高頻電源在火電廠電除塵器的應(yīng)用和探討

張波

摘 要：隨著我國大氣污染排放標準不斷完善，帶動了火電廠除塵器的發(fā)展，在發(fā)展的同時電除塵器的收塵效率也應(yīng)隨之提高，不斷地適應(yīng)社會發(fā)展需求。我國利用高頻電源對電除塵器的除塵供電系統(tǒng)進行了升級改造，此次改造升級提高了電除塵器的除塵效率，因此高頻電源的應(yīng)用能夠提升電除塵器的電暈功率。相關(guān)研究改造結(jié)果為：高頻電源火花控制的時間只需要25us、工頻電源控制的時間則需要10ms，因此高頻電源的應(yīng)用對火電廠除塵器功率的提升具有重要意義。此外，高頻電源也經(jīng)常被應(yīng)用于電除塵工頻控硅電源供電領(lǐng)域中，本文根據(jù)上述內(nèi)容對高頻電源在火電廠除塵器中的應(yīng)用進行了相關(guān)探討與研究。

關(guān)鍵詞：高頻電源;火電廠;電除塵器;應(yīng)用探討

中圖分類號：X773 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）01-0146-02

0 引言

現(xiàn)階段我國對生態(tài)環(huán)境的保護力度不斷加大，國家積極倡導(dǎo)節(jié)能減排工作?！痘痣姀S大氣污染物排放標準》頒布實施后對燃煤電廠使用電除塵器要求顯著提升，為推動節(jié)能減排工作奠定堅實基礎(chǔ)。另外，我國社會對節(jié)能減排工作要求顯著提高，由于工業(yè)生產(chǎn)能耗浪費比較嚴重，節(jié)約減排工作刻不容緩，應(yīng)制定科學(xué)有效的節(jié)能減排措施，共同推動我國生態(tài)環(huán)境保護工作。國家積極倡導(dǎo)企業(yè)與公民參與節(jié)能減排工作，既推動電除塵器技術(shù)革命，同時也激發(fā)高壓電源發(fā)展活力，尤其是高頻電源的出現(xiàn)和推廣使用。

1 目前電除塵器技術(shù)主要存在的問題分析

國家對火電廠燃煤鍋爐排放標準日益提高，因此需要不斷的加快電除塵器改造升級的步伐，傳統(tǒng)的電除塵器排放標準難以適應(yīng)時代發(fā)展，從而導(dǎo)致電場數(shù)降低以及集塵面積縮小等問題。國家修訂頒布最新的電除塵器排放標準，該行業(yè)將承擔改造升級產(chǎn)品的重任，但也面臨諸多問題，常規(guī)的電除塵器技術(shù)改造難以滿足最新標準，因此，全面推動火電項目改革成為困擾我國節(jié)能減排工作重大難題。從國內(nèi)火電廠除塵技術(shù)研究理論與發(fā)展現(xiàn)狀來看，電除塵器技術(shù)發(fā)展離不開國家科研的投入，研發(fā)最新的電除塵器才能滿足節(jié)能減排要求。[1]

2 除塵器高頻電源技術(shù)介紹

高頻電源作為最新研發(fā)的電除塵器技術(shù)，目前已經(jīng)在電力、化工、水泥以及冶金等領(lǐng)域推廣使用，改變傳統(tǒng)可控硅工頻電源技術(shù)，高頻電源具有除塵效果佳、節(jié)能減排成效高以及保護生態(tài)環(huán)境的作用，同傳統(tǒng)的工頻電源技術(shù)相比較，采用高頻電源能夠降低30至50%的煙塵排放，降低能耗40至80%。高頻電源技術(shù)的應(yīng)用成效顯著，這是一種逆變式的電源技術(shù)，供電電流主要以窄脈沖為主，這一技術(shù)為電除塵器提供更加高效的電流與電波訊號。高頻電源控制方法多樣，按照電除塵器實際情況確定電壓波形，最大限度降低設(shè)備能耗，不斷提高除塵效果。不僅如此，高頻電源還具備重量輕、體積小等特征，能夠有效節(jié)約電纜，供電性能比較穩(wěn)定。

