高頻電源在超低排放改造中的應用

朱力軍

【摘 要】為起到國家環(huán)保政策的要求，發(fā)電廠超低排放改造勢在必行。除塵改造作為實現(xiàn)煙塵排放達標的必由之路，采用了高頻電源改造的方式提高除塵效率。文章針對高頻電源在發(fā)電廠超低排放改造中的應用做詳細的介紹。

【關(guān)鍵詞】超低排放；除塵；改造；高頻電源

【中圖分類號】X773 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）04-0153-02

0 引言

廣西投資集團來賓電廠A區(qū)2臺300 MW機組于2007年投產(chǎn)，目前的煙氣排放滿足國家環(huán)境保護部與國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局聯(lián)合發(fā)布的《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223—2011）中廣西地區(qū)的煙氣排放標準限值。

近年來全國各地都出現(xiàn)了嚴重的霧霾，政府和環(huán)保部門出臺了堪稱“史上最嚴”的環(huán)保政策，要求各火力發(fā)電廠采取措施進行污染治理。根據(jù)國家的各項環(huán)保要求，考慮環(huán)保指標優(yōu)者優(yōu)先上網(wǎng)發(fā)電的國家節(jié)能減排政策，在綜合考慮了電廠的實際情況后，擬對來賓電廠A區(qū)2臺機組進行煙氣超低排放改造，改造目標為達到燃機排放標準，包括標態(tài)下的煙塵濃度（干基）要求小于10 mg/m3（6%O2）。

來賓電廠本次超低排放改造采用脫硝改造+空預器固定式密封改造+增設煙氣冷卻器+低低溫電除塵改造+脫硫協(xié)同除塵改造+煙氣再熱器改的措施，其中除塵改造負責實現(xiàn)降低煙塵濃度。

1 除塵改造技術(shù)措施

來賓電廠每臺鍋爐安裝有2臺雙室四電場靜電除塵器，設計煙氣量為871 023 m3/h，除塵器保證效率>99.77%，除塵器出口濃度設計為100 mg/Nm3。為了使煙囪出口煙塵濃度不大于10 mg/Nm3，需要控制電除塵器出口粉塵濃度<20 mg/Nm3，經(jīng)過脫硫系統(tǒng)協(xié)同除塵增容改造后的煙囪出口粉塵滿足<10 mg/Nm3的排放要求。

煙塵控制協(xié)同除塵是在對現(xiàn)有電除塵器進行高頻電源改造或其他節(jié)能改造的同時，在電除塵器前加裝煙氣余熱回收利用裝置，將煙氣溫度由135 ℃左右降到煙氣酸露點溫度以下（約90 ℃），使得電除塵器成為低低溫電除塵器。此時，煙塵表面可吸附被冷凝成硫酸霧的大部分SO3，不僅可以大幅降低系統(tǒng)的最終煙塵排放濃度，還可以解決濕法脫硫后可能形成的酸腐蝕問題。

根據(jù)《燃煤電廠除塵技術(shù)路線指導意見》（中電聯(lián)研究〔2013〕473號），當原電除塵器出口煙塵濃度值<50 mg/Nm3，除塵器出口煙囪濃度控制值為30 mg/Nm3時，電除塵器改造可選擇低低溫電除塵技術(shù)+新型高頻電源改造的技術(shù)措施。本文主要針對高頻電源在本次超低排放改造中的應用做詳細的介紹。

2 高頻電源原理及優(yōu)點

來賓電廠現(xiàn)有的電除塵器采用工頻可控硅電源，采用高頻電源替換現(xiàn)有的工頻電源能顯著地提升現(xiàn)有除塵器的除塵效率，在國內(nèi)多個除塵改造項目中得到應用。

2.1 高頻電源的原理

高頻電源采用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，先將三相交流輸入經(jīng)過三相整流轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娫?，再?jīng)過逆變成為高頻交流電，最后整流輸出直流高壓。逆變器實現(xiàn)從直流到高頻交流的轉(zhuǎn)換，高頻變壓器和高頻整流器實現(xiàn)了升壓整流輸出，為靜電除塵器提供電源[1]。

