燃煤锅炉电除尘器高频电源提效节能研究

管兴恩

摘 要：对电除尘器高频电源的基本结构、技术性能特点做了简要介绍，阐述了电除尘器高频电源节能减排的机理。指出其相对于传统工频电源的优越性，并提出了对3台130t/h燃煤锅炉电除尘技术改造方案。

关键词：电除尘；高频电源；节能环保

0 引言

目前燃煤锅炉电除尘为浙江菲达机电集团公司电除尘器，单室三电场设计，电控及整流变压器整流器配套采用大连电子研究所生产的GGJ02-WFb型电除尘用高压整流设备，其额定容量为86kVA。

3台煤炉电除尘已运行多年，运行效率远低于设计值，出口粉尘排放浓度达到300mg/Nm3，2008年公司增上石灰石湿法烟气脱硫装置后粉尘排放浓度达到30mg/Nm3左右，但是由于电除尘除尘效率下降使得燃煤锅炉烟气脱硫装置入口烟气粉尘含量太高，不能满足烟气脱硫装置运行技术参数要求，造成烟气脱硫装置运行不平稳，其脱硫副产品石膏灰含量太高，石膏真空皮带脱水系统运行异常。

1 项目建设的可行性及必要性

降低电除尘烟气出口粉尘浓度，即是国家环保要求不断提高，也是烟气脱硫装置平稳生产的需求，因此必须对电除尘进行改造或更新，经过对国内除尘设施考察，如果全部更换为布袋除尘，可显著降低粉尘出口浓度，满足日益严格环保指标，但是需要将现有电除尘拆除，重新安装，投资较大，且后期维护费用和布袋的处理都产生较高的费用，鉴于以上原因我们将对现有工频整流高压电源更换为高频整流电源的方案进行了如下分析和论证。

2 电除尘工作原理

电除尘器是利用直流高压电源产生的强电场使气体电离，产生电晕放电，进而使悬浮尘粒荷电，并在电场力作用下，将悬浮尘粒从气体中分离出來并加以捕集的除尘装置。主要可分为气体电离、粉尘荷电、荷电粉尘的收集以及清理四个过程。其基本原理是在电场上加高压直流电后，电场内阳极板和阴极线之间建立非均匀的高压静电场，烟气通过电除尘器主体结构前的烟道时，使其烟尘带正电荷，然后烟气进入设置多层阴极板的电除尘器通道，由于带正电荷烟尘与阴极电板的相互吸附作用，使烟气中的颗粒烟尘吸附在阴极上，定时打击阴极板，使具有一定厚度的烟尘在自重和振动的双重作用下跌落在电除尘器结构下方的灰斗中，从而达到清除烟气中的烟尘的目的。

实践证明：静电场场强越高，电除尘效果越好，且以负电晕捕集灰尘之效果最好。

3 传统电除尘电源和电除尘高频电源原理对比

电除尘器结构主要包括电气及机械两大部分，电除尘器电气部分主要有高压直流电源（包括其控制部分）和低压空中系统组成。电除尘器电源是电除尘装置的核心部分，为电除尘器提供所需的高压电场，其性能直接影响除尘效果和效率，因此电除尘电源的改进和提升是提升电除尘装置性能、提高除尘效率的关键，同时也是节能降耗的主要环节。

电除尘采用工频可控硅电源供电，其电路结构是两相工频电源经过可控硅实施跳崖和稳流控制，送整流变压器升压整流，形成100Hz的脉冲电流送除尘器。传统工频电源的缺点是形成的电压波形峰值对平均值的比值过高，当导通角为90°时，峰值已达到正弦的最高点，而整流输出平均值只有一半，所以当电除尘的击穿电压较低时，可控硅的导通角很难超过90°，使电晕功率难以提高。以免造成过流冲击，设备必须有较强的限流特性，而总阻抗值过高，功率因数下降，则总利用率较低。

