高频电源在超低排放改造中的应用

朱力军

【摘 要】为起到国家环保政策的要求，发电厂超低排放改造势在必行。除尘改造作为实现烟尘排放达标的必由之路，采用了高频电源改造的方式提高除尘效率。文章针对高频电源在发电厂超低排放改造中的应用做详细的介绍。

【关键词】超低排放；除尘；改造；高频电源

【中图分类号】X773 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）04-0153-02

0 引言

广西投资集团来宾电厂A区2台300 MW机组于2007年投产，目前的烟气排放满足国家环境保护部与国家质量监督检验检疫总局联合发布的《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223—2011）中广西地区的烟气排放标准限值。

近年来全国各地都出现了严重的雾霾，政府和环保部门出台了堪称“史上最严”的环保政策，要求各火力发电厂采取措施进行污染治理。根据国家的各项环保要求，考虑环保指标优者优先上网发电的国家节能减排政策，在综合考虑了电厂的实际情况后，拟对来宾电厂A区2台机组进行烟气超低排放改造，改造目标为达到燃机排放标准，包括标态下的烟尘浓度（干基）要求小于10 mg/m3（6%O2）。

来宾电厂本次超低排放改造采用脱硝改造+空预器固定式密封改造+增设烟气冷却器+低低温电除尘改造+脱硫协同除尘改造+烟气再热器改的措施，其中除尘改造负责实现降低烟尘浓度。

1 除尘改造技术措施

来宾电厂每台锅炉安装有2台双室四电场静电除尘器，设计烟气量为871 023 m3/h，除尘器保证效率>99.77%，除尘器出口浓度设计为100 mg/Nm3。为了使烟囱出口烟尘浓度不大于10 mg/Nm3，需要控制电除尘器出口粉尘浓度<20 mg/Nm3，经过脱硫系统协同除尘增容改造后的烟囱出口粉尘满足<10 mg/Nm3的排放要求。

烟尘控制协同除尘是在对现有电除尘器进行高频电源改造或其他节能改造的同时，在电除尘器前加装烟气余热回收利用装置，将烟气温度由135 ℃左右降到烟气酸露点温度以下（约90 ℃），使得电除尘器成为低低温电除尘器。此时，烟尘表面可吸附被冷凝成硫酸雾的大部分SO3，不仅可以大幅降低系统的最终烟尘排放浓度，还可以解决湿法脱硫后可能形成的酸腐蚀问题。

根据《燃煤电厂除尘技术路线指导意见》（中电联研究〔2013〕473号），当原电除尘器出口烟尘浓度值<50 mg/Nm3，除尘器出口烟囱浓度控制值为30 mg/Nm3时，电除尘器改造可选择低低温电除尘技术+新型高频电源改造的技术措施。本文主要针对高频电源在本次超低排放改造中的应用做详细的介绍。

2 高頻电源原理及优点

来宾电厂现有的电除尘器采用工频可控硅电源，采用高频电源替换现有的工频电源能显著地提升现有除尘器的除尘效率，在国内多个除尘改造项目中得到应用。

2.1 高频电源的原理

高频电源采用现代电力电子技术，先将三相交流输入经过三相整流转变为直流电源，再经过逆变成为高频交流电，最后整流输出直流高压。逆变器实现从直流到高频交流的转换，高频变压器和高频整流器实现了升压整流输出，为静电除尘器提供电源[1]。

2.2 高频电源的优点

与工频电源相比，高频电源具有以下优点：？譹？訛工频电源的功率因素一般不超过0.7，电能转换效率仅有70%，电能无法得到充分利用；高频电源的功率因素大于0.9，电能转换效率超过90%，节能优势明显。？譺？訛工频电源采用两相输入，第三相为空载，存在着严重的缺相损耗，电除尘器选用的电源规格越大，不平衡问题就越严重；高频电源采用三相电源平衡输入，不存在缺相损耗。？譻？訛高频电源可增大电晕功率，从而增加了电场内粉尘的荷电能力。高频电源在纯直流供电方式时，电压波动小（一般在1%左右，而工频电压波动>30%），电晕电压高（可达到工频电源二次电压的130%），电晕电流大（峰值电流是工频电源二次电流的200%）。？譼？訛火花控制特性好，仅需很短时间（<25μs，而工频电源需10 ms）即可检测到火花发生并立刻关闭供电脉冲，因此火花能量很小，电场恢复快（仅需工频电源恢复时间的20%），大幅度减少了无效的空气电离。？譽？訛高频电源采用集成一体化结构，体积更小、重量更轻，可直接安装在电除尘器顶部，节省配电室空间，节省大部分信号电缆和控制电缆，减少安装费用[2]。

（6）高频电源控制系统可采用常规PLC控制，组态界面友好，有利于纳入电厂辅助车间控制网络统一监控，而工频电源一般采用单片机控制，很难实现与电厂辅网的通信，需要设置单独的上位机进行监控。

