電除塵三相電源疊加脈沖電源提效應(yīng)用

王 霆，申秋德

（1.金華大維電子科技（大連）有限公司，遼寧 大連 116000；2.浙江大維高新技術(shù)股份有限公司，浙江 金華 321000）

電除塵三相電源疊加脈沖電源提效應(yīng)用

王 霆1，申秋德2

（1.金華大維電子科技（大連）有限公司，遼寧 大連 116000；2.浙江大維高新技術(shù)股份有限公司，浙江 金華 321000）

電除塵器用脈沖電源已在電除塵器超低排放改造中發(fā)揮越來越大的作用，國(guó)內(nèi)脈沖電源一般都采用高頻電源作為基波電源。電除塵器用脈沖電源可利舊原工頻三相電源作為基波電源疊加脈沖，改造后的脈沖電源能與高頻基波脈沖電源一樣大幅提高除塵效率并降低用戶的投資成本。

工頻三相電源；脈沖電源；高頻電源；超低排放

引言

電除塵器用脈沖電源已經(jīng)開始在電除塵器超低排放改造中發(fā)揮越來越大的作用，高頻+脈沖的電除塵電源方案已經(jīng)成為電除塵器超低排放的標(biāo)準(zhǔn)方案。一般來說，國(guó)內(nèi)脈沖電源都采用高頻電源作為基波電源。但有一些電廠在超低排放之前剛進(jìn)行過高效電源改造，采用的是工頻三相電源。工頻三相電源雖屬于高效電源，但因其提供的是純直流電流電壓，只能工作在電場(chǎng)閃絡(luò)臨界點(diǎn)以下，無法突破電場(chǎng)閃絡(luò)點(diǎn)的限制，因而提效有限。如果能在原工頻三相電源基礎(chǔ)上疊加脈沖電源，既可以大幅提高除塵效率，又能夠降低工程造價(jià)，這將為今后電除塵器超低排放改造提供新的思路。

國(guó)內(nèi)企業(yè)研發(fā)出利舊原三相電源作為基波的脈沖電源，并在大唐黑龍江發(fā)電有限公司哈爾濱第一熱電廠電除塵超低排放改造項(xiàng)目中進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，達(dá)到了改造目的，收到非常好的效果。本文介紹了該項(xiàng)目的前期方案設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施及運(yùn)行參數(shù)的整定。

1 項(xiàng)目的方案設(shè)計(jì)

1.1 項(xiàng)目邊界條件的確定

大唐黑龍江發(fā)電有限公司哈爾濱第一熱電廠1#、2#爐，每臺(tái)機(jī)組配備兩臺(tái)有效截面積為288m2臥式雙室四電場(chǎng)電除塵器，電除塵器型號(hào)為2YSC260-4，陽極板型式為480C，陰極線型式為一、二電場(chǎng)BS芒刺線，三、四電場(chǎng)螺旋線，比集塵面積為116.8m2·s/m3，煙氣流速為0.66m/s，本體阻力≤245Pa，本體漏風(fēng)率小于3%，入口煙氣溫度為122.4℃，入口煙氣濃度為42.2g/Nm3，設(shè)計(jì)煙塵排放濃度為＜80mg/Nm3，設(shè)計(jì)電除塵器效率≥99.83%，每爐處理煙氣量為15.84萬m3/h，電除塵器供電裝置均采用工頻三相電源，容量為1.4A/72kV。

改造前，電廠對(duì)電除塵器進(jìn)行了效率測(cè)試，煤質(zhì)特性測(cè)試結(jié)果見表1，設(shè)計(jì)灰成分見表2，飛灰比電阻見表3，測(cè)試期間煤質(zhì)見表4，測(cè)試期間機(jī)組運(yùn)行參數(shù)見表5，電除塵運(yùn)行參數(shù)見表6。

試驗(yàn)期間，1#爐平均負(fù)荷為659.8t/h，除塵器入口煙氣量約78萬m3/h（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2），出口煙氣量約79.5萬m3/h（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2），該試驗(yàn)條件下進(jìn)行測(cè)試，性能試驗(yàn)結(jié)論如下：1）除塵器A側(cè)的除塵效率為99.805%；2）B側(cè)除塵效率為99.794%，平均除塵效率99.799%，未達(dá)到設(shè)計(jì)值≥99.83%的要求。

