電除塵器高壓電源-各類高壓電源的性能對比

1、電除塵器高壓電源各類高壓電源的性能對比概述在飽受霧霾之苦的今天。隨著我國對環(huán)境保護(hù)的日益重視，燃煤電廠的污染排放受到人們的關(guān)注，國家和地方環(huán)保部門對燃煤電廠污染物的排放和總量有了較嚴(yán)格的控制，并且排放標(biāo)準(zhǔn)逐年升高。這就迫使企業(yè)對現(xiàn)有的電除塵器設(shè)備進(jìn)行不斷的升級和改造。在電除塵器改造的過程中，供電系統(tǒng)的選擇直接影響著除塵器的性能。本文通過對電除塵器各類高壓電源工作原理的比對來分析什么樣的電源更有利于提高除塵器的除塵效率。一、電除塵器電源發(fā)展的三個(gè)階段：第一階段：工頻電源1、 恒流源：單相交流380V輸入,變壓器分檔調(diào)幅調(diào)壓，高壓硅堆整流輸出。輸出頻率100Hz。二次電壓輸出波形：紋波較大的直流（

2、DC）電壓波形。2、單相可控硅電源：單相交流380V輸入，可控硅調(diào)相調(diào)壓，高壓整流變壓器輸出。輸出頻率100Hz。二次電壓輸出波形：紋波較大的直流（DC）電壓波形。3、三相可控硅電源：三相交流380V輸入，可控硅調(diào)相調(diào)壓，高壓整流變壓器輸出。輸出頻率300Hz。二次電壓輸出波形：紋波較小的直流（DC）電壓波形。第二階段：高頻電源1、按輸出頻率可分為：10 kHz、20 kHz、50 kHz。2、按調(diào)壓方式可分為：調(diào)頻高頻電源、調(diào)幅高頻電源。三相交流380V輸入，可控硅/二極管調(diào)相調(diào)壓，IGBT全橋逆變經(jīng)高壓整流變壓器輸出。輸出頻率10 kHz、20 kHz、50kHz。二次電壓輸出波形：基本上

3、純直流的（DC）電壓波形。第三階段：工頻基波脈沖電源工頻基波脈沖電源：由兩組獨(dú)立電源組成即基波電源和脈沖電源?；l率300Hz，脈沖頻率100pps，脈沖寬度75s；第四階段：高頻基波脈沖電源：由多組獨(dú)立高頻電源疊加組成?；l率1050 kHz，雙脈沖頻率110000 pps，脈沖寬度8s；脈沖電源輸入電壓: 三相交流380V。二次電壓輸出波形：直流（DC）電壓波形疊加脈沖（PULSE）電壓波形。即直流疊加脈沖（DC+PULSE）電壓波形。二、電除塵器電源工作原理簡介：1、三相可控硅電源工作原理：三相可控硅電源主要由反并聯(lián)可控硅調(diào)壓電路、三相高壓整流變壓器及控制電路組成。三相可控硅電源原理

4、如圖2-1所示。三相可控硅電源的基本工作原理是將三相380V低壓交流電，經(jīng)反并聯(lián)可控硅在控制回路控制下將移相調(diào)壓后的交流電壓送至三相高壓整流變壓器一次側(cè)，經(jīng)三相高壓整流變壓器二次側(cè)升壓、高壓硅堆整流后輸出直流高壓。圖2-2是在電除塵器負(fù)載上得到紋波較小的直流（DC）電壓波形圖。控制器根據(jù)ESP負(fù)載的二次電壓、電流反饋信號進(jìn)行自動(dòng)跟蹤控制。圖2-1三相可控硅電源原理框圖圖2-2 三相可控硅電源二次電壓波形圖2、高頻電源工作原理：高頻電源主要由三相整流濾波電路，IGBT全橋諧振逆變電路，高頻高壓整流變壓器及控制電路組成。高頻高壓電源原理如圖2-3所示。圖2-3 高頻高壓電源原理框圖高頻電源的基本工

