電除塵器高頻電源改造

彭洪亮

（廣州華潤熱電有限公司，廣東廣州 511458）

1 概述

隨著GB13223-2011《火電廠大氣污染排放標(biāo)準》執(zhí)行期限的來臨，燃煤電廠的電除塵器提效迫在眉睫。電除塵高頻電源技術(shù)成熟可靠，在國內(nèi)很多電除塵器上得到應(yīng)用，收到了顯著的提效、節(jié)能效果，已被列入《2012年度國家鼓勵發(fā)展的環(huán)境保護技術(shù)目錄》。2012年5月，華潤電力控股運營部組織召開的鍋爐、汽機技術(shù)研討會上也將電除塵高頻電源技術(shù)改造列為推薦項目[1]。目前新建電廠設(shè)計多采用高頻電源和常規(guī)工頻電源組合的方式，也有些新建電廠全部使用高頻電源。面對環(huán)保壓力，很多火電廠選擇了電除塵器的高頻電源改造。以下就高頻電源改造的一些問題淺談個人看法。

2 高頻電源的特點

2.1 電場電壓高，加強粉塵荷電

電除塵用高頻高壓整流設(shè)備（簡稱高頻電源）經(jīng)過AC-DC-AC-DC變換出頻率高達20 kHz的高頻直流電源，高頻電源不受正弦半波“暫下降”現(xiàn)象影響，二次電壓谷值與峰值基本相等，不會出現(xiàn)峰值電壓擊穿電場、谷值電壓拉低平均電壓的情況，故向電場輸出的二次電壓（平均值）比常規(guī)T/R工頻電源高15%～50%，二次電流比常規(guī)工頻電源大1.5～2倍。更高的二次電壓可有效加強前電場的粉塵荷電，提高收塵效率。

2.2 電場電壓高，粉塵收集速度快

由于帶電粒子（粉塵）的遷移速率＜離子（帶電的氣體分子）的遷移速率＜電子的遷移速率，當(dāng)粉塵濃度過高后會形成大量的空間電荷，降低電暈電流，甚至出現(xiàn)“電暈封閉”，影響除塵效率?？朔@種現(xiàn)象最好的辦法，就是提高荷電粉塵的驅(qū)進速度，減少空間電荷數(shù)量，而驅(qū)進速度與電場強度的峰值和平均值的乘積成正比，所以電除塵器高壓電控設(shè)備需要提供更高的二次電流和二次電壓。而現(xiàn)在運行中的常規(guī)T/R工頻電源由于受到正弦半波的“暫下降”現(xiàn)象影響（見圖2），二次電壓平均值一般會低于二次電壓峰值75%，同時防止二次電壓峰值達到電場擊穿電壓后電場產(chǎn)生火花閃絡(luò)，實際運行時還需降低二次電壓運行，因此進一步降低了二次電壓平均值，降低了電場強度，使得除塵效率難以提高。高頻電源能有效提高粉塵驅(qū)進速度，從而提升除塵效率[2]。

2.3 火花閃絡(luò)少

高頻電源對火花閃絡(luò)的檢測、關(guān)斷和恢復(fù)精確、迅速。常規(guī)電源火花檢測周期10 ms，火花處理全過程約80～100 ms，高頻電源火花檢測周期僅為25，火花處理過程用時20～50 ms，大大減少了火花閃絡(luò)時的能量損失。

2.4 功率因數(shù)高

相比與傳統(tǒng)的工頻電源，高頻電源功率因數(shù)高（≥0.95），電能轉(zhuǎn)換效率高（≥93%），而功率因數(shù)高也會降低除塵變的損耗，有節(jié)能效果。

圖1 高頻電源與常規(guī)T/R工頻電源原理比較

3 根據(jù)具體情況實施高頻電源改造

圖2 高頻電源與常規(guī)T/R工頻電源輸出電壓比較

電除塵器提效節(jié)能的改造技術(shù)很多，高頻電源改造是其中一種，并非所有電廠都適用。很多老電廠的電除塵器電控設(shè)備已運行了近10年，電除塵器高、低壓控制柜內(nèi)的電子設(shè)備已嚴重老化，需要整體更換，建議此時全部電場進行高頻電源改造，在大幅提升除塵效率的同時，電除塵器的耗電量也能顯著下降。

有些電廠運行了5、6年，電除塵器設(shè)計的除塵效率不能滿足新國標(biāo)的要求，為達到環(huán)保新標(biāo)準的要求，也可對部分電場進行高頻電源改造。此時，為確保除塵效率，節(jié)能效果可能并不顯著，甚至有電廠出現(xiàn)改造后電除塵耗電量更高的情況。

有些電廠燃燒煤種與設(shè)計煤種相去甚遠，粉塵比電阻很高，除塵效率達不到設(shè)計值，可以考慮對部分電場進行高頻電源改造。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，控制方式靈活，因而可以根據(jù)電除塵器的工況提供最合適的電壓波形。間歇供電時，可有效抑制反電暈現(xiàn)象，特別適用于高比電阻粉塵工況[3]。

一些新投運的電廠，電除塵器效率較高，耗電量較低，不需要進行高頻電源改造，畢竟改造的費用很高。如果電除塵出口煙塵含量已經(jīng)能夠控制低于35 mg/Nm3，此時進行高頻電源改造也難以再降低煙塵含量，建議從其他方面采取措施來達到環(huán)保新要求。如果此時將高頻電源改造作為一項節(jié)能技改項目實施，則應(yīng)全面分析計算節(jié)能改造的投資回收周期是否可行。

