电除尘器高频电源改造

彭洪亮

（广州华润热电有限公司，广东广州 511458）

1 概述

随着GB13223-2011《火电厂大气污染排放标准》执行期限的来临，燃煤电厂的电除尘器提效迫在眉睫。电除尘高频电源技术成熟可靠，在国内很多电除尘器上得到应用，收到了显著的提效、节能效果，已被列入《2012年度国家鼓励发展的环境保护技术目录》。2012年5月，华润电力控股运营部组织召开的锅炉、汽机技术研讨会上也将电除尘高频电源技术改造列为推荐项目[1]。目前新建电厂设计多采用高频电源和常规工频电源组合的方式，也有些新建电厂全部使用高频电源。面对环保压力，很多火电厂选择了电除尘器的高频电源改造。以下就高频电源改造的一些问题浅谈个人看法。

2 高频电源的特点

2.1 电场电压高，加强粉尘荷电

电除尘用高频高压整流设备（简称高频电源）经过AC-DC-AC-DC变换出频率高达20 kHz的高频直流电源，高频电源不受正弦半波“暂下降”现象影响，二次电压谷值与峰值基本相等，不会出现峰值电压击穿电场、谷值电压拉低平均电压的情况，故向电场输出的二次电压（平均值）比常规T/R工频电源高15%～50%，二次电流比常规工频电源大1.5～2倍。更高的二次电压可有效加强前电场的粉尘荷电，提高收尘效率。

2.2 电场电压高，粉尘收集速度快

由于带电粒子（粉尘）的迁移速率＜离子（带电的气体分子）的迁移速率＜电子的迁移速率，当粉尘浓度过高后会形成大量的空间电荷，降低电晕电流，甚至出现“电晕封闭”，影响除尘效率。克服这种现象最好的办法，就是提高荷电粉尘的驱进速度，减少空间电荷数量，而驱进速度与电场强度的峰值和平均值的乘积成正比，所以电除尘器高压电控设备需要提供更高的二次电流和二次电压。而现在运行中的常规T/R工频电源由于受到正弦半波的“暂下降”现象影响（见图2），二次电压平均值一般会低于二次电压峰值75%，同时防止二次电压峰值达到电场击穿电压后电场产生火花闪络，实际运行时还需降低二次电压运行，因此进一步降低了二次电压平均值，降低了电场强度，使得除尘效率难以提高。高频电源能有效提高粉尘驱进速度，从而提升除尘效率[2]。

2.3 火花闪络少

高频电源对火花闪络的检测、关断和恢复精确、迅速。常规电源火花检测周期10 ms，火花处理全过程约80～100 ms，高频电源火花检测周期仅为25，火花处理过程用时20～50 ms，大大减少了火花闪络时的能量损失。

2.4 功率因数高

相比与传统的工频电源，高频电源功率因数高（≥0.95），电能转换效率高（≥93%），而功率因数高也会降低除尘变的损耗，有节能效果。

图1 高频电源与常规T/R工频电源原理比较

3 根据具体情况实施高频电源改造

图2 高频电源与常规T/R工频电源输出电压比较

电除尘器提效节能的改造技术很多，高频电源改造是其中一种，并非所有电厂都适用。很多老电厂的电除尘器电控设备已运行了近10年，电除尘器高、低压控制柜内的电子设备已严重老化，需要整体更换，建议此时全部电场进行高频电源改造，在大幅提升除尘效率的同时，电除尘器的耗电量也能显著下降。

有些电厂运行了5、6年，电除尘器设计的除尘效率不能满足新国标的要求，为达到环保新标准的要求，也可对部分电场进行高频电源改造。此时，为确保除尘效率，节能效果可能并不显著，甚至有电厂出现改造后电除尘耗电量更高的情况。

有些电厂燃烧煤种与设计煤种相去甚远，粉尘比电阻很高，除尘效率达不到设计值，可以考虑对部分电场进行高频电源改造。高频电源的供电电流由一系列窄脉冲构成，其脉冲幅度、宽度及频率均可以调整，可以给电除尘器提供各种电压波形，控制方式灵活，因而可以根据电除尘器的工况提供最合适的电压波形。间歇供电时，可有效抑制反电晕现象，特别适用于高比电阻粉尘工况[3]。

一些新投运的电厂，电除尘器效率较高，耗电量较低，不需要进行高频电源改造，毕竟改造的费用很高。如果电除尘出口烟尘含量已经能够控制低于35 mg/Nm3，此时进行高频电源改造也难以再降低烟尘含量，建议从其他方面采取措施来达到环保新要求。如果此时将高频电源改造作为一项节能技改项目实施，则应全面分析计算节能改造的投资回收周期是否可行。