表1 煤質(zhì)特性測(cè)試結(jié)果

表2 設(shè)計(jì)灰成分

表3 飛灰比電阻

表4 測(cè)試期間煤質(zhì)

表6 電除塵器運(yùn)行參數(shù)

除塵器出口煙塵濃度平均為41.60mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2），出口煙塵濃度達(dá)到設(shè)計(jì)要求（≤80mg/m3）。

表5 測(cè)試期間機(jī)組運(yùn)行參數(shù)

1.2 理論分析計(jì)算

根據(jù)電除塵器邊界條件進(jìn)行前期方案設(shè)計(jì)及論證，制定出最佳改造方案，既要考慮改造后保證長(zhǎng)期穩(wěn)定的除塵效果，又要考慮項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性，盡量利用原舊設(shè)備以減少工程造價(jià)。

改造的目標(biāo)是：前級(jí)電場(chǎng)更換為高頻電源，后級(jí)電場(chǎng)改造為脈沖電源，電除塵出口煙塵濃度＜30mg/Nm3。

1.2.1 電源配置

對(duì)鍋爐、本體、煤質(zhì)、灰分及運(yùn)行情況進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了一種最優(yōu)技術(shù)方案，即將原電除塵器一、二電場(chǎng)工頻三相電源更換為高頻電源，容量為1.6A/80kV；將原電除塵器三、四電場(chǎng)工頻三相電源更換為脈沖電源，容量為：1.4A/72kV～80kV，考慮到盡量利用原舊設(shè)備以節(jié)約工程造價(jià)的原則，將三、四電場(chǎng)原工頻三相電源利舊作為脈沖電源的基波，在每臺(tái)基波電源旁增加一臺(tái)脈沖電源進(jìn)行疊加供電。

一、二電場(chǎng)采用高頻電源，輸出電壓紋波系數(shù)較工頻三相電源小，能夠提高一、二電場(chǎng)的二次電壓和二次電流，進(jìn)而提高一、二電場(chǎng)的除塵效率。一、二電場(chǎng)能夠除掉煙氣中90%以上的粉塵，而且為大顆粒粉塵減輕后級(jí)電場(chǎng)的壓力。將三、四電場(chǎng)工頻三相電源改造為脈沖電源，三、四電場(chǎng)煙氣的粉塵絕大多數(shù)是細(xì)微粉塵和高比電阻粉塵，利用兩級(jí)電場(chǎng)的脈沖電源提高細(xì)微粉塵的荷電能力、抑制反電暈現(xiàn)象的發(fā)生，從而提高除塵效率。電氣原理如圖1。

圖1 電氣原理圖

在原三相電源控制柜上安裝光纖接口板，脈沖電源的控制器通過光纖連接到接口板，接管三相電源的觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)有效同步。三相電源的整流變壓器與新增的脈沖電源高壓輸出端通過脈沖電源專用的高壓隔離開關(guān)柜將電壓進(jìn)行疊加送往電除塵電場(chǎng)。

1.2.2 輸出波形圖（見圖2）

從圖2可以看出：疊加前電壓平均值為58kV，峰值接近58kV（示波器1V對(duì)應(yīng)實(shí)際10kV），運(yùn)行在閃絡(luò)臨界點(diǎn)；疊加后電壓平均值為58kV，脈沖峰值為80kV（示波器1V對(duì)應(yīng)實(shí)際20kV），遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過閃絡(luò)臨界點(diǎn)。86.71%；四電場(chǎng)86.71%。每個(gè)電場(chǎng)的實(shí)際除塵效率為：一電場(chǎng)80.41%；二電場(chǎng)15.75%； 三電場(chǎng)3.33%；四電場(chǎng)0.44%。總除塵效率99.93%。如果按照當(dāng)前的工況條件計(jì)算，改造后電除塵器出口煙塵濃度為14.03mg/Nm3。

