發布時間：2020-09-05所屬分類：電工職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：為了更好地滿足環境保護對電廠除塵效果提出的新標準、新要求，在全面系統研究幾種常見除塵器改造方案之上，有效轉換某300MW機組靜電除塵器的工頻電源，本文詳細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，數量大約
摘要：為了更好地滿足環境保護對電廠除塵效果提出的新標準、新要求，在全面系統研究幾種常見除塵器改造方案之上，有效轉換某300MW機組靜電除塵器的工頻電源，本文詳細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，數量大約在114.6噸，從而節約112.5萬元電費，進而達到節能減排的目的。
關鍵詞：高頻電源;靜電;除塵器
前言：如今，在我國大力倡導節能減排，在此背景下，發電廠認真貫徹執行國家大政方針，積極引入和運用合理的節能降耗技術和有效的應對策略。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能減排功效。
1高頻電源工作原理
交流輸入經三相整流轉換為直流電源，再由逆變器轉換為高頻交流，最后由整流器輸出直流高壓。變換器目前已經基本實現了直流向高頻交流的過渡和轉換，而高頻整流器以及高頻變壓器也已經順利完成了升壓，并以整流形式輸出，進而為除塵器提供電能。
1.1高頻電源的節能原理
由于工頻電源輸出頻率相對較低，電源轉換效率并不理想，只達到了75%，而高頻電源轉換效率可達95%，從而有效節約了20%的電能。靜電除塵器主要利用工頻電源產生的電暈，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。而采用高頻電源進行電能供應時，需要采用5-10μs的脈沖寬度對粉塵進行充電，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格控制在無火花區，基本上不產生火花。即便不慎出現火花，也會在5-10μS內自動熄滅，而工頻電源一般電火花較多，且電源消耗較大。一旦產生火花，可在10毫秒(10000μs)內關閉，因此高頻電源可節約電能。
1.2高頻電源除塵效率工作原理
因高頻電源的高壓轉換一直都在50KHz以上，所以脈沖幅度能夠在非火花區調整至最大值，即二次電壓可以調整為最大，這與工頻電源放電不同，但始終維持荷電狀態，所以煙塵總荷電量通常會很大，尤其是對微細煙塵極易發生荷電反應，所以站在理論角度，高頻電源可以最大限度發揮除塵功效。相對于高比電阻煙塵而言，如果利用工頻電源裝置，極易出現反電暈放電現象。反電暈放電一旦發生，必然會發生反電暈放電揚塵現象，進而影響到出口煙塵指標。假設使用高頻直流脈沖電源，工作人員就可以隨意調整電源的脈沖時間，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象，促進除塵效率的大大提升。直流脈沖幅度在可控制范圍內，無火花放電，即使產生火花，也會在5-10μs內自動熄滅，不會產生火花粉塵。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號機組容量已經得到300MW，并于2011年10月開始正式生產運行。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、固態除渣、全鋼框架結構的自循環∏型汽包鍋爐。鍋爐最大限度的連續蒸發量為每小時1025噸，最大蒸發量為每小時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計煤種，收到的基灰含量為23%。除塵器入口粉塵濃度(標準條件值)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，設計效率一般在99.7%，本體阻力需要控制在200帕以內，本體漏氣率需在2%以內。系統需要利用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個微機控制柜。每個A/BPC段有16個饋線開關，每個饋線開關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建陰極線和陽極板之間不勻稱高壓靜電場。當煙氣流經強電場時，會被電離成正負離子，帶電負離子會吸引輕小粉塵，進而吸附在陽極板上。當粉塵沉降到一定厚度后，采用機械振打的方式振打進入下灰斗并清除。系統采用工頻晶閘管電源，其電路結構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，進而產生50Hz脈沖電流，輸入電除塵器。
3改造方案論證
從當前電除塵器實際運作情況來看，難以滿足國家新標準要求，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改變后，當前除塵系統則很容易產生生反電暈現象和固定間距極板之間的火花放電，由于輸入電壓的增加，導致系統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。從節能增效角度考慮有效減小電除塵器改造投資和降低運行維護成本，通過比較以下3種方案，從而擇選出最優改造方案。
1)更換電源。將原來的工頻三相電源更換為高頻高壓電源，進而有效提升系統平均工作電壓，提高了電場中粉塵的荷電能力，進而大大提升顆粒驅動速度和系統除塵效率。
2)需要把靜電除塵器改造為布袋除塵器或電袋復合除塵器。布袋式除塵器屬于過濾式除塵設備。其運行限制主要是為了延長濾料布袋的使用年限和加大運行阻力。現階段，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性具有非常明顯優勢。但也存在一定不足，比如設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，又給自然環境帶來了新的污染源。
3)通過不斷增加電場的數量和除塵裝置的合理高度和款速，進而大大提升除塵工作效力，例如增加五個電場的運行或增加旋轉電極的除塵工作方式。但必須明確改造場地相應要求以及施工周期長，同時還要嚴格控制旋轉電極零件可靠度。根據工程建設條件、年度生產維護計劃和經濟運行情況，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。并在上位機上重新安裝新的控制軟件，可以對系統進行遠程操作。更改結束之后，對2號電除塵器進行必要的性能測試。使用高頻電源可以提高效率，節約能源。為此，對三種工況(提高效率、節能和考慮節能)進行了試驗。其中，提效模式具體指在忽視節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行模式;節能模式是確保原有除塵效率基礎上達到節能效果的，即電除塵器的所在電場都應以脈沖模式運作，能效處于兩者之間，即在達到節能功效之前，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。在節能、能效兼顧和增效下，電除塵器除塵效率能夠依次達到99.85%、99.85%和99.86%，出口粉塵對應濃度分別為每立方米15.6毫克、11.3毫克和12毫克，電除塵系統總功耗依次為445.4kw，622.7kw和768.6kw。
1)對改進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，系統的供電質量取得了顯著提高。除塵器出口煙塵排放濃度也需要控制在每立方13毫克內，從而達到國家標準特殊排放限值要求。
2)高頻電源結構完整，質量和體積相對較小。且直接被安裝在電除塵器的上面，大大節約了配電室的空間和大部分的信號電纜和控制電纜。
3)經濟效益測算。在節能模式下，節省了大約555kw電能。如果按照每年運行5500小時和一度電0.3684元計算，單臺機組使用高頻電源后的年節能效益為112.5萬元。在增效運行模式下，單臺機組(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行變頻改造，可實現50%以上的節能效果。這項技術科研有效實現了節能減排，值得應用和推廣。——論文作者：張穎立
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