高频电源则是把三相工频电源通过整流形成直流电，通过逆变电路形成高频交流电，在经过整流变压器升压整流后，形成高频脉动电流送除尘器，其工作频率可达到20～50Hz，是T/R电源的200～500倍，所以输出到电除尘上的电压几乎是恒稳的纯直流，供电电压波动很小，输出电压始终是邻近火花击穿电压，相当于T/R电源输出的电压峰值，因而供电电压高于T/R电源。（图1）

4 电除尘高频电源节能提效分析

电除尘效率的计算多依据公式：

η=1-e-Aω/Q

可以看出当处理烟气量Q和设计的比收尘面积A一定，电除尘的效率和带电粒子在电场的驱进速度ω成正比。

而带电粒子的驱进速度ω的经验公式为：ω=0.11aE2/η

式中：

a——带电粒子的粒径；

η——含尘烟气的粘度；

E——电场强度。

可以看出电除尘的效率与电场强度平方与电场强度平方成正比，而电场强度又与电场间施加的电压成正比，因此电除尘效率与电场的运行电压平方成正比。因此提高电场除尘效率途径有：

①提高电场尘粒所附的荷电量；

②提高电场的运行电压。

常规T/R供电的电除尘器中，受火花电平限制，工作电流很小SIR电源火花控制性能更好，仅需很短时间即可检测到火花并立刻关闭供电脉冲，因而火花能量更小，电场恢复更快，进一步提高了电场平均电压；高频电源输出直流电压比工频电源平均电压要高约30%，理论上带电粒子在电场中的驱进速度提高69%； 高频电源具有在火花发生前提供更大的电流的驱动能力——使供电功率成倍增长，同比T/R电场减少耗电30%～40%电耗，灰尘绝对排放减少。

5 经济效益估算

3台煤炉的一电场分别使用高频电源取代原电除尘器第一电场高压电源T/R 和控制柜，配套升级后2 级电场高压控制柜控制器，同时改造所有电场的低压控制柜，将振打控制回路改造实现高低压的统一集中控制进行高频电源。改造投资估算70万元/台，共计70*3=210万元。

120KW的SIR电源转换损失只有5KW，传统T/R能量损失大约为15%，损失为18KW；更换为SIR电源年节约电耗（18-5）*8000*0.52*2.5=13.5万元。

另外由于石膏脱水不成性每台锅炉须支付建安公司劳务费5万元/月。电除尘改造后可节约劳务费5*12*2.5=150万元。每年可降耗节约劳务成本150+13.5=163.5万元。

6 研究结果

6.1 高频电源SIR 输出波动小于5%的直流输出，从而缩小平均电压和峰值电压的差距，有效提高电场的能量输入，提高除尘效率，在相同条件下输入电流可以提高2 倍左右，输入电压提高1.4 倍左右具有更大电流驱动能力。

6.2 高频电源SIR 由于其高效的直流输出使得其在火花控制方面比常规电源更加有效和灵活，可以根据工况条件进行更灵活的调整供电方式（充电比），因而火花能量更小，电场恢复更快，进一步提高了电场平均电压。

6.3 SIR电源提高电除尘效率在于其输出电压近似于纯直流，输出电压稳定在工频电源的峰值，达到火花临界值，电晕放电强烈，电场强度大，烟尘荷电量大粒子，因而电除尘效率高。

6.4 采用新的配套控制系统提高运行电源效率达95%以上，系统运行电能损耗降低 60%～85%；降低机械磨损、后期运行及维护费用明显减少，机械、电气维护费用降低60%，可实现系统运行两年内，仅节省电费即可收回总投资目标效果。

7 结论

将现在的电除尘工频可控硅电源（T/R）更新为高频电源（SIR），同时更新控制系统电除尘改造方案高效可靠，节能降耗显著，具有较高的性价比，技术成熟、符合国家节能减排方向，能满足生产需求。

参考文献：

[1]阿尔斯通技术服务（上海）有限公司.高频电源说明书及改造方案.