高频电源在环保中的应用

李红建

摘要： 本文在结合阜康地区某热电厂电除尘实际运行情况的基础上， 对高频电源的运用和湿电除尘进行了成本、建设周期和后期运行的对比分析，重点讨论了高频电源改造、运用的优点及对电厂的影响。

关键词：高频电源;湿电除尘;环保

由于环保要求的逐步提高，2011年7月29日，环保部正式颁布《火电厂大气污染物排放标准》，该标准对火电厂的排放指标作出具体的说明，新疆维吾尔自治区环保要求2015年7月1日起执行烟尘排放指标20mg/Nm3。2017年12月31日前执行超低排放标准。我们就新疆及内地的改造情况进行了对比，结合阜康地区某电厂电除尘实施高频电源改造情况进行了分析，发现高频电源改造具有投资较低、较好的节电效果、能有一定的投资回报、无须停炉、改造周期短等诸多优点，能到达目前国家环保要求，具有分布实施和改造的优势，对电除尘改造除湿电改造外又一方案的应用有了良好的借鉴。

一、 高频电源和湿式电除尘器改造的分析

（一）电源更换的综合分析

目前国内主流的电除尘电源已多采用高频电源，它是由单相工频、三相工频电源（高效电源）发展而来，它相对于常规工频（50Hz）电源而言，高频电源的工作频率可达到40K Hz，相当于工频电源的800倍，电源本身效率高≥92%，功率因数≥0.92比工频电源基础节能35%以上（在保证除尘效率不变的情况下，与工频电源相比，节电幅度可达90%。按照节电幅度60%，每台电除尘器面耗电300万度，每度电成本0.12元，每年节约21.6万元。每台炉的改造投资约为120万，5.5年内可收回成本。）。在除尘器理论中，除尘效率与带电粉尘离子在电场中的驱进速度成正比，驱进速度与电场强度的平方成正比，因此提高电场的运行电压可以提高除尘效率。高频电源输出电压纹波通常小于5%，远小于工频电源的35%～45%的波纹百分比，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，可有效增强电场的粉尘荷电，提高除尘效率。

目前新上电厂已基本全部采用高频电源作为静电除尘器和湿式电除尘器的工作电源，或是同脉冲、三相工频组合方式提供工作电源。各电厂在降尘的改造过程中也全部对电源进行了工频改高频的工作，改造后对降尘提效有一定作用，同时都取得了较好的节能效果。高频电源改造較为简单，仅需将原有工频电源变压器更换为高频电源（控制柜与变压器一体），去除原有工频控制柜仅将电源柜进行改造即可完成。一台除尘器改造周期在10天左右，整个改造工作无须停炉停机。但高频电源提效改造的效果受入口烟温、烟尘浓度及烟尘流速、振打二次扬尘的影响很大，因此现除尘改造的厂家全部在改造除尘器电源的同时在静电除尘器前加装了低温省煤器，为了减少二次扬尘对除尘效果造成影响有的电厂还采取了末级电场改为旋转电极、将灰斗加大、调整振打方式等措施配合高频电源的改造。

（二）增加湿式电除尘器的综合分析

湿式除尘器从结构形式上可划分为立式和卧式两种。立式湿电采用金属阳极板，材料多为316L不锈钢，因各生产厂家不同在极板细节上略有不同分为瓦楞板型和平板型，为使极板能够得到更好的冲洗效果和防止极板腐蚀需要洗冲洗水中加入烧碱（每天消耗烧碱约0.3吨）。卧式湿电采用导电玻璃钢阳极或纤维编织物阳极，纤维编织物阳极因有诸多缺陷，基本不再使用，导电玻璃钢阳极有圆形管和六边形管，因六边形阳极管通流面积及比积尘面积大而被广泛采用。玻璃钢除尘器多被用于化工厂酸雾的处理，称作电除雾器，后被引进电力行业用于锅炉湿烟气粉尘治理。现国内大型环保企业主推的还是卧式湿电，只有少数中小型环保企业生产立式湿电，无论是立式还是卧式湿式除尘器目前其治理效果还都是很有效的。但湿式电除尘器作为锅炉粉尘治理的终端设备，主要用于收集从电除尘和脱硫除雾器逃逸的少量细小粉尘、石膏颗粒和水雾，其入口烟气粉尘浓度不易过高，一般处理烟气含尘量20mg/m3以下的湿烟气，若处理高含尘烟气就需增加除尘器电场，使投资大大增加，远大于前端治理所投资的费用，因此只有在进行近零排放的改造中才被各家电厂作为必选方案。由于其体积非常大因此场地布置、烟道连接都比较复杂，且均为高空作业施工难度也非常大，因此在与系统对接时需要停炉10天左右，整体施工周期需要60天。根据了解目前每台除尘器需要投资1350万左右。