總之，使用高頻電源能有效提高除塵效率，也有節(jié)能空間，但節(jié)能和提效是矛盾的，應(yīng)根據(jù)實際情況提出高頻電源改造的預(yù)期目標(biāo)。此外，高頻電源改造的提效效果跟電除塵器本體也有很大關(guān)系。

實際上，使用優(yōu)化后的常規(guī)工頻電源，耗電量并不高，只是大部分電廠一些老的控制器或控制軟件沒有節(jié)能功能，或具備的節(jié)能功能未合理使用（如間歇供電），且運行人員不根據(jù)負荷情況和煤質(zhì)情況來及時調(diào)整電場運行參數(shù)，導(dǎo)致常規(guī)工頻電源的除塵效率和節(jié)能效果都較差。

4 節(jié)能改造投資回報

隨著高頻電源技術(shù)的發(fā)展，高頻電源改造的費用也在迅速下降。目前一套國產(chǎn)72kV/1.2A的高頻電源裝置改造費用在12-15萬元，一臺300 MW燃煤機組的一、二電場高頻電源改造（共8套）費用約110萬元左右（包括安裝調(diào)試），通常18天時間內(nèi)可以完成。高頻電源改造應(yīng)以提效為主，以節(jié)能為輔。

高頻電源改造時需考慮改造哪幾個電場能使投資回報率較優(yōu)。因為電除塵的一、二電場收集了90%以上的灰塵，一、二電場的耗電量較高，在第一、二電場采用高頻電源供電，除塵效率提高了，還能顯著節(jié)能。而三、四電場隨著粉塵濃度的大大降低，需要的荷電功率也同比下降，三、四電場可采用間隔供電方式減少供電功率，從而在保證除塵效率的同時節(jié)約電能。三、四電場的耗電量較一、二電場低很多，高頻電源改造的節(jié)能空間也有限。所以通常進行電除塵器一、二電場的高頻電源改造。

一些老電廠因為電除塵電控設(shè)備已到使用年限，需整體更換，應(yīng)考慮將全部電場都改高頻電源。此外，因為電除塵器本體設(shè)計不足，也需要全部電場改高頻電源，以提高除塵效率。

5 高頻電源改造的其他問題

為提高除塵效率，電除塵器控制系統(tǒng)基本上都有斷電振打的功能，即某個電場振打時，暫不輸出高壓，這樣振打效果更好，有利于粉塵落下，但一些電廠未使用這一功能。進行高頻電源改造時，為提高除塵效率，通常要將電除塵低壓控制柜配合改造，以便同上位機控制系統(tǒng)兼容，實現(xiàn)斷電振打。

由于電除塵出口的濁度信號準確度和可靠性都較差，不能用來作為電除塵電場參數(shù)調(diào)節(jié)的依據(jù)，為了達到較好的節(jié)能效果，高頻電源改造時，新的上位機控制系統(tǒng)都需要接入機組負荷信號（或給煤量信號），按照機組負荷來調(diào)節(jié)高頻電源的運行參數(shù)，以便低負荷時節(jié)能[4]。

如果高頻電源改造是作為節(jié)能改造項目進行的，則如何考核是否達到節(jié)能目標(biāo)需要認真考慮。在考核節(jié)能效果時，應(yīng)在不同工況下測量電除塵入口和出口的粉塵含量，在規(guī)定的除塵效率下來比較節(jié)能效果。有以下幾種考核辦法：

（1）比較改造前后單個電場的功率，這種方法直觀，但不能全面反應(yīng)出節(jié)能效果，且電場參數(shù)變化較大，不同的煤種和負荷參數(shù)相差較大，不方便比較；

（2）比較改造前后單個電場的耗電量，通常需要在高壓柜加裝電表，增加了改造的成本，由于電場參數(shù)變化較大，且波形畸變，電量計量的誤差較大，不能全面反應(yīng)出節(jié)能效果；

3）比較整臺爐電除塵器的耗電量，通常以除塵變高側(cè)綜保裝置計量的電量為準。這種方法可以按不同負荷、不同煤種來分析比較，可操作性好。

6 結(jié)語

總的來說，作為電廠響應(yīng)環(huán)保策略的改造技術(shù)之一，電除塵器被廣泛運用在火力發(fā)電廠中。在電廠可持續(xù)發(fā)展的要求下，為了達到高效的除塵效率和更低的耗能，應(yīng)針對高頻電源的特點和電廠的實際情況，以節(jié)能環(huán)保為基本目標(biāo)，采取各種新技術(shù)對高頻電源實施改造。相信在未來，還能克服存在的眾多問題，進一步提高電除塵器的除塵效率，大幅度降低耗能，實現(xiàn)電廠的可持續(xù)發(fā)展。

［1］張德繼.330 MW機組鍋爐電除塵高頻電源改造效果分析［J］.電力安全技術(shù)，2014，16（10）：35-37.

［2］高峰.淺析1000MW火力發(fā)電機組粉塵減排措施中電除塵器高頻電源改造［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2014（12）：78-79.

［3］李欣航.火電廠電除塵器高頻電源改造的優(yōu)勢及應(yīng)用［J］.科學(xué)與財富，2014（12）：143-144.

［4］劉宏偉.機組不停機條件下的電除塵器高頻電源改造［J］.華北電力技術(shù)，2015（2）：45-49.