1.2.4 結(jié)論

根據(jù)理論計(jì)算值可以看出，按照本方案實(shí)施完全能確保達(dá)到＜30mg/Nm3的目標(biāo)。

1.3 改造方案

1）將一、二電場(chǎng)原工頻三相電源整流變壓器拆除，在原位置安裝高頻電源，高頻電源的容量為1.6A/80kV。2）對(duì)一、二電場(chǎng)工頻三相電源控制柜進(jìn)行改造，改造后成為高頻電源配電柜；3）利舊一、二電場(chǎng)原工頻三相電源的高壓隔離開關(guān)柜和動(dòng)力電纜；4）利舊三、四電場(chǎng)原工頻三相電源整流變壓器及其動(dòng)力電纜和控制電纜；5）將三、四電場(chǎng)原工頻三相電源的高壓隔離開關(guān)柜拆除，在原位置安裝脈沖電源專用的三手輪高壓隔離開關(guān)柜；6）在三、四電場(chǎng)原工頻三相電源整流變壓器旁邊安裝脈沖電源，該脈沖電源是專為工頻三相電源相疊加而設(shè)計(jì)的專用脈沖電源。脈沖電源與工頻三相電源整流變壓器通過高壓隔離開關(guān)柜進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)疊加送電；7）對(duì)三、四電場(chǎng)工頻三相電源控制柜進(jìn)行改造，增加脈沖電源配電開關(guān)，更換三相電源控制器，新控制器具有與脈沖電源連接的光纖接口，實(shí)現(xiàn)脈沖電源與基波電源的信號(hào)同步。改造后成為脈沖電源控制柜；8）三、四電場(chǎng)從每臺(tái)脈沖電源一對(duì)一敷設(shè)動(dòng)力電纜和光纖至改造后的脈沖電源控制柜，完成接線和光纖熔接；9）高頻電源和脈沖電源具有以太網(wǎng)光纖接口，敷設(shè)光纖至上位機(jī)光口交換機(jī)，完成光纖熔接。

2 項(xiàng)目的實(shí)施

2.1 設(shè)備拆裝

1）拆除一、二電場(chǎng)工頻三相電源整流變壓器，拆除三、四電場(chǎng)高壓隔離開關(guān)柜；2）制作新設(shè)備的支架及脈沖電源的封閉高壓母線外殼（圓筒）；3）在一、二電場(chǎng)安裝EHC-II高頻電源，容量為1.6A/80kV，與原高壓隔離開關(guān)柜的封閉高壓母線進(jìn)行對(duì)接；4）在三、四電場(chǎng)安裝脈沖專用高壓隔離開關(guān)柜和Coroboth-I-B型脈沖電源，新高壓隔離開關(guān)柜進(jìn)出線形式為側(cè)后進(jìn)下出，一個(gè)進(jìn)線孔與工頻三相電源的封閉高壓母線對(duì)接，另一個(gè)進(jìn)線孔與脈沖電源的封閉高壓母線對(duì)接；5）在每臺(tái)高頻電源和脈沖電源旁邊安裝配電箱和電纜橋架，敷設(shè)動(dòng)力

圖2 波形圖

其中：η—除塵效率，e—常量（2.718282），A/Q —比集塵面積，ω—驅(qū)進(jìn)速度。

在比集塵面積不變的情況下，驅(qū)進(jìn)速度越大，除塵效率就越大。理論上，驅(qū)進(jìn)速度與電場(chǎng)的平均場(chǎng)強(qiáng)和峰值場(chǎng)強(qiáng)的乘積成正比，即ω≈β×Ua×Up，即：除塵效率與電源輸出的平均電壓和峰值電壓成正向關(guān)系。

疊加前三相電源只能工作在電場(chǎng)閃絡(luò)臨界點(diǎn)，無法突破閃絡(luò)點(diǎn)而提高電壓峰值和電壓平均值，從上面的波形圖可以看出，驅(qū)進(jìn)速度為ω ≈ 58×58 ×β=3364β。而在三相電源輸出電壓上疊加脈沖峰值為80kV的脈沖電壓疊加后最終峰值為138kV，驅(qū)進(jìn)速度為ω≈138×58× β= 8004β，是疊加前的2.38倍，突破閃絡(luò)臨界點(diǎn)，大幅提高除塵效率。

1.2.3 除塵效率理論分析

（1）原電除塵器設(shè)計(jì)參數(shù)：入口煙塵濃度20,696.5mg/Nm3（實(shí)測(cè)值）；比集塵面積116.8m2/m3/sec；出口煙塵濃度41.6mg/Nm3（實(shí)測(cè)值）；電除塵器實(shí)測(cè)效率99.799%。

