高壓脈沖電源技術(shù)在電除塵中的實(shí)際應(yīng)用

(廣東電力發(fā)展股份有限公司 沙角A電廠，廣東 東莞 523936)

近年來，隨著我國現(xiàn)代化和工業(yè)化的進(jìn)程，我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人民生活水平日益提高，但同時(shí)引起的環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，越來越受到社會(huì)的關(guān)注。其中，大氣污染是極為嚴(yán)峻的一個(gè)問題。目前，由于部分除塵設(shè)備老化，部分除塵設(shè)施工藝落后，許多電廠排污點(diǎn)不能完全達(dá)標(biāo)排放。隨著國家對大氣治理要求進(jìn)一步的提高，作為沿海城市的重點(diǎn)企業(yè)，電廠必須要滿足大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。目前電廠實(shí)際煙塵污染物排放水平已不能滿足《節(jié)能減排行動(dòng)計(jì)劃》的排放要求，為了響應(yīng)國家的政策要求，提出超低排放改造，降低污染負(fù)荷，為實(shí)現(xiàn)“節(jié)能減排”，需深挖現(xiàn)有設(shè)備的潛力，進(jìn)一步提高粉塵減排的能力，探討利用現(xiàn)有電除塵設(shè)備進(jìn)行升級改造的有效途徑，其中高壓脈沖電源(以下簡稱“脈沖電源”)就是一種各大電力集團(tuán)爭相探索發(fā)展的方向。

1 高壓脈沖供電技術(shù)介紹

傳統(tǒng)的直流電源電除塵器的能耗大，且高比電阻粉塵會(huì)產(chǎn)生反電暈現(xiàn)象(back corona)，這會(huì)導(dǎo)致除塵效率低。高壓脈沖電源主要是為了提高電除塵器對高比電阻粉塵的除塵效率而開發(fā)的。1999—2005年韓國產(chǎn)業(yè)學(xué)術(shù)協(xié)會(huì)針對該課題的研究取得了成功，隨后實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的商用化。高壓脈沖電源是在基本電壓上重疊擁有短周期的高壓脈沖構(gòu)成的，一般擁有微秒或數(shù)十秒的范圍。引入電壓的典型波形是對圖1的100 p/s 頻率出現(xiàn)的[1]。

高壓脈沖電源電除塵設(shè)備有以下技術(shù)優(yōu)勢[2]：

1)脈沖電源方式產(chǎn)生的電暈部分較大且電場穩(wěn)定，除塵效率比常規(guī)DC電除塵設(shè)備高很多，在不改變除塵面積的前提下可提升高比電阻(1011～1013Ω·cm)粉塵的除塵效率；

2)有效解決常規(guī)DC電除塵設(shè)備因反電暈現(xiàn)象而導(dǎo)致除塵效率下降的問題，減少反電暈現(xiàn)象，抑制粉塵再飛散[3]；

圖1 高壓脈沖電源的典型波形

3)平均消耗電量是DC電除塵設(shè)備的20%，節(jié)省80%能源，改建費(fèi)用可在一定期限內(nèi)靠節(jié)能費(fèi)用收回；

4)無須改變所有DC電源，便于在原有電除塵器的基礎(chǔ)上升級改造；

5)如圖2所示，施加到電除塵器上的總電壓相當(dāng)于直流電壓和脈沖電壓之和[4-6]。

圖2 高壓脈沖電源輸出波形

2 高壓脈沖電源改造實(shí)例

2.1 實(shí)例概況

國內(nèi)某A廠位于珠江口東岸，1#機(jī)組電除塵器原設(shè)計(jì)效率≥99.6%，設(shè)計(jì)煙氣排放濃度為150 mg/m3。由于電廠實(shí)際燃用的煤質(zhì)對應(yīng)的除塵器入口煙氣量較原始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)相比有所增加，煙氣含塵濃度有所降低，運(yùn)行中除塵器長期極線放電尖點(diǎn)蝕，以及除塵器比集塵面積的限制，現(xiàn)運(yùn)行的除塵器除塵效率比原設(shè)計(jì)值有所下降，實(shí)際1#除塵器出口煙塵濃度平均值63 mg/m3以上，除塵器出口煙塵排放濃度一般穩(wěn)定在47～123 mg/m3左右，除塵器每部電源能耗功率達(dá)到98 kW以上。因此，挖掘第一級電除塵器的潛力，增強(qiáng)機(jī)組對煤種變化的適應(yīng)力，不僅可以減輕脫硫的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，還可以降低濕除的負(fù)荷達(dá)到節(jié)能節(jié)水的效果。根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備能力，除塵器提效后出口粉塵濃度按20～40 mg/Nm3改造。綜合考慮了高壓脈沖除塵器、電袋除塵器和低低溫除塵器+高頻電源等方案，綜合比較后發(fā)現(xiàn)，高壓脈沖除塵器具有綜合優(yōu)勢。

