高頻電源在電除塵器前電場的應(yīng)用

盧 剛

(福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000)

高頻電源在電除塵器前電場的應(yīng)用

盧 剛

(福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000)

以龍巖坑口電廠1#爐電除塵器一電場原配備的工頻電源改造為高頻電源為例，分析了高頻電源提高電除塵器前電場除塵效率系數(shù)的機(jī)理和實(shí)效，認(rèn)為高頻電源將取代工頻電源成為電除塵器的主流電源。

電除塵器;前電場;工頻電源;高頻電源

1 電除塵器前電場塵粒荷電與荷電塵粒運(yùn)動(dòng)

1.1 電除塵器前電場空間塵粒的荷電

電除塵器空間塵粒的荷電是電除塵過程中最基本的過程，塵粒荷電后才可能被收集，荷電后的塵粒收集效率又與塵粒所帶荷電量的大小成正比，而且根據(jù)塵粒粒徑大小的不同，塵粒的荷電又分為電場荷電與擴(kuò)散荷電兩種機(jī)理。前電場由于粉塵的濃度極大，且塵粒在空間的分布可以認(rèn)為是比較均勻的，前電場的主要作用就是盡量充分收集荷電后不同粒徑的塵粒，因此前電場塵粒的荷電也是電場荷電與擴(kuò)散荷電共同作用的結(jié)果，而電場中離子的數(shù)量決定了塵粒荷電是否充分。因此氣體在前電場電離越充分，也就意味著前電場塵粒所附著的荷電量越大，前電場塵粒的荷電效果也就越好，前電場的除塵效率就越高。

1.2 前電場荷電塵粒的運(yùn)動(dòng)

塵粒荷電后才可能被收集，荷電后的塵粒受電場力作用，向收塵極運(yùn)動(dòng)，電除塵器是依靠兩極間自持放電產(chǎn)生的氣體電暈電離來工作的，即依靠外施電壓來維持的，也就是說如果施加在前電場兩極之間的工作電壓越高，外施電場強(qiáng)度越強(qiáng)，荷電后的塵粒所受的電場力越強(qiáng)，荷電后的塵粒到達(dá)兩極的運(yùn)動(dòng)速度就越快，所需的時(shí)間就越短。所以前電場的除塵效率不但取決于前電場塵粒所附著的荷電量的多少，還取決于前電場的工作電壓的高低。

2 高頻電源提高前電場的除塵效率的機(jī)理

電除塵效率的計(jì)算一直是沿用多依奇公式：

式中：η—電除塵器的效率；

A—電除塵器的比收塵面積；

Q—電除塵器的處理煙氣量；

ω—帶電粒子在電場中的驅(qū)進(jìn)速度。

從多依奇公式可以看出，對(duì)于設(shè)計(jì)安裝好的電除塵器，其處理煙氣量Q與設(shè)計(jì)的比收塵面積A是一定的，其效率與帶電粒子在電場中的驅(qū)進(jìn)速度ω成正比。

而驅(qū)進(jìn)速度ω的經(jīng)驗(yàn)公式為：

式中：a—帶電粒子的粒徑；

η—含塵煙氣的粘度；

E—電場強(qiáng)度。

設(shè)計(jì)安裝好的電除塵器的效率與電場強(qiáng)度平方成正比，而電場強(qiáng)度又與電場間施加的電壓成正比，因此電除塵器的效率與電場的運(yùn)行電壓平方成正比。塵粒荷電達(dá)到飽和之前，提高前電場除塵效率的途徑有：

（1）提高前電場塵粒所附著的荷電量；

（2）提高前電場的運(yùn)行電壓。

高頻電源輸出直流電壓比工頻電源平均電壓要高約30%，因?yàn)楣ゎl電源峰值電壓在電除塵器電場中觸發(fā)火花，顯著地限制了加在電極上的平均電壓。而高頻電源諧振頻率為30～40kHz，同常規(guī)的工頻電源相比，高頻電源紋波系數(shù)小于5%，在直流供電時(shí)它的二次電壓波形幾乎為一條直線，高頻電源提供了幾乎無波動(dòng)的直流輸出，這使得靜電除塵器能夠以次火花發(fā)生點(diǎn)電壓運(yùn)行，從而提高了電除塵器的前電場供電電壓和電流，提高了前電場除塵效率，減輕了后級(jí)電場的負(fù)擔(dān)，從而使整臺(tái)電除塵器粉塵排放濃度顯著降低，提高了整體除塵效率。