（3）理論上，驅(qū)進(jìn)速度與電源向電場(chǎng)輸出的峰值電壓和平均電壓的乘積成正比，也和電暈電流相關(guān)，高頻電源與工頻三相電源相比能夠提高平均電壓和平均電流，脈沖電源能夠大幅提高峰值電壓和峰值電流，所以依據(jù)當(dāng)前的煤質(zhì)及工況條件和其他因素等情況來預(yù)測(cè)，根據(jù)大量改造項(xiàng)目的數(shù)據(jù)表明， 如果一、二電場(chǎng)更換為高頻電源，可將ω提高至原來的1.05倍，如果三、四電場(chǎng)使用脈沖電源，保守估計(jì)可將ω提高至原來的1.3倍。即一、二電場(chǎng)ω1= 5.58cm/s，三、四電場(chǎng)ω2= 6.91cm/s。

（4）根據(jù)新ω可計(jì)算出改造后電除塵器每個(gè)電場(chǎng)的捕集率為：一電場(chǎng)80.41%；二電場(chǎng)80.41%；三電場(chǎng)電纜接入配電箱；6）每臺(tái)除塵器安裝一臺(tái)通訊箱，高頻電源和脈沖電源敷設(shè)通信電纜至通訊箱，接入通訊箱光口交換機(jī)，從通訊箱敷設(shè)光纖至上位機(jī)；7）每臺(tái)脈沖電源敷設(shè)光纖至三、四電場(chǎng)對(duì)應(yīng)高壓控制柜位置，完成熔接；8）對(duì)除塵配電室的一、二電場(chǎng)高壓控制柜進(jìn)行改造，更換柜門門板，拆除可控硅和控制器，保留主回路開關(guān)和分支母排；9）對(duì)除塵配電室的三、四電場(chǎng)高壓控制柜進(jìn)行改造，更換柜門門板，拆除原控制器，安裝新控制器和接口板，安裝脈沖電源配電開關(guān)，完成接線；10）將新安裝設(shè)備的接地采用35平接地銅導(dǎo)線接入原系統(tǒng)總接地點(diǎn)，保證設(shè)備安全可靠。

2.2 改造前后效果對(duì)比

電除塵本體頂部改造前后效果見圖3；改造前后電除塵配電室如圖4。

圖3 電除塵本體頂部改造前后對(duì)比

圖4 電除塵配電室改造前后對(duì)比

2.3 設(shè)備調(diào)試

設(shè)備調(diào)試前先進(jìn)行設(shè)備檢查。

2.3.1 高頻電源的檢查

1）打開高頻電源外殼，對(duì)控制箱、主回路箱、逆變箱和整流變壓器等各組件的接線和元器件進(jìn)行檢查，檢查元器件安裝和接線是否牢固，外接線是否正確；2）將高頻電源配電箱的主回路和控制回路送電，檢查高頻電源各指示燈、狀態(tài)和參數(shù)是否正常，檢查通訊是否正常；3）將高頻電源進(jìn)行充電，檢查直流母線是否能夠升至540V以上，在隔離開關(guān)處于接地狀態(tài)時(shí)，啟動(dòng)高頻電源，緩慢提高頻率，當(dāng)二次電流達(dá)到設(shè)定值時(shí)，二次電壓一直為0，幾秒鐘后報(bào)輸出短路報(bào)警，并自動(dòng)停止高頻電源，說明高頻電源能夠正常工作。

2.3.2 脈沖電源的檢查

1）打開脈沖電源外殼，對(duì)控制箱、主回路箱、逆變箱和脈沖變壓器等各組件的接線和元器件進(jìn)行檢查，檢查元器件安裝和接線是否牢固，外接線是否正確；2）檢查作為脈沖電源基波的工頻三相電源的元器件安裝和接線是否牢固，外接線是否正確；3）將隔離開關(guān)操作至基波與電場(chǎng)聯(lián)絡(luò)，脈沖接地，將工頻三相電源送電，啟動(dòng)電源，升壓至閃絡(luò)點(diǎn)或額定值，證明基波電源正常；4）將隔離開關(guān)操作至脈沖與電場(chǎng)聯(lián)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)與工頻三相電源疊加。將脈沖電源配電箱的主回路和控制回路送電，檢查脈沖電源各指示燈、狀態(tài)和參數(shù)是否正常，檢查通訊是否正常；5）將脈沖電源進(jìn)行充電，檢查直流母線是否能夠升至2000V，啟動(dòng)脈沖電源，檢查是否能夠同時(shí)啟動(dòng)它的基波電源。啟動(dòng)后，將工頻三相電源的二次電流限制為1400mA，二次電壓限制為60kV，調(diào)節(jié)脈沖電源的導(dǎo)通角至45°，頻率設(shè)置為90Hz，緩慢增加導(dǎo)通角至閃絡(luò)點(diǎn)，記錄基波二次電流和二次電壓，脈沖峰值電流和峰值電壓。

