王東雷 許家明 李?；? 武剛

摘 要：近年來(lái)，由于國(guó)家對(duì)燃煤電廠超低排放政策的加緊，國(guó)內(nèi)電除塵器電源廠家面臨全面升級(jí)，各大燃煤電廠已由工頻電源時(shí)代跨越到了高頻電源時(shí)代，隨著電源行業(yè)的高速發(fā)展，高頻電源已在燃煤電廠電除塵器應(yīng)用領(lǐng)域占有重要地位，本文通過(guò)對(duì)銅山華潤(rùn)電力#1機(jī)組超低排放電除塵改造工程案例分析，進(jìn)一步闡述高頻電源相比工頻電源的技術(shù)性優(yōu)勢(shì)和高效節(jié)能性。

關(guān)鍵詞：超低排放；電除塵器；高頻電源；除塵效率

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

0 引言

目前燃煤電廠工業(yè)鍋爐大多采用電除塵器收集粉塵，高壓整流電源作為除塵器的電源裝置對(duì)除塵效率有著重要影響，常見(jiàn)的高壓整流電源如工頻電源，其技術(shù)已經(jīng)接近成熟，除塵效率及節(jié)能效果提升空間較小，然而，隨著國(guó)家相關(guān)部門對(duì)于節(jié)能減排政策的趨嚴(yán)，急需開(kāi)發(fā)一套具有節(jié)能和減排的創(chuàng)新性技術(shù)，在電子技術(shù)高速發(fā)展的今天，高頻電源應(yīng)運(yùn)而生，其逐步投入電廠運(yùn)行，并以除塵效率高、節(jié)能效果好、輸出波紋小、占用空間少等優(yōu)點(diǎn)取代了常規(guī)工頻電源，高頻電源的研發(fā)及推廣對(duì)節(jié)能減排有著重要的意義，其可觀的經(jīng)濟(jì)效益同樣得到了市場(chǎng)的認(rèn)可[1-2]。

1 電除塵及高壓電源介紹

1.1 電除塵器原理

電除塵器廣泛應(yīng)用在燃煤電廠，其運(yùn)行過(guò)程可分為煙氣電離、粉塵荷電、塵粒在電場(chǎng)庫(kù)侖力作用下定向移動(dòng)、塵粒在極板沉積、振打清理極板，電除塵的基本原理概括而言為電除塵利用強(qiáng)電場(chǎng)使氣體發(fā)生電離，氣體中的粉塵荷電在電場(chǎng)力的作用下使氣體中的懸浮顆粒分離出來(lái)的裝置[3-4]。

1.2 工頻電源與高頻電源的工作原理

傳統(tǒng)的工頻電源通過(guò)可控硅移相控制幅度后，送至變壓器升壓整流，形成100Hz的脈沖電流送給電除塵器。高頻脈沖電源將三相工頻電源通過(guò)整流形成直流電，再由逆變電路形成交流電，經(jīng)過(guò)變壓器升壓后形成高頻脈動(dòng)電流送給電除塵器，其工作頻率為35kHz-38kHz。

1.3 高頻電源的節(jié)能原理

電除塵的電能消耗主要是高壓電源，這些能耗是保證設(shè)備正常運(yùn)行所必需的，電除塵高壓電源一般通過(guò)兩種途徑提高系統(tǒng)節(jié)能： 一是提高轉(zhuǎn)換效率，二是減少電場(chǎng)內(nèi)無(wú)效電能。從轉(zhuǎn)換效率角度分析，工頻電源的轉(zhuǎn)換效率一般為70%，而高頻電源的轉(zhuǎn)換效率可做到90%以上，高頻電源相比工頻電源節(jié)能指標(biāo)提高了20%；從電場(chǎng)電能角度分析，采用高頻電源可大幅增加煙塵的荷電量，減少電場(chǎng)內(nèi)部的無(wú)效電能，降低電除塵器高壓電源能耗。

2 EHC-II 型高頻電源重點(diǎn)技術(shù)

高頻電源重點(diǎn)技術(shù)主要體現(xiàn)在逆變部分IGBT設(shè)計(jì)、控制回路設(shè)計(jì)、散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)、高頻變壓器設(shè)計(jì)這幾個(gè)方面。

2.1 逆變部分IGBT設(shè)計(jì)

高頻電源通過(guò)產(chǎn)生高頻脈沖來(lái)增加煙塵荷電量，而生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)有IGBT過(guò)流過(guò)溫等現(xiàn)象，EHC-II型高頻電源的IGBT模塊和驅(qū)動(dòng)板保護(hù)器采用了一體化方案，驅(qū)動(dòng)信號(hào)不易受干擾，驅(qū)動(dòng)器直接檢測(cè)IGBT開(kāi)關(guān)導(dǎo)通過(guò)程的壓降，保護(hù)可靠、時(shí)間短。