2.2 高頻電源的優(yōu)點

與工頻電源相比，高頻電源具有以下優(yōu)點：？譹？訛工頻電源的功率因素一般不超過0.7，電能轉(zhuǎn)換效率僅有70%，電能無法得到充分利用；高頻電源的功率因素大于0.9，電能轉(zhuǎn)換效率超過90%，節(jié)能優(yōu)勢明顯。？譺？訛工頻電源采用兩相輸入，第三相為空載，存在著嚴重的缺相損耗，電除塵器選用的電源規(guī)格越大，不平衡問題就越嚴重；高頻電源采用三相電源平衡輸入，不存在缺相損耗。？譻？訛高頻電源可增大電暈功率，從而增加了電場內(nèi)粉塵的荷電能力。高頻電源在純直流供電方式時，電壓波動小（一般在1%左右，而工頻電壓波動>30%），電暈電壓高（可達到工頻電源二次電壓的130%），電暈電流大（峰值電流是工頻電源二次電流的200%）。？譼？訛火花控制特性好，僅需很短時間（<25μs，而工頻電源需10 ms）即可檢測到火花發(fā)生并立刻關(guān)閉供電脈沖，因此火花能量很小，電場恢復快（僅需工頻電源恢復時間的20%），大幅度減少了無效的空氣電離。？譽？訛高頻電源采用集成一體化結(jié)構(gòu)，體積更小、重量更輕，可直接安裝在電除塵器頂部，節(jié)省配電室空間，節(jié)省大部分信號電纜和控制電纜，減少安裝費用[2]。

（6）高頻電源控制系統(tǒng)可采用常規(guī)PLC控制，組態(tài)界面友好，有利于納入電廠輔助車間控制網(wǎng)絡統(tǒng)一監(jiān)控，而工頻電源一般采用單片機控制，很難實現(xiàn)與電廠輔網(wǎng)的通信，需要設置單獨的上位機進行監(jiān)控。

3 高頻電源改造方案

3.1 改造方案

針對現(xiàn)有電除塵器的狀況，高頻電源的改造須在停爐后進行。停爐前應進行包括設備制造廠完成的電除塵器高頻電源設備制造并運輸至現(xiàn)場，周期約30 d，現(xiàn)場設備改造及電除塵器本體恢復性大修工期約30 d。改造方案是將原一、二、三、四電場的工頻電源更換為高頻電源，具體包括以下方面。

（1）配電柜改造：把布置在電除塵配電間一、二、三、四電場的原高壓控制柜改造成高頻電源配電柜，也可以考慮直接用全新的機柜替換，同時增加必要的刀閘及母排。

（2）電除塵頂部改造。？譹？訛拆除原一、二、三、四電場的硅整流變壓器，在每臺硅整流變壓器的位置安裝一套高頻電源，其中電源的控制柜和變壓器為一體化設計，戶外防護措施必須到位。在高頻電源生產(chǎn)制造時，盡可能按照現(xiàn)有隔離開關(guān)接口的尺寸制作輸出母線外殼接口，最大限度地利用現(xiàn)有高壓隔離開關(guān)柜。？譺？訛高頻電源和脈沖電源的底座視現(xiàn)場實際情況確定是否需要更改。？譻？訛在每臺高頻電源旁安裝一只高頻配電箱，用于高頻電源供電。？譼？訛在每臺除塵器頂部安裝一只高頻電源通信箱，通信箱的電源由現(xiàn)有低壓控制柜提供。

（3）電纜敷設。根據(jù)需要敷設各設備之間的電源電纜、通信電纜及控制電纜。

（4）控制系統(tǒng)改造。原高壓控制設備采用單片機控制， 低壓控制設備采用PLC控制，改造后高頻電源和低壓控制設備均采用PLC控制。改造時設置全新的上位機，對新增高頻電源和原有低壓控制設備統(tǒng)一組態(tài)，以實現(xiàn)對高頻電源和原有電壓控制設備的控制，并將高頻電源控制系統(tǒng)通信到全廠輔助車間控制網(wǎng)絡，在輔助車間控制網(wǎng)絡操作員站實現(xiàn)對電除塵系統(tǒng)的監(jiān)控。

