高頻電源在1000MW燃煤機組電除塵器上的應用

王東雷 許家明 李福慧 武剛

摘 要：近年來，由于國家對燃煤電廠超低排放政策的加緊，國內(nèi)電除塵器電源廠家面臨全面升級，各大燃煤電廠已由工頻電源時代跨越到了高頻電源時代，隨著電源行業(yè)的高速發(fā)展，高頻電源已在燃煤電廠電除塵器應用領域占有重要地位，本文通過對銅山華潤電力#1機組超低排放電除塵改造工程案例分析，進一步闡述高頻電源相比工頻電源的技術性優(yōu)勢和高效節(jié)能性。

關鍵詞：超低排放；電除塵器；高頻電源；除塵效率

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.164

0 引言

目前燃煤電廠工業(yè)鍋爐大多采用電除塵器收集粉塵，高壓整流電源作為除塵器的電源裝置對除塵效率有著重要影響，常見的高壓整流電源如工頻電源，其技術已經(jīng)接近成熟，除塵效率及節(jié)能效果提升空間較小，然而，隨著國家相關部門對于節(jié)能減排政策的趨嚴，急需開發(fā)一套具有節(jié)能和減排的創(chuàng)新性技術，在電子技術高速發(fā)展的今天，高頻電源應運而生，其逐步投入電廠運行，并以除塵效率高、節(jié)能效果好、輸出波紋小、占用空間少等優(yōu)點取代了常規(guī)工頻電源，高頻電源的研發(fā)及推廣對節(jié)能減排有著重要的意義，其可觀的經(jīng)濟效益同樣得到了市場的認可[1-2]。

1 電除塵及高壓電源介紹

1.1 電除塵器原理

電除塵器廣泛應用在燃煤電廠，其運行過程可分為煙氣電離、粉塵荷電、塵粒在電場庫侖力作用下定向移動、塵粒在極板沉積、振打清理極板，電除塵的基本原理概括而言為電除塵利用強電場使氣體發(fā)生電離，氣體中的粉塵荷電在電場力的作用下使氣體中的懸浮顆粒分離出來的裝置[3-4]。

1.2 工頻電源與高頻電源的工作原理

傳統(tǒng)的工頻電源通過可控硅移相控制幅度后，送至變壓器升壓整流，形成100Hz的脈沖電流送給電除塵器。高頻脈沖電源將三相工頻電源通過整流形成直流電，再由逆變電路形成交流電，經(jīng)過變壓器升壓后形成高頻脈動電流送給電除塵器，其工作頻率為35kHz-38kHz。

1.3 高頻電源的節(jié)能原理

電除塵的電能消耗主要是高壓電源，這些能耗是保證設備正常運行所必需的，電除塵高壓電源一般通過兩種途徑提高系統(tǒng)節(jié)能： 一是提高轉(zhuǎn)換效率，二是減少電場內(nèi)無效電能。從轉(zhuǎn)換效率角度分析，工頻電源的轉(zhuǎn)換效率一般為70%，而高頻電源的轉(zhuǎn)換效率可做到90%以上，高頻電源相比工頻電源節(jié)能指標提高了20%；從電場電能角度分析，采用高頻電源可大幅增加煙塵的荷電量，減少電場內(nèi)部的無效電能，降低電除塵器高壓電源能耗。

2 EHC-II 型高頻電源重點技術

高頻電源重點技術主要體現(xiàn)在逆變部分IGBT設計、控制回路設計、散熱系統(tǒng)設計、高頻變壓器設計這幾個方面。

2.1 逆變部分IGBT設計

高頻電源通過產(chǎn)生高頻脈沖來增加煙塵荷電量，而生產(chǎn)過程中經(jīng)常會有IGBT過流過溫等現(xiàn)象，EHC-II型高頻電源的IGBT模塊和驅(qū)動板保護器采用了一體化方案，驅(qū)動信號不易受干擾，驅(qū)動器直接檢測IGBT開關導通過程的壓降，保護可靠、時間短。

2.2 控制回路設計

EHC-II型高頻電源采用ATMEGA128A系列AVR 8位微處理器作為核心控制器，具有高性能、低功耗、運行可靠等特點，是實現(xiàn)電除塵器綜合控制的最佳選擇，具體功能如下：

（1）火花閃絡自動檢測。（2）高精確數(shù)據(jù)采集及處理。（3）完善的故障保護和報警。（4）多種控制方式：自動運行、變頻控制、充電比。（5）工業(yè)級通訊性。

