高频电源应用于除尘系统中存在的问题及解决方案

陈燕燕

（福建三钢集团有限公司焦化厂，福建三明 365000）

引言

电除尘器作为大气污染防治的主要设备，目前已广泛应用于工业生产过程的烟尘治理。随着国家对企业烟气排放标准的不断提高，在基准含氧量8%条件下，烟囱出口颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放限值分别为15 mg/m³、30 mg/m³、150 mg/m³，这一标准为如何使湿电除尘器稳定、正常运行带来了许多新的挑战。

1 概述

全能量热回收制焦工程第一套脱硫系统从2019 年2 月运行至今。在正常设计烟气流量工况下，烟囱出口指标中，二氧化硫及氮氧化物指标均达标，但烟囱出口颗粒物一直运行不正常，即除尘效率达不到设计标准，主要表现为二次电流偏低，湿电除尘器95瓷拉杆器位置经常放电，造成除尘效率低下。针对这一情况，对湿电除尘器95瓷拉杆处加热方式进行改造。改造后，在脱硫塔正常烟气量的情况下，烟囱出口颗粒物达标。

2 高频电源工作原理

2.1 高频电源结构特征及工作原理

JHD-Ⅰ高频电源是典型的通过串联谐振软开关逆变过程，把交流电能转换为直流电能的电路。

高频电源主要是将50 Hz/380 V 交流电通过IGBT 升频逆变后达到高频流的设备。其最高频率为12 500 Hz，频率越高相应的电流电压就越高，其中对于电场来说，主要指标为二次电压和二次电流。见图1和图2。

图1 电源结构示意图

图2 高频电源工作原理

2.2 高频电源的特点

高频电源可以看作是一个恒流源，因此具备以下几个特点：

（1）电流恒定与端电压无关。

（2）端电压可变与负载无关。

（3）不允许开路。

2.3 电源工作频率与二次电压和二次电流的关系

实际上工作频率调节是电源电流的有效输出效率，但电流的实际输出值又与负载有关，所以二次电流是在工作频率与实际负载共同作用下产生的，而二次电压则是因为二次电流的改变而改变。因此，工作频率与二次电流及电压不存在十分理想的线性关系。

2.4 正常运行时的几个关键因素

日常运行中，电源状况的好坏主要以“二次电压”“二次电流”为指标，而工作频率与两者之间不存在理想线性关系。

在电源开机、停机过程中，对于初始频率的设置并无要求，即可以在高频率下开机，也可以在高频率下直接关机。

电源运行期间若出现电压电流波动，应该首先观察火花率的变化，如果有火花，电源必定会波动，这是正常现象。但是为了达到一个较为稳定的工作状态，可以适当调节频率让电压降低到放电电压之下，这样电场内部放电减少，波动也会随之降低。

3 采用的调压方案

调压方案：以稳定的二次电压为基准，通过调节频率来抬升二次电压，期间以火花率和工作频率做参考，最终达到较为稳定的高电压和低火化率。见图3。

图3 调压流程图

4 高频电源故障分析及故障处理

4.1 输出开路故障及处理方法

（1）产生条件：当二次电压≥40 kV 时，二次电流≤5 mA，延时3 s，输出开路报警并停机。

(2)产生原因：阻尼电阻烧坏；隔离开关开路；电场本体进线开路。

(3)处理方法：更换阻尼电阻；检查隔离开关；检查电场本体进线。

4.2 输出短路故障及处理方法

(1)产生条件：当二次电压≤5 kV，二次电流≥二次电流设定值的80%延时3 s，输出短路报警并停机。

(2)产生原因：隔离开关接地；电场本体内短路。

(3)处理方法：检查隔离开关；检查电场本体。

4.3 大型故障解决办法

短路故障：有电流没电压。

开路故障：有电压没电流。

出现以上两种情况，一般电源会直接报警，但若存在不报警却又符合上面两种条件的，建先对电源做开路及短路试验。

4.4 开路及短路试验步骤

(1)开路试验：停运设备至少5 min 后，断开主回路开关，再断开控制回路开关。断开高压输出回路，重新给设备上电，并设置二次电压、二次电流为额定值，启动设备运行，设备二次电压应达到额定值（72 kV），而二次电流为0，且无闪络。1 min 后，设备应开路报警，并自动停运。

(2)短路试验：停运设备至少5 min 后，断开主回路开关，再断开控制回路开关。把高压输出接地，重新给设备上电，并设置二次电压、二次电流为额定值，启动设备运行，设备二次电流应达到额定值（1 600 mA），而二次电压为0，且无闪络。1 min 后，设备应报警，并自动停运。

5 案例介绍

5.1 案例1

2019 年5 月20 日西区脱硫#2 湿电除尘提示输出短路。

故障分析：#2 湿电除尘在电脑上提示输出短路，控制器显示屏上也提示短路故障。这种情况一般是本体（脱硫塔内部）的短路引起的，本体短路有两种可能：

（1）有物体将本体内部阴阳极搭接在一起从而造成的短路。

（2）本体内部的95瓷拉杆断裂引起。

故障点判断：先将高频电源的380V主回路电源断开，至塔顶高频电源处将电源与本体连接部分断开，用高压摇表（2 500 MΩ）测量脱硫塔#2 本体是否短路（即测量硫塔内部绝缘电阻值是否为0），经过检测测得#2脱硫塔内部绝缘电阻值为0。