2.3.3 空?qǐng)錾龎簩?shí)驗(yàn)

電源改造完畢，且本體恢復(fù)性大修結(jié)束后，對(duì)電除塵器進(jìn)行空?qǐng)錾龎?，檢驗(yàn)電除塵電場(chǎng)的極間距質(zhì)量，升壓數(shù)據(jù)見表7、表8；兩臺(tái)電源并聯(lián)送電有關(guān)數(shù)據(jù)見表9、表10；帶載運(yùn)行參數(shù)見表11、表12。

表7 高頻電源

表8 脈沖電源

表9 高頻電源

表10 脈沖基波側(cè)電源（即三相電源）

2.4 改造后電除塵效率測(cè)試

為了驗(yàn)證改造后電除塵器的運(yùn)行性能，由大唐東北電力試驗(yàn)研究所有限公司進(jìn)行該除塵器性能考核試驗(yàn)。

試驗(yàn)期間1#爐平均負(fù)荷為845.29t/h，空預(yù)器入口煙氣量約為106.2萬m3/h（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2），空預(yù)器入口煙塵濃度為22,785.53mg/Nm3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2），在該試驗(yàn)條件下進(jìn)行測(cè)試，結(jié)論如下：

除塵器A側(cè)除塵效率為99.926%，B側(cè)除塵效率為99.901%，平均除塵效率為99.913%。

除塵器A側(cè)出口煙塵濃度平均為16.91mg/Nm3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2），B側(cè)出口煙塵濃度平均為21.01mg/Nm3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2），除塵器出口煙塵濃度平均為18.96mg/Nm3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2），達(dá)到設(shè)計(jì)要求（≤30mg/Nm3）。除塵器出口煙氣量約為106.4m3/h（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2）。從空預(yù)器入口至除塵器出口平均壓力損失為1656Pa。檢測(cè)結(jié)果匯總見表13。

3 結(jié)論

（1）通過改造前后的理論分析及實(shí)測(cè)對(duì)比，表明：改造前的方案論證，理論計(jì)算應(yīng)充分考慮實(shí)際工況條件的復(fù)雜性，理論除塵效率應(yīng)留有一定的余量，這樣才能保證改造后的實(shí)際除塵效率達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（2）工頻三相電源作為脈沖基波，完全能夠滿足長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的要求，同時(shí)也證明了工頻三相電源疊加脈沖電源能夠突破電除塵器電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的限制，應(yīng)用于后級(jí)電場(chǎng)，可大幅提高細(xì)微粉塵的荷電數(shù)量，提高驅(qū)進(jìn)速度，從而提高除塵效率。

表11 高頻電源（帶載運(yùn)行參數(shù)）

表12 脈沖電源（帶載運(yùn)行參數(shù)）

表13 檢測(cè)結(jié)果匯總表

（3）從改造前后的理論計(jì)算與實(shí)際運(yùn)行效果對(duì)比來看，原工頻三相電源更換為高頻電源和脈沖電源后，對(duì)于電除塵器提高驅(qū)進(jìn)速度確實(shí)有明顯效果，理論除塵效率和實(shí)際測(cè)試效果幾乎相同，參數(shù)選擇較合理。

（4）工頻三相電源在國(guó)內(nèi)火力發(fā)電燃煤機(jī)組電除塵器電源中有一定的占有率，對(duì)于這些電除塵器超低排放改造，完全可以采取利舊原工頻三相電源作為基波疊加脈沖電源的方案，以提高除塵效率，節(jié)省造價(jià)。

[1] 全國(guó)環(huán)保產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)環(huán)境保護(hù)機(jī)械分技術(shù)委員會(huì)，浙江菲達(dá)環(huán)保科技股份有限公司.電除塵器[M].北京：中國(guó)電力出版社，2011.

[2] 蔣云峰，魏文深.ESP用脈沖電源供電特性的研究[C].第十六屆中國(guó)電除塵學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，2015.

[3] 酈建國(guó)，酈祝海，李衛(wèi)東，等.燃煤電廠煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線研究[J].中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2015（5）:52-56.

Effciency Raising Application of Three-phase Power Source of Electrostatic Precipitation in Piling up Pulse Power Source

WANG Ting, SHEN Qiu-de

X701

A

1006-5377（2017）02-0018-07