理論上如果前電場運(yùn)行電壓提高30%，帶電粒子在電場中的驅(qū)進(jìn)速度就提高69%，從多依奇公式可看出，這相當(dāng)于電除塵器的前電場比收塵面積增加69%，可以算出導(dǎo)致前電場因電壓提高引起前電場除塵效率提高的系數(shù)，但前電場采用高頻電源導(dǎo)致塵粒所附著的荷電量的增加量引起的除塵效率提高系數(shù)很難把握，因此很難得出整臺(tái)除塵器理論上的除塵效率提高的系數(shù)的準(zhǔn)確數(shù)值。對(duì)于實(shí)際應(yīng)用來說，受諸多因素的影響，預(yù)測(cè)前電場使用高頻引起的除塵效率提高的系數(shù)，需要有專業(yè)與廣泛的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)支撐，但在前電場使用高頻電源能提高除塵效率是不容置疑的。本文以龍巖坑口電廠1#爐電除塵器一電場原配備的工頻電源改造為高頻電源為例，從高頻電源在現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行使用情況出發(fā)，從伏安特性曲線入手，分析高頻電源提高電除塵器前電場除塵效率系數(shù)的原因。

3 龍巖坑口電廠1＃爐電除塵器高頻電源改造情況

龍巖坑口電廠1#號(hào)爐（135MW）電除塵改造本體部分為龍凈公司BEL型電除塵器：型號(hào)為BEL264/2-5；一、二電場的同極距為410mm，原配備的電源為龍凈公司K型0.8A/66kV設(shè)備；三、四、五電場的同極距為450mm，配備的電源為龍凈公司K型0.8A/72kV設(shè)備；各電場的陰極線均為針刺線。2007年3月底，該廠將1#號(hào)爐一電場的配備電源改造為龍凈公司0.8A/80kV高頻電源。

3.1 改造后的負(fù)載伏安特性曲線

坑口電廠1#、2#爐為同樣爐型，在基本同等鍋爐滿負(fù)荷、同樣燃燒煤種、基本同等給煤量、基本同樣鍋爐排煙溫度的條件下，假定1#、2#爐電除塵器工況一致，在同一時(shí)間段，做出兩組1#、2#爐一電場負(fù)載伏安特性曲線（見下圖）。

坑口電廠1#爐2#爐一電場分別采用高頻電源與工頻電源伏安特性對(duì)比曲線

從伏安特性曲線可以看出：

（1）1#爐前電場采用高頻電源運(yùn)行的電壓、電流較高，運(yùn)行電流基本在800mA，且電場基本不閃絡(luò)，有利于前電場塵粒的荷電；2#爐采用工頻電源運(yùn)行，電流基本在200mA左右，而且電場閃絡(luò)頻繁，十分不利于前電場塵粒的荷電；

（2）1#爐前電場采用高頻電源負(fù)載運(yùn)行時(shí)起暈電壓要比采用工頻電源起暈電壓低，有利于運(yùn)行電流的提高；

（3）1#爐前電場運(yùn)行電流顯著大于2#爐前電場運(yùn)行電流?？梢哉J(rèn)為坑口電廠1#除塵效率的提高可能更大程度上是由于塵粒所附著的荷電量的大幅提高。

3.2 改造后的坑口電廠1#與2#爐負(fù)載運(yùn)行情況對(duì)比

（見表1、表2）

表1 1#爐2#爐電除塵器電場運(yùn)行數(shù)據(jù)

表2 1#、2#爐電除塵器電場輸入功率比較

從1#、2#爐電除塵器電場運(yùn)行數(shù)據(jù)表及1#爐、2#爐電除塵器電場輸入功率比較表可以看出：

（1）采用高頻電源，后級(jí)電場輸入功率提高，從電場運(yùn)行數(shù)據(jù)看，1#爐電除塵器前電場采用高頻電源不僅大幅度提高了前電場輸入功率，同時(shí)對(duì)未采用高頻電源的后級(jí)電場的輸入功率也均有不同程度的提高，且電場閃絡(luò)的火花率低，運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定；