2.2 控制回路設(shè)計(jì)

EHC-II型高頻電源采用ATMEGA128A系列AVR 8位微處理器作為核心控制器，具有高性能、低功耗、運(yùn)行可靠等特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)電除塵器綜合控制的最佳選擇，具體功能如下：

（1）火花閃絡(luò)自動(dòng)檢測(cè)。（2）高精確數(shù)據(jù)采集及處理。（3）完善的故障保護(hù)和報(bào)警。（4）多種控制方式：自動(dòng)運(yùn)行、變頻控制、充電比。（5）工業(yè)級(jí)通訊性。

2.3 散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高頻電源的散熱設(shè)計(jì)對(duì)能否保持性能穩(wěn)定、提高工作壽命有著顯著的影響，包括變壓器內(nèi)部溫升、逆變部分電子元器件的溫升等，因此好的散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)決定了高頻電源的優(yōu)劣。

EHC-II型高頻散熱系統(tǒng)采用整體散熱和局部散熱。整體散熱由獨(dú)特的風(fēng)道設(shè)計(jì)，進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口都位于設(shè)備底部，散熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效果好，同時(shí)逆變部分散熱系統(tǒng)通過(guò)局部散熱后直接通過(guò)主風(fēng)道整體散熱，整個(gè)散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和適應(yīng)能力。

2.4 高頻變壓器設(shè)計(jì)

高頻變壓器是高頻電源的重要組成部分，它的優(yōu)劣決定了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，因此變壓器性能重點(diǎn)體現(xiàn)在如下兩個(gè)方面。

（1）磁芯的選取。采用超微晶鐵芯，具有高磁導(dǎo)通率、低溫升、低矯頑磁力Hc以及良好的溫度穩(wěn)定性。

（2）油浸式變壓器。將磁芯與繞組浸入變壓器油箱里的絕緣油中，具有良好的冷卻效果，保證變壓器正常運(yùn)行。

3 銅山華潤(rùn)電力#1機(jī)組電除塵器改造工程案例

3.1 改造背景及方案

銅山華潤(rùn)電力有限公司總裝機(jī)容量2*1000MW， 機(jī)組為超超臨界燃煤直流爐，鍋爐額定蒸發(fā)量為2933t/h，配套建設(shè)低氮燃燒、SCR脫硝、靜電除塵器、石灰石-石膏濕法脫硫裝置。#1號(hào)機(jī)組改造前，煙塵出口濃度在50mg/m3左右，且日常運(yùn)行期間，能耗較高，不能滿足超低排放及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求，因此，將除塵器的第四電場(chǎng)由常規(guī)電場(chǎng)改造為旋轉(zhuǎn)電極電場(chǎng)，同時(shí)將原電除塵器工頻單相電源（2.0A/72kV/24臺(tái)）升級(jí)為浙江大維高新技術(shù)股份有限公司生產(chǎn)的高頻電源（2.0A/80kV/24臺(tái)）。

3.2 電除塵器改造設(shè)計(jì)參數(shù)

4 節(jié)能減排性能分析

4.1 改造前后煙塵排放濃度對(duì)比

通過(guò)對(duì)表2的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，#1機(jī)組除塵器改造后，在各電場(chǎng)高頻電源最大出力的狀況下，除塵器除塵效率由 99.842%提升到99.935%，在除塵器出口煙塵濃度小于35mg/m3的基礎(chǔ)上繼續(xù)減少了約82.9%。

4.2 運(yùn)行功耗對(duì)比

通過(guò)對(duì)表3的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，#1機(jī)組除塵器改造后，按年利用4800小時(shí)計(jì)算，二電場(chǎng)高頻電源采用節(jié)能模式運(yùn)行時(shí)年節(jié)約電量約為5.4×106kW·h ，在取得環(huán)保效益的同時(shí)具有明顯經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)論與總結(jié)

綜上，銅山華潤(rùn)電力有限公司#1機(jī)組除塵器通過(guò)將第四電場(chǎng)由常規(guī)電場(chǎng)改造為旋轉(zhuǎn)電極電場(chǎng)，并采用高頻電源技術(shù)在提高除塵效率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了超低排放和節(jié)能運(yùn)行，達(dá)到了最優(yōu)控制。面對(duì)煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)日益提高的今天，傳統(tǒng)除塵器遇到了技術(shù)瓶頸，而布袋除塵器也尚存在技術(shù)和資金障礙，燃煤電廠若能普遍采用高頻電源改造，不僅投資小，而且能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排，不論從環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益都是最優(yōu)選擇，燃煤電廠電除塵器高頻電源改造已成為主流發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：王東雷（1984-），男，江蘇徐州人，本科，工程師，從事除灰脫硫設(shè)備的維護(hù)與技術(shù)改造工作。