电除尘系统节能技术应用研究

王建朋 李会安 谢小龙

（石家庄良村热电有限公司，河北 石家庄 052165）

0 引言

静电除尘效果好、运行稳定、维护方便，在电厂除尘中应用广泛[1]。但是，静电除尘系统能耗很高，与现在大力倡导的节能减排的要求格格不入。为此，在保证除烟除尘效果的前提下，根据系统的实际情况，合理调整高压电源设备、改进振打系统、智能控制除尘系统工作模式，成为降低能耗、节能减排的有效途径。该文研究了静电除尘系统的系列节能技术，并收集运行数据，对节能降耗进行分析论证，为同类型电厂的静电除尘节能改造提供参考。

1 电除尘系统工作原理

静电除尘系统利用两极之间的直流高压电晕放电进行工作。直流电的正负极连接除尘电场的集尘极和放电极，两极之间通以高压直流电，产生高压电场，达到使空气电离的强度[2]。空气被击穿后，电子、阴阳离子与进入电场的粉尘粒子结合，使粉尘粒子带电。在电场力的作用下，带电粉尘粒子向极性相反的电极运动，在集尘极聚集，进而达到粉尘和气体分离的目的[3]。静电除尘过程可分为气体电离、粉尘带电、荷电粉尘移动、粉尘放电四个阶段。静电除尘的原理如图1所示。电除尘器内有多排保持一定间距、曲率半径相差较大的金属集尘极（阳极板）和放电极（阴极线）[4]，在两极间施加高压直流电，当电压升高至一定值时，空气电离，生成大量高速运动的负离子、正离子和自由电子。含尘气流通过电场空间时，粉尘与自由电子、离子碰撞，实现了粉尘带电。绝大部分粉尘在集尘极处聚集，极少部分粉尘聚集于放电极，通过振打器周期性的拍打将集聚的粉尘清理至集尘斗。

图1 电除尘原理

2 电除尘系统节能技术应用分析

2.1 节能技术

2.1.1 高频电源

高压供电设备是静电除尘系统的动力单元，除尘电场、电晕电流的能量源头均由电源提供。高压供电设备应采用智能控制系统，跟随除尘工艺，随时调整供电的电压、电流参数。高频电源是一种逆变式电源，与传统的高压电源不同，高频电源的能源利用率非常高。据统计，电除尘器换用高频电源可节约20%的电能[5]。高频电源工作原理如图2所示，其供电电流由一系列宽窄不同的脉冲序列组成。三相交流电经过整流桥、滤波器后得到直流高压电，经过逆变器后形成10Hz的高频脉冲直流电，最后通过高频变压器升压，输出高压直流电，为电除尘器供电。

图2 高频电源工作原理图

2.1.2 动态占比供电方式

电除尘过程中，灰尘粒子由中性状态至带电状态的时间为T1，这期间需要放电极发出高能量脉冲，产生极高的场强以及高密度的电晕电流。空气被击穿，电子、气体离子与粉尘粒子结合，完成粉尘带电过程。然后带电粉尘向集尘极运动，到达集尘极。集尘极与大地连接。粉尘在集尘极会逐步放电，重新变为中性状态，这段时间为T2。在T2时间段内，电场不需要持续供给高能量，仅需维持较低能量即可。通过智能控制系统，根据灰尘数量、粒径等特征，调节T1和T2的占比，可以起到良好的节能效果。动态占比供电方式的流程如图3所示。

图3 动态占比供电方式流程

动态占比供电模式还可以有效抑制反电晕现象。当系统进入低能量运行模式时，在T2时间段内，粉尘粒子本身有电阻，集尘极的粉尘堆积层逐渐变厚。此时电场强度较低，电晕电流密度低，电场中尚存在的粉尘颗粒不会向集尘极运动，已经堆积在集尘极的粉尘颗粒可以快速放电，避免放电极处的粉尘与之出现同极相斥的反电晕现象，提高除尘效率。

2.1.3 断电振打技术

对集尘极进行振打清灰也是静电除尘的重要环节。清除灰尘的效果与振打周期、振打速度、振打力度均有关系。现有的振打方式是固定周期的切向振打。系统运行期间，一直保持固定的工作模式不变，确实能满足除尘要求，但也会造成不必要的能源消耗。除尘期间，振打器并不需要持续振打[6]。尤其是带电尘粒向集尘极运动的期间，持续振打可能会起反作用。振打周期过短，集尘极的带电粉尘尚未聚集成形，造成二次飞尘。振打周期过长，则会导致集尘极粉尘堆积严重，导致电场强度减弱，清尘效果下降。