（5）調(diào)試。為保證改造后達到排放要求，在設備安裝改造結(jié)束后必須進行調(diào)試，現(xiàn)場進行性能檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果調(diào)整設備的運行參數(shù)，直至電源設備處于最佳的運行狀態(tài)。

（6）本體內(nèi)容。保證電除塵器除塵效率的基礎(chǔ)是除塵器本體，僅進行高頻電源改造的方式很難滿足當前的環(huán)保排放要求，只有同步進行電除塵器本體恢復性大修及深度清洗，才能實現(xiàn)改造所期望達到的目標。

（7）變壓器容量。改造后除塵器的最大運行負荷較改造前沒有增大，原電除塵PC段1 600 kVA的變壓器容量可滿足改造后的運行要求，不需要進行改造。

3.2 高頻電源主要技術(shù)參數(shù)

輸入電壓：三相電壓380 V±10%。輸入電壓頻率：50 Hz±2%。額定直流輸出電壓：80 kV，電壓調(diào)節(jié)范圍：0～100%。額定直流輸出電流：200～2 400 mA，輸出電流調(diào)節(jié)范圍：0～100%。電能轉(zhuǎn)換效率≥93%，功率因數(shù)>92%（額定負載條件）。變壓器油溫升≤40 ℃。

以上技術(shù)參數(shù)將在設備招標后確定。

3.3 節(jié)能降耗分析

電除塵器的電能消耗主要是高壓電源，低壓控制設備電耗所占份額相對較小。此外，設備正常運行時高壓電源必須投入，降耗空間很小。高壓電源運行的電能消耗又主要取決于鍋爐負荷、煙塵特性、高壓硅整流控制器的控制方式和參數(shù)設定等[3]。在保證除塵效率前提下，可通過下述方法實現(xiàn)節(jié)電：？譹？訛高頻電源轉(zhuǎn)換效率上的節(jié)電。？譺？訛高頻電源輸出平均電壓比工頻高節(jié)電。？譻？訛高頻電源可以自由地輸出頻率為40 kHz的窄脈沖，組合成豐富的充電比供電波形，且三相平衡，為節(jié)能控制提供最佳的供電方式。？譼？訛節(jié)能控制器采用優(yōu)化的控制特性和斜率節(jié)能模式。？譽？訛節(jié)能控制器的充電比供電模式。

通過節(jié)能降耗優(yōu)化策略，電源由原先工頻電源改為高頻電源+脈沖電源后，在同等運行條件下，節(jié)能預計可達35%以上。

4 結(jié)語

來賓電廠A區(qū)2臺300 MW機組已運行超過10年，為滿足國家的環(huán)保要求，進行超低排放改造勢在必行。除塵改造作為實現(xiàn)煙塵排放達標的必由之路，采用高頻電源替換常規(guī)的工頻電源是一個提升除塵效率的好方法。電除塵器前設置低低溫省煤器的同時進行高頻電源改造，改造后運行滿足煙塵出口<30 mg/m3，配套脫硫協(xié)同除塵可滿足煙塵超低排放標準（煙塵濃度<10 mg/m3）。

本工程煙氣超低排放改造可行性研究報告已收口，技術(shù)方案已確定，具體的實施工作正在有序進行中。本文的作用在于拋磚引玉，為同類工程實施高頻電源改造提供參考及借鑒。

參 考 文 獻

[1]姚凌飛，何立剛，陳崇榮.高頻電源在靜電除塵器上的應用分析[J].電力設備，2015（4）.

[2]湯翔.電除塵器電源系統(tǒng)選型探討[J].電子世界，2013（19）.

[3]張濱渭，祁君田，林心光.燃煤電廠電除塵器節(jié)電技術(shù)研究[J].電力設備，2007（8）.

[責任編輯：陳澤琦]