高頻電源靜電除塵器節(jié)能提效控制策略在三河電廠的應用

宋曉波

（神華國華三河發(fā)電有限責任公司，河北 三河　065201）

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高頻電源靜電除塵器節(jié)能提效控制策略在三河電廠的應用

宋曉波

（神華國華三河發(fā)電有限責任公司，河北 三河065201）

本文論述了為貫徹國家節(jié)能環(huán)保政策，響應國華“綠色發(fā)電計劃”號召，積極行動，加大力度推進無污染排放的建設(shè)工作，三河電廠高頻電源改造及節(jié)能提效控制策略的應用，并對改造后的節(jié)能提效情況進行分析，為其他公司的應用提供寶貴數(shù)據(jù)及經(jīng)驗，具有很好的應用前景。

高頻電源；控制策略；效果分析

三河發(fā)電有限公司每臺機組電除塵器設(shè)計為雙室五電場，共 20個供電分區(qū)，#1、#2機組電除塵器本體為上海冶金礦山機械廠制造；#3、#4機組電除塵器本題為浙江天潔公司制造。電源系統(tǒng)為傳統(tǒng)的兩相 380V工頻電源，電控系統(tǒng)配套為北京信實德電氣設(shè)備有限公司的EPMAX-Ⅲ型控制器。振打由高壓控制器控制，電除塵主控室配備上位機，對電除塵進行遠程控制。為貫徹國家節(jié)能環(huán)保政策，響應國華“綠色發(fā)電計劃”號召，積極行動，加大力度推進無污染排放的建設(shè)工作，公司于 2013年12月25日完成對4臺機組電除塵電場高頻電源改造工作，改造后運行效果良好。

1　高頻電源工作原理

電除塵器高頻電源是利用高頻開關(guān)技術(shù)而形成的逆變式電源，其供電電流是一系列窄脈沖構(gòu)成，可以給電除塵器提供具有從接近純直流到脈動幅度很大的各種電壓波形。高頻電源是將三相交流電經(jīng)整流和濾波后得到約 560V左右的直流電壓，由IGBT全橋逆變，經(jīng)諧振電容震蕩產(chǎn)生最高 20kHz交變電流，再經(jīng)高頻變壓器升壓整流后形成高頻高壓脈動直流送入電除塵器。HFR 高頻電源控制器采用兩塊32位DSP處理器作為核心，完成所有信號采樣、數(shù)學運算、產(chǎn)生調(diào)整觸發(fā)脈沖，實現(xiàn)電場內(nèi)火花的檢測判斷及控制，把火花頻率維持在一個合適的狀態(tài)。

圖1　工頻與高頻電源原理圖

2　控制策略

2.1振打優(yōu)化

傳統(tǒng)的斷電振打功能已不適應環(huán)保標準提高的需要，改進勢在必行。HFR除對電除塵器高頻整流變壓器進行控制外，還集成了5路DO輸出，可以對振打回路和加熱回路進行控制，多達8套控制定時器，用于控制振打電機或電加熱器在不同時段和控制模式下的振打頻率及減電壓的方式等。對于電磁振打錘方式的電除塵器，可將各供電區(qū)的電磁振打錘編組，然后再通過振打輸出進行各組的逐一振打。

功能中增加了在普通振打完成后再執(zhí)行一段時間（數(shù)秒或數(shù)十秒）的斷電振打。做到集塵板表面集灰先清除，再斷電清理后部集塵，從而提高斷電振打效率和穩(wěn)定除塵效率的作用。間歇性斷電振打，可控制末電場斷電振打時的二次飛揚，對抑制末電場斷電振打時濁度數(shù)值快速大幅升高有顯著效果。

圖2　振打設(shè)置時序圖

圖3　末電場斷電振打時的脫硫入口粉塵曲線

2.2火花控制

火花閃絡(luò)現(xiàn)象對于運行中的電除塵器是正常的，不可避免的，但電除塵器本體內(nèi)部是否真實的發(fā)生了火花完全取決于控制設(shè)備的采樣精度及火花判斷的優(yōu)化算法。誤檢、漏檢火花都會直接影響到除塵器效率及優(yōu)化控制功能的使用。

工頻整流電源工作時二次電壓平均值不高，但是二次電壓峰值很高（平均值 50kV時，峰值可以達到75kV以上），電場內(nèi)部會由于很高的峰值電壓而很容易產(chǎn)生火花，而且火花至少要維持20ms，再加上火花恢復過程至少30～50ms，影響運行參數(shù)降低除塵效率；如果火花控制策略不好，每分鐘50～60個火花的話，那么累計起來影響除塵器運行的時間就比較長，除塵效率更加嚴重，同時火花產(chǎn)生時還浪費很多電能。

