除尘器高频电源与脉冲电源的联合应用

除尘器高频电源与脉冲电源的联合应用

张国军

（内蒙古神华胜利发电厂内蒙古锡林浩特市026000）

摘要：神华胜利发电厂紧密围绕集团“1245”清洁能源发展战略，结合本工程自身特点，按照“高度重视科技创新工作，持续优化工程建设方案”的要求，环保做加法、系统做减法，本项目一直在进行持续不断的创新优化。从2016年10月份初设补充审查后，从节能、环保、生态、美丽等角度出发，本项目对炉型磨型、污染物超低排放、半干法脱硫、高度节水、无油电厂、绿色照明、建筑节能、间冷系统优化等方面又作了一系列的优化和创新工作。目的是通过持续不断的创新和优化，要把胜利发电厂建设成为“草原风情、民族特色”的现代工业艺术品，建设成为面向2035年/2050年的、在未来二十年对煤电建设以及煤炭能源发展具有示范引领意义的、面向现代化、面向世界、面向未来的神华电厂。随着国家环保部门严格要求将电厂烟气中粉尘排放物浓度由30g/Nm3提高到30mg/Nm3，除尘效率为99.90%。原有电除尘设备必须升级换代才能满足新的排放标准。

关键词：高频电源；工频电源；联合应用

1前言

本期工程静电除尘器配套利用高频电源与工频电源的结合利用，除尘器的除尘效能为由原来的99.87%抬高到99.90%，为进一步下降脱硫体系出口粉尘浓度为5mg/Nm3，高频电源起晕电压低，重量轻，节能效果好，运行调整方式灵活，粉尘荷电能力强，除尘效率高，适用于前级电场；工频电源设备运行电压高，伏安特性好，对高比阻粉尘和细微颗粒粉尘有很好的除尘效果等特性，适用于后级电场，结合当地褐煤煤种，对褐煤高灰分和含水率高的情况有很好捕集效率，通过相互配合使用两种电源，使得高压静电除尘器发挥最大的功效。

2高频电源和脉冲工频电源主要用途和技术原理

2.1高频电源可配套各种除尘装置普遍应用于冶金、化工、建材、轻工、电力等繁多行业的烟气管理，是一种高效节能除尘、保护环境的要紧设备。

高频电源是把三相交流输入整流为直流，经全桥式逆变器后变成高频交流，随后整流升压后输出高压直流。高频电源工作频率可达40kHZ，主要包括以下几部分：逆变器、变压器、控制器。其中全桥变换器是实现直流到高频交流的转换，高频变压器/高频整流器实现升压整流输出，为ESP提供高压供电电源。

2.2工频电源是一种可以将直流电改变为市民用电相同的AC220V交流电，供常用电器设备使用，是一种简易的电源转换器。它可用于各类电器设备，如各类舰船、飞行器以及汽车，在风能及太阳能发电领域，整理逆变器有着不可替代的作用。

工频脉冲电源是利用电磁感应定律的具体应用，即给感应线圈通一交变电流时就产生一交变磁通，将交流电变为直流电，然后用电子元件对直流电进行开关控制。一般功率较大的变频器采用反并联可控硅来控制交流电的输出。并设一个可调频率的装置使频率在一定范围内可调，用来控制电机的转数。

3高频电源与脉冲工频电源技术与创新

高频电源与工频电源二次电压输出对比图如下：

3.1高频电源输出电压值切近工频电源电压峰值，与工频电源比拟；

3.2高频电源能提供更高的输出电压，电压值可达工频电源的1.3倍；

3.3高频电源能供给更大的输出电流，可达工频电源的2倍；

3.4高频电源可有效增大电晕功率，提高除尘效率；

高频电源应用于高压静电除尘器在纯直流供电形式时，输出的二次电压接近一条直线波形，放电均匀，电压波动小（一般在3%左右，而工频电压波动30%左右）电晕电压至少可提高25%，可有效提高捕集粉尘趋进速度，提高粉尘的捕集效率，相比工频电源。根据粉尘浓度的特性，前几级电场粉尘浓度高，采用高频电源供电；后几级电场粉尘浓度低，采用工频电源供电，这样搭配使用提高电源电压的有效利用率，减少不必要的电压损耗，所以高频电源与工频电压的相搭配有很高的除尘效率。

4高频电源与脉冲工频电源技术比较

4.1高频电源简介

高频电源是把三相交流电输入整流为直流，经全桥式逆变为高频交流电，随后经升压整流输出高压直流。高频电源工作频率可达40kHZ，主要包括三部分：变压器、逆变器、控制器。其中全桥变换器实现直流到高频交流电的转换，高频变压器/高频整流器实现整流升压输出，为ESP提供供电高压电源（详见下图）。