二、 阜康地区某电厂现状

阜康地区根据国家环保要求（火电厂大气污染物排放标准—2011），2015年7月1日起执行粉尘排放标准20 mg/m3。阜康地区某电厂除尘器出口烟尘浓度分别为28.9 mg/m3、 24.6 mg/m3，均高于国家环保现行排放标准。为了解决锅炉烟气粉尘排放超标情况进行了分析和对比，目前改电厂烟尘排放量略高于现行指标的要求，且实际烟尘值优于所考察各电厂改造前的烟尘值，因此只要稍做提升即可在2020年前满足指标要求。同时由于目前经济形势紧张，该公司不便于一次性进行较大的投资改造。最终确定实施电除尘高频电源改造方案。

三、 施电除尘高频电源改造实施情况

（一）改造计划

本次改造工作按原方案可在不停炉工况下进行，但今年恰好540t/h#1、#2锅炉均有停炉检修机会，因此调整改造计划6月对540t/h#1锅炉电除尘电源进行改造， 8月对540t/h#2锅炉电除尘电源进行改造。

（二）改造项目

1.拆除540t/h#1、#2锅炉电除尘原硅整流变压器，安装高频电源，同时对电除尘内部极板、极线积灰清理，调整极板与极线之间的间距，修复损坏的振打系统。

2.高压隔离开关柜利旧，新增高频电源与隔离开关接口，并安装配套阻尼电阻。

3.更换电缆，原电场动力电源是二相，高频电源是三相电源。原540t/h#1、#2锅炉电除尘电缆无须更换，可利旧。

4.对原电除尘高压控制柜进行改造，使其作为高频电源的配电柜，为高频电源提供三相电源。

5.对原电除尘低压控制系统进行升级，以满足高频电源需要。

6.对原电除尘上位机系统进行升级改造，将新的高频电源控制系统纳入其中，使其可以根据运行工况变化自动调节参数。

（三）改造要求

1.除尘效率：高频电源转换效率在额定负载条件下大于92%。电源改造后各炉的电除尘出口烟尘浓度需≤16.5mg/m3，在节电模式运行条件下也应≤21mg/m3。在输出电压、电流的额定范围内功率因数大于0.9。

2.节能保证：电除尘出口烟尘浓度≤21mg/m3 节能35%。

3.电气性能：当电源电压、频率波动在下列范围内变化时，所有电气设备和控制系统能正常工作：交流电源电压±10% UH（UH额定电压），频率±5%，长期运行;交流电源电压在-22.5%U（UH额定电压）不超过一分钟时，不应造成设备故障。高频电源设备工作时，不应对厂内电子、通信设备产生干扰，影响其正常工作，其谐波量需低于国标要求。

4.设备功能。

（1）控制功能：定电流控制（主控制元件为IGBT），控制二次电流为定值（二次电流定值可以在0～100%二次电流额定值内任意设定）。直流供电和充电比控制。

（2）通信聯网控制功能：高频电源采用TCP/IP通讯方式和RS485通讯方式，与上位机系统通讯用。设备的启动、停止、升压、降压即可以通过就地终端控制，又可以通过上位机控制。

（3）保护功能：高频电源应具备负载开路、短路保护;过流保护;输出欠压保护;变压器油温超限保护;短路、开路保护;IGBT故障保护等。当任意一台高频高压电源发生开路、短路、欠压、过载、过热（IGBT、变压器）故障时能够做出相应保护处理。

四、 改造前后对比

电除尘高频电源改造完成后，由环保检测公司对540t/h#1、#2锅炉电除尘烟尘浓度进行检测，测试数据如表1表2。

五、结论

（一）烟尘指标

根据540t/h#1、#2锅炉电除尘出口烟尘浓度测试的结果，电除尘高频电源改造后能够达到当前国家环保标准，改造效果明显。

（二）节电性能

根据540t/h#1、#2锅炉电除尘改造前后用电量的统计分析，在除尘器出口粉尘浓度不超标的情况下，电除尘高频电源改造后的节电效果明显，厂用电率均有不同程度的降低。

综上所述，在当前国际环保标准逐步提高的情况下，各发电企业结合自身情况对做好超低排放工作进行了区别对待，在高频电源改造和湿电除尘器的应用也有了较好的实践，同时也拓宽了超出排放改造的道路，为国家环保要求提供了更好的技术平台。

（作者单位：新疆中泰化学阜康能源有限公司）

参考文献：

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[2] 刘帅，高频静电除尘电源的研究与研制[D]上海：上海交通 2009.

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