圖4　高頻電源與工頻電源火花閃絡(luò)電壓比較圖

而高頻整流電源后，二次電壓紋波很小，基本是平穩(wěn)直流，不會出現(xiàn)工頻供電時很高的峰值電壓，工作時電場內(nèi)極不易放電，可以把運行電壓、電流大幅提升，從而提高除塵效率。

同時在電場產(chǎn)生火花放電時，高頻電源系統(tǒng)可以在20μs內(nèi)快速關(guān)斷IGBT，從而縮短火花影響的時間，提高除塵效率，同時還可以大大降低火花浪費的能耗。

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圖5　實現(xiàn)低火花率的三斜率恢復方式

通過上述控制，可最大限度的把電壓，電流控制在臨近上一次放電點的位置。

2.3節(jié)能控制

電除塵器的電能消耗主要是高壓電源，低壓部分除灰斗電加熱外其他電除塵設(shè)備電耗所占份額較?。涣硪环矫?，這些能耗也是保證設(shè)備達標運行所必須的，降耗空間很小。在飛灰比電阻較低的情況下，高壓電源運行的電能消耗與電除塵器的除塵效率成正比例關(guān)系，而在飛灰比電阻較高的情況下，高壓電源運行的電能消耗與電除塵器的除塵效率并不遵循正比例這樣的線性關(guān)系，因此確定電除塵器的飛灰特性，選擇合適的高壓硅整流控制器的控制方式和參數(shù)設(shè)定對電除塵器的降耗意義重大。

電除塵器的節(jié)電主要指標必須是在保證除塵效率前提下，通過下述科學的方法實現(xiàn)節(jié)電。

1）采用高頻電源，通過高頻電源低壓交流電流轉(zhuǎn)換成高壓直流電流的轉(zhuǎn)化效率的提高取得節(jié)電效果

HFR-II型綜合控制高頻開關(guān)電源系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率高，常規(guī)工頻整流變壓器電源能量轉(zhuǎn)換效率一般為65%～75%，而 HFR-II高頻開關(guān)電源轉(zhuǎn)換效率為94%以上，因此高頻開關(guān)電源損耗小，相對工頻整流變壓器電源節(jié)能約20%以上。

2）功率因數(shù)提高節(jié)電

HFR-II型綜合控制高頻開關(guān)電源系統(tǒng)是三相供電，輸入功率因數(shù)可達0.95。常規(guī)工頻整流變壓器電源是兩相供電輸入功率因數(shù)為 0.7，HFR-II型綜合控制高頻開關(guān)電源系統(tǒng)因為功率因數(shù)的提高，在電網(wǎng)端可省電5%。

HFR-II型綜合控制高頻開關(guān)電源系統(tǒng)輸出電壓平均值比工頻整流變壓器電源高出 10%～15%。常規(guī)工頻整流變壓器電源輸出波紋很大，輸出平均電壓比峰值電壓約低15%。HFR-II型綜合控制高頻開關(guān)電源系統(tǒng)輸出紋波極小，輸出電壓近乎是一條直線，二次平均電壓比常規(guī)工頻整流變壓器電源高出約15%，但仍會低于工頻峰值電壓，因此，在電除塵運行在臨近閃絡(luò)電壓的情況下，采用HFR-II型綜合控制高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的電場，通常沒有火花閃絡(luò)或有很少的火花閃絡(luò)，這就大大減少了閃絡(luò)時對地放電所耗費的電能。另外，高頻電源的火花關(guān)斷時間＜10μs而工頻電源需10ms，產(chǎn)生閃絡(luò)時，對地放電的持續(xù)的時間短，閃絡(luò)能量很小，也減少了火花閃絡(luò)時電能的損失。

4）利用機組磨煤機給煤總量信號的能耗管理閉環(huán)優(yōu)化控制。

圖6　靜電除塵器閉環(huán)控制系統(tǒng)簡圖

如上述系統(tǒng)簡圖所示，將機組信號磨煤機總輸出信號引入到電除塵控制系統(tǒng)，作為電除塵的閉環(huán)控制信號。系統(tǒng)通過閉環(huán)信號量的變化，反映鍋爐投粉量的多少，從而把電除塵器電耗控制在即滿足當前工況需要，又不浪費電能，以達到節(jié)電的目的。

