电除尘器高频电源的提效节能应用

陈 颖，郭 俊，毛春华，卢 刚

(福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000)

电除尘器高频电源的提效节能应用

陈 颖，郭 俊，毛春华，卢 刚

(福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000)

对电除尘器高频电源的基本结构、技术性能特点作了简要介绍，阐述了高频电源的提效节能原理，提供了具体应用实例作为佐证，并推荐了适合高频电源应用的场合。

高频电源;提效节能;电除尘器;应用场合

随着国家排放标准的趋严，以及节能减排国策的施行，大气粉尘污染治理应用行业也出现了新的特点。提高除尘效率，降低能耗，成为用户新的需求。电除尘器高频电源的推广普及，为此开辟了一条新的道路。

国内电除尘行业研究开发国产化高频电源已有多年时间，并已形成了系列化产品，目前已投运的高频电源近千台套，产品遍布全国三十几个省市，并出口越南、印度等国。经过多年的摸索总结，业内对高频电源在除尘提效和系统节能上取得了较多的应用经验。

1 高频电源基本结构（见图1）

图1 高频电源结构

如图1所示，三相交流输入整流为直流电源，经全桥逆变为高频交流，随后升压整流输出直流高压。高频电源工作频率可达40kHz，主要包括三个部分：变换器、变压器、控制器。其中全桥变换器实现直流到高频交流的转换，高频变压器/高频整流器实现升压整流输出，为ESP提供电源。

高频电源采用三相输入，且对电网无污染，无缺相损耗，为绿色环保电源。高频电源为多级变换，电磁兼容性好。

2 高频电源与常规电源的技术指标、应用性能对比（见表1、表2）

表1 高频电源与工频电源技术指标对比

表2 应用性能对比（以工频电源为基准）（单位：%）

3 高频电源提效原理及应用案例

3.1 高频电源提效原理

高频电源可有效提高除尘效率，通常能有效降低排放30%以上，甚至高达70%。高频电源提高除尘效率的主要因素有：

（1）高频电源工况适应性强，能给除尘器提供接近纯直流到脉动幅度很大的各种电压波形，针对各种特定的工况，可以提供最合适的电压波形，从而提高除尘效率。

高频电源纯直流供电输出波形近似一条直线的输出电压，提高电除尘运行的平均电压和平均电流，适用于中等比电阻以及高浓度的烟气工况。纯直流供电波形如图2所示。

图2 纯直流供电二次电压波形

由电除尘理论可知，带电粒子在电场中的驱进速度越大，电除尘器效率越高。驱进速度与电场强度的平方成正比，电场强度与电场内施加的电压成正比，因此在一般情况下，电场的运行电压越高，电除尘器的效率就越高。

如图3所示，高频电源纯直流供电时，输出直流电压比工频电源平均电压高约30%，因为工频电源峰值电压在电除尘器电场中触发火花，显著地限制了加在电极上的平均电压。而高频电源谐振频率为30k～40kHz，与常规的工频电源相比，高频电源纹波系数小于3%，在直流供电时它的二次电压波形几乎为一条直线，提供了几乎无波动的直流输出，这使得静电除尘器能够以次火花发生点电压运行，从而提高了电除尘器的供电电压和电流，增大了电晕功率的输入，提高了电除尘器的效率。

图3 高频电源与常规电源供电输出对比

当电除尘器入口含尘浓度太大时，第一电场电流通常很小，提高电流十分困难，这种现象称为电晕闭塞。在这种情况下，选择高频电源安装于前电场，可以很轻松地将电晕电流提高一倍，有效解决电晕闭塞的问题。

高频电源间歇供电时，Pon（电源开启）、Poff（电源关闭）的时间任意可调，具有更窄的脉冲宽度、更宽的脉冲频率选择范围、更陡峭的电压上升率，其目的是减轻反电晕的发生，从而提高收尘效率。在高比电阻粉尘工况条件下，当激发反电晕控制功能后，设备根据反电晕严重程度自动进入间歇脉冲供电状态并寻找、跟踪最佳的脉冲宽度和脉冲频度，以获得最佳的除尘效果。毫无疑问，应用间歇脉冲供电可大量节能。间歇供电波形如图4所示。