和传统的工频供电形式对比有如下特点：

（1）火化率控制方面：工频电源整流工作时产生的火花率至少要维持20ms，火花率恢复过程30-50ms，这一过程严重影响除尘器除尘效率，同时还浪费大量能耗。

高频电源整流由IGBT的开关来控制供电，稳定的电压波形有效的抑制了电场火花率的产生。另一方面，在产生火花率时，高频电源可以在20us内快速关断IGBT，从而缩短火花放电时间的影响。

（2）反电晕的抑制方面：采用高频电源后，充放电时间间歇灵活，最小单位可做到20us，在反电晕应用自动优化时，优化的精细程度和准确度方面大大提高，从而较工频电源可以提高除尘效率。

（3）节能方面：

1）高频电源电能转换效率为95%以上相对工频电源（65%―75%）有大幅抬高，节能约20%以上。

2）功率因数抬高节电能耗，高频电源系统输入三相电，功率因数可达0.95。常规工频整流变压器电源功率因数约为0.7。

3）没有或较少的火花闪络水平，且闪络时间持续的较短，大大减少了闪络时间对地放电所消耗的电能。

4）高频电源系统内置反电晕监控及运行参数优化软件，能够合理地在线自动调整间隔充电时间间隔和充电强度，从而在提高电除尘器的收尘效率的同时节约了大量的电能。

5）利用机组负荷（或磨煤机给煤总量）信号的能耗管理闭环优化控制节能技术，在不同的锅炉负荷段或不同的磨煤机总输出量，各级电场的充电间隔时间和充电电流强度应相应地进行调整，设置不同的间隔充电运行模式。

4.2工频电源简介

工频电源是一种为高比电阻粉尘和清除细微粉尘而开发的产品，应用于火力发电站、钢厂烧结厂、炼油厂等领域。它是在直流电压上面重叠短幅宽（120μs左右）的脉冲电压。脉冲电压用来提供强电晕，直流电压（Vdc）用来收尘（详见下图）。

工频电源的优点：

（1）工作电压达到60～80kv，加大了粉尘的荷电能力。由于脉冲宽度很窄，使得电除尘的总能耗大幅下降，比工频电源节电约60-80%。

（2）工频电源的供电方式，抑制了大量无用的电子流吸附于阳极板的高比电阻粉尘之上，从而有效地防止了电场中反电晕的的产生。

（3）此外，工频电源也可以DC加电单独运行。

5高频电源和脉冲工频电源的应用

5.1方案的制定

我们经过反复的研究讨论和充分的调研，把本电厂1、2电场采用高频电源供电，3、4、5电场采用工频电源供电相配合的方案。前两电场使用高频电源除尘能力高，控制运行方式灵活的特点，去除大部分粉尘，后两级电场采用工频电源对细微粉尘和高比电阻粉尘有很好的除尘效果特点，针对性的除掉后级电场的高比粉尘特性。通过高频电源和脉冲电源的配合使用，并根据现场实际情况调节电除尘电压电流参数、振打时序及振打降压方式，在原电除尘本体设备不变的情况下，使电场除尘效率大幅提高。

5.2方案的实施

（1）前两电场选用国内福建龙净高频开关电源系统，脉冲设备选用进口的MPS的脉冲电源系统。

高频电源采用一体化设置，高频变压器、桥式逆变器、控制单元、功率单元均设置于电除尘顶部，使用光纤通信和上位机连接。

MPS脉冲电源直流变压器和脉冲变压器设置在同一台变压器内，一路高压出线，两路电源；控制部分采用光纤和配电室控制柜连接，每台炉八台MPS公用一个工控机。

（2）由于使用高频电源和工频电源配合使用，而两种电源有各自的控制系统。为了使操作和监测设备运行简洁，需将两种设备整合在一个上位机系统内。在上位机系统中，我们引入了负荷信号，在机组不同的负荷下使用，采用不同的电场粉尘参数，一方面保证了除尘效率，另一方面节约了不必要的能耗损失。

6高频电源和工频电源为社会创造经济效益情况

通过对静电除尘电源技术的整体更新升级，新一代高压电除尘器采用高频高压整流电源设备（简称高频电源）问世，凭借领先的技术和高可靠的运行特性，深受广大电力客户的信赖，持续健康的发展。目前国内采用高频电源和工频电源配合使用已成为静电除尘的发展的主要趋势，高频电源为绿色电源，其采用三相供电，无缺相损耗；采用定频调幅技术，无电网污染。高频电源的功率因素>95%，有效降低了无功功耗。工频电源的转换效率为70%，而高频电源转换效率>93%，高频电源和工频电源大量配合应用在电除尘器本体上，大幅提高了电源电压有效利用率，减少了能量消耗。结合高频电源先进的控制系统，在保证除尘效率不变的情况下，节能可达30%-90%，详见高频和工频电源转化率和耗电量分析图。

国内电厂静电除尘器采用高频电源和工频电源联合使用为国家在节能环保事业方面减少粉尘浓度的排放量，造福全国各族人民。

参考文献：

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[3]孙艳玲.孙法增.浅谈工业自动化中PLC的应用[J].硅谷.2011.14.