3 高頻電源系統(tǒng)的節(jié)能原理

高頻電源供電主要以窄脈沖為主，電源脈沖幅度、頻率以及寬度都可以進行調(diào)節(jié)，可根據(jù)電除塵器電壓波形選取控制方法。電除塵器可以依據(jù)工作環(huán)境選擇合適的運作模式，不斷改善除塵器靜電技術(shù)，使用型號為HF-01高頻電源的電除塵器進行研究。該型號除塵器零部件由：低壓配電裝置、高壓配電裝置、控制電路系統(tǒng)、散熱裝置以及全橋逆變裝置共同構(gòu)成。

高頻電源可以將三相交流電轉(zhuǎn)化為直流電，經(jīng)過逆變電路傳輸高頻交流電，將高頻電流傳入整流變壓器中進行升壓整流，使工作頻率穩(wěn)定在20至50kHz，確保電除塵器安全運行。

工頻整流與濾波：三相380V交流電完成整流后形成直流電壓，直流電壓通過濾波電容C，最終直流電壓穩(wěn)定在530V左右。

逆變：除塵器中直流電壓經(jīng)過全橋串聯(lián)諧振逆變裝置，最終將530V的直流電轉(zhuǎn)變成20kHz的交流電，在高頻電源變壓裝置中進行存儲。

高頻升壓與整流：高頻變壓器對電壓逆變進行處理，從而獲取電除塵器中的電壓波形，最終實現(xiàn)高頻電源的轉(zhuǎn)換。

控制電路：主要包括：驅(qū)動電路、二次電流電壓采樣電路、電源電路、信號調(diào)理電路以及DSP控制電路等，利用屏蔽設(shè)備可以對干擾信號完成現(xiàn)場屏蔽，信號調(diào)理板劃分為：分模擬量調(diào)理電路與開關(guān)量隔離電路。分模擬量調(diào)理電路檢測環(huán)節(jié)為：一次電流、一次電壓以及油溫等，開關(guān)量隔離電路環(huán)節(jié)為：主斷路裝置、信號狀態(tài)裝置、充電斷路裝置、主開關(guān)跳閘以及驅(qū)動板PWM信號等。驅(qū)動信號主要存儲在IGBT中，管理IGBT開關(guān)，高頻電源變壓器中安裝電流電壓采集裝置，并將采集板和電流電壓測量裝置結(jié)合。

4 高頻電源節(jié)能分析

4.1 高頻電源除塵效率高

從電除塵器發(fā)展來看，電場中帶電粒子移動速率較快，且除塵效果較好。電場強度平方和帶電離子速率成正比關(guān)系，電場電壓和電場強度也存在正比關(guān)系。由此可知，電壓增加以后，電除塵器的工作效率就會顯著提升，傳統(tǒng)電源與高頻電源相比較，一定程度上提高除塵器的工作效率，將電除塵器端口排放量控制在30%以上，高頻電源的應(yīng)用使電除塵器除塵率增至70%。高頻電源的應(yīng)用對提高電除塵器工作效率具有重要推動作用，主要表現(xiàn)為：高頻電源能夠快速適應(yīng)工作環(huán)境，并結(jié)合實際情況選取合適的電壓波形，為電除塵器提供直流脈動電壓波形。如果電除塵器處于煙氣濃度較大的環(huán)境中，通過高頻電源輸送的直流電壓，能夠提高電除塵器工作效率。[2]

高頻電源傳輸?shù)氖侵绷麟?，高頻電源和傳統(tǒng)工頻電源相比較，高頻電源電流電壓顯著較高，這也是高頻電源除塵器工作效率提高的主要原因。如果電除塵器工作環(huán)境中煙氣濃度較大的話，電除塵器就會出現(xiàn)電暈閉塞問題，電流電壓就會降低。使用高頻電源技術(shù)可以增強電暈電流，從而解決電除塵器電暈閉塞難題。另外，高頻電源數(shù)據(jù)監(jiān)測比較準確，高頻電源利用升級改造后的檢測技術(shù)，不僅能夠提升火花檢測的準確性，同時還可以捕捉火花。高頻電源利用串并聯(lián)混合諧振逆變設(shè)備，不斷提高電流恒定性，避免設(shè)備電流波動變化，從而引起電場火花。

