电控节能技术在电除尘器上的应用

郭鹏飞 福建龙净环保股份有限公司

电除尘器电控节能系统主要针对高能耗的电除尘器而设计，电除尘器主要通过直流负高压将电场内的空气电离，从而达到使粉尘荷电并最终被收尘极捕集的目的。一般情况下电除尘器收尘面积都比较大，相对应需要的高压电源数量也较多，同时辅助电场工作的加热系统、振打系统等也需要占用较大的能耗，一直以来电除尘器都是生产线上的耗电大户。因此，电除尘器也存在较大的电控节能潜力可挖，电除尘器电控节能系统正是基于此背景开发并应用于实体工程中。

1 电除尘器的设计能耗

以常规265㎡电除尘器为例，其设计负荷中高压电源系统负荷为1840kVA，电加热系统负荷为564kW，振打系统负荷为78kW，照明系统负荷为24kW，检修电源负荷为67kVA，系统总负荷为2506kVA（不计检修电源）。从电气负荷分布可以看出，265㎡电除尘器的设计总负荷高达2506kVA，实际运行符合按设计的65%计算，每天约需耗电39093.6kWh；主要耗电单元为高压电源系统和电加热系统，占总负荷的95.93%。

2 节能方向

高压电源系统和电加热系统为电除尘器的主要高能耗系统，节能也应重点针对这2个系统进行。

2.1 高压电源系统

高压电源系统主要有高压整流变压器、高压隔离开关及高压控制柜组成，其中高压控制柜为高压电源系统的核心控制单元。高压控制柜通过智能控制器控制高压整流变压器的输出电压和输出电流，并接收反馈信号，根据反馈信号做出相应的闭环调节。智能控制器具备多种控制模式，如火花跟踪模式、最高平均电压模式、恒火花率模式、临界少火花模式及各种比例的间歇供电模式，可以应对不同工况条件下的运行需要。但在实际使用过程中往往需要人为地去判断实际运行工况并调整运行模式及输出功率，要求运行人员有较高的专业素质，可实际运行过程中基本上不具备人为实时调整的条件，造成电除尘器长时间运行在不合理的模式或功率下，能耗高的同时也不利于保证除尘效率。

2.2 电加热系统

电加热系统可分为绝缘子电加热系统和灰斗电加热系统，均长时间处于工作状态，能耗也不容忽视。绝缘子电加热系统主要作用为保证绝缘部件表面不出现因结露而导致的爬电击穿等问题，在电除尘器开机前要提前投入运行，主要控制模式为温度区间控制，保证绝缘子处于露点温度以上。灰斗加热系统主要作用为保证灰斗内部的集灰不会因为快速冷却而板结，当灰斗内部存在集灰时，加热器工作可以有效保证集灰的温度；当灰斗内部没有集灰时，加热的温度无法有效保持，加热所产生的热量会被烟气带走，属于无效能耗。

2.3 小结

从以上高压电源系统及电加热系统工作原理可以发现，如果能实现工作模式及参数智能跟随工况变化而做出相应调整，则可以有效降低能耗，同时还能提交除尘器整体运行效率，达到保效降耗，甚至增效降耗。

3 节能措施

为实现高压电源系统参数跟随工况实时智能调整，首先需要对电除尘器运行工况有一个准确的判断和识别，通过采集生产的负荷信号、排放数据信号及烟气温度等信号，同时对电场运行的伏安曲线进行识别，判断出工况特性的实时变化；其次通过电压、斜率、拐点等因素进行分析计算，建立电除尘器工况特性分析数学模型，开发分析工具软件。分析结果通过量化指数反馈给电控节能系统，系统智能匹配运行模式、自动调解运行参数，以达到最佳能效运行模式。以反电晕工况为例，工况特性用反电晕指数或常电晕指数来量化表现，以识别电场反电晕发生与否、程度严重与否。反电晕指数量化定义如表1所示。