为此，振打器也应一并纳入智能供电控制系统。在振打器运行期间，将振打信号输出至高压控制柜的控制器。控制器检测到需要的振打信号后，系统根据内部设定的频率，在带电粒子运动期间控制输出断电振打信号，振打器在断电振打模式下工作。在该模式下，控制器改变运行模式和运行参数，减小内部电场电压和二次电流，甚至停止供电。此模式结束后，控制器自动恢复到正常的振打模式。这样，粉尘在电场里受到电场力较小，极板表面粉尘不易堆积，可以保证内部振打效果和清灰效果，并可有效减少电能消耗。

2.1.4 火花跟踪控制与混合抑制

产生高能量电场之后，极间的电压如果继续升高，在超过某一特定值时，放电极会产生瞬时的火花闪络。这些火花闪络到达除尘极，会产生火花放电。火花放电对系统的使用寿命和除尘效果危害较大。为此必须控制火花放电。火花发生前夕，二次电流骤然下降，而二次电压值会急剧升高[7]。因此，把二次电流和二次电压作为检测依据，通过设定合适的阈值，即可实现动态跟踪检测。

同时，首电场采用全波供电，中电场采用2∶2双半波供电方式，后电场采用2∶4双半波供电方式。为了抑制反电晕，通常不加闭锁时间，只在持续的三个半波都检测出火花时加入短暂的闭锁时间，保证阴极板和阳极板之间呈阻断状态，使系统恢复正常。而且，中电场2∶2采用双半波供电方式，一半时间不消耗电能。后电场采用2∶4双半波供电方式，三分之二的时间不消耗电能。这种供电方式本身也可降低能耗。

2.2 节能运行数据分析

该文应用节能技术对电厂现有的14套静电除尘器进行改造后，统计了9月份的相关运行数据，得到了30天的一次电流平均值、一次电压平均值和集尘功率平均值，见表1。同时，查阅资料得到节能改造前的同期运行数据，做相同整理后见表2。

表1 节能改造后的静电除尘器运行数据

表2 节能改造前的静电除尘器运行数据

从表1和表2中的数据可以看出，应用节能技术后，各电除尘的一次电流都明显降低，集尘功率数据的下降趋势也非常明显，说明节能改造行之有效，确实起到了节能降耗的效果。

为了便于对比分析，该文将节能改造前、后的一次电流、一次电压和集尘功率绘制成对比曲线，如图4、图5和图6所示，可以直观地反映节能效果。

图4 节能改造前/后的一次电流对比曲线

由图4可以看出，节能技术改造后的一次电流数值下降明显，其中，编号为E5的电除尘器一次电流值下降幅度最大，达到了39%。编号为E13的电除尘器的一次电流数值降幅最小，但也达到了12.9%。从一次电流参数角度来看，节能降耗的效果十分显著。。

由图5可以看出，节能改造前后，静电除尘系统的一次电压稳定在220V左右，比之前更稳定。改造前的一次电压为205V～245V，改造后的一次电压为215V～225V，电压波动范围变窄，可以有效提高静电除尘设备的使用寿命，减少故障。

图5 节能改造前/后的一次电压对比曲线

由图6可以看出，节能技术改造后的集尘功率数值也有明显下降，其中，编号为E8的电除尘器的集尘功率下降幅度最大，由19.2kW下降到11.5kW，降幅达到了40.1%。编号为E1的电除尘器的集尘功率下降幅度最小，为15.6%。整体来看，节能技术的应用行之有效。将节能效益相关的数据进行统计整理，结果见表3。

图6 节能改造前/后的集尘功率对比曲线

通过表3可以得出，经过节能改造后，整个电厂的静电除尘耗能由305.7万kW·h降为216.8万kW·h，全年可节约电能889140kW·h，可节约电费大约64.46万元，节能比率为29.1%，节能效果显著。

表3 节能效益对照表

3 结语

静电除尘系统节能降耗十分必要。该文在保证除尘效率的情况下，运用了换装高频电源、火花跟踪控制、反电晕抑制、断电振打、智能供电控制等节能技术，对电厂现有的电除尘设备进行了节能改造，并收集运行数据对节能降耗效果进行了验证。数据表明，节能技术行之有效，对降低电除尘系统的能耗效果明显，系统平均功率降低了29%，全年可节约电能889140kW·h，可节约电费约64.5万元，相关经验可为同类型电厂的静电除尘节能改造提供参考。