脈沖高壓電源的應(yīng)用研究

脈沖高壓電源的應(yīng)用研究摘要：隨著環(huán)保的要求不斷提升，工業(yè)企業(yè)中排煙中的粉塵濃度要求更低。原有電除塵器配置的電源結(jié)構(gòu)和組合方式不能滿足需求，紛紛采取脈沖高壓電源進(jìn)行除塵效果的改善，本文結(jié)合脈沖高壓電源在電除塵領(lǐng)域的應(yīng)用效果進(jìn)行分析比較，以說明脈沖高壓電源的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞：脈沖高壓電源煙塵濃度電除塵1引言經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展對(duì)于能源的需求不斷增加，電力資源主要依靠燃煤電廠。電廠在正常運(yùn)行過程中，其煙道氣內(nèi)會(huì)存有大量的煙塵，隨著環(huán)保要求的不斷嚴(yán)格，目前要求電廠的排煙煙塵含量應(yīng)低于30mg/m3,而對(duì)于某些重點(diǎn)地區(qū)的要求排放量低于20mg/m3。電除塵技術(shù)就是利用高壓電使得氣體發(fā)生電離，從而產(chǎn)生電暈放電。空氣中通入高壓電后，氣體中的顆粒就會(huì)帶有電荷。在電場(chǎng)力的作用下，使得帶有電荷的顆粒發(fā)生位移，從而與氣體進(jìn)行分離。分離后的顆粒通過捕集裝置進(jìn)行搜捕。電除塵技術(shù)一般效率較高，但需要持續(xù)耗能。由于排放要求的不斷嚴(yán)格，原有的電除塵器不能很好地滿足目前的要求，因此對(duì)于原有的電源系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造提升除塵的效果是目前最為合適的方案。在電源改進(jìn)方案中，在原有電源基礎(chǔ)上再添加脈沖高壓電源可以使得原有的除塵效果得到明顯提升，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，通過添加脈沖高壓電源，可以使得電除塵效果從原有的40mg/m3-50mg/m3降低至20mg/m3-30mg/m3,同時(shí)還能進(jìn)一步節(jié)約成本。本文主要針對(duì)脈沖高壓電源在電除塵的應(yīng)用進(jìn)行分析介紹。2脈沖高壓電源特點(diǎn)脈沖高壓電源的供電原則上屬于間歇供電，高壓直流和高壓脈沖電源通過耦合電容和濾波電感加載到靜電除塵器的兩端，通過脈沖高壓電源的引入可以改善電除塵的效果，同時(shí)也能有效抑制反電暈現(xiàn)象，使得電除塵器的體積減小。引入脈沖高壓電源相當(dāng)于在原有的直流高壓電源中疊加一個(gè)高壓電源，原有的直流高壓電源可以是單項(xiàng)或三相工頻高壓電源、高頻高壓電源等，一般而言直流高壓電源的輸出電壓在60KV，高頻脈沖電源的輸出電壓為80KV，因此改進(jìn)后的電源輸出電壓可以達(dá)到140KV，有效改善電除塵效果。脈沖高壓電源不僅具有輸出電壓高的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)較直流高壓電源，脈沖高壓電源同時(shí)還具有功耗低的特點(diǎn)，因高頻脈沖電源采取IGBT開關(guān)，電源的主回路可以等效于L-C串聯(lián)諧振電源，而除塵器的電場(chǎng)可以簡(jiǎn)化為電容負(fù)載，因此通過脈沖高壓電源進(jìn)行電除塵的系統(tǒng)可以簡(jiǎn)單理解為電源內(nèi)部的高壓電容、脈沖變壓器與脈沖電源初級(jí)側(cè)的電容之間進(jìn)行耦合，初級(jí)側(cè)的高壓電容主要用于隔離直流高壓電源的輸出電壓。在正常運(yùn)行過程中，IGBT開關(guān)器件開通時(shí)，在0-t/2的時(shí)間內(nèi)，脈沖高壓電源向電除塵系統(tǒng)進(jìn)行充電從而形成電除塵電場(chǎng)，在t/2-t的時(shí)間內(nèi)，除塵器的電場(chǎng)則對(duì)脈沖電源進(jìn)行放電，此能量可以通過諧振的方式回收到脈沖電源中，從而實(shí)現(xiàn)能耗低的優(yōu)勢(shì)。在最新的應(yīng)用中，IGBT開關(guān)器件被并聯(lián)接入電源的低壓側(cè)，由于此開關(guān)具有均衡電流的特性，使得此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得到提升。高壓脈沖電源可以提升電除塵的效果的原理具體為：脈沖高壓電源可以顯著提升電除塵器的峰值電壓，由于脈沖高壓電源的脈寬極短，因此需要更長(zhǎng)的時(shí)間才會(huì)擊穿，正是由于脈沖高壓電源的這種低火花率，才使得此電源能夠再更高的電壓下應(yīng)用。另外，電除塵器的陰極線分布著較多的尖刺，直流高壓電源只能在這些尖刺產(chǎn)生電暈，脈沖高壓電源可以在整條陰極線上產(chǎn)生電暈，因此具有更好的除塵效果。針對(duì)目前常使用的電除塵器的電場(chǎng)采取400mm或450mm的同極距，400mm同極距時(shí)，脈沖高壓電源的耐受電壓約為110KV，而450mm的同極距耐受電壓則為120KV。對(duì)于脈沖電壓應(yīng)用在電廠煙道氣除塵中可以有效改善煙塵的濃度，使其排放滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)在煤種發(fā)生變化時(shí)，也能保證除塵效果穩(wěn)定運(yùn)行。