脈沖高壓電源技術(shù)特點(diǎn)及運(yùn)行能耗分析

脈沖高壓電源技術(shù)特點(diǎn)及運(yùn)行能耗分析

1脈沖電源模型2012年，國家發(fā)布了《示范發(fā)熱電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（gb1323-2011），要求所有現(xiàn)有和新建電廠的灰塵排放量為30mg。脈沖高壓電源需要在直流高壓電源的基礎(chǔ)上疊加于除塵器電場。直流高壓電源可以是:單相工頻高壓電源、三相工頻高壓電源、高頻高壓電源等?；A(chǔ)直流高壓電源最高輸出電壓為60kV,脈沖高壓電源最高輸出電壓80kV,兩者疊加在一起時(shí),最高輸出電壓可達(dá)140kV,遠(yuǎn)超原直流高壓電源的輸出電壓。與直流高壓電源相比,脈沖高壓電源的功耗非常低。脈沖電源用IGBT作為開關(guān)器件,主回路可以簡單等效為L-C串聯(lián)諧振電流,除塵器電場也可以簡單等效為電容負(fù)載,通過脈沖電源內(nèi)部的高壓電容及脈沖變壓器,與脈沖電源初級(jí)側(cè)的電容進(jìn)行耦合。脈沖電源次級(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。當(dāng)IGBT開通時(shí),諧振周期開始,除塵器電場在0~T/2被脈沖電源充電,在T/2~T,除塵器電場對脈沖電源放電,絕大多數(shù)能量都可以通過諧振的方式回收到脈沖電源,因此脈沖電源具有非常低的能耗。最新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用IGBT并聯(lián)在低壓側(cè)的方式,由于IGBT性能的提高,IGBT自身具有并聯(lián)自動(dòng)均流的特性,以及IGBT并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的成熟應(yīng)用,使得這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有很高的可靠性,能夠得到迅速推廣應(yīng)用。脈沖高壓電源已被現(xiàn)場實(shí)踐證明可以有效提高除塵器的收塵效率。其原理在于:首先,脈沖高壓電源可以大幅提高除塵器的峰值電壓。電除塵器內(nèi)部的電場場強(qiáng)分布極不均勻,與直流高壓電源相比,100μs的高壓脈寬不足以大幅提高擊穿電壓,也許只有直流高壓電源擊穿電壓的1.1倍,但是由于脈寬極短,所以脈沖高壓電源需要更長時(shí)間才會(huì)產(chǎn)生擊穿。假設(shè)將常規(guī)直流電源在1分鐘內(nèi)50%擊穿的電壓記為Ubreak,脈沖高壓電源每秒脈沖次數(shù)為100次,則脈沖高壓電源需要100分鐘,在1.1×Ubreak的電壓下才會(huì)有50%的幾率擊穿。由于脈沖高壓電源的低火花率,顯然脈沖高壓電源可以運(yùn)行在更高的電壓下。另外,脈沖高壓電源可以顯著增加電暈區(qū)域。除塵器內(nèi)部的陰極線上分布著很多尖刺,常規(guī)的直流高壓電源只能在尖刺處產(chǎn)生電暈,而脈沖高壓電源可在整根陰極線上產(chǎn)生電暈,從而更好地使粉塵荷電。國內(nèi)大多數(shù)除塵器的電場采用400mm或450mm的同極距。脈沖高壓電源在400mm同極距時(shí),耐受電壓約在110kV。450mm同極距的耐受電壓約在120kV。對于電除塵器本體情況良好的燃煤電廠(直流高壓電源可達(dá)到60k~70kV無閃絡(luò),粉塵排放在40~50mg/m除了可以大幅提高峰值電壓外,與直流高壓電源相比,脈沖高壓電源的另一大優(yōu)勢是能耗極低。在實(shí)際應(yīng)用中,脈沖高壓電源的實(shí)際能耗通常只有幾千瓦,遠(yuǎn)低于直流高壓電源。脈沖高壓電源的特點(diǎn)使得其非常適應(yīng)現(xiàn)在的節(jié)能提效要求。煤種變化時(shí),電除塵器電場內(nèi)部的工況也會(huì)隨之改變。如比電阻、煙溫、灰分等。除塵器內(nèi)部的擊穿電壓也不是固定值,會(huì)隨著工況而改變。脈沖高壓電源需要在各種工況下均能正常工作,尤其是在高火花率時(shí)。國內(nèi)某環(huán)保企業(yè)生產(chǎn)的脈沖高壓電源就能夠滿足高火化率要求,長期運(yùn)行可以承受每分鐘120次,短期可以承受每分鐘200次火花。當(dāng)電場內(nèi)部發(fā)生短路,或接近短路時(shí),需要減小脈沖高壓電源的輸出功率以保證設(shè)備安全。2高頻和高頻電除塵器目前國內(nèi)已有超過300臺(tái)脈沖高壓電源在運(yùn)行,主要應(yīng)用于電力、冶金、建材等行業(yè)。目前國內(nèi)企業(yè)傾向于將脈沖高壓電源安裝在電除塵器的末電場,與前電場相比,末電場的粉塵顆粒更細(xì),粉塵含量更低,使用直流高壓電源收集這種粉塵效率較低且效果相對較差,脈沖高壓電源對這種情況則效果較好。下文列出一些使用脈沖高壓電源對電除塵器進(jìn)行改造的實(shí)例,與改造前對比,增加脈沖高壓電源顯示出非常突出的節(jié)能提效的優(yōu)勢。山西太鋼不銹鋼股份有限公司能源動(dòng)力總廠2×300MW機(jī)組配套采用2臺(tái)浙江某環(huán)保公司的2F288-5型電除塵器,該電除塵器為雙室五電場結(jié)構(gòu),額定煙氣流量約為205萬m測試時(shí),1號(hào)爐的輸出負(fù)載為271MW,電除塵器的入口煙氣流量約為188萬m測試結(jié)果顯示,除塵器出口平均排放為15.14mg/Nm高頻高壓電源與高頻高壓電源疊加脈沖高壓電源的對比實(shí)例:貴州粵黔電力有限責(zé)任公司2號(hào)機(jī)組600MW,配套鍋爐為DG2028/17.35-Ⅱ2型鍋爐,鍋爐為亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、前后墻對沖燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、尾部雙煙道,再熱汽溫采用煙氣擋板調(diào)節(jié)。靜電除塵器為F441-4型電除塵器,該除塵器為雙列雙室四個(gè)電場,同極間距450mm,陰極線為芒刺線,振打形式為頂部陰極電機(jī)振打和側(cè)部陽極振打。額定煙氣流量約為184萬m2014年4~5月,原16臺(tái)工頻變壓器改造成高頻高壓電源,容量為2.0A/72kV。改造后A列除塵器出口濃度為51mg/Nm測試期間,鍋爐負(fù)荷為600MW,A列除塵器的入口煙氣流量約為165萬m測試結(jié)果表明,A列排放煙氣濃度分別為26.98mg/Nm除塵器電源的主要運(yùn)行參數(shù)如表5所示。