5、作原理是將三相380V低壓交流電，經(jīng)三相橋式整流電路得到直流電壓、LC濾波輸出520V直流母線電壓。直流電壓經(jīng)IGBT全橋逆變?yōu)楦哳l脈沖電壓。高頻脈沖電壓經(jīng)高頻變壓器升壓，高壓硅堆整流后輸出直流高壓。圖2-4是在電除塵器負(fù)載上得到基本上純直流的（DC）電壓波形圖。控制器根據(jù)ESP負(fù)載的二次電壓、電流反饋信號進(jìn)行自動(dòng)跟蹤控制。圖2-4 高頻電源二次電壓波形圖3、工頻基波脈沖電源工作原理：工頻基波脈沖電源：由兩組獨(dú)立電源并聯(lián)耦合組成，即基波電源和脈沖電源。工頻基波脈沖電源原理如圖2-5所示。圖2-5 工頻基波脈沖電源原理框圖工頻基波脈沖電源工作原理：工頻基波電源工作原理同三相可控硅電源工作原理，在

6、此不再闡述。其作用是產(chǎn)生基波電壓-Udc。脈沖電源工作原理是將三相380V低壓交流電，經(jīng)反并聯(lián)可控硅在控制回路控制下，將移相調(diào)壓后的交流電壓送至三相高壓整流變壓器一次側(cè)，經(jīng)三相高壓整流變壓器二次側(cè)升壓、高壓硅堆整流后輸出正高壓直流母線電壓+Ups，經(jīng)高壓IGBT全波逆變?yōu)楦邏好}沖電壓。高壓脈沖電壓經(jīng)電容Cs、脈沖變壓器PT輸出形成脈沖電壓-Upulse，再經(jīng)耦合電容Cc與基波電壓疊加產(chǎn)生ESP所需電壓Uesp，即在電除塵器負(fù)載上得到Uesp=-(Udc+Upulse)的電壓波形。其波形圖如圖2-6所示?？刂破鞲鶕?jù)ESP負(fù)載的二次電壓、電流反饋信號進(jìn)行自動(dòng)跟蹤控制。圖2-6 工頻基波脈沖電源二次

7、電壓波形圖4、高頻基波脈沖電源工作原理： 高頻基波脈沖電源是由N(N=2,3,4,5)組獨(dú)立IGBT全橋逆變電路、變壓器整流電路串聯(lián)組成如圖2-7所示。若U2=80kV,當(dāng)N=4時(shí)，其基波和脈沖波的幅值比為2:4、3:4（電壓比為40:80kV、60:80kV）。高頻基波脈沖電源的工作原理是將三相380V、50Hz低壓交流電，經(jīng)三相橋式整流LC濾波輸出520V直流母線電壓，直流母線電壓經(jīng)多組IGBT全橋逆變?yōu)楦哳l脈沖電壓，對應(yīng)各自高頻變壓器升壓，由各自高壓硅堆串聯(lián)整流輸出高壓。在電除塵器負(fù)載上同時(shí)得到直流基波（DC）電壓和脈沖波（PULSE）電壓如圖2-8所示?？刂破鞲鶕?jù)ESP負(fù)載的二次電壓、

8、電流反饋信號進(jìn)行自動(dòng)跟蹤控制。圖2-7 高頻基波脈沖電源原理框圖圖2-8 高頻基波脈沖電源二次電壓60:80kV波形圖三、電除塵器供電電源波形分析：電除塵器供電電源分為直流（DC）電壓波形供電，直流疊加脈沖（DC+PULSE）電壓波形供電。工頻電源、高頻電源屬直流（DC）電壓波形供電(如圖2-2、如圖2-4所示)。特征是相同幅值直流電壓連續(xù)不斷的向除塵器充電加壓，使板線間始終維持在擊穿電壓點(diǎn)附近。當(dāng)粉塵比電阻超過1011cm后，就會在氣體電離粉塵荷電移動(dòng)捕集脫塵的過程中出現(xiàn)問題。當(dāng)高比電阻粉塵累積在陽極板上后，由于連續(xù)加壓，使帶電粉塵對陽極板的中和速度被更快的再充電，導(dǎo)致陽極板塵層加厚，表面電

