浅析火力发电厂电除尘器节能技术

浅析火力发电厂电除尘器电源发展方向－－高频电源程中岳、宋志强、杨奎刚（邮编：727100工作单位：华能铜川电厂）摘要：节能环保是我国的基本国策，已日益受到国家、企业、乃至个人的重视。在火力发电企业，厂用电率能够得到有效的控制，可以降低火力发电企业的发电成本，从而提高经济效益。电除尘系统在火力发电厂厂用电率约占10%左右，如果在现有电除尘器保证除尘效率的前提下能降低电除尘器能耗具有巨大的经济效益和社会效益。新型电除尘节能控制系统--高频电源技术已在多个大型火电厂成功应用，效果十分显著，在保证除尘效率的前提下，节电率可最高可达80％以上，平均节电超过60％，达到了保效节能的目的。关键词：节能降耗；电除尘器；高频电源技术前言：随着全球人类对环境保护意识和认识的不断提高，电除尘技术已成为烟尘治理中最重要的技术之一，成为大型燃煤电厂烟尘治理的首选，世界各国对排放到大气中的烟尘也有了更高和更新的标准，西方国家要求不大于30mg/Nm3，我国排放标准要求不大于50mg/Nm3；西方国家关注PM10和PM2.5的细微粉尘排放问题，欧洲环保规定PM10的排放要小于50μg/Nm3。电除尘技术在火力发电厂是一项很重要的防治大气污染环保技术，并已广泛得到应用。电除尘器主要是利用静电力进行除尘，又称为静电除尘器，它的基本原理是通过阴、阳极施加直流高压，气体电离，悬浮尘粒荷电，荷电尘粒向电极运动，荷电尘粒沉积在电极上、振打使极板上的粉尘落入灰斗，灰斗再进行排灰，从而达到净化烟气和收尘的效果。电除尘器要达到好的收尘效果,除了有良好的本体结构外,还需一个好的相匹配的供电电源，供电电源包括高压电源（提供直流高压，足够大的电晕电流）和低压电源系统（提供振打、电加热、卸灰、输灰控制等）。近年来电除尘器供电技术新进展主要体现在高压硅整流设备（常规电源）、高频电源、脉冲电源、三相电源等方面。本文主要针对火力发电厂电除尘器电源发展方向－－高频电源进行阐述。一．高频电源的发展及原理随着电力电子技术的快速发展，电力电子器件从20世纪80年代，全控型器件开始取代晶闸管，伴随着双极型晶体管BJT、大功率晶体管GTR、绝缘栅双极型晶体管IGBT、智能功率模块IPM等等电子元件出现，还有软开关逆变技术（高频化、低开关损耗提高变换效率）以及新的控制技术（数字化和高频化提高系统的可靠性和提高设计灵活性）不断应用普及。国外对高频电源技术长时间采取封闭措施，我国一直到2005年才进口了少量高频电源。我国电除尘器生产企业完全自主研究高频电源设备，并于2005年完成32KW、0.4A高频电源开发，2006年完成48KW、0.6A、64KW、0.8A高频电源开发，2007年完成72KW、1.0A高频电源开发，且性能达到国际先进水平。基于可控硅控制的高压硅整流设备：基本工作频率为50赫兹，工作电压波形受到很大限制，对许多特殊工况显得力不从心。火花熄灭时间长达10ms，使电场能量恢复时间过长；输出电压纹波35％～45％，使平均电压低电晕功率小；产生高比电阻粉尘，高比电阻粉尘易产生反电晕现象，使收尘效率降低；设备功率因数低，电源转换效率低致使电除尘器耗电量较大、运行费用较高；单相供电会造成负荷经常不平衡；移相控制对电网干扰也比较严重。基于高频开关技术的新型电源：与电网频率无关的高频开关式一体化电源，提供接近纯直流到脉动幅度很大的脉冲电压波形，可针对特定工况选择合适波形，从而提高除尘效率，为电除尘器使用高频电源发展创造了条件。电除尘器用高频高压整流设备通过有效地使用新材料和新型电力半导体器件，综合应用电力电子技术、微电子技术，实现对电能的高效能变换和控制，包括电压、电流、频率和波形的变换，从而满足电除尘器的供电。高频电源原理图高频电源基本原理组成：变换器、高频变压器、控制器。高频电源将工频三相交流电源整流为直流电源，通过变换器实现直流到高频交流电源的转换，高频整流变压器实现升压和二次整流，输出直流负高压，为ESP供电。高频电源系统原理框图二.高频电源与工频电源对比高频电源输出电压逼近工频电源电压峰值，与工频电源相比：高频电源能提供更高的输出电压，可达工频电源的1.3倍。高频电源能提供更大的输出电流，可达工频电源的2倍。高频电源可有效增大电晕功率，提高除尘效率。高频电源与工频电源输出波形对比图技术指标工作频率电源功率因数效率直流电压脉动间歇脉冲宽度火花熄灭时间高频电源40kHz三相0.90.93%0.7ms30μs工频电源50Hz单相0.80.830%10ms10ms高频电源与工频电源技术指标对比应用性能输出电压输出电流排放浓度设备损耗设备重量控制室面积系统能耗电缆用量高频电源130%200%50-70%30%35%050％50%工频电源100%100%100%100%100%100%100％100%高频电源与工频电源应用性能对比表（以工频电源为基准）高频电源与传统的可控硅控制工频电源相比性能优异，具有输出纹波小、平均电压电流高、体积小、重量轻、成套设备集成一体化、对高比电阻粉尘，它有更窄的脉冲、更宽的调节范围从而提高除尘效率。