臺(tái)煙氣冷卻器，把除塵器入口煙溫降為85℃，同時(shí)把第一電場工頻電源共6 臺(tái)升級改造為HF-03型高頻電源，進(jìn)行第一次高壓電源改造。這樣達(dá)到了超低排放環(huán)保要求。

但由于高頻電源控制柜與高頻變壓器一體化，控制柜與高頻變壓器均放在除塵器頂部，這樣控制柜安放于戶外，其控制柜內(nèi)控制器電子元器件環(huán)境惡劣，產(chǎn)生穩(wěn)定性可靠性偏低的問題。

控制柜布置在高頻變壓器的上部，正常工作時(shí)，高頻變壓器本身發(fā)熱，變壓器油溫高達(dá)60～70℃，其高溫即傳遞給連接在一起的其上部的控制柜，控制柜工作環(huán)境更趨惡劣。

本工程在海邊，海濱電廠鹽霧腐蝕嚴(yán)重，控制柜防護(hù)等級即使再高，時(shí)間久了，也會(huì)慢慢受到腐蝕，這樣使其工作環(huán)境更加雪上加霜。這樣故障頻繁，其可靠性與同一臺(tái)爐，其它16 臺(tái)運(yùn)行超過10a 的常規(guī)單相晶閘管高壓電源形成明顯對比。其故障嚴(yán)重影響到電除塵器的正常運(yùn)行。

2.3 變頻電源改造

為徹底解決高壓電源的穩(wěn)定性問題，在2019 年2 月實(shí)施第二次電源改造，把第一電場6臺(tái)HF-03-1.8A/72kV高頻電源全部重新更換為VTR-01-1.8A/72kV 變頻電源：①拆除原高頻電源，在原位安裝上變頻電源變壓器；②在控制室原第一次電源改造前相應(yīng)電場高壓控制柜位置，安裝上變頻電源控制柜。③利舊原工頻電源主電纜，加接少量控制電纜。

鍋爐在1000MW 滿負(fù)荷時(shí)，運(yùn)行數(shù)據(jù)對比如表2。

表2 改造前后運(yùn)行數(shù)據(jù)對比

由于原高頻電源有一定故障，所以改造后電壓電流參數(shù)有明顯提高，從1 號爐脫硫數(shù)據(jù)分析可以看出，電除塵排放符合要求。

尤為重要的是，變頻電源運(yùn)行幾年來，一直穩(wěn)定可靠，這樣就徹底解決了高壓電源的穩(wěn)定性問題，實(shí)現(xiàn)了電源改造的目的。

變頻電源改造替代高頻電源，特別適合于沿海電廠配套電除塵器，能夠長期穩(wěn)定地滿足電除塵設(shè)備的運(yùn)行，其排放滿足國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)語

變頻電源相對于常規(guī)單相晶閘管高壓電源、常規(guī)三相電源，直流供電特性有明顯提高，是最適合的替代產(chǎn)品。與高頻電源相比，其除塵性能相近，但穩(wěn)定性更好，變頻電源實(shí)現(xiàn)了性能、成本、穩(wěn)定性的最佳平衡。相對于其它新型高壓電源，在常規(guī)單相工頻電源改造市場中，變頻電源具有壓倒性的成本優(yōu)勢、綜合優(yōu)勢。在沿海等惡劣腐蝕環(huán)境，變頻電源尤為適用。

相較高頻電源，變頻電源更容易實(shí)現(xiàn)大功率提升，這樣，可有效彌補(bǔ)現(xiàn)階段除塵面積較大、使用大功率單相電源的電源改造、以及新建大機(jī)組后電場的高頻電源容量不足問題。

電除塵器本體與高壓電源互為一體，缺一不可。采用適當(dāng)?shù)男滦碗娫锤脑?，能夠很好地挖掘現(xiàn)有電除塵器潛力，降低顆粒物的排放，提高除塵效率，同時(shí)可以縮短改造周期、降低改造費(fèi)用，為電除塵器提效改造、實(shí)現(xiàn)超低排放提供了有益的參考。