通过塔体内部绝缘电阻值为0，那么可以判断本次的短路故障是由于塔体内部短路引起的。

故障处理方法：

（1）首先打#2 脱硫塔体人孔，检查95 瓷绝缘拉杆情况，经查明四根95 瓷绝缘拉杆断裂一根，因此可以判定此次故障由拉杆断裂直接引起。

（2）将断裂的95 瓷绝缘拉杆更换，更换完毕后必须再摇一次塔体内部绝缘，以确定绝缘完好后才能正常开车运行。

通过本次故障，发现在脱硫塔的95瓷拉杆处放电尤为严重，因为严重放电很容易造成95瓷绝缘拉杆因过度放电而断裂。因此在此次故障后经过检查研究发现造成95瓷拉杆放电的原因。

优化设计改造：因为所采用的是湿式除尘，而湿式除尘的工艺要求，每隔运行一段时间（固定的时间间隔）就要对塔体进行冲洗，所以塔体内部在冲洗完毕后存在湿度的（每冲洗5 min 就要等待干燥时间15 min）。而95 瓷拉杆处由于设计缺陷，会在桶壁存留水汽以及部分烟气所带的小颗粒物质，造成95 瓷拉杆处绝缘降低。但又由于95 瓷拉杆的加热方式是电棒热的加热方式，这种电棒热的加热方式存在温度偏低的问题。因决定将原来的电棒热加热方式改为电炉丝加热配送热风方式加热（即热风系统改造，见表1）。

表1 热风系统改造图表

改造效果：

（1）在很大程度上解决了95 瓷拉杆断裂的现象。

（2）在拉杆处的放电现象也大幅度减少。

（3）热风吹扫加热方式比之前的电棒热加热范围明显增大，温度明显提高，保证了95 瓷拉杆处的干燥度及清洁度。

5.2 案例2

2019年8月16日，西区脱硫#2湿电除尘只能运行在频率500 Hz以下，当运行频率提高到500 Hz以上时，高频电源会出现跳车，而每次跳车后高频电源控制器并未报出任何故障。

故障点判断：首先判定故障点是在本体内部还是在高频电源。

（1）将#2 脱硫塔高频电源与塔体之间的连接线断开。

（2）在断开连接线之后，让湿电除尘的高频电源空载运行。

（3）通过空载运行观察高频电源的运行数据，来判定高频电源是否存在故障。

（4）通过空载试验观察到当频率加到6 000 Hz时，高频电源的二次电压（U2）31 kV，二次电流（I2）1 036 mA（高频电源额定二次电压72 kV，二次电流1 600 mA）。因为是湿式除尘，除尘器内部的湿度很大，很容易导电，导致二次电压在大电流下就很低。

通过空载试验可以判定高频电源是正常工作状态，并无故障存在。

检查塔体故障：

（1）用高压摇表（2 500 MΩ）测量塔体绝缘电阻值，测得绝缘电阻值为20 MΩ，绝缘电阻值在这么低的数值，但又不是完全接地的现象。证明塔内不存在阴阳极板搭接的情况。

（2）经过多方研究决定打开塔体阴极吊杆上方的锥形瓷瓶的人孔，检查四个锥形瓷瓶情况。经检查发现四个锥形瓷瓶有一个出现裂缝，由此可以判定此次故障跟锥形瓷瓶裂有关。

（3）更换开裂的瓷瓶，更换后测量塔体绝缘电阻值，绝缘电阻值合格后将#2 脱硫塔湿电除尘投入运行。

经过检查发现瓷瓶频繁放电的原因是瓷瓶顶端四氟垫片击穿造成塔内烟气泄漏至瓷瓶顶部，当高频电源的二次电压升高到一定的数值时，由于湿度造成的强放电从而击穿瓷瓶并破坏其绝缘。

优化设计改造：检查发现在锥形瓷瓶上下垫的四氟垫片均为实心圆，而锥形瓷瓶是空心的，在瓷瓶与垫片之间的实心部分是很容易存留水汽的，这些水汽很容易造成瓷瓶放电。因此将每台湿电除尘器的锥形瓷瓶上下部的四氟垫片改为空心圆。改造后，瓷瓶放电的故障率明显降低，瓷瓶损坏率也减少了。

6 总结

（1）在整个炼焦系统中，除尘是必不可少的一个环节。而湿电除尘是目前脱硫工艺中解决粉尘颗粒物排放标准的主要除尘方式之一。

（2）湿电除尘器在热回收焦炉尾气处理上首次应用，试验时间较短，其除尘环节中还有很多的问题需要不断发现、研究、探讨及完善。

（3）湿电除尘器在热回收焦炉脱硫系统运行的这段时间来看，在湿电除尘器运行过程中决定除尘效率的一个致命的因素就是放电，经过多次故障发现造成放电的原因有很多，工作难点就在于每发现一个放电原因如何提出合理化建议并实施整改，以增强湿电除尘器的除尘效率。