燃煤鍋爐電除塵器高頻電源提效節(jié)能研究

管興恩

摘 要：對(duì)電除塵器高頻電源的基本結(jié)構(gòu)、技術(shù)性能特點(diǎn)做了簡(jiǎn)要介紹，闡述了電除塵器高頻電源節(jié)能減排的機(jī)理。指出其相對(duì)于傳統(tǒng)工頻電源的優(yōu)越性，并提出了對(duì)3臺(tái)130t/h燃煤鍋爐電除塵技術(shù)改造方案。

關(guān)鍵詞：電除塵；高頻電源；節(jié)能環(huán)保

0 引言

目前燃煤鍋爐電除塵為浙江菲達(dá)機(jī)電集團(tuán)公司電除塵器，單室三電場(chǎng)設(shè)計(jì)，電控及整流變壓器整流器配套采用大連電子研究所生產(chǎn)的GGJ02-WFb型電除塵用高壓整流設(shè)備，其額定容量為86kVA。

3臺(tái)煤爐電除塵已運(yùn)行多年，運(yùn)行效率遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值，出口粉塵排放濃度達(dá)到300mg/Nm3，2008年公司增上石灰石濕法煙氣脫硫裝置后粉塵排放濃度達(dá)到30mg/Nm3左右，但是由于電除塵除塵效率下降使得燃煤鍋爐煙氣脫硫裝置入口煙氣粉塵含量太高，不能滿足煙氣脫硫裝置運(yùn)行技術(shù)參數(shù)要求，造成煙氣脫硫裝置運(yùn)行不平穩(wěn)，其脫硫副產(chǎn)品石膏灰含量太高，石膏真空皮帶脫水系統(tǒng)運(yùn)行異常。

1 項(xiàng)目建設(shè)的可行性及必要性

降低電除塵煙氣出口粉塵濃度，即是國(guó)家環(huán)保要求不斷提高，也是煙氣脫硫裝置平穩(wěn)生產(chǎn)的需求，因此必須對(duì)電除塵進(jìn)行改造或更新，經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)除塵設(shè)施考察，如果全部更換為布袋除塵，可顯著降低粉塵出口濃度，滿足日益嚴(yán)格環(huán)保指標(biāo)，但是需要將現(xiàn)有電除塵拆除，重新安裝，投資較大，且后期維護(hù)費(fèi)用和布袋的處理都產(chǎn)生較高的費(fèi)用，鑒于以上原因我們將對(duì)現(xiàn)有工頻整流高壓電源更換為高頻整流電源的方案進(jìn)行了如下分析和論證。

2 電除塵工作原理

電除塵器是利用直流高壓電源產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)使氣體電離，產(chǎn)生電暈放電，進(jìn)而使懸浮塵粒荷電，并在電場(chǎng)力作用下，將懸浮塵粒從氣體中分離出來(lái)并加以捕集的除塵裝置。主要可分為氣體電離、粉塵荷電、荷電粉塵的收集以及清理四個(gè)過(guò)程。其基本原理是在電場(chǎng)上加高壓直流電后，電場(chǎng)內(nèi)陽(yáng)極板和陰極線之間建立非均勻的高壓靜電場(chǎng)，煙氣通過(guò)電除塵器主體結(jié)構(gòu)前的煙道時(shí)，使其煙塵帶正電荷，然后煙氣進(jìn)入設(shè)置多層陰極板的電除塵器通道，由于帶正電荷煙塵與陰極電板的相互吸附作用，使煙氣中的顆粒煙塵吸附在陰極上，定時(shí)打擊陰極板，使具有一定厚度的煙塵在自重和振動(dòng)的雙重作用下跌落在電除塵器結(jié)構(gòu)下方的灰斗中，從而達(dá)到清除煙氣中的煙塵的目的。

實(shí)踐證明：靜電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)越高，電除塵效果越好，且以負(fù)電暈捕集灰塵之效果最好。

3 傳統(tǒng)電除塵電源和電除塵高頻電源原理對(duì)比

電除塵器結(jié)構(gòu)主要包括電氣及機(jī)械兩大部分，電除塵器電氣部分主要有高壓直流電源（包括其控制部分）和低壓空中系統(tǒng)組成。電除塵器電源是電除塵裝置的核心部分，為電除塵器提供所需的高壓電場(chǎng)，其性能直接影響除塵效果和效率，因此電除塵電源的改進(jìn)和提升是提升電除塵裝置性能、提高除塵效率的關(guān)鍵，同時(shí)也是節(jié)能降耗的主要環(huán)節(jié)。

電除塵采用工頻可控硅電源供電，其電路結(jié)構(gòu)是兩相工頻電源經(jīng)過(guò)可控硅實(shí)施跳崖和穩(wěn)流控制，送整流變壓器升壓整流，形成100Hz的脈沖電流送除塵器。傳統(tǒng)工頻電源的缺點(diǎn)是形成的電壓波形峰值對(duì)平均值的比值過(guò)高，當(dāng)導(dǎo)通角為90°時(shí)，峰值已達(dá)到正弦的最高點(diǎn)，而整流輸出平均值只有一半，所以當(dāng)電除塵的擊穿電壓較低時(shí)，可控硅的導(dǎo)通角很難超過(guò)90°，使電暈功率難以提高。以免造成過(guò)流沖擊，設(shè)備必須有較強(qiáng)的限流特性，而總阻抗值過(guò)高，功率因數(shù)下降，則總利用率較低。