4.2 高頻電源節(jié)能效果好

高頻電源節(jié)能性能較高，同傳統(tǒng)的工頻電源相比較，高頻電源使用效率更高，能夠節(jié)約將近20%的能源。傳統(tǒng)工頻電源中功率輸出不足，從而導(dǎo)致工作效率與參數(shù)出現(xiàn)較大變化，但高頻電源使用的是直流供電，輸出功率設(shè)置為70%，因此，高頻電源的功率因數(shù)與工作效率比較穩(wěn)定。高頻電源在具體工作環(huán)境中由于設(shè)備額定功率狀態(tài)下工作時間較少，從而達到節(jié)能減排的作用。

高頻電源對電除塵器具有節(jié)能作用，這是影響設(shè)備使用的主要因素，高頻電源能夠提升電除塵器工作效率，為除塵系統(tǒng)節(jié)能工作提供技術(shù)支持。電除塵器工作效率提高以后，電場工作負擔顯著降低，一定程度上降低電場運轉(zhuǎn)負荷，從而提升除塵系統(tǒng)工作效率。現(xiàn)代科學(xué)信息技術(shù)的發(fā)展速度不斷加快，自動化設(shè)備在火電廠中應(yīng)用比較普遍，IPC智能控制系統(tǒng)可以不斷提高除塵效率，從而實現(xiàn)自動化除塵工作。電除塵器節(jié)能高達50%，反電暈現(xiàn)象比較明顯時除塵系統(tǒng)使用效率超過90%，一定程度上降低企業(yè)生產(chǎn)成本，為企業(yè)獲取更多的經(jīng)濟效益。

5 高頻電源的應(yīng)用實例探究

本文主要通過某火電廠企業(yè)#1爐電除塵器高頻電源技術(shù)改造項目的研究，對高頻電源在火電廠內(nèi)的應(yīng)用進行了深入性分析：

5.1 高頻電源的運行模式

選擇高頻電源運行模式與設(shè)置變量參數(shù)是確保除塵設(shè)備安全平穩(wěn)運行的前提條件，根據(jù)除塵器電場運行情況和穩(wěn)定程度來看，高頻電源運行模式的選擇能夠提高工作效率，因此，系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置與模式運行必須結(jié)合起來。高頻電源運行模式劃分為自動連續(xù)模式、脈沖供電模式以及手動連續(xù)模式，電除塵器管理者按照工作環(huán)境選取恰當?shù)母哳l電源運行模式。

5.2 手動連續(xù)

如果選取手動連續(xù)供電模式的話，諧振電路將根據(jù)原先設(shè)定的固定頻率運行，電場能量輸出趨于恒定，意味著模式運行正常。如果系統(tǒng)波動較大的話，建議采用手動連續(xù)供電模式，這一模式參數(shù)設(shè)置步驟為：首先，選取手動連續(xù)運行模式后輸出功率的參數(shù)設(shè)置完全由手動操作，設(shè)備周期變長，輸出功率就會變小。因此，手動模式切換時必須將參數(shù)設(shè)置在合理區(qū)間內(nèi)，才可保證輸出功率的有效性。

5.3 脈沖供電

高頻電源中高能脈沖與低能脈沖共同構(gòu)成脈沖周期，這一模式下脈沖供電除塵效率較高，節(jié)能效率在50%至90%期間，因此，這也是比較常見的高頻電源模式。這一模式的不足之處在于設(shè)備在高能脈沖與低能脈沖來回切換，從而導(dǎo)致系統(tǒng)波動較大。如果電場波動較大，可能導(dǎo)致采樣板損壞。選擇自動連續(xù)模式，必須將電壓值降低至可控范圍，閃絡(luò)次數(shù)應(yīng)低于30次/min，再將脈沖供電切斷。脈沖供電模式中變量需要適當調(diào)整，具體方法如下所示：

