高頻電源在電除塵器節(jié)能改造中的應(yīng)用

張 永，劉繼光2，張興順

（1.山東華聚能源股份有限公司；2.兗礦東華集團(tuán)有限公司，山東 鄒城 273500）

高頻電源在電除塵器節(jié)能改造中的應(yīng)用

張 永1，劉繼光2，張興順1

（1.山東華聚能源股份有限公司；2.兗礦東華集團(tuán)有限公司，山東 鄒城 273500）

介紹了南屯礦電廠高頻電源技術(shù)在3#電除塵器節(jié)能改造工作中的應(yīng)用情況及高頻電源投運(yùn)后所取得的成效。

高頻電源；電除塵器；節(jié)能

一、引言

為提高電除塵除塵效率、節(jié)電及解決二次揚(yáng)塵等問(wèn)題，南屯礦電廠對(duì)電廠粉煤灰進(jìn)行了化驗(yàn)，并對(duì)電除塵運(yùn)行工況進(jìn)行了分析，于2012年11月對(duì)3#電除塵I電場(chǎng)增加了ZYE-2100H型高頻電源、優(yōu)化了電控柜、增加了遠(yuǎn)控模塊，并聯(lián)網(wǎng)至上位機(jī)。通過(guò)不斷進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化調(diào)試，使3#鍋爐電除塵器節(jié)能減排效果明顯提高。

二、高頻電源原理及其優(yōu)勢(shì)

1．高頻電源原理

高頻電源是把三相工頻電源通過(guò)整流形成直流電，再通過(guò)逆變電路轉(zhuǎn)為高頻交流電，經(jīng)整流變壓器升壓整流后形成高頻脈動(dòng)電流送除塵器，其工作頻率在20kHz左右。高頻電源的供電電流由一系列窄脈沖構(gòu)成，其脈沖幅度、寬度及頻率均可以調(diào)整，可以給電除塵器提供各種電壓波形。可提高除塵效率、節(jié)約電能。其原理框圖如圖1所示。

圖1 高頻電源原理框圖

2．高頻電源的優(yōu)勢(shì)

（1）更高的電暈功率。與工頻電源相比高頻電源可增大電暈功率，增加電場(chǎng)粉塵的荷電效果。

高頻電源在純直流供電方式時(shí)有1%的電壓波動(dòng)，工頻電壓波動(dòng)＞30%，電暈電壓可達(dá)工頻電源二次電壓的130%，電暈電流峰值電流是工頻電源二次電流的200%，如圖2所示。

圖2 高頻電源與工頻電源電暈功率比較

(2)更好的火花控制特性。所需時(shí)間＜25us，即可檢測(cè)到火花發(fā)生并立刻關(guān)閉供電脈沖，因而火花能量很小，電場(chǎng)恢復(fù)僅需工頻電源恢復(fù)時(shí)間的20%，從而提高了電場(chǎng)的平均電壓，提高除塵效率。

三、現(xiàn)狀分析及解決方法

1．南屯礦電廠入爐煤質(zhì)分析

通過(guò)對(duì)入爐煤質(zhì)分析可以得出如下結(jié)論。

(1)入爐煤Vdaf在20%～40%之間，屬于煙煤，且粉塵具有粘結(jié)性，吸附到極板、極線上后很難被清除。

(2)Sar＜1%，屬于低硫煤，燃燒后產(chǎn)生SO2的數(shù)量很少，對(duì)粉塵表面比電阻的降低效應(yīng)小。

(3)Mt＜8%～10%，水分子對(duì)粉塵表面比電阻的減低效應(yīng)小。

(4)Qnet．var＜20MJ/kg，低位發(fā)熱值大小一般，相對(duì)于Qnet．var＞20MJ/kg的煤來(lái)說(shuō)，鍋爐維持相同的負(fù)荷需要燃燒更多的煤，且產(chǎn)生更多的粉塵。

2．南屯礦電廠3#電除塵器運(yùn)行情況分析

(1)電除塵器高壓電控系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的火花整定的高壓控制方式，電除塵高壓柜運(yùn)行參數(shù)普遍不高。

①高壓控制柜額定二次電流300mA，而實(shí)際運(yùn)行基本都在額定值的1/2處，再升壓就會(huì)閃絡(luò)放電，不能充分提高電除塵器出力。導(dǎo)致這一現(xiàn)象可能的原因?yàn)椋含F(xiàn)高壓控制電源屬于常規(guī)電源，受電源的正弦波峰值影響較大，輸出的瞬間電壓達(dá)到電場(chǎng)擊穿電壓；進(jìn)入電除塵的煙氣量較大；電除塵內(nèi)部極間距變化或絕緣件絕緣能力下降。

②大梁加熱保溫箱溫度低，正常的溫度應(yīng)在80～110℃，但實(shí)際運(yùn)行溫度為55℃。易引起大梁內(nèi)部絕緣器件結(jié)露、產(chǎn)生爬電，甚至擊碎大梁懸掛瓷套。

③進(jìn)出口煙溫偏低，正常的溫度應(yīng)在110～120℃左右。

(2)電除塵器低壓電控系統(tǒng)中的陽(yáng)極振打時(shí)序采用的是較傳統(tǒng)的振打模式，同一通道中，多個(gè)陽(yáng)極振打同時(shí)發(fā)生的機(jī)率高，形成“二次飛揚(yáng)”機(jī)率較大。

