王建朋 李會(huì)安 謝小龍

（石家莊良村熱電有限公司，河北 石家莊 052165）

0 引言

靜電除塵效果好、運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)方便，在電廠除塵中應(yīng)用廣泛[1]。但是，靜電除塵系統(tǒng)能耗很高，與現(xiàn)在大力倡導(dǎo)的節(jié)能減排的要求格格不入。為此，在保證除煙除塵效果的前提下，根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況，合理調(diào)整高壓電源設(shè)備、改進(jìn)振打系統(tǒng)、智能控制除塵系統(tǒng)工作模式，成為降低能耗、節(jié)能減排的有效途徑。該文研究了靜電除塵系統(tǒng)的系列節(jié)能技術(shù)，并收集運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)節(jié)能降耗進(jìn)行分析論證，為同類型電廠的靜電除塵節(jié)能改造提供參考。

1 電除塵系統(tǒng)工作原理

靜電除塵系統(tǒng)利用兩極之間的直流高壓電暈放電進(jìn)行工作。直流電的正負(fù)極連接除塵電場(chǎng)的集塵極和放電極，兩極之間通以高壓直流電，產(chǎn)生高壓電場(chǎng)，達(dá)到使空氣電離的強(qiáng)度[2]?？諝獗粨舸┖?，電子、陰陽(yáng)離子與進(jìn)入電場(chǎng)的粉塵粒子結(jié)合，使粉塵粒子帶電。在電場(chǎng)力的作用下，帶電粉塵粒子向極性相反的電極運(yùn)動(dòng)，在集塵極聚集，進(jìn)而達(dá)到粉塵和氣體分離的目的[3]。靜電除塵過程可分為氣體電離、粉塵帶電、荷電粉塵移動(dòng)、粉塵放電四個(gè)階段。靜電除塵的原理如圖1所示。電除塵器內(nèi)有多排保持一定間距、曲率半徑相差較大的金屬集塵極（陽(yáng)極板）和放電極（陰極線）[4]，在兩極間施加高壓直流電，當(dāng)電壓升高至一定值時(shí)，空氣電離，生成大量高速運(yùn)動(dòng)的負(fù)離子、正離子和自由電子。含塵氣流通過電場(chǎng)空間時(shí)，粉塵與自由電子、離子碰撞，實(shí)現(xiàn)了粉塵帶電。絕大部分粉塵在集塵極處聚集，極少部分粉塵聚集于放電極，通過振打器周期性的拍打?qū)⒓鄣姆蹓m清理至集塵斗。

圖1 電除塵原理

2 電除塵系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用分析

2.1 節(jié)能技術(shù)

2.1.1 高頻電源

高壓供電設(shè)備是靜電除塵系統(tǒng)的動(dòng)力單元，除塵電場(chǎng)、電暈電流的能量源頭均由電源提供。高壓供電設(shè)備應(yīng)采用智能控制系統(tǒng)，跟隨除塵工藝，隨時(shí)調(diào)整供電的電壓、電流參數(shù)。高頻電源是一種逆變式電源，與傳統(tǒng)的高壓電源不同，高頻電源的能源利用率非常高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電除塵器換用高頻電源可節(jié)約20%的電能[5]。高頻電源工作原理如圖2所示，其供電電流由一系列寬窄不同的脈沖序列組成。三相交流電經(jīng)過整流橋、濾波器后得到直流高壓電，經(jīng)過逆變器后形成10Hz的高頻脈沖直流電，最后通過高頻變壓器升壓，輸出高壓直流電，為電除塵器供電。

圖2 高頻電源工作原理圖

2.1.2 動(dòng)態(tài)占比供電方式

電除塵過程中，灰塵粒子由中性狀態(tài)至帶電狀態(tài)的時(shí)間為T1，這期間需要放電極發(fā)出高能量脈沖，產(chǎn)生極高的場(chǎng)強(qiáng)以及高密度的電暈電流?？諝獗粨舸?，電子、氣體離子與粉塵粒子結(jié)合，完成粉塵帶電過程。然后帶電粉塵向集塵極運(yùn)動(dòng)，到達(dá)集塵極。集塵極與大地連接。粉塵在集塵極會(huì)逐步放電，重新變?yōu)橹行誀顟B(tài)，這段時(shí)間為T2。在T2時(shí)間段內(nèi)，電場(chǎng)不需要持續(xù)供給高能量，僅需維持較低能量即可。通過智能控制系統(tǒng)，根據(jù)灰塵數(shù)量、粒徑等特征，調(diào)節(jié)T1和T2的占比，可以起到良好的節(jié)能效果。動(dòng)態(tài)占比供電方式的流程如圖3所示。