9、位提高，造成對放電極的電位差相對減少，放電極電暈放電減弱，引起反電暈現(xiàn)象發(fā)生，除塵效率大幅下降。 脈沖電源屬直流疊加脈沖（DC+PULSE）電壓波形供電(如圖2-6、如圖2-8所示)。特征是在有效電暈電壓，連續(xù)不斷地向除塵器充電加壓的同時(shí)，疊加脈沖電壓。這種荷電方式，不僅提高了瞬間的荷電電壓，又降低了平均荷電電壓，即使是高比電阻粉塵，粉塵層中的電位也很容易在陽極板上得到中和，陽極板表面電位降低，不會產(chǎn)生與放電極相對電位的提高，抑制了反電暈現(xiàn)象的發(fā)生。脈沖波瞬間高電壓更易使粉塵荷電，所以除塵效率大大提高。四、電除塵器對供電電源輸出波形頻率的響應(yīng)：電除塵器的數(shù)學(xué)模型：電除塵器的結(jié)構(gòu)是由極板、極線平

10、行交錯(cuò)排布而成，可視為容性負(fù)載。根據(jù)電除塵器的伏安特性曲線，其不同階段數(shù)學(xué)模型是不同的，電阻和電容串聯(lián)組合，代表電除塵器伏安特性曲線的0起暈電壓段。電阻和電容并聯(lián)組合，代表電除塵器伏安特性曲線的起暈電壓擊穿電壓段。如圖4-1。圖4-1Xr代表阻抗，是電除塵器極板極線間粉塵介質(zhì)對氣體電離的阻礙程度Xc代表容抗，是電除塵極板極線間距離、面積對氣體電離的阻礙程度，是頻率的函數(shù)。Xc=1/2fC當(dāng)電阻和電容并聯(lián)時(shí)：I=U/Xr+Xc當(dāng)電阻和電容并聯(lián)時(shí)：I=U/Xr+U/Xc由上述小結(jié)：當(dāng)電壓為定值時(shí)，容抗減小電流增加。電除塵器是物理實(shí)體，提高其供電電源頻率，對提高除塵效率是有效的。五、脈沖電暈放電對粉

11、塵荷電的影響粒子在直流電暈荷電的過程中,隨著顆粒帶電量的增加從而在顆粒表面產(chǎn)生勢壘能。荷電的發(fā)生是只有那些具有動(dòng)能大于或足以克服荷電粒子表面勢壘能的電子與粒子碰撞而產(chǎn)生. 低于荷電粒子表面勢壘能的電子不能達(dá)到粒子表面進(jìn)而不荷電.當(dāng)荷電發(fā)生到一定階段時(shí)，粉塵的荷電速度減小，從而影響粉塵的帶電量，造成除塵效率底下。 在脈沖放電中，由于瞬間電位較高,電子從電場中獲得的能量很大，產(chǎn)生高能電子，這些高能電子與中性氣體分子碰撞裂解或激發(fā)中性分子進(jìn)而產(chǎn)生更多的電子。此時(shí)，電場空間帶電粒子主要是電子，電暈電流是電子傳輸形成的。飛灰粒子荷電是以電子荷電為主。飛灰在脈沖放電電暈場中的電子荷電機(jī)理是以電子的電場荷電