3．問(wèn)題解決方法

(1)檢查極間距與絕緣件絕緣能力，對(duì)大梁加熱、保溫箱密封及其內(nèi)部加熱器工作情況進(jìn)行確認(rèn)。

(2)進(jìn)行電除塵器電控系統(tǒng)技術(shù)改造，增加降壓振打功能，升級(jí)低壓程控系統(tǒng)，重新編程上位機(jī)控制畫(huà)面，增加上位機(jī)對(duì)高頻電源的監(jiān)控，采用高頻電源升級(jí)現(xiàn)有常規(guī)高壓電源。

四、總體設(shè)計(jì)方案

1．高頻電源的安裝

(1)安裝位置。Ⅰ電場(chǎng)新增高頻電源為高位布置，安裝于現(xiàn)工頻整流變壓器旁邊。

(2)供電電源。敷設(shè)1根VV-1kV 3×35mm2電力電纜至高頻電源處。

(3)高頻電源與高壓隔離開(kāi)關(guān)柜的連接。新增高頻電源高壓輸出端與新增隔離開(kāi)關(guān)柜接口高度、尺寸及型式不變；連接方式采用壓扣型。變壓器輪距及型式不變。

(4)高頻電源的通信每臺(tái)高頻電源內(nèi)部增加1臺(tái)RS485中繼器，且從每臺(tái)電除塵頂部敷設(shè)1根4芯帶屏蔽層、屏蔽網(wǎng)的通信電纜，至電除塵控制室上位機(jī)處；上位機(jī)處新增1塊MODBUS TCP網(wǎng)橋模塊。

2．關(guān)于Ⅱ、Ⅲ電場(chǎng)高壓電源柜

Ⅱ、Ⅲ電場(chǎng)的工頻整流變壓器、工頻電源柜、隔離開(kāi)關(guān)柜不做改動(dòng)。

3．低壓程控系統(tǒng)改造

(1)增加降壓振打功能。

為提高振打系統(tǒng)的清灰效果，增加降壓振打功能，當(dāng)某電場(chǎng)振打時(shí)，高壓硅整流設(shè)備接受對(duì)應(yīng)電場(chǎng)發(fā)來(lái)的的振打信號(hào)，根據(jù)預(yù)定的降壓策略，自動(dòng)降低該高壓系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)或停掉電場(chǎng)，使極板對(duì)粉塵的吸附力下降，便于清灰。

(2)升級(jí)低壓程控系統(tǒng)程序。將原陽(yáng)極振打時(shí)序升級(jí)為模塊式振打模式，有效減輕“二次飛揚(yáng)”。振打程序升級(jí)后，將保證同一時(shí)刻同一個(gè)通道只有一個(gè)陽(yáng)極振打。

4．上位機(jī)系統(tǒng)改造

(1)重新編寫(xiě)上位機(jī)組態(tài)畫(huà)面，增加對(duì)高頻電源監(jiān)視控制的功能支持。

①高壓高頻電源運(yùn)行參數(shù)包括一次電流、電壓、二次電流、電壓、火花率、直流母線電壓、IGBT溫度、變壓器油溫等。

②二次電流、二次電壓等的趨勢(shì)曲線的記錄顯示。

③設(shè)備故障、變壓器故障、除塵器故障的顯示。

(2)增加上位機(jī)降壓振打功能控制畫(huà)面，便于操作員在遠(yuǎn)方開(kāi)啟、關(guān)閉降壓振打功能。

(3)增加上位機(jī)對(duì)陽(yáng)極振打的模塊化控制，操作員可以一鍵修改一個(gè)通道的振打時(shí)序，方便、快捷。

五、實(shí)施效果和經(jīng)濟(jì)效益分析

1．實(shí)施效果

通過(guò)高頻電源系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了電除塵電場(chǎng)內(nèi)部的可流通、供荷電的電子數(shù)量，電暈電流由120mA提高至180mA，更多的電子數(shù)量與粉塵碰撞荷電；平均電暈電壓由50kV提高至75kV，增強(qiáng)了電場(chǎng)作用力，使電除塵電場(chǎng)出力增加，煙塵濃度從147 mg/m3降到107 mg/m3，有效的提升了除塵效率，減少了粉塵污染。

2．經(jīng)濟(jì)效益分析

(1)節(jié)電改造后3#電除塵Ⅰ電場(chǎng)高頻開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行參數(shù)如表1所示。

表1

高壓側(cè)功率平均降低了2kW，按照南屯電廠2012年鍋爐平均運(yùn)行6 572h 、電價(jià)0．65元/kW·h計(jì)算，每年可節(jié)約電力成本0．85萬(wàn)元。

(2)減排改造后，煙塵濃度從147 mg/m3降到107 mg/m3，年減排煙塵量13．1t、節(jié)約排污費(fèi)0．73萬(wàn)元。

(3)減少電廠因排放指標(biāo)不合格而降負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)間帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益。每年，因除塵器故障造成鍋爐降負(fù)荷運(yùn)行的平均時(shí)間約在300h，影響電廠發(fā)電量30萬(wàn)kW·h，可減少效益損失19．5萬(wàn)元。

南屯礦電廠本次方案實(shí)施共花費(fèi)資金21萬(wàn)元。按照10年折舊計(jì)算，年折舊2．1萬(wàn)元。則本項(xiàng)目產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為18．98萬(wàn)元。

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1671-0711（2014）04-0017-03

2014-01-22）