另外，前文也已提到脈沖高壓電源兼具能耗低的優(yōu)勢(shì)，實(shí)際應(yīng)用過程中，脈沖高壓電源的實(shí)際能耗僅為幾千瓦，遠(yuǎn)低于直流高壓電源的能耗數(shù)據(jù)，適合應(yīng)用于節(jié)能要求高的場(chǎng)所。燃煤電廠的煤種的組成和配比不是一成不變的，然而煤種的特性數(shù)據(jù)發(fā)生變化會(huì)對(duì)煙氣溫度和煙氣的組成造成影響，面對(duì)這種情況，需要電除塵器具有良好的適應(yīng)性，能夠再不同的工況條件下保持一個(gè)穩(wěn)定的除塵效果，而脈沖高壓電源完全可以滿足此要求，尤其對(duì)于高火花率的性能。3脈沖高壓電源的應(yīng)用實(shí)例分析目前國(guó)內(nèi)用的脈沖高壓電源主要集中在電力和冶金等領(lǐng)域，主要進(jìn)行電除塵處理，應(yīng)用在電除塵器的末電場(chǎng)位置，此處的粉塵顆粒度更細(xì)，且含量相對(duì)較低，如果此處應(yīng)用直流高壓電源，對(duì)于粉塵的處理效率低，不能滿足排放要求。應(yīng)用脈沖高壓電源的效果還是更好，下文結(jié)合具體的應(yīng)用情況，對(duì)脈沖高壓電源應(yīng)用前后的效果變化進(jìn)行分析介紹。某鋼鐵廠使用電除塵器對(duì)于產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行吸附處理，原有的電除塵器結(jié)構(gòu)是雙室五電場(chǎng)結(jié)構(gòu)，且除塵器外加電源為單相工頻高壓電源，煙氣的額定流量為每小時(shí)205萬立方米，煙氣的流速為每秒0.99m，利用單相工頻高壓電源的粉塵處理時(shí)，煙氣排放的粉塵濃度為50mg/Nm3,隨著環(huán)保力度的增加，該排放指標(biāo)不能滿足要求，因此將原有的單相工頻高壓電源替換為高頻高壓電源，在第四場(chǎng)和第五場(chǎng)增加脈沖高壓電源，第一、二、三場(chǎng)采取針刺線，第四和第五電廠采取螺旋線，改造后的性能情況由華北電力研究院進(jìn)行測(cè)試，檢測(cè)時(shí)的煤質(zhì)情況見表1，出口的煙氣粉塵濃度為15mg/Nm3，滿足排放需求，同時(shí)除塵器的電量使用情況降低30%，有效節(jié)約了成本。表1煤質(zhì)情況表2電除塵器的電源運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)某熱電廠的鍋爐類型為東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司制造的DG1025/17.4一口4型亞臨界、中間一次再熱、單爐膛n型露天布置、平衡通風(fēng)、煤粉燃燒、固態(tài)排渣、壓力自然循環(huán)汽包鍋爐。靜電除塵器采取雙列雙室四個(gè)電場(chǎng)結(jié)構(gòu)，電除塵器的電源為高頻高壓電源。陰極線為芒刺線結(jié)構(gòu)，頂部陰極電機(jī)振打和側(cè)部陽極振打，電廠運(yùn)行過程中，煙氣的額定流量為每小時(shí)184萬立方米，煙氣的流速為每秒1.2米。改造前的電除塵器的運(yùn)行情況為A列的煙氣粉塵濃度為54mg/Nm3,B列的煙氣粉塵濃度為51mg/Nm3,但隨著環(huán)保要求的提升，不能滿足排放需求。因此引入脈沖高壓電源，為了更好地對(duì)比脈沖高壓電源的有效性，在A列結(jié)構(gòu)中的二、三、四電場(chǎng)中引入脈沖高壓電源，通過這種方式可以有效驗(yàn)證高頻高壓電源與高頻高壓電源、脈沖高壓電源結(jié)合電源間的效果，測(cè)試時(shí)的煤質(zhì)性質(zhì)見表3,A列除塵器的進(jìn)氣量為165萬方，煙氣溫度為139°C，出口煙氣溫度137C；B列除塵器的進(jìn)氣量為159萬方，煙氣溫度為140C，出口煙氣溫度138C。A列除塵器的排煙煙氣粉塵濃度分別為26mg/Nm3/25mg/Nm3，平均值為25.5mg/Nm3。A列除塵器的排煙煙氣粉塵濃度分別為36mg/Nm3/35mg/Nm3，平均值為35.5mg/Nm3。可以明顯看出脈沖高壓電源的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)A列電除塵器的電能消耗為477KW/h，B列電除塵器的電能消耗為700KW/h。表3煤質(zhì)情況4結(jié)語由于脈沖電源具有窄脈寬寬度，輸出電壓高，單位脈沖輸出次數(shù)多的優(yōu)勢(shì)，可以更好地發(fā)揮除塵效果。通過本文結(jié)合脈沖高壓電源具體應(yīng)用數(shù)據(jù)對(duì)比，可以看出該電源在除塵領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還能很大程度上起到節(jié)能的效果。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，電容和磁性結(jié)構(gòu)相繼會(huì)出現(xiàn)，不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也將應(yīng)運(yùn)而生，窄脈寬、高脈沖的電源將在脫硫脫硝、除塵等領(lǐng)域應(yīng)用更為廣泛，真正實(shí)現(xiàn)超低排放和零排放。參考文獻(xiàn)陳強(qiáng)，王慧貞,史傳洲.高壓開關(guān)型脈沖靜電除塵電源研究[J].電力電子技術(shù),2019