3 高频电源改造方案

3.1 改造方案

针对现有电除尘器的状况，高频电源的改造须在停炉后进行。停炉前应进行包括设备制造厂完成的电除尘器高频电源设备制造并运输至现场，周期约30 d，现场设备改造及电除尘器本体恢复性大修工期约30 d。改造方案是将原一、二、三、四电场的工频电源更换为高频电源，具体包括以下方面。

（1）配电柜改造：把布置在电除尘配电间一、二、三、四电场的原高压控制柜改造成高频电源配电柜，也可以考虑直接用全新的机柜替换，同时增加必要的刀闸及母排。

（2）电除尘顶部改造。？譹？訛拆除原一、二、三、四电场的硅整流变压器，在每台硅整流变压器的位置安装一套高频电源，其中电源的控制柜和变压器为一体化设计，户外防护措施必须到位。在高频电源生产制造时，尽可能按照现有隔离开关接口的尺寸制作输出母线外壳接口，最大限度地利用现有高压隔离开关柜。？譺？訛高频电源和脉冲电源的底座视现场实际情况确定是否需要更改。？譻？訛在每台高频电源旁安装一只高频配电箱，用于高频电源供电。？譼？訛在每台除尘器顶部安装一只高频电源通信箱，通信箱的电源由现有低压控制柜提供。

（3）电缆敷设。根据需要敷设各设备之间的电源电缆、通信电缆及控制电缆。

（4）控制系统改造。原高压控制设备采用单片机控制， 低压控制设备采用PLC控制，改造后高频电源和低压控制设备均采用PLC控制。改造时设置全新的上位机，对新增高频电源和原有低压控制设备统一组态，以实现对高频电源和原有电压控制设备的控制，并将高频电源控制系统通信到全厂辅助车间控制网络，在辅助车间控制网络操作员站实现对电除尘系统的监控。

（5）调试。为保证改造后达到排放要求，在设备安装改造结束后必须进行调试，现场进行性能检测，并根据检测结果调整设备的运行参数，直至电源设备处于最佳的运行状态。

（6）本体内容。保证电除尘器除尘效率的基础是除尘器本体，仅进行高频电源改造的方式很难满足当前的环保排放要求，只有同步进行电除尘器本体恢复性大修及深度清洗，才能实现改造所期望达到的目标。

（7）变压器容量。改造后除尘器的最大运行负荷较改造前没有增大，原电除尘PC段1 600 kVA的变压器容量可满足改造后的运行要求，不需要进行改造。

3.2 高频电源主要技术参数

输入电压：三相电压380 V±10%。输入电压频率：50 Hz±2%。额定直流输出电压：80 kV，电压调节范围：0～100%。额定直流输出电流：200～2 400 mA，输出电流调节范围：0～100%。电能转换效率≥93%，功率因数>92%（额定负载条件）。变压器油温升≤40 ℃。

以上技术参数将在设备招标后确定。

3.3 节能降耗分析

电除尘器的电能消耗主要是高压电源，低压控制设备电耗所占份额相对较小。此外，设备正常运行时高压电源必须投入，降耗空间很小。高压电源运行的电能消耗又主要取决于锅炉负荷、烟尘特性、高压硅整流控制器的控制方式和参数设定等[3]。在保证除尘效率前提下，可通过下述方法实现节电：？譹？訛高频电源转换效率上的节电。？譺？訛高频电源输出平均电压比工频高节电。？譻？訛高频电源可以自由地输出频率为40 kHz的窄脉冲，组合成丰富的充电比供电波形，且三相平衡，为节能控制提供最佳的供电方式。？譼？訛节能控制器采用優化的控制特性和斜率节能模式。？譽？訛节能控制器的充电比供电模式。

通过节能降耗优化策略，电源由原先工频电源改为高频电源+脉冲电源后，在同等运行条件下，节能预计可达35%以上。

4 结语

来宾电厂A区2台300 MW机组已运行超过10年，为满足国家的环保要求，进行超低排放改造势在必行。除尘改造作为实现烟尘排放达标的必由之路，采用高频电源替换常规的工频电源是一个提升除尘效率的好方法。电除尘器前设置低低温省煤器的同时进行高频电源改造，改造后运行满足烟尘出口<30 mg/m3，配套脱硫协同除尘可满足烟尘超低排放标准（烟尘浓度<10 mg/m3）。

本工程烟气超低排放改造可行性研究报告已收口，技术方案已确定，具体的实施工作正在有序进行中。本文的作用在于抛砖引玉，为同类工程实施高频电源改造提供参考及借鉴。

参 考 文 献

[1]姚凌飞，何立刚，陈崇荣.高频电源在静电除尘器上的应用分析[J].电力设备，2015（4）.

[2]汤翔.电除尘器电源系统选型探讨[J].电子世界，2013（19）.

[3]张滨渭，祁君田，林心光.燃煤电厂电除尘器节电技术研究[J].电力设备，2007（8）.

[责任编辑：陈泽琦]