圖3 動(dòng)態(tài)占比供電方式流程

動(dòng)態(tài)占比供電模式還可以有效抑制反電暈現(xiàn)象。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入低能量運(yùn)行模式時(shí)，在T2時(shí)間段內(nèi)，粉塵粒子本身有電阻，集塵極的粉塵堆積層逐漸變厚。此時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度較低，電暈電流密度低，電場(chǎng)中尚存在的粉塵顆粒不會(huì)向集塵極運(yùn)動(dòng)，已經(jīng)堆積在集塵極的粉塵顆?？梢钥焖俜烹?，避免放電極處的粉塵與之出現(xiàn)同極相斥的反電暈現(xiàn)象，提高除塵效率。

2.1.3 斷電振打技術(shù)

對(duì)集塵極進(jìn)行振打清灰也是靜電除塵的重要環(huán)節(jié)。清除灰塵的效果與振打周期、振打速度、振打力度均有關(guān)系?，F(xiàn)有的振打方式是固定周期的切向振打。系統(tǒng)運(yùn)行期間，一直保持固定的工作模式不變，確實(shí)能滿足除塵要求，但也會(huì)造成不必要的能源消耗。除塵期間，振打器并不需要持續(xù)振打[6]。尤其是帶電塵粒向集塵極運(yùn)動(dòng)的期間，持續(xù)振打可能會(huì)起反作用。振打周期過短，集塵極的帶電粉塵尚未聚集成形，造成二次飛塵。振打周期過長(zhǎng)，則會(huì)導(dǎo)致集塵極粉塵堆積嚴(yán)重，導(dǎo)致電場(chǎng)強(qiáng)度減弱，清塵效果下降。

為此，振打器也應(yīng)一并納入智能供電控制系統(tǒng)。在振打器運(yùn)行期間，將振打信號(hào)輸出至高壓控制柜的控制器?？刂破鳈z測(cè)到需要的振打信號(hào)后，系統(tǒng)根據(jù)內(nèi)部設(shè)定的頻率，在帶電粒子運(yùn)動(dòng)期間控制輸出斷電振打信號(hào)，振打器在斷電振打模式下工作。在該模式下，控制器改變運(yùn)行模式和運(yùn)行參數(shù)，減小內(nèi)部電場(chǎng)電壓和二次電流，甚至停止供電。此模式結(jié)束后，控制器自動(dòng)恢復(fù)到正常的振打模式。這樣，粉塵在電場(chǎng)里受到電場(chǎng)力較小，極板表面粉塵不易堆積，可以保證內(nèi)部振打效果和清灰效果，并可有效減少電能消耗。

2.1.4 火花跟蹤控制與混合抑制

產(chǎn)生高能量電場(chǎng)之后，極間的電壓如果繼續(xù)升高，在超過某一特定值時(shí)，放電極會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)的火花閃絡(luò)。這些火花閃絡(luò)到達(dá)除塵極，會(huì)產(chǎn)生火花放電?；鸹ǚ烹妼?duì)系統(tǒng)的使用壽命和除塵效果危害較大。為此必須控制火花放電。火花發(fā)生前夕，二次電流驟然下降，而二次電壓值會(huì)急劇升高[7]。因此，把二次電流和二次電壓作為檢測(cè)依據(jù)，通過設(shè)定合適的閾值，即可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤檢測(cè)。

同時(shí)，首電場(chǎng)采用全波供電，中電場(chǎng)采用2∶2雙半波供電方式，后電場(chǎng)采用2∶4雙半波供電方式。為了抑制反電暈，通常不加閉鎖時(shí)間，只在持續(xù)的三個(gè)半波都檢測(cè)出火花時(shí)加入短暫的閉鎖時(shí)間，保證陰極板和陽(yáng)極板之間呈阻斷狀態(tài)，使系統(tǒng)恢復(fù)正常。而且，中電場(chǎng)2∶2采用雙半波供電方式，一半時(shí)間不消耗電能。后電場(chǎng)采用2∶4雙半波供電方式，三分之二的時(shí)間不消耗電能。這種供電方式本身也可降低能耗。