2.3 散熱系統(tǒng)設計

高頻電源的散熱設計對能否保持性能穩(wěn)定、提高工作壽命有著顯著的影響，包括變壓器內(nèi)部溫升、逆變部分電子元器件的溫升等，因此好的散熱系統(tǒng)設計決定了高頻電源的優(yōu)劣。

EHC-II型高頻散熱系統(tǒng)采用整體散熱和局部散熱。整體散熱由獨特的風道設計，進風口與出風口都位于設備底部，散熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，效果好，同時逆變部分散熱系統(tǒng)通過局部散熱后直接通過主風道整體散熱，整個散熱系統(tǒng)的設計提高了設備的穩(wěn)定性和適應能力。

2.4 高頻變壓器設計

高頻變壓器是高頻電源的重要組成部分，它的優(yōu)劣決定了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，因此變壓器性能重點體現(xiàn)在如下兩個方面。

（1）磁芯的選取。采用超微晶鐵芯，具有高磁導通率、低溫升、低矯頑磁力Hc以及良好的溫度穩(wěn)定性。

（2）油浸式變壓器。將磁芯與繞組浸入變壓器油箱里的絕緣油中，具有良好的冷卻效果，保證變壓器正常運行。

3 銅山華潤電力#1機組電除塵器改造工程案例

3.1 改造背景及方案

銅山華潤電力有限公司總裝機容量2*1000MW， 機組為超超臨界燃煤直流爐，鍋爐額定蒸發(fā)量為2933t/h，配套建設低氮燃燒、SCR脫硝、靜電除塵器、石灰石-石膏濕法脫硫裝置。#1號機組改造前，煙塵出口濃度在50mg/m3左右，且日常運行期間，能耗較高，不能滿足超低排放及經(jīng)濟運行要求，因此，將除塵器的第四電場由常規(guī)電場改造為旋轉(zhuǎn)電極電場，同時將原電除塵器工頻單相電源（2.0A/72kV/24臺）升級為浙江大維高新技術股份有限公司生產(chǎn)的高頻電源（2.0A/80kV/24臺）。

3.2 電除塵器改造設計參數(shù)

4 節(jié)能減排性能分析

4.1 改造前后煙塵排放濃度對比

通過對表2的數(shù)據(jù)進行計算，#1機組除塵器改造后，在各電場高頻電源最大出力的狀況下，除塵器除塵效率由 99.842%提升到99.935%，在除塵器出口煙塵濃度小于35mg/m3的基礎上繼續(xù)減少了約82.9%。

4.2 運行功耗對比

通過對表3的數(shù)據(jù)進行計算，#1機組除塵器改造后，按年利用4800小時計算，二電場高頻電源采用節(jié)能模式運行時年節(jié)約電量約為5.4×106kW·h ，在取得環(huán)保效益的同時具有明顯經(jīng)濟效益。

5 結(jié)論與總結(jié)

綜上，銅山華潤電力有限公司#1機組除塵器通過將第四電場由常規(guī)電場改造為旋轉(zhuǎn)電極電場，并采用高頻電源技術在提高除塵效率的同時實現(xiàn)了超低排放和節(jié)能運行，達到了最優(yōu)控制。面對煙塵排放標準日益提高的今天，傳統(tǒng)除塵器遇到了技術瓶頸，而布袋除塵器也尚存在技術和資金障礙，燃煤電廠若能普遍采用高頻電源改造，不僅投資小，而且能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排，不論從環(huán)保效益和經(jīng)濟效益都是最優(yōu)選擇，燃煤電廠電除塵器高頻電源改造已成為主流發(fā)展趨勢。

參考文獻：

[1]全國環(huán)保產(chǎn)品標準化技術委員會環(huán)境保護機械分技術委員會，浙江菲達環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?電除塵器[M].北京：中國電力出版社，2011.

[2]朱法華，王臨清.煤電超低排放的技術經(jīng)濟與環(huán)境效益分析[J].環(huán)境保護，2014（21）：25-29.

[3]酈建國，酈祝海，李衛(wèi)東等.燃煤電廠煙氣協(xié)同治理技術路線研究[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2015（05）：52-56.

[4]唐國山.工業(yè)電除塵器應用技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006.

作者簡介：王東雷（1984-），男，江蘇徐州人，本科，工程師，從事除灰脫硫設備的維護與技術改造工作。