（2）2#爐電除塵器對(duì)應(yīng)的1#爐每一電場輸入功率都低，而且閃絡(luò)頻繁，火花率較高，運(yùn)行參數(shù)不穩(wěn)定。

3.3 改造后的坑口電廠1#爐除塵效果

從實(shí)際觀察到的除塵效果來看，1#爐電除塵器采用高頻電源后除塵效率有明顯提高，具體可從下面三種情況反映出來：

（1）從1#爐電除塵器濁度儀顯示值看，濁度值從原來的26%下降為17%，濁度值下降明顯。

（2）從1#爐電除塵器改造后一電場輸灰量看，輸灰量明顯增大，1#爐電除塵器一電場氣力輸灰采用雙倉泵設(shè)計(jì)，每一倉泵進(jìn)料量受料位與時(shí)間控制，改造前后每一次倉泵進(jìn)料量受料位與時(shí)間控制參數(shù)沒有改變，就是說每一次倉泵的進(jìn)料量在改造前后是沒有改變的。電除塵器改造前一電場倉泵進(jìn)料12次/h，而電除塵器改造后一電場倉泵進(jìn)料15～16次/h，比改造前氣力輸灰的頻度明顯加大，改造后一電場倉泵輸灰量是改造前的1.25～1.33倍，說明一電場的除塵效果得到明顯提高，大幅度減輕了后級(jí)電場的負(fù)擔(dān)，因而也提高了整臺(tái)1#爐電除塵器的除塵效率。

（3）龍凈環(huán)保股份有限公司試驗(yàn)研究中心2007年12月份對(duì)1#爐電除塵器右室電除塵器做了效率與排放的對(duì)比測(cè)試，分為兩種情況：一電場為高頻電源、二至五電場為工頻電源電源配置；一至五電場均為工頻電源的電源配置。測(cè)試結(jié)果為高頻電源單電場效率為74.24%，高頻電源更換為工頻電源時(shí)單電場效率為69.7%，采用高頻電源單電場效率提高4.54%，出口排放降低32.6%。測(cè)試結(jié)果表明采用高頻電源除塵效率明顯提高。

4 高頻電源應(yīng)用思考

4.1 前電場應(yīng)用高頻電源的電除塵器極配型式、電流密度的設(shè)計(jì)

高頻電源十分適合用于電除塵器前電場，但電除塵器即使采用同樣的極配型式、電流密度，應(yīng)用在不同場合，其運(yùn)行電壓的提高也是不一樣的，但它們的共同點(diǎn)是運(yùn)行電流提高十分明顯（比用工頻電源大1倍左右）。從坑口電廠1#爐現(xiàn)場使用情況看，前電場運(yùn)行電壓提高不明顯，而運(yùn)行電流提高卻十分顯著，因此類似的場合還需考慮增加運(yùn)行電壓對(duì)提高除塵效率的作用。采用高頻電源也涉及到電除塵器極配型式、電流密度的設(shè)計(jì)問題。

4.2 高頻電源在后電場的應(yīng)用展望

從電除塵器前電場應(yīng)用高頻電源的情況看，后電場與前電場存在粒子特性的差異，使得在后電場應(yīng)用高頻電源的輸入條件也存在差異，高頻電源在后電場應(yīng)用需嚴(yán)格考慮本體結(jié)構(gòu)、極配型式、電流密度、不同供電波形的影響。在理論研究與工程項(xiàng)目的雙向推動(dòng)下，高頻電源在電除塵器后電場的應(yīng)用也將進(jìn)一步展開。

5 結(jié)語

（1）目前龍凈高頻電源在國內(nèi)已有約300臺(tái)的工程應(yīng)用實(shí)例，并有少量出口，應(yīng)用范圍涉及電力、冶金、建材、輕工、化工等多種行業(yè)的煙氣治理，在各種不同場合，電除塵器使用高頻電源后都達(dá)到了令人滿意的除塵效果。隨著高頻電源的進(jìn)一步推廣，高頻電源提高除塵器效率的優(yōu)勢(shì)將更為普遍，因而會(huì)促進(jìn)高頻電源的推廣應(yīng)用。

（2）高頻電源具有節(jié)能、降耗的特點(diǎn)，非常切合國家節(jié)能減排的要求，其取代工頻電源成為電除塵器的主流電源將是必然的趨勢(shì)。

（略）

Application of High Frequency Electrical Source in Pre-Electric Field of Electrical Precipitator

LU Gang

X701.2

A

1006-5377（2010）01-0027-03