脈沖電源實際運行效果分析

王志成，趙峰，張柏君，張德本

(深圳媽灣電力有限公司，廣東 深圳 518052)

0 引言

目前燃煤機組的除塵器主要以靜電除塵器為主，現(xiàn)有靜電除塵器配備的工頻電源正常運行時，其二次電壓在30～60 kV左右，無法滿足煙塵超低排放的要求。隨著除塵器供電電源技術的發(fā)展，高頻電源和三相電源可以提高峰值電壓并增大電流輸入，在電除塵器前部電場布置時可以明顯提高除塵效率，正常運行時二次電壓可以達到70 kV 以上，但是高頻電源和三相電源無法克服末級電場細小高比電阻粉塵形成的反電暈現(xiàn)象，從而較難實現(xiàn)細粉塵和超細粉塵(PM2.5)的高效脫除[1-3]。

脈沖電源采取混合供電模式，即在直流(工頻或高頻高壓)供電的基礎上疊加脈沖電壓。脈沖電源二次電壓的幅值高，可提高電場內的平均場強，并產生“微火花”以增加空間電荷。同時脈沖電源采用間歇脈沖供電技術降低電流可以克服高比電阻粉塵引起的反電暈現(xiàn)象，從而加大了粉塵的荷電能力，提高除塵效率，同時大幅度降低除塵器的能耗[4-6]。

脈沖電源技術作為除塵器提效的一項措施在實際工程中得以應用，為深入掌握脈沖電源實際運行性能效果，本次系統(tǒng)研究了脈沖電源改造后除塵器性能變化，從而為除塵器電源提效改造提供參考依據(jù)。

1 項目概況

為深入研究脈沖電源對除塵器運行性能的影響，本次研究依托300 MW燃煤機組，對脈沖電源改造前后除塵器實際運行參數(shù)進行記錄，采用自動煙塵測試儀和AFP-D煙塵儀對除塵器實際除塵效果進行測試，并對除塵器電源電耗通過電表進行分別記錄，從而系統(tǒng)研究脈沖電源改造后除塵性能的變化。依托項目配備2臺雙室四電場靜電除塵器(分別為A側除塵器和B側除塵器)，其中一電場配置了1.2 A/72 kV的工頻電源，二、三、四電場更換為脈沖電源，除塵器本體具體設計參數(shù)見表1。

表1 除塵器本體設計參數(shù)

2 性能分析

2.1 電源運行參數(shù)

通過對改造前后供電電源實際運行參數(shù)進行分析(見表2)，本次改造后實際運行中脈沖電源的二次電流400～600 mA，二次基準電壓44～57 kV，二次脈沖電壓23～62 kV，脈沖寬度為75 μs，其二次總電壓80～112 kV，脈沖電源二次電壓遠大于工頻電源二次電壓。

由于脈沖電源的變壓器內包含2套變壓系統(tǒng)，一部分是由三相電源整流而成的基礎電壓，通常在40～60 kV，該部分電壓僅形成電場，無電流通過，因此不會在高比電阻粉塵層內造成電離放電，從而有效避免了反電暈。另一部分電壓為另一個變壓系統(tǒng)，產生10～80 kV的脈沖電壓，其持續(xù)時間非常短，比產生火花所需要的時間少很多，來不及產生火花脈沖就結束，因此可以在高峰值電壓的狀態(tài)下避免產生火花。

表2 供電電源運行參數(shù)

2.2 煙塵脫除效果

本次改造保留原有一電場工頻電源，將二、三、四電場更換為脈沖電源，同時對電極系統(tǒng)和振打系統(tǒng)進行了改造。通過改造前后的除塵器本體性能測試報告可以看出，經過改造后，除塵器的性能得到了很大的提高，改造前(純工頻電源供電)和脈沖電源改造后除塵器進出口粉塵含量的對比見表3。脈沖供電時，A側除塵器出口粉塵含量比純工頻電源供電時下降約52%，B側除塵器出口粉塵含量比純工頻電源供電時下降約47%，除塵效率也由純工頻電源供電時的99.84%提高到脈沖電源供電時的99.92%，可以看出脈沖電源供電可以有效地提高除塵器本體的收塵效率。

表3 煙塵排放質量濃度 mg/m3

由于靜電除塵器的除塵效率與平均電壓和峰值電壓成正比，較高的峰值電壓可以大幅加強細粉塵和超細粉塵以及高比電阻粉塵的荷電能力，提高粉塵顆粒的驅進速度，從而提高粉塵的脫除效率。脈沖供電電壓是在很短的時間內在電極上施加快速上升的脈沖，提高了電場擊穿電壓，所以施加在電場上的峰值電壓遠高于常規(guī)電源的二次電壓，且脈沖供電時，陰極具有非常均勻的電暈分布和很強的電暈放電能力，從而提高了粉塵的荷電概率，進而提高除塵器效率。

2.3 PM2.5排放分析

傳統(tǒng)靜電除塵器對亞微米級顆粒脫除效果較差，為提高脫除效率，而采用較低能耗的高壓窄脈沖放電對顆粒物預荷電，可以大大提高亞微米級顆粒的荷電量，脈沖電源對靜電除塵器進行提效后可以大幅提高對亞微米級顆粒的脫除效率。由于脈沖電源的供電方式抑制了大量無用的電子流吸附于陽極板的高比電阻粉塵之上，從而有效地防止了電場中反電暈的產生，可以大幅度提高峰值電壓，并克服了反電暈現(xiàn)象，脈沖電源除塵器對小于1 μm的顆粒脫除效率可以達到90%以上，從而有效地提高靜電除塵器對PM2.5的脫除，降低除塵器出口PM2.5的排放濃度。脈沖電源改造后PM2.5測試結果見表4，與直流供電模式相比脈沖電源供電可以將出口PM2.5的排放濃度降低63%～70%，靜電除塵器脈沖電源供電方式可以有效地降低出口PM2.5的排放濃度。

2.4 除塵電耗分析

在脈沖峰值電壓基本不變的條件下，通過改變脈沖重復概率，在大范圍內選擇電暈放電的平均電流，因此，對粉塵性質的變化有良好的適應性，有利于克服電暈現(xiàn)象，可以明顯降低運行電流，節(jié)能效果顯著。由于脈沖供電時的電壓電流均大大減小，電耗可較改造前的直流供電降低約50%。

表4 PM2.5排放濃度

如圖1所示，通過對改造前后除塵器各電場運行參數(shù)進行統(tǒng)計，本次改造由于保留原有一電場工頻電源，將二、三、四電場更換為脈沖電源，一電場電源電耗基本不變，二、三、四電場電源電耗較原有工頻電源分別下降了約39%、42%和40%，可以看出，脈沖電源供電可以在提高除塵器性能的同時有效地

圖1 不同電場供電電耗

降低其供電電源的電耗。

3 結論

通過對脈沖電源改造前后除塵器的實際運行性能進行分析，可以看出，脈沖電源改造后，可以提升對高比電阻粉塵和細粉塵的收集效率，使電除塵器取得了比工頻電源更高的除塵效率，且采用間歇脈沖供電技術可進一步降低二次電流，并克服高比電阻粉塵引起的反電暈，從而具備一定的節(jié)能效果，同時脈沖電源也可以有效地降低除塵器出口PM2.5的排放濃度。