（1）高能脈沖具有延時作用。高能脈沖輸出功率Delay1維持在100至300（150），同功率成反比關(guān)系;（2）低能脈沖數(shù)量。低能脈沖持續(xù)時間為Wave2：10至100，根據(jù)電場情況進行判斷，電場入口小，出口大;一電場為50、二電場為80、三電場為100、四電場為100、五電場100;（3）低能脈沖具有延時作用。低能脈沖輸出功率為Delay2：400至1000（800），低能脈沖與功率成反比關(guān)系。調(diào)整以上變量時應(yīng)觀察電除塵器運行情況，并判斷是否需要切換至手動或自動連續(xù)模式，將電場功率控制在合理范圍內(nèi)，高能脈沖延時與低能脈沖延時值設(shè)置相對較大。

5.4 自動連續(xù)

自動連續(xù)模式下電場根據(jù)實際情況設(shè)置二次電流I2（<200mA）、二次電壓U2（<72kV）整定值，并對二次電壓與二次電流實時跟蹤調(diào)查，確保其處于設(shè)定參數(shù)區(qū)間。電除塵器運行過程中參數(shù)波動較大的話，必須切換為自動連續(xù)運行模式，檢查供電電源與負載參數(shù)設(shè)置情況，并查找設(shè)備故障。

6 高頻電源的日常維護與保養(yǎng)

高頻電源過程中必須密切關(guān)注各項參數(shù)變化情況，參數(shù)信息主要包括：母線電壓、一次電流、二次電壓、二次電流等，如果變壓器油溫低于8℃或IGBT開關(guān)管溫低于75℃，則需要調(diào)整參數(shù)，并按時檢查設(shè)備是否出現(xiàn)故障。

查看設(shè)備運行是否正常，并注意是否存在異響，檢查冷卻設(shè)備是否正常，觀察高壓輸出端是否放電。

設(shè)備停運后必須按時清理殘留物，尤其是風(fēng)機入口，確保濾網(wǎng)暢通無阻。對變壓器開展油耐壓試驗，耐壓值大于40kV/2.5mm，需要按時查看接地電阻是否正常，電阻值低于2Ω。

高頻電源停送電順序排列，高頻電源開關(guān)主要由合主電源、合控制電源電路、合屏蔽盒電源以及合風(fēng)機電源等共同構(gòu)成。關(guān)閉高頻電源電路必須遵循以下規(guī)定：首先，將風(fēng)機電源開關(guān)關(guān)閉;然后，將控制電源電路開關(guān)關(guān)閉;第三，切斷屏蔽盒電源開關(guān);最后關(guān)閉高頻電源主開關(guān)。如果直接將主電源關(guān)閉，就會毀壞高頻電源控制電路板零部件。

7 結(jié)語

綜上所述，除塵器高頻電源技術(shù)能夠達到節(jié)能減排的效果，同傳統(tǒng)工頻電源技術(shù)相比較，高頻電源能夠減少30至50%的煙塵排放，降低能耗40%以上。國家廢氣排放標準不斷提高，應(yīng)用高頻電源技術(shù)有效提高除塵效率，解決傳統(tǒng)電除塵器面臨的技術(shù)難題，適應(yīng)當前煙塵排放標準，為推動節(jié)能環(huán)保工作作出重要貢獻。高頻電源是電除塵器中的重要零部件，后期可跟隨電源技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)新，會在一定程度中提高電除塵器工作效率。本文總體結(jié)論概括為：高頻電源具有適應(yīng)性強、節(jié)能減排以及反應(yīng)迅速等特征，不但能夠提高火電廠除塵效率，同時也推動了除塵系統(tǒng)的發(fā)展，所以高頻電源技術(shù)應(yīng)得到廣泛的應(yīng)用與可持續(xù)性發(fā)展。

參考文獻

[1] 陳穎，郭俊，毛春華，等.電除塵器高頻電源的提效節(jié)能應(yīng)用[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2010（12）：28-31.

[2] 朱法華，李輝，王強.高頻電源在我國電除塵器上的應(yīng)用及節(jié)能減排潛力分析[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報，2011（1）：6-32.