电除尘器供电电源的优选分析

方项林，苏江峰，陈儒稼

（国投金城冶金有限责任公司，河南灵宝472500）

国投金城冶金有限责任公司（以下简称国投金城冶金）铜冶炼采用的是富氧底吹造锍捕金自热熔炼技术，熔炼炉所产生的高温高含尘烟气经熔炼余热锅炉、静电除尘器、干法收砷装置处理后，送入制酸净化工序稀酸洗涤净化，经二转二吸制酸工艺生产工业硫酸，制酸尾气脱硫达标后排放[1]。该冶炼技术在熔炼系统产生的烟气具有温度高、粉尘含量大、成分复杂的特点，且由于烟气中三氧化硫含量较大，产出的烟尘易出现发黏发潮的情况[2]。在处理火法有色冶炼产生的高温含尘烟气时，通常会采用电除尘器及布袋除尘器来过滤高温烟气中的烟尘。电除尘器是利用高压电场产生的静电力对烟气中的粉尘进行捕集进而除去的装置，是净化熔炼炉烟气的理想设备，但铜冶炼烟气中的烟尘易粘附在电除尘器电场内的阳极板及阴极芒刺线上，对供电电源的送电效果造成影响，影响收尘效率。

高频高压直流电源和工频恒流高压直流电源二者各具优势，广泛应用于烟尘处理系统的电除尘器，国投金城冶金在新建电除尘器的Ⅰ电场尝试使用高频高压直流电源，在Ⅱ～Ⅳ电场使用工频恒流高压直流电源。笔者结合公司熔炼收尘系统电除尘器的实际运行情况，对不同供电电源在铜冶炼烟气条件下的送电效果及收尘效率进行了分析，为铜冶炼系统电除尘器供电电源的选择提供借鉴。

1 电除尘器常用供电电源

1.1 高频高压直流电源

高频高压直流电源普遍采用LC串联谐振拓扑结构，具有恒流特性，闪络时主电路不产生大幅冲击电流，设备稳定性好，有利于除尘器在复杂工况下高效可靠运行，已逐步成为市场主流产品。高频电源具有纯直流供电和间歇供电两种供电方式，可为电除尘器提供最合适的电压波形，从而提高除尘效率[3]。

1.2 工频恒流高压直流电源

工频恒流高压直流电源由变压器柜、功率柜、控制柜三部分组成。三相高压电经高压开关柜进入，经输入降压、移相给功率单元柜内的功率单元供电。功率单元分为3组，一组为一相，每相功率单元的输出首尾相串。主控制柜中的控制单元通过光纤对功率柜中的每一功率单元进行整流、逆变控制与检测，根据实际需要通过操作界面进行频率的给定。控制单元把控制信息发送到功率单元进行相应的整流、逆变调整，输出满足负荷需求的电压等级。

2 电除尘器供电电源的选择优化

2.1 高频高压直流电源的应用情况

电除尘器电场的二次电压及二次电流的高低直接反映电场工作情况的好坏。国投金城冶金熔炼电除尘器原Ⅰ电场变压器采用型号为ZHG-0.8A/72 kV的高频高压直流电源，在空试阶段二次电压在30～40 kV；在系统开车期间烟气流通的过程中，二次电压只能送到20 kV以下；在调大导通率后，二次电压出现大幅度波动情况，以致二次电流过大，PLC控制柜报故障。对Ⅰ电场内部及电场绝缘情况进行检查，初步判断电场电压偏低是由阳极板变形导致阴阳极的极间距发生改变造成的。更换电场内部的阳极板及阴极框，在保证电场绝缘的情况下，使用高频高压直流电源送电运行，送电情况仍不理想。运行状况较好时，二次电压能稳定在35～40 kV，但随着系统运行时间的延长，二次电压会逐步下降[4]。

2.2 工频恒流高压直流电源的应用效果

2.2.1 电除尘器电场二次电压

2021年6 月，电除尘器Ⅰ电场采用高频高压直流电源，Ⅱ～Ⅳ电场采用工频恒流高压直流电源，Ⅰ电场的二次电压为18 kV（月度平均值，下同），整体低于工频恒流高压直流电源的二次电压。

2021年10 月在熔炼系统检修期间，对各电场内部的积灰进行清理，对绝缘装置检查更换，但Ⅰ电场的电压送电情况仍未改善。为减少电尘灰后移，保证前段电场的收尘效率，将Ⅰ电场的高频高压直流电源与Ⅳ电场的工频恒流高压直流电源对调，Ⅰ电场的送电情况明显改善，二次电压由18 kV提高至70 kV以上，而Ⅳ电场的二次电压由58 kV降低至21 kV。由此判断，高频高压直流电源在熔炼炉产生的高温高含尘烟气工况下较工频恒流高压直流电源送电情况差。

2021年11 月，将电除尘器的高频高压直流电源全部更换为工频恒流高压直流电源，Ⅳ电场的二次电压由使用高频高压直流电源时的21 kV升高至83 kV，送电情况明显好转，收尘效率明显升高。

电除尘器各电场二次电压的运行数据见表1。

表1 电除尘器电场二次电压运行数据

由表1可见，电除尘器使用工频恒流高压直流电源作供电电源，在保障电场绝缘的情况下，各电场的二次电压均可稳定在50 kV以上，电场收尘效率较好。

2.2.2 制酸系统净化工序酸泥产量

2021年6 月，电除尘器Ⅰ电场采用高频高压直流电源作供电电源，电场收尘效率低下，大量烟尘后移进入后续工序。在制酸系统净化工序，板框压滤机拆卸频繁，每天需拆卸板框1～2次，2021年6月2—6日净化工序酸泥产生量达12 t，据此推断电除尘器出口的烟气中尘(ρ)高达1.25 g/m3。

2021年11 月，电除尘器4个电场全部采用工频恒流高压直流电源作供电电源，电场收尘效率明显升高，进入后续工序的烟尘明显减少。2021年11月7—11日制酸系统净化工序的板框压滤机仅拆卸1次，产生酸泥1.5 t，据此推断电除尘器出口的烟气中尘 (ρ)仅为 0.16 g/m3，低于控制指标 0.2 g/m3。

3 高频高压直流电源与工频恒流高压直流电源应用对比

国投金城冶金富氧底吹炉配套的100 m2电除尘器和烟台某铜冶炼公司富氧底吹炉配套的100 m2电除尘器、侧吹炉配套的80 m2电除尘器供电电源应用情况见表2～3。

表2 国投金城冶金电除尘器供电电源应用情况

由表2和表3的数据分析可以得出，在铜冶炼烟气的处理过程中，电除尘器的电场采用高频高压直流电源送电的二次电流与二次电压均明显低于采用工频恒流高压直流电源。

表3 烟台某铜冶炼公司电除尘器供电电源应用情况

从生产现场情况来看，使用高频高压直流电源的电除尘器电场的烟尘产量明显偏低，收尘效果较差。因此，在铜冶炼烟气处理系统中，建议优先选用工频恒流高压直流电源作为电除尘器的供电电源。

4 结语

有色冶炼企业应根据冶炼系统的烟气条件及烟尘性质选择电除尘器电场的供电电源。生产运行实践表明，工频恒流高压直流电源的运行稳定性好，能够保障铜冶炼烟气处理系统电除尘器电场稳定运行，有利于提高收尘效率，进一步提高企业的环境效益和经济效益。