12、和動(dòng)能擴(kuò)散荷電為主，飛灰粒子的電子荷電不僅與電場強(qiáng)度有關(guān)，也與電子的熱運(yùn)動(dòng)程度有關(guān)（即電子的動(dòng)能）。由于飛灰在直流電暈下的電場荷電很快達(dá)到飽和并在飛灰粒子表面形成勢壘能,抑制飛灰的進(jìn)一步荷電. 但在脈沖期間，單位空間內(nèi)，被激發(fā)出的電子密度很大，能量很高，高能電子足以克服這勢壘能而轟擊飛灰粒子表面使粒子的荷電量超過飽和電場荷電的極限.從而獲得更快的趨近速度，提高除塵效率。六、電除塵器脈沖電源主要技術(shù)指標(biāo)：脈沖電源主要技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目單位脈沖電源高頻基波脈沖電源直流基準(zhǔn)電壓DC Base VoltagekV3010020100直流基準(zhǔn)電流DC Base CurrentmA40013508002400脈

13、沖電壓Pulse VoltagekV5010020100脈沖電流Pulse CurrentmA4008004001200脈沖峰值電流Pulse Peak CurrentA1202001030雙脈沖重復(fù)頻率Dipulse RepetitionPPS2*（010000）重復(fù)脈沖Pulse RepetitionPPS100脈沖寬度Pulse WidthS5075810除塵器電容量ESP CapacitancenF133200133200直流基波頻率DC Base FrequencyHz30050000 七、高頻基波脈沖電源特點(diǎn)大連藍(lán)清自控設(shè)備有限公司研制的GGGAJ0240kHz/A*kV電除塵器用

14、高頻高壓脈沖電源（簡稱高頻脈沖電源），是一種即能提供直流供電、間歇供電和脈沖供電的電除塵器供電電源。1.綠色電源：三相供電、電網(wǎng)平衡、無諧波干擾、功率因數(shù)高、電源轉(zhuǎn)換效率高。2.多電壓疊加技術(shù)：多組IGBT全橋逆變功率單元、變壓器整流電路串聯(lián)組合，實(shí)現(xiàn)2+1、3+1、4+1等高頻脈沖電源的功率疊加和電壓疊加。多電壓疊加可組合任意電壓波形形狀，輸出多種DC電壓波形和DC+PULSE電壓波形，實(shí)現(xiàn)對電除塵器的純直流供電、間歇供電和脈沖供電。電壓峰值、有效值均可調(diào)，電場控制方式靈活。3.高頻率窄脈沖：輸出頻率范圍2kHz-50kHz，電除塵器是容性負(fù)載，供電頻率越高電場容抗越小，電源向電除塵器注入的

15、能量就越大。脈沖寬度8S更有利于瞬間高強(qiáng)電場的產(chǎn)生和氣體電離過程中自由電子的激發(fā)。4.智能控制：當(dāng)DC+PULSE二次電壓波形設(shè)定完成后，設(shè)備通過調(diào)整頻率自動(dòng)跟蹤電場擊穿電壓的臨界點(diǎn)。電場不易閃絡(luò)，實(shí)現(xiàn)最佳功率輸出。5.閉環(huán)節(jié)能控制：根據(jù)除塵器排放濃度與電除塵器電源耗電量之間的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。系統(tǒng)由上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。6.降壓振打控制：具備反電暈檢測功能，當(dāng)反電暈發(fā)生時(shí)輸出聯(lián)動(dòng)信號，及時(shí)降壓、振打清灰。7.微細(xì)粉塵的捕集：微細(xì)粉塵的排放量是影響電除塵器粉塵排放濃度的關(guān)鍵指標(biāo)。高頻雙窄脈沖供電產(chǎn)生的瞬間高強(qiáng)電場電暈，大大提高了對PM2.5及以下顆粒物的捕集。8.高比電阻粉塵的捕集：當(dāng)采用DC+PULSE供電時(shí)，最大程度地抑制了反電暈現(xiàn)象的發(fā)生，大大提高了對高比電阻粉塵的捕集效果。9.脫硫脫硝：高頻窄脈沖供電產(chǎn)生的瞬間高強(qiáng)電場電暈，更有利于臭氧濃度的提高，提升脫硫、脫硝的效率。10.節(jié)能減排：高頻脈沖電源和常規(guī)單相工頻電源比較，電除塵器除塵效率提高50%，節(jié)能