图4 间歇供电二次电压波形

（2）高频电源火花检测与控制采用全新硬件检测，对各种火花检测特别可靠，对微弱火花也捕捉无遗，设计良好的串并联混和谐振逆变器有很好的恒流特性，可以有效抑制电流的大幅波动和电场火花的电流冲击，可以迅速熄灭火花并且快速恢复电场能量。这样，电场能够获得必要的电晕功率，并能适应负载的大范围变化。

断电振打与减功率振打功能进一步提高了高频电源的除尘效率。高频电源设备与上位机构成智能控制系统，具有远程软启动、软停机功能，实现远程监控管理。设备具有短路保护、开路保护、过流保护、超温保护等功能，可在工况恶劣的现场环境中使用。

近年来，由于国内煤价波动较大、煤源紧张，使得不少电厂无法按原设计煤种或校核煤种采购，实际使用煤种变化大，造成其煤种的灰分、比电阻等参数与提供给电除尘厂家的设计值差异较大，实际进入电除尘器的粉尘浓度大大增加，使设备严重超负荷运行，从而造成排放超标现象时有发生。而高频电源由于能更好地适应电除尘器入口粉尘浓度增大及比电阻变化大的情况，因而能有效解决电晕封闭和克服反电晕现象，使除尘器效率得到保证。

3.2 高频电源与工频电源运行参数现场对比实测

河南三门峡华阳发电有限责任公司2#炉，原配双室三电场卧式电除尘器，于2007年底改造成最新研究设计制造的2BES271/2-4型电除尘器。该除尘器为双列双室四电场，第一电场采用4台高频电源供电，设备容量为0.8A/72kV，除尘器设计处理烟气量为107.75×104m3/h，电场平均烟气流速1.11m/s。进口烟尘浓度高于30g/m3。该项目要求在锅炉燃用设计煤种时，电除尘器设计效率≥99.86%。

该项目改造完毕后，于2008年3月由河南电力试验研究院进行了电除尘器效率测试，对其中B除尘器右室一电场分别采用高频电源（0.8A/72kV）和工频电源（0.8A/72kV）进行对比测试，试验数据及计算结果见表3。

表3 2＃炉电除尘器效率测试及供电电源运行参数测试结果

由表3可以看出，A电除尘器平均除尘效率为99.875%，B电除尘器平均除尘效率为99.876%。A、B电除尘器除尘效率均达到设计保证值（99.86%）的要求。B电除尘器只采用一台高频电源和一台工频电源测试，电除尘器除尘效率为99.802%，而采用两台高频电源的除尘器的除尘效率为99.876%，粉尘排放降低37.3%，说明电除尘器一电场采用高频电源能增大电场荷电强度，减轻后电场的负荷，有利于电除尘器效率的提高。

3.3 “黄金组合”方案及其应用实例

综合考虑除尘原理、本体结构、电源选型、设备容量等因素，前电场选用高频电源，后电场选用机电多复式双区结构构成了当下电除尘器的一个重要推荐方案，由于其优越的性价比，冠以“黄金组合”方案之称。众所周知，一台电除尘器应用性能如何，首、末电场的性能是极为重要的。除尘效率随总集尘面积呈指数规律变化，前电场对收尘量贡献最大，除尘效率通常为80%左右，收集了大部分的粉尘颗粒，且其颗粒较粗；末电场对于提高捕捉高比电阻粉尘、细微粉尘的能力，防止二次扬尘，满足低排放要求是极为关键的。高频和双区的组合在于可充分发挥各自的优势，达到高效、节能的要求。

陕西渭河电厂5＃炉，装机容量300MW，原改造方案为前面加一个电场，改造后除尘效率方可达到要求。但是若在前面增加一个电场，就要增加基础、输灰系统，而旧电除尘器原来内部的极板、极线没有更新，用户也不是很满意。于是改造方案调整为：不增加电场，一到三电场内部全部掏空，采用BE结构，机电多复式双区技术，一电场配置高频电源，采用波形线和断电振打等新技术，设计效率为99.66%，实测效率为99.73%。