2.2 設(shè)計(jì)原則

1)在燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí)，鍋爐BMCR工況下，干煙氣及6%的O2情況下，電除塵器出口煙塵排放濃度不大于40 mg/Nm3；

2)充分利用原有系統(tǒng)及設(shè)施；

3)盡量減少對原機(jī)組系統(tǒng)、設(shè)備、管道布置的影響；

4)改造時(shí)間合理；

5)合理的改造費(fèi)用和優(yōu)化后期運(yùn)行成本。

2.3 改造內(nèi)容

1#電除塵爐頂A3，A4，B3，B4電場整流變拆除，改為韓國某公司生產(chǎn)的脈沖電源變壓器，見圖3。

圖3 脈沖電源變壓器

原來的A3，A4，B3，B4電場(整流變)高壓控制柜取消，控制柜作備用。1#電除塵控制室增加A3，A4，B3，B4電場(脈沖電源)高壓控制柜，替代原來的A3，A4，B3，B4電場(整流變)高壓控制柜，與安裝在電場頂部的高壓脈沖電源整流變接線。

2.4 改造目標(biāo)

在相同工況條件下(電除塵器入口粉塵濃度折算值相同)，改造后的電除塵器出口粉塵濃度折算值比改造前降低40%；改造后的單臺(tái)電源能耗降低80%。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.1 改造前后性能數(shù)據(jù)

改造前性能數(shù)據(jù)見表1及表2，改造后性能數(shù)據(jù)見表3及表4。

表1 改造前電場性能數(shù)據(jù)

表2 改造前電耗監(jiān)測(測試日期：2017-06-24)

表3 改造后電場性能數(shù)據(jù)

表3 (續(xù))

表4 改造后電耗監(jiān)測(測試日期：2017-09-21)

3.2 對比修正

因前后兩次試驗(yàn)用煤種成分含量不同，特別是飛分含量相差較大，需對除塵性能參數(shù)以設(shè)計(jì)工況為基準(zhǔn)進(jìn)行修正，修正計(jì)算原理和方法不在此詳述?？傂拚禂?shù)為煙氣量、煙溫、含硫量、煙塵濃度和粉塵比電阻5項(xiàng)修正系數(shù)的乘積，計(jì)算得180 MW改造前總修正系數(shù)K1-0.960 4，180 MW改造后總修正系數(shù)K2-0.979 6；200 MW改造前總修正系數(shù)K3-0.957 2，200 MW改造后總修正系數(shù)K4-0.975 2。

3.3 對比結(jié)果

除塵性能：改造前180 MW修正效率為95.339%，改造后為97.374%；改造前200 MW修正效率為95.127%，改造后為97.036%。180 MW負(fù)荷工況下粉塵濃度降低率，H=(97.374%-95.339%) / (1-95.339%)=43.66%；200 MW負(fù)荷工況下粉塵濃度降低率，H=(97.036%-95.127%) / (1-95.127%) =39.18%。

電耗對比：改造前4臺(tái)電源3 h用電量共966.42 kW·h，改造后3 h用電量共69.2 kW·h，為改造前的7.2%(69.74/966.42)，電耗量降低92.8%。

4 結(jié)論

國內(nèi)某A廠1#爐電除塵3#、4#電場采用高壓脈沖電源進(jìn)行節(jié)能減排改造的試點(diǎn)項(xiàng)目，達(dá)到了粉塵濃度較改造前降低40%、電源能耗降低80%的目標(biāo)。每臺(tái)電除塵工頻整流變耗電為90 kW，改造后節(jié)能92%，年利用5 000 h，電費(fèi)0.45元/(kW·h)，按此計(jì)算，本次改造年節(jié)省電費(fèi)4×90×92%×5 000×0.45/10 000=74.52萬元。驗(yàn)證了高壓脈沖電源的穩(wěn)定性和可靠性，且經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益可觀，方案合理可行。

脈沖電源對元器件要求較高，目前核心元器件主要為進(jìn)口，這造成國內(nèi)脈沖電源成本較高。相信隨著技術(shù)水平的不斷發(fā)展，以及核心元器件的國產(chǎn)化，脈沖電源必將成為今后電除塵高壓整流電源的主流。

參考文獻(xiàn)：

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[6] 張谷勛，熊茂．電除塵器使用的新一代脈沖高壓電源[J]．電源世界，2014(1)：21-24．