总之，使用高频电源能有效提高除尘效率，也有节能空间，但节能和提效是矛盾的，应根据实际情况提出高频电源改造的预期目标。此外，高频电源改造的提效效果跟电除尘器本体也有很大关系。

实际上，使用优化后的常规工频电源，耗电量并不高，只是大部分电厂一些老的控制器或控制软件没有节能功能，或具备的节能功能未合理使用（如间歇供电），且运行人员不根据负荷情况和煤质情况来及时调整电场运行参数，导致常规工频电源的除尘效率和节能效果都较差。

4 节能改造投资回报

随着高频电源技术的发展，高频电源改造的费用也在迅速下降。目前一套国产72kV/1.2A的高频电源装置改造费用在12-15万元，一台300 MW燃煤机组的一、二电场高频电源改造（共8套）费用约110万元左右（包括安装调试），通常18天时间内可以完成。高频电源改造应以提效为主，以节能为辅。

高频电源改造时需考虑改造哪几个电场能使投资回报率较优。因为电除尘的一、二电场收集了90%以上的灰尘，一、二电场的耗电量较高，在第一、二电场采用高频电源供电，除尘效率提高了，还能显著节能。而三、四电场随着粉尘浓度的大大降低，需要的荷电功率也同比下降，三、四电场可采用间隔供电方式减少供电功率，从而在保证除尘效率的同时节约电能。三、四电场的耗电量较一、二电场低很多，高频电源改造的节能空间也有限。所以通常进行电除尘器一、二电场的高频电源改造。

一些老电厂因为电除尘电控设备已到使用年限，需整体更换，应考虑将全部电场都改高频电源。此外，因为电除尘器本体设计不足，也需要全部电场改高频电源，以提高除尘效率。

5 高频电源改造的其他问题

为提高除尘效率，电除尘器控制系统基本上都有断电振打的功能，即某个电场振打时，暂不输出高压，这样振打效果更好，有利于粉尘落下，但一些电厂未使用这一功能。进行高频电源改造时，为提高除尘效率，通常要将电除尘低压控制柜配合改造，以便同上位机控制系统兼容，实现断电振打。

由于电除尘出口的浊度信号准确度和可靠性都较差，不能用来作为电除尘电场参数调节的依据，为了达到较好的节能效果，高频电源改造时，新的上位机控制系统都需要接入机组负荷信号（或给煤量信号），按照机组负荷来调节高频电源的运行参数，以便低负荷时节能[4]。

如果高频电源改造是作为节能改造项目进行的，则如何考核是否达到节能目标需要认真考虑。在考核节能效果时，应在不同工况下测量电除尘入口和出口的粉尘含量，在规定的除尘效率下来比较节能效果。有以下几种考核办法：

（1）比较改造前后单个电场的功率，这种方法直观，但不能全面反应出节能效果，且电场参数变化较大，不同的煤种和负荷参数相差较大，不方便比较；

（2）比较改造前后单个电场的耗电量，通常需要在高压柜加装电表，增加了改造的成本，由于电场参数变化较大，且波形畸变，电量计量的误差较大，不能全面反应出节能效果；

3）比较整台炉电除尘器的耗电量，通常以除尘变高侧综保装置计量的电量为准。这种方法可以按不同负荷、不同煤种来分析比较，可操作性好。

6 结语

总的来说，作为电厂响应环保策略的改造技术之一，电除尘器被广泛运用在火力发电厂中。在电厂可持续发展的要求下，为了达到高效的除尘效率和更低的耗能，应针对高频电源的特点和电厂的实际情况，以节能环保为基本目标，采取各种新技术对高频电源实施改造。相信在未来，还能克服存在的众多问题，进一步提高电除尘器的除尘效率，大幅度降低耗能，实现电厂的可持续发展。

［1］张德继.330 MW机组锅炉电除尘高频电源改造效果分析［J］.电力安全技术，2014，16（10）：35-37.

［2］高峰.浅析1000MW火力发电机组粉尘减排措施中电除尘器高频电源改造［J］.中国新技术新产品，2014（12）：78-79.

［3］李欣航.火电厂电除尘器高频电源改造的优势及应用［J］.科学与财富，2014（12）：143-144.

［4］刘宏伟.机组不停机条件下的电除尘器高频电源改造［J］.华北电力技术，2015（2）：45-49.