设备改造后现已运行超过半年，总体效果不错，浊度值下降至10%以内，达到改造目的，该厂6＃炉也按照该方案实施改造成功，再次验证了“黄金组合”方案的优越性。

4 高频电源的节能原理及节能降耗特点

4.1 高频电源固有节能特点

高频电源功率因数高、效率高，固有节能约20%，节电指标明显。实验表明，高频电源在纯直流供电方式下，即使在70%的额定输出功率下运行时，设备功率因数与效率也维持基本不变，而工频电源随着输出功率的下降，功率因数与效率会明显下降。高频电源在额定负载下比常规工频电源节能约20%，在非额定输出时节能的比例更大。在通常情况下，除尘电源都没有满负荷输出，高频电源节能效果显著。

2008年3月，河南电力试验研究院对三门峡华阳发电有限责任公司2#炉电除尘器进行效率测试的同时，进行了高频电源节能对比测试。测试数据如表4所示。

表4 B除尘器右室一电场采用高频电源和工频电源对比测试结果

高频输出功率为49.5kW，工频输出功率42kW，如果工频电源也为49.5kW输出功率时，假定其功率因数与效率不变，可以折算出工频电源输入功率为49.5/42×71.23=83.95kVA。折算后节能为27.27kVA，节能比为32.5%。

由实测可以看出，单台高频电源对单台工频电源的节能比为32.5%，节能效果可观。

4.2 系统节能

高频电源在前电场提高除尘效率，可为整台除尘器的节能提供空间。前电场除尘效率提高后，可减轻后电场的负担，对于后电场而言，相当于锅炉机组降低负荷，这种节能空间是极为可观的。在许多工况条件下，在有IPC智能控制系统时，IPC可以在保证除尘效率的前提下，自动实现组合供电，可促进电除尘电源系统节能达50%以上，在某些反电晕特征明显的工况下，电除尘器电源系统节能甚至可达90%以上。

如内蒙古上都电厂2#炉（600MW）电除尘器的节能改造，除尘器为双列双室，每室各有五个电场，其中一至三电场采用左右分区供电。每个室一电场高压供电设备由GGAj02k-1.2A/66kV二套更换为高频电源GGYAj-1.0A/72kV二套。

一电场采用高频电源后，对比一电场的收尘曲线，收尘量有一定提高，后电场负担降低较为明显。改造调试完成后，由华北电科院对电除尘器进行测试。从开始投运以来，电除尘器的日耗电量由5.4万～5.5万kW•h下降至2.4万kW•h，节电率达到了56%以上。原出口烟气粉尘浓度为100mg/m3左右，改造完成后出口烟气粉尘浓度实测为53mg/m3，真正达到了提效节能。

5 高频电源推荐应用场合

高频电源主要有三类典型应用情况：1）采用“黄金组合”方式，即高频电源用于第一电场，最后一个电场采用机电多复式双区结构电除尘器；2）纯高频电源改造，主要是用于旧电除尘器提效改造，即在本体不做改造的情况下用高频电源替代前电场工频电源，整个改造周期短，工作量小，改造后除尘效率将会有较大的提高；3）高频电源作为电除尘器全通道配用，强化了前电场荷电效果和后电场捕捉细微粉尘的能力，在提高除尘效率的同时实现大幅节能的目的。从现场实际运行及除尘器测试情况看，上述三种典型应用情况都是成功的。

在以下几种使用条件下，电除尘方案规格选型时应优先考虑配套应用高频电源：前电场入口浓度＞30g/m3（20g/m3以上也可用），前电场烟气流速＞1.1m/s，后级电场粉尘比电阻＞1011Ω·cm，以及配套BEH高效节能除尘器。

6 结语

综上所述，电除尘器高频电源经历了多年的现场应用，无论是新建还是改造项目，从小机组到30万、60万kW以上的中大机组，其高效可靠性均得到了验证，节能降耗指标显著，具有较高的性价比，符合国家节能减排方向。高频电源技术成熟，有广泛的拓展空间。

Industrial Applications of Energy-saving and Efficiency-improving from High Frequency Power Supply of Electrical Precipitator

CHEN Ying, GUO Jun, MAO Chun-hua, LU Gang
(Fujian Longking Co., Ltd., Longyan Fujian 364000, China)

This article briefly introduces the basic configuration and technical performance of high frequency power supply of electrical precipitator, expatiates the principle of energy-saving and efficiency-improving with some application examples. Furthermore, this article recommends the main suitable application for high frequency power supply.

high frequency power supply; energy-saving and efficiency-improving; electrical precipitator; application

TB535+.1

A

1006-5377（2010）12-0028-04