表1 反电晕指数量化定义

反电晕指数越高，表示反电晕程度越严重，此时高压电源输出电流高，电压低，电场集尘能力差，能耗高；指数低，表示反电晕程度低或者无反电晕，此时高压电源输出电压高、电流低，电场集尘能力好、能耗低。电除尘器的正常电晕指数小于20时，即为无反电晕工况，通过伏安特性曲线可以看出该工况下，高压电源输出电压随电流的增大而增大，而在反电晕工况下，二次电压到一定程度后，随着电流的增大基本不再增长，甚至出现降低的情况，此时如果一味增加运行电流，不仅无法提高集尘效率，反而会增加大量的能耗。从反电晕工况与常规工况的能耗、排放关系来看，反电晕工况下，一味地增大高压电源输出功率，不仅提高了能耗，集尘效率反而降低了，即大量的能耗起了反作用。

高压电源系统自带的间歇供电工作模式可以有效应对反电晕工况，不仅可以有效提高电场集尘效率，又可以大幅降低电场运行能耗。为此，在节能系统内集成反电晕自动跟踪控制运行模式（见图1），根据电晕指数的实时数据，自动调节最佳的间歇比，寻找最佳的运行电压。

图1 自动跟踪控制运行模

通过分析得出的反电晕指数自动匹配间歇供电的脉冲占空比，通过调节脉冲占空比来匹配电场的最佳输出功率。当智能控制器接收到命令（或定时时间到）时，首先进入寻找最佳运行方式阶段，同时调节电流极限使输出平均电压最大；其次在最高电压的区间范围内，调整最佳的匹配电流，降低无效能耗，并按匹配的运行方式运行。如果反电晕指数变化幅度超过设定数值或运行时间超过设定的运行周期，则再次进入寻找最佳运行方式阶段。两个过程周而复始，重复不断，就进入了反电晕的实时自动跟踪控制的过程。根据实际应用案例测试数据，该模式下高压电源节能率可达50%以上。

电加热系统工作原理为根据设定的温度上限及温度下限进行控制，当PLC检测到测量温度低于温度下限时，发出信号启动加热回路进行加热，当PLC检测到测量温度已达到温度上限时，发出信号停止加热回路，如此反复工作。这种控制模式往往存在温度运行区间较宽的问题，如果温度上限设定较高，电加热系统会一直处于工作状态，能耗居高不下。根据电加热系统的主要作用，只要保证绝缘子工作范围温度不低于露点和灰斗内集灰温度保持一定的温度，不出现板结现象即可。为此，节能系统内增加了运行温度控制模式，电加热系统通过设定的运行温度进行恒温控制，即电加热器在运行温度±5℃范围内进行启停控制，缩小了控制幅度，正常运行烟气温度能够满足运行温度时，电加热系统可一直处于停止状态即可满足设备运行需求。上限温度及下限温度不再参与控制，只起报警提醒的功能。这样既满足了设备运行需求，又有效避免了无效温度区间的能耗损失。同时，灰斗加热控制与料位连锁，当灰斗内无集灰时停止电加热系统，当集灰达到设定料位时，电加热系统投入运行。

4 应用实例

采用电控节能技术对某钢厂烧结机头电除尘器进行节能改造，该电除尘器为双室四电场电除尘器，高压电源采用八台1.6A/80kV的高频电源，功率1300kVA，实际运行过程中电除尘器后电场存在明显的反电晕现象，运行二次电压不高，二次电流较高，电场集尘功率高，与集尘效率不成正比。低压系统总功率538.04kW，采用常规PLC系统控制，未采用传统的温度区间控制。通过统计改造前后30d的运行数据及能耗数据发现采用电控节能系统后，通过智能识别电除尘器工况并自动调整运行模式和参数，电场运行二次电流明显降低，二次电压没有降低甚至略有升高，有效应对了反电晕工况下的高能耗问题，通过30d的数据对比计算，改造后电除尘器平均能耗从21211kWh/d降到13440kWh/d，节能率达到36.64%，如果按工业用电单价1元/kWh，每年运行300d计，一年节能约可创收233.13万元，节能降耗效果显著。

5 结语

本文所论述的电除尘器电控节能系统在不改变现有设备配置的基础上，对原有控制系统进行改进、优化，使电除尘器具备智能化控制的能力，为节能降耗创造了条件。经过实际应用证明，该方式有效可行，数据表明使用电控节能系统，节能率可达30%以上，在投入不高的情况下可以快速回本并创造效益，为电除尘器的节能改造及相关产品的设计研发提供了思路。