电除尘高压脉冲电源技术探讨

潘 云，刘星辰

(国电科学技术研究院，江苏南京210031)

电除尘高压脉冲电源技术探讨

潘 云，刘星辰

(国电科学技术研究院，江苏南京210031)

随着我国环保标准的越来越严，燃煤电厂“近零排放”已成为当下热议的话题，对粉尘的排放提出了更严格的要求。为了实现“近零排放”目标，满足终端除尘装置入口对粉尘低浓度的要求，对电除尘进行提效改造成为关键一环。介绍了一种用于静电除尘器的高压脉冲电源，分析了脉冲电源基本原理、供电特性，列举了相关脉冲电源工程改造实例，为电除尘器提效改造提供很好的改造思路。

电除尘;近零排放;高频电源;脉冲电源;趋进速度

0 引言

目前，在国内外工业烟尘治理领域尤其是电力行业，电除尘技术一直占据着主导地位，从20世纪80年代至本世纪初，环保领域电除尘器所使用的高压供电电源基本上都是采用输入为两相的可控硅工频相控电源T/R。在我国由于早期烟尘排放要求不严，电除尘比集尘面积相对于国外普遍偏小、加之煤种不稳定，造成电除尘器除尘效率偏低［1］。虽然随着环保要求的不断从严、挖掘电除尘潜能，提高除尘效率的研究从未停止，如除尘电源由单项工频电源改造为高频电源，高频开关电源能提供了几乎无波动的直流输出，这使得静电除尘器能够以火花发生点电压运行，高频开关电源提高了静电除尘器的供电电压和电流，对于细且低比电阻的粉尘，电除尘器排放浓度显著降低［2］。但是，随着“近零排放”要求的提出，对采用电除尘技术的燃煤电厂，对电除尘出口的烟尘排放提出了更高要求。

本文介绍的脉冲电源，它独特的电路原理、高效的输出波形，能够提供更高的电场电压，增加粉尘荷电强度，更好的捕捉高比电阻粉尘，这对需要实现“近零排放”要求的燃煤电厂的电除尘提效改造，提供了参考和借鉴价值。

1 脉冲电源原理

脉冲高压电源以窄脉冲(120μS及以下)电压波形输出为基本工作方式，其主要目的是在不降低或提高除尘器运行峰值电压的情况下，通过改变脉冲重复频率调节电晕电流，以抑制反电晕的发生，使电除尘器在收集高比电阻粉尘时有更高的收尘效率。目前，常见的脉冲供电装置有三种类型:

(1)脉冲高压电源装置使用火花间隙产生脉冲。这种方法虽则装置简单费用较低，然而要求有高精度的维护水平。其脉冲宽度在μS量级或更窄，工作峰值电压比常规电源提高较显著，但目前功率容量相对较小。

(2)采用贮能式原理，由贮能电容、脉冲变压器漏抗以及电除尘器电容组成串联振荡电路产生脉冲，在脉冲期间未被电除尘器耗用的脉冲能量通过反馈二极管回送到贮能电容贮存起来，以供下一个脉冲使用，因此具有显著的节能优点。上述两种装置都常常设有独立的变压整流器来产生基础直流电压，在此基础上叠加高压脉冲。

(3)多脉冲供电装置。这种装置的特点是基础直流电压和叠加的脉冲都取自同一个特殊的变压整流器，所产生的脉冲是每闻隔3～100ms发出50～100μS宽的短脉冲群。其运行原理是连接在高压变压器后的电容器被充电，电能通过晶体管链经电感传送到除尘器形成振荡电路。此电能在其基本部分消耗在电除尘器中之前是来回振荡的，每一次振荡产生的脉冲是由许多脉冲组成的短脉冲群。

本文主要介绍第二种类型脉冲电源，基础直流电压可采用工频电源、高频电源等来提供，其电压一般在40kV～60kV，脉冲源的电压脉冲高达80～100 kV，叠加合成后，在瞬间形成一个高达140kV的高压脉冲供给电除尘器电场，其峰值电压远高于电除尘器在使用常规电源供电时的击穿电压［3］。图1为脉冲电源工作拓扑图，图2为常规电源与脉冲电源的电压波形比较。表1为脉冲电源主要参数。

图1 脉冲电源工作拓扑图

图2 常规电源与脉冲电源的电压波形比较

2 脉冲电源特点

2.1 提高除尘效率

脉冲供电对电除尘器的除尘效率通常可由驱进速度的改善系数来评估，其定义是电除尘器用新的供电方式与用常规直流供电时驱进速度之比。

表1 脉冲电源主要技术参数

式中:ω为粉尘驱进速度;P为电场的介电常数;Ep为收尘极的电场强度;Ec为荷电电场强度;a为尘粒半径;μ为气体粘度。

其中Ep对应电场平均电压，Ec对应电场峰值电压在其他条件不变的情况下，可得ω∝Up。

由于电场形成闪络需要一定的时间，而脉冲供电电压是在很短的时间(μS级)内在电极上施加快速上升的脉冲，提高了电场击穿电压，使粉尘粒子驱进速度增大，从而提高电除尘器的除尘效率［4－5］。