2.2 節(jié)能運(yùn)行數(shù)據(jù)分析

該文應(yīng)用節(jié)能技術(shù)對(duì)電廠現(xiàn)有的14套靜電除塵器進(jìn)行改造后，統(tǒng)計(jì)了9月份的相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)，得到了30天的一次電流平均值、一次電壓平均值和集塵功率平均值，見表1。同時(shí)，查閱資料得到節(jié)能改造前的同期運(yùn)行數(shù)據(jù)，做相同整理后見表2。

表1 節(jié)能改造后的靜電除塵器運(yùn)行數(shù)據(jù)

表2 節(jié)能改造前的靜電除塵器運(yùn)行數(shù)據(jù)

從表1和表2中的數(shù)據(jù)可以看出，應(yīng)用節(jié)能技術(shù)后，各電除塵的一次電流都明顯降低，集塵功率數(shù)據(jù)的下降趨勢(shì)也非常明顯，說明節(jié)能改造行之有效，確實(shí)起到了節(jié)能降耗的效果。

為了便于對(duì)比分析，該文將節(jié)能改造前、后的一次電流、一次電壓和集塵功率繪制成對(duì)比曲線，如圖4、圖5和圖6所示，可以直觀地反映節(jié)能效果。

圖4 節(jié)能改造前/后的一次電流對(duì)比曲線

由圖4可以看出，節(jié)能技術(shù)改造后的一次電流數(shù)值下降明顯，其中，編號(hào)為E5的電除塵器一次電流值下降幅度最大，達(dá)到了39%。編號(hào)為E13的電除塵器的一次電流數(shù)值降幅最小，但也達(dá)到了12.9%。從一次電流參數(shù)角度來看，節(jié)能降耗的效果十分顯著。。

由圖5可以看出，節(jié)能改造前后，靜電除塵系統(tǒng)的一次電壓穩(wěn)定在220V左右，比之前更穩(wěn)定。改造前的一次電壓為205V～245V，改造后的一次電壓為215V～225V，電壓波動(dòng)范圍變窄，可以有效提高靜電除塵設(shè)備的使用壽命，減少故障。

圖5 節(jié)能改造前/后的一次電壓對(duì)比曲線

由圖6可以看出，節(jié)能技術(shù)改造后的集塵功率數(shù)值也有明顯下降，其中，編號(hào)為E8的電除塵器的集塵功率下降幅度最大，由19.2kW下降到11.5kW，降幅達(dá)到了40.1%。編號(hào)為E1的電除塵器的集塵功率下降幅度最小，為15.6%。整體來看，節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用行之有效。將節(jié)能效益相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理，結(jié)果見表3。

圖6 節(jié)能改造前/后的集塵功率對(duì)比曲線

通過表3可以得出，經(jīng)過節(jié)能改造后，整個(gè)電廠的靜電除塵耗能由305.7萬(wàn)kW·h降為216.8萬(wàn)kW·h，全年可節(jié)約電能889140kW·h，可節(jié)約電費(fèi)大約64.46萬(wàn)元，節(jié)能比率為29.1%，節(jié)能效果顯著。

表3 節(jié)能效益對(duì)照表

3 結(jié)語(yǔ)

靜電除塵系統(tǒng)節(jié)能降耗十分必要。該文在保證除塵效率的情況下，運(yùn)用了換裝高頻電源、火花跟蹤控制、反電暈抑制、斷電振打、智能供電控制等節(jié)能技術(shù)，對(duì)電廠現(xiàn)有的電除塵設(shè)備進(jìn)行了節(jié)能改造，并收集運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)節(jié)能降耗效果進(jìn)行了驗(yàn)證。數(shù)據(jù)表明，節(jié)能技術(shù)行之有效，對(duì)降低電除塵系統(tǒng)的能耗效果明顯，系統(tǒng)平均功率降低了29%，全年可節(jié)約電能889140kW·h，可節(jié)約電費(fèi)約64.5萬(wàn)元，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可為同類型電廠的靜電除塵節(jié)能改造提供參考。