在不同的磨煤機總輸出量，各級電場的充電間隔時間和充電電流強度應相應地進行調(diào)整。流經(jīng)靜電除塵器的灰塵濃度從初級電場到末級電場是逐步減少的，因此較末級電場在負荷降低時可以采用較長的充電間隔時間和較小的充電電流，而較前段電場須采用較短的充電間隔時間和較大的充電電流。HFR-II型綜合控制高頻開關(guān)電源系統(tǒng)設(shè)有不同的高壓運行參數(shù)構(gòu)成的4種運行模式，可以依據(jù)磨煤機總輸出量設(shè)置4種不同的間隔充電運行模式。

圖7　三河電廠#2爐電除塵系統(tǒng)給煤量控制畫面

3　效果評估

3.1關(guān)于提效

高頻電源改造后，基于高頻電源的原理，電場輸入電流較工頻會有大幅提升，可以接近甚至達到設(shè)計板電流密度或飽和電流密度，從而挖掘出除塵器潛在的除塵效率。在燃用相同煤種及相同配比的工況下，影響除塵效率的主要因素一個是輸入功率，單位輸入的功率愈大，電除塵器的除塵效率也愈高。施加的電壓越高，輸入的電流愈大，除塵效率也愈高。經(jīng)華北電科院試驗測定機組滿負荷（#1、#2機組350MW，#3、#4機組300MW）運行時，#1—#4電除塵出口固體顆粒物濃度折算排放濃度（折算系數(shù)a=1.4）平均值機組分別為11.68mg/Nm3、14.02mg/Nm3、15mg/Nm3、15mg/Nm3。

表1　四臺機組高頻電源改造前后煙塵濃度數(shù)據(jù)對比

3.2關(guān)于節(jié)能

事實上，在高頻電源節(jié)能的問題上，大家似乎存在一定的誤區(qū)，高頻電源一定較工頻電源節(jié)能嗎？這是有前提條件的，節(jié)能與提效其實是一對矛盾體。高頻電源與工頻電源相比在同等條件下確實可以省電，比如高頻電源功率因數(shù)可以達到 0.95，轉(zhuǎn)換效率可以高達93%以上，比較工頻電源的功率因數(shù)和轉(zhuǎn)換效率至少節(jié)電25%，但這些是高頻電源技術(shù)優(yōu)勢所帶來的。

但通過采用高頻電源來提高電除塵器效率的角度分析，我們不是要達到與工頻同等運行參數(shù)（集塵板電流密度），我們希望通過高頻電源特有的平穩(wěn)二次電壓來給電場輸入更大的電流從而提高電流密度。

從上述分析可以看出，高頻電源本身是節(jié)電的，但在電除塵器減排的應用中不會較工頻時省電，有可能還會多耗電。

4　結(jié)論

從上述分析可以看出，高頻電源改造后較傳統(tǒng)的工頻電源相比，其輸入功率、振打控制、火花檢測等方面均進行了優(yōu)化，特別是利用機組磨煤機給煤量信號的能耗管理閉環(huán)優(yōu)化控制，實現(xiàn)可以依據(jù)磨煤機總輸出量設(shè)置四種不同的間隔充電運行模式，從而達到節(jié)能提效的運行效果，具有良好的應用價值。

［1］ 梁天曉. 電除塵器三相/高頻高壓電源技術(shù)與性能分析［J］. 自動化應用，2010（7）︰23-26.

［2］ 陳穎，郭俊，毛春華，等. 電除塵器高頻電源的提效節(jié)能應用［J］. 中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2010（12）︰28-31.

［3］ 陳多. 高頻電源在發(fā)電廠電除塵器上的應用與節(jié)能分析［J］. 自動化應用，2011（7）︰8-10.

［4］ 北京沃德信實德環(huán)保科技有限公司. HFR-II高頻電源控制器操作手冊［Z］. 2014.12.

High Frequency Power Supply for Electrostatic Precipitator Efficiency Energy Saving Application of Control Strategy in Sanhe Power Plant

Song Xiaobo
（Shenhua Guohua Sanhe Power Generation Co.，Ltd，Sanhe，Hebei065201）

This paper discusses for the implementation of the national energy-saving environmental protection policy，the response of Guohua "green power plan" calls，positive action，increased efforts to promote pollution emissions of the construction work，effective control strategy application power transformation and energy saving power plant high frequency three rivers，and energy-saving reconstruction of the efficiency after case analysis，for the application of the other the company provides valuable data and experience，has the very good application prospect.

high frequency power supply； control strategy； effect analysis

宋曉波（1980-），男，電氣工程碩士，工程師，三河發(fā)電有限責任公司從事電力系統(tǒng)電氣設(shè)備技術(shù)管理工作。