高頻電源則是把三相工頻電源通過(guò)整流形成直流電，通過(guò)逆變電路形成高頻交流電，在經(jīng)過(guò)整流變壓器升壓整流后，形成高頻脈動(dòng)電流送除塵器，其工作頻率可達(dá)到20～50Hz，是T/R電源的200～500倍，所以輸出到電除塵上的電壓幾乎是恒穩(wěn)的純直流，供電電壓波動(dòng)很小，輸出電壓始終是鄰近火花擊穿電壓，相當(dāng)于T/R電源輸出的電壓峰值，因而供電電壓高于T/R電源。（圖1）

4 電除塵高頻電源節(jié)能提效分析

電除塵效率的計(jì)算多依據(jù)公式：

η=1-e-Aω/Q

可以看出當(dāng)處理煙氣量Q和設(shè)計(jì)的比收塵面積A一定，電除塵的效率和帶電粒子在電場(chǎng)的驅(qū)進(jìn)速度ω成正比。

而帶電粒子的驅(qū)進(jìn)速度ω的經(jīng)驗(yàn)公式為：ω=0.11aE2/η

式中：

a——帶電粒子的粒徑；

η——含塵煙氣的粘度；

E——電場(chǎng)強(qiáng)度。

可以看出電除塵的效率與電場(chǎng)強(qiáng)度平方與電場(chǎng)強(qiáng)度平方成正比，而電場(chǎng)強(qiáng)度又與電場(chǎng)間施加的電壓成正比，因此電除塵效率與電場(chǎng)的運(yùn)行電壓平方成正比。因此提高電場(chǎng)除塵效率途徑有：

①提高電場(chǎng)塵粒所附的荷電量；

②提高電場(chǎng)的運(yùn)行電壓。

常規(guī)T/R供電的電除塵器中，受火花電平限制，工作電流很小SIR電源火花控制性能更好，僅需很短時(shí)間即可檢測(cè)到火花并立刻關(guān)閉供電脈沖，因而火花能量更小，電場(chǎng)恢復(fù)更快，進(jìn)一步提高了電場(chǎng)平均電壓；高頻電源輸出直流電壓比工頻電源平均電壓要高約30%，理論上帶電粒子在電場(chǎng)中的驅(qū)進(jìn)速度提高69%； 高頻電源具有在火花發(fā)生前提供更大的電流的驅(qū)動(dòng)能力——使供電功率成倍增長(zhǎng)，同比T/R電場(chǎng)減少耗電30%～40%電耗，灰塵絕對(duì)排放減少。

5 經(jīng)濟(jì)效益估算

3臺(tái)煤爐的一電場(chǎng)分別使用高頻電源取代原電除塵器第一電場(chǎng)高壓電源T/R 和控制柜，配套升級(jí)后2 級(jí)電場(chǎng)高壓控制柜控制器，同時(shí)改造所有電場(chǎng)的低壓控制柜，將振打控制回路改造實(shí)現(xiàn)高低壓的統(tǒng)一集中控制進(jìn)行高頻電源。改造投資估算70萬(wàn)元/臺(tái)，共計(jì)70*3=210萬(wàn)元。

120KW的SIR電源轉(zhuǎn)換損失只有5KW，傳統(tǒng)T/R能量損失大約為15%，損失為18KW；更換為SIR電源年節(jié)約電耗（18-5）*8000*0.52*2.5=13.5萬(wàn)元。

另外由于石膏脫水不成性每臺(tái)鍋爐須支付建安公司勞務(wù)費(fèi)5萬(wàn)元/月。電除塵改造后可節(jié)約勞務(wù)費(fèi)5*12*2.5=150萬(wàn)元。每年可降耗節(jié)約勞務(wù)成本150+13.5=163.5萬(wàn)元。

6 研究結(jié)果

6.1 高頻電源SIR 輸出波動(dòng)小于5%的直流輸出，從而縮小平均電壓和峰值電壓的差距，有效提高電場(chǎng)的能量輸入，提高除塵效率，在相同條件下輸入電流可以提高2 倍左右，輸入電壓提高1.4 倍左右具有更大電流驅(qū)動(dòng)能力。

6.2 高頻電源SIR 由于其高效的直流輸出使得其在火花控制方面比常規(guī)電源更加有效和靈活，可以根據(jù)工況條件進(jìn)行更靈活的調(diào)整供電方式（充電比），因而火花能量更小，電場(chǎng)恢復(fù)更快，進(jìn)一步提高了電場(chǎng)平均電壓。

6.3 SIR電源提高電除塵效率在于其輸出電壓近似于純直流，輸出電壓穩(wěn)定在工頻電源的峰值，達(dá)到火花臨界值，電暈放電強(qiáng)烈，電場(chǎng)強(qiáng)度大，煙塵荷電量大粒子，因而電除塵效率高。

6.4 采用新的配套控制系統(tǒng)提高運(yùn)行電源效率達(dá)95%以上，系統(tǒng)運(yùn)行電能損耗降低 60%～85%；降低機(jī)械磨損、后期運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用明顯減少，機(jī)械、電氣維護(hù)費(fèi)用降低60%，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行兩年內(nèi)，僅節(jié)省電費(fèi)即可收回總投資目標(biāo)效果。

7 結(jié)論

將現(xiàn)在的電除塵工頻可控硅電源（T/R）更新為高頻電源（SIR），同時(shí)更新控制系統(tǒng)電除塵改造方案高效可靠，節(jié)能降耗顯著，具有較高的性?xún)r(jià)比，技術(shù)成熟、符合國(guó)家節(jié)能減排方向，能滿足生產(chǎn)需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]阿爾斯通技術(shù)服務(wù)（上海）有限公司.高頻電源說(shuō)明書(shū)及改造方案.