设备效率与功率因数均达到0.9以上（常规工频电源的设备利用率仅为0.7左右），而且高频电源采用三相电源，负载平衡等多项显著优点，不仅大大提高了电除尘器配套电源产品的整体控制水平，极大地拓展了电除尘器的适应范围，同等除尘效率条件下高频电源还比工频电源节能20%以上。高频电源可有效提高了电除尘的收尘效率，是今后电除尘器节能减排的主力设备。同常规的T/R相比，高频电源可提高静电除尘器的运行电压，使电除尘器粉尘排放浓度显著降低。三.高频电源的特点：1.基于高频开关技术的高频电源是一个与线路频率无关的可变脉动电源，频率为25～50KHz，输出为纯直流。它给电除尘器提供了接近纯直流到脉动幅度很大的各种电压波形，针对各种特定的工况，可以提供最合适的电压波形，从而提高除尘效率。与工频50/60Hz高压电源相比，高频电源纯直流供电时的输出电压纹波通常小于5%，远小于工频电源35％～45％的纹波百分比，其闪络电压高，运行平均电压可达工频电源的1.3倍，运行电流可达工频电源的2倍，在同样的电场里，能够输入更多的功率，从而能够有效的提高收尘效率。高频电源间歇供电时可有效抑制反电晕现象，实现保效节能，特别适用于高比电阻粉尘工况。2.高频电源采用混合谐振拓扑结构的逆变器，功率器件关断损耗为零，不仅降低器件的关断能力，提高效率，也减少电磁干扰。同时，设计良好的串联谐振逆变器有恒流特性，在输出短路时有极好的限流能力，可以提高系统的可靠性，特别适合电除尘器火花冲击、短路频繁的现场工况条件。而局域并联谐振电路有利于轻载运行稳定性，有利于间歇供电方式下供电周期电流波形的稳定性，有利于改善二次电流波形，有利于提高设备功率因数，有利于提高设备效率。该逆变器是以全桥串联谐振为主，兼有局域并联谐振的混合型拓扑结构，可以有效抑制电场火花的电流冲击，可以迅速地熄灭火花并且快速恢复电场能量，能满足电除尘器持续火花放电和短路冲击的要求，适应负载的大范围变化，提高除尘效率。3.高频电源采用单片机为核心的微机控制器。火花检测与控制采用全新硬件检测，对各种火花检测特别可靠，对微弱火花也捕捉无遗。闪络电流无冲击波，电场电压恢复极快，损失极小。具有纯直流供电与间歇供电两种方式，纯直流供电采用调频方式调压，间歇供电Pon及Poff均可调节，针对各种特定的运行工况，可以提供各种合适的电压波形，特别适用于前电场及高比电阻粉尘，能有效抑制反电晕现象的发生。高频电源安装于第一电场能解决前电场电晕封闭最有效的手段，由于“空间电荷效应”的原因，第一电场电流通常很小，提高电流十分困难。为了提高电流，工频电源常常采用强行供电和高火花工作方式，但是仍然效果不佳。采用高频电源可以轻松地将电流提高一倍。增大荷电强度，减轻后电场的负荷，这种电源应用方案已在工业应用实践中得到验证。针对电除尘器负载变化的特殊性，高频电源充分展现了控制性能灵敏、电压恢复快、保护功能完善等优点。4.高频电源体积小、重量轻，只有常规工频电源的几分之一，占地空间小，便于安装。采用三相电源平衡输入，对电网无污染，无缺相损耗，属于绿色电源。效率与功率因数高，效率通常大于93%，功率因数通常也大于93%，比工频电源节能20%以上。高频电源安装在除尘器顶部，设备集成一体化，电缆用量明显减少，同时，不占用控制室空间，还可以节省土建施工成本。5.高频电源具有高低压一体化控制功能，包括振打控制和断电振打控制，高频电源还具有反电晕检测控制，采用大屏幕LCD中文显示控制终端作为人机接口，240×128点阵带背光，图形菜单操作，人机交流简洁明了。使用通讯协议与上位机接口，能够接受计算机的各种命令，并将高频电源的各种参数、故障状态、运行工况实时传送至计算机，实现远程软启动。软停机功能。四.结语我国电除尘器高频电源自主技术已日渐完善，广泛应用于火力发电、冶金、化工等众多行业的烟气粉尘治理。高频电源的广泛应用实现了电除尘器配套电源技术水平质的飞跃，极大拓展了电除尘器的适用范围，对我国环保设备配套电源产品的产业结构调整和优化升级产生了重大的影响和积极的推动作用。参考文献：［1］赵会良,罗承沐,等.电除尘中的高压供电技术.高电压技术,1996,22(1):66～69［2］李济吾等,电除尘器高压脉冲供电技术研究,第八届全国电除尘学术会议论文集［3］蒙骝，火电厂影响电除尘器性能的主要因素2006.11［4］连金欣，电除尘器电源技术，第二十九届除尘技术研讨会，2008.11作者姓名：程中岳职称：助理工程师从事专业：火力发电厂电气点检专责工作单位：华能铜川电厂单位地址：陕西省铜川市耀州区坡头镇华能铜川电厂设备管理部邮政编码：727100联系电话：0919-686216913772793208Email：[e-mail]