高频电源在1000MW燃煤机组电除尘器上的应用

王东雷 许家明 李福慧 武刚

摘 要：近年来，由于国家对燃煤电厂超低排放政策的加紧，国内电除尘器电源厂家面临全面升级，各大燃煤电厂已由工频电源时代跨越到了高频电源时代，随着电源行业的高速发展，高频电源已在燃煤电厂电除尘器应用领域占有重要地位，本文通过对铜山华润电力#1机组超低排放电除尘改造工程案例分析，进一步阐述高频电源相比工频电源的技术性优势和高效节能性。

关键词：超低排放；电除尘器；高频电源；除尘效率

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.164

0 引言

目前燃煤电厂工业锅炉大多采用电除尘器收集粉尘，高压整流电源作为除尘器的电源装置对除尘效率有着重要影响，常见的高压整流电源如工频电源，其技术已经接近成熟，除尘效率及节能效果提升空间较小，然而，随着国家相关部门对于节能减排政策的趋严，急需开发一套具有节能和减排的创新性技术，在电子技术高速发展的今天，高频电源应运而生，其逐步投入电厂运行，并以除尘效率高、节能效果好、输出波纹小、占用空间少等优点取代了常规工频电源，高频电源的研发及推广对节能减排有着重要的意义，其可观的经济效益同样得到了市场的认可[1-2]。

1 电除尘及高压电源介绍

1.1 电除尘器原理

电除尘器广泛应用在燃煤电厂，其运行过程可分为烟气电离、粉尘荷电、尘粒在电场库仑力作用下定向移动、尘粒在极板沉积、振打清理极板，电除尘的基本原理概括而言为电除尘利用强电场使气体发生电离，气体中的粉尘荷电在电场力的作用下使气体中的悬浮颗粒分离出来的装置[3-4]。

1.2 工频电源与高频电源的工作原理

传统的工频电源通过可控硅移相控制幅度后，送至变压器升压整流，形成100Hz的脉冲电流送给电除尘器。高频脉冲电源将三相工频电源通过整流形成直流电，再由逆变电路形成交流电，经过变压器升压后形成高频脉动电流送给电除尘器，其工作频率为35kHz-38kHz。

1.3 高频电源的节能原理

电除尘的电能消耗主要是高压电源，这些能耗是保证设备正常运行所必需的，电除尘高压电源一般通过两种途径提高系统节能： 一是提高转换效率，二是减少电场内无效电能。从转换效率角度分析，工频电源的转换效率一般为70%，而高频电源的转换效率可做到90%以上，高频电源相比工频电源节能指标提高了20%；从电场电能角度分析，采用高频电源可大幅增加烟尘的荷电量，减少电场内部的无效电能，降低电除尘器高压电源能耗。

2 EHC-II 型高频电源重点技术

高频电源重点技术主要体现在逆变部分IGBT设计、控制回路设计、散热系统设计、高频变压器设计这几个方面。

2.1 逆变部分IGBT设计

高频电源通过产生高频脉冲来增加烟尘荷电量，而生产过程中经常会有IGBT过流过温等现象，EHC-II型高频电源的IGBT模块和驱动板保护器采用了一体化方案，驱动信号不易受干扰，驱动器直接检测IGBT开关导通过程的压降，保护可靠、时间短。

2.2 控制回路设计

EHC-II型高频电源采用ATMEGA128A系列AVR 8位微处理器作为核心控制器，具有高性能、低功耗、运行可靠等特点，是实现电除尘器综合控制的最佳选择，具体功能如下：

（1）火花闪络自动检测。（2）高精确数据采集及处理。（3）完善的故障保护和报警。（4）多种控制方式：自动运行、变频控制、充电比。（5）工业级通讯性。

2.3 散热系统设计

高频电源的散热设计对能否保持性能稳定、提高工作寿命有着显著的影响，包括变压器内部温升、逆变部分电子元器件的温升等，因此好的散热系统设计决定了高频电源的优劣。

EHC-II型高频散热系统采用整体散热和局部散热。整体散热由独特的风道设计，进风口与出风口都位于设备底部，散热系统结构简单，效果好，同时逆变部分散热系统通过局部散热后直接通过主风道整体散热，整个散热系统的设计提高了设备的稳定性和适应能力。

2.4 高频变压器设计

高频变压器是高频电源的重要组成部分，它的优劣决定了整个系统的稳定性能，因此变压器性能重点体现在如下两个方面。

（1）磁芯的选取。采用超微晶铁芯，具有高磁导通率、低温升、低矫顽磁力Hc以及良好的温度稳定性。

（2）油浸式变压器。将磁芯与绕组浸入变压器油箱里的绝缘油中，具有良好的冷却效果，保证变压器正常运行。

3 铜山华润电力#1机组电除尘器改造工程案例

3.1 改造背景及方案

铜山华润电力有限公司总装机容量2*1000MW， 机组为超超临界燃煤直流炉，锅炉额定蒸发量为2933t/h，配套建设低氮燃烧、SCR脱硝、静电除尘器、石灰石-石膏湿法脱硫装置。#1号机组改造前，烟尘出口浓度在50mg/m3左右，且日常运行期间，能耗较高，不能满足超低排放及经济运行要求，因此，将除尘器的第四电场由常规电场改造为旋转电极电场，同时将原电除尘器工频单相電源（2.0A/72kV/24台）升级为浙江大维高新技术股份有限公司生产的高频电源（2.0A/80kV/24台）。

3.2 电除尘器改造设计参数

4 节能减排性能分析

4.1 改造前后烟尘排放浓度对比

通过对表2的数据进行计算，#1机组除尘器改造后，在各电场高频电源最大出力的状况下，除尘器除尘效率由 99.842%提升到99.935%，在除尘器出口烟尘浓度小于35mg/m3的基础上继续减少了约82.9%。

4.2 运行功耗对比

通过对表3的数据进行计算，#1机组除尘器改造后，按年利用4800小时计算，二电场高频电源采用节能模式运行时年节约电量约为5.4×106kW·h ，在取得环保效益的同时具有明显经济效益。

5 结论与总结

综上，铜山华润电力有限公司#1机组除尘器通过将第四电场由常规电场改造为旋转电极电场，并采用高频电源技术在提高除尘效率的同时实现了超低排放和节能运行，达到了最优控制。面对烟尘排放标准日益提高的今天，传统除尘器遇到了技术瓶颈，而布袋除尘器也尚存在技术和资金障碍，燃煤电厂若能普遍采用高频电源改造，不仅投资小，而且能够实现节能减排，不论从环保效益和经济效益都是最优选择，燃煤电厂电除尘器高频电源改造已成为主流发展趋势。

参考文献：

[1]全国环保产品标准化技术委员会环境保护机械分技术委员会，浙江菲达环保科技股份有限公司.电除尘器[M].北京：中国电力出版社，2011.

[2]朱法华，王临清.煤电超低排放的技术经济与环境效益分析[J].环境保护，2014（21）：25-29.

[3]郦建国，郦祝海，李卫东等.燃煤电厂烟气协同治理技术路线研究[J].中国环保产业，2015（05）：52-56.

[4]唐国山.工业电除尘器应用技术[M].北京：化学工业出版社，2006.

作者简介：王东雷（1984-），男，江苏徐州人，本科，工程师，从事除灰脱硫设备的维护与技术改造工作。