2.2 克服反电晕

传统供电为连续供电方式，反复充电电荷累计的结果使粉尘层维持在较高电压;脉冲电源充电周期短，且粉尘层上的电荷有足够的放电时间，从而使粉尘层上不易积累电荷，有效克服反电晕现象［6］。图3为传统供电方式下除尘示意图，图4为脉冲供电方式下除尘示意。

粉尘粒子驱进速度ω的概念性表达式:

图3 传统供电方式下除尘示意

图4 脉冲供电方式下除尘示意

2.3 针对PM2.5及超细粉尘

粉尘粒子荷电，按其机理分为电场荷电和扩散荷电两类。对于直径大于0.5μm的颗粒，电场荷电占主导地位;粒径介于0.2～0.5μm的颗粒，两种荷电过程都是主要的;对于直径小于0.2μm的颗粒，扩散荷电是颗粒荷电的主要途径。研究发现，基础直流电压对超细粉尘的去除效率较低，在加上脉冲电压后超细粉尘的去除效率明显增加，且除尘效率随着脉冲电压的电压等级的增大而升高［7－9］。

3 脉冲电源应用情况

近两年脉冲电源技术得到快速发展，根据脉冲电源除尘特点及电场粉尘分布特性，通常将脉冲电源布置于电除尘末级电场，来解决高比电阻粉尘及反电晕现象。通过与常规电源进行对比分析表明，脉冲电源在电除尘低浓度情况下除尘效率提效依然明显，脉冲电源在工程上的应用实例证明了这一点。如某1000MW机组原电除尘器四个电场均为高频电源，出口粉尘浓度33.2mg/m3;改造后三、四电场均为脉冲电源，出口粉尘浓度22.4mg/m3，除尘效率提高33%。某330MW机组电除尘器五个电场均为高频电源，出口粉尘浓度25.2mg/m3，后四、五电场改造为脉冲电源，出口粉尘浓度16.4mg/m3，除尘效率提高35%。另一330MW机组原电除尘五个电场均为高频电源，后将三四五电场改为脉冲电源，出口粉尘浓度由28.22mg/m31降至6.36mg/m3，除尘效率提高42%。

即使原电除尘出口在30mg/m3左右的低浓度情况下，将电除尘后面2/3个电场更换为脉冲电源后，除尘效率也能提高约30%～45%。同时每台脉冲电源能耗约18kW，也具有良好节能效果。上述数据均是在机组工况基本相同，高频电源运行稳定的情况下测试所得。脉冲电源工作时瞬时输出电压可达120～140kV，瞬时输出电流可达200～300A。

4 结语

(1)应对环保标准的不断提高，脉冲电源改造相对于除尘器扩容、电袋改造等方案，改造难度小、工期短、成本低，同时可以实现不停机改造，必将成为今后除尘提效改造中的首选方案。

(2)脉冲电源以其特有供电特性，在解决高比电阻粉尘、提高除尘效率方面已被业内人士所公认。但由于脉冲电源对元器件要求较高，目前核心元器件主要为进口，造成国内脉冲电源成本较高。相信随着技术水平的不断发展、核心元器件的国产化，脉冲电源必将成为今后电除尘高压整流电源的主流。

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［11］王瀚晔，顾山.600MW机组除尘器提效改造［J］.电力科技与环保，2014，30(5):45－46.

Discussion on high voltage pulse power technical of ESP

As the requirement of environmental protection is more and more severe，“near zero emissions”coal－fired power plant has become the current hot topic，and puts forward more strict requirements on dust emissions.In order to achieve“near zero emissions”，meet the terminal dust removal device entry requirements for low concentration of dust，tinkering with the electric lift effect become a key link.In this paper，a high voltage pulse power supply for electrostatic precipitator，analyzes the characteristics of basic principle of pulse power supply，power supply，lists the relevant pulse power engineering examples，the reconstruction of for electrical precipitator efficiency to provide a good idea.

ESP;ultra－low emissions;high frequency power;pulse power;hasten to speed

X701.2

B

1674－8069(2016)04－035－03

2016-01-26;

2016-02-19

潘云(1981-)，男，江苏南京人，工程硕士，工程师，从事火电厂电力环保咨询及设计工作。E－mail:panyun_1981@163.com