劉振興，鄒 標(biāo)，李文芹

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

脈沖高壓電源的應(yīng)用

劉振興，鄒 標(biāo)，李文芹

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

脈沖高壓電源具有輸出電壓高、能耗低等突出優(yōu)點(diǎn)。文章依托現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例，對(duì)脈沖高壓電源改造前后的粉塵排放及運(yùn)行能耗進(jìn)行了對(duì)比，總結(jié)了脈沖高壓電源的技術(shù)特點(diǎn)和性能優(yōu)勢(shì)。脈沖高壓電源對(duì)現(xiàn)有電除塵器的電源進(jìn)行升級(jí)改造，可在煙氣排放達(dá)標(biāo)的同時(shí)降低電除塵器的運(yùn)行能耗。

脈沖高壓電源；現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用；提效；節(jié)能

1 脈沖高壓電源特點(diǎn)

2012年，國家發(fā)布了新的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011），要求所有的現(xiàn)有電廠及新建電廠煙塵排放限值均為30mg/m3，對(duì)于重點(diǎn)區(qū)域要求小于20mg/m3。由于排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，很多電除塵器都無法達(dá)到新的排放標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于這些電除塵器的現(xiàn)有電源升級(jí)改造是較合適的方案，在原電源的基礎(chǔ)上增加脈沖高壓電源可使一些原煙塵排放濃度在40～50mg/m3的電除塵器達(dá)到20～30mg/m3，同時(shí)可以節(jié)能30%～70%。

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(chǎng)。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(chǎng)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(chǎng)在0～T/2被脈沖電源充電，在T/2～T，除塵器電場(chǎng)對(duì)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(chǎng)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(chǎng)場(chǎng)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(chǎng)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(duì)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/m3）來說，增加脈沖電源可以使電除塵器滿足新的排放標(biāo)準(zhǔn)要求，且在煤種變化時(shí)，電除塵器的排放更加穩(wěn)定。

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(shì)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(chǎng)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(chǎng)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 應(yīng)用實(shí)例

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(chǎng)，與前電場(chǎng)相比，末電場(chǎng)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(duì)較差，脈沖高壓電源對(duì)這種情況則效果較好。下文列出一些使用脈沖高壓電源對(duì)電除塵器進(jìn)行改造的實(shí)例，與改造前對(duì)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(shì)。

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(chǎng)結(jié)構(gòu)，額定煙氣流量約為205萬m3/h，煙氣流速0.99m/s。改造前采用單相工頻高壓電源，煙氣排放大于50mg/Nm3。改造后采用高頻高壓電源替代原單相工頻高壓電源，并在第四、第五電場(chǎng)增加脈沖高壓電源。前三電場(chǎng)使用針刺線，后兩個(gè)電場(chǎng)采用螺旋線。改造后由華北電力科學(xué)研究院有限公司進(jìn)行性能試驗(yàn)，1號(hào)爐于2015年12月進(jìn)行了性能試驗(yàn)，2號(hào)爐的測(cè)試結(jié)果與1號(hào)爐類似。

測(cè)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m3/h，左室和右室入口煙溫分別為127℃和124℃，出口煙溫分別為122℃和120℃。煤質(zhì)分析結(jié)果如表1所示。

表1 煤質(zhì)分析結(jié)果

測(cè)試結(jié)果顯示，除塵器出口平均排放為15.14mg/Nm3。另外，除塵器電源用電量也減少32.5%，用電量數(shù)據(jù)見表2。除塵器電源的主要運(yùn)行參數(shù)見表3。

表2 電源用電量統(tǒng)計(jì)

表3 除塵器電源的主要運(yùn)行參數(shù)

高頻高壓電源與高頻高壓電源疊加脈沖高壓電源的對(duì)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(duì)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(chǎng)，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m3/h，煙氣流速1.16m/s。

2014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/Nm3，B列除塵器出口濃度為54mg/Nm3。2015年8月，在A列二、三、四電場(chǎng)增加6臺(tái)脈沖高壓電源，這樣就可以很方便地對(duì)比高頻高壓電源和高頻高壓電源疊加脈沖高壓電源的除塵效率及能耗之間的差異。

測(cè)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m3/h，煙溫為138℃，出口煙溫為136℃。B列除塵器的入口煙氣流量約為159m3/h，煙溫為140℃，出口煙溫為138℃。測(cè)試期間所用煤的煤質(zhì)分析結(jié)果如表4所示。

表4 煤質(zhì)分析報(bào)告

測(cè)試結(jié)果表明，A列排放煙氣濃度分別為26.98mg/Nm3和25.11mg/Nm3，平均26.05mg/Nm3；B列的排放煙氣濃度分別為36.33mg/Nm3和35.82mg/Nm3，平均36.08mg/Nm3。A列總能耗為477.824kWh/h，B列總能耗為709.496kWh/h。

對(duì)比測(cè)試結(jié)果，排放減少27.8%，同時(shí)能耗降低32.7%。除塵器電源的主要運(yùn)行參數(shù)如表5所示。

表5 除塵器電源的主要運(yùn)行參數(shù)

3 結(jié)論

脈沖電源未來應(yīng)具有更窄的脈寬，更高的輸出電壓，以及更密集的每秒脈沖輸出次數(shù)。隨著半導(dǎo)體開關(guān)器件的進(jìn)步，以及電容、磁性材料等的逐步發(fā)展，未來會(huì)有更新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)出現(xiàn)。而窄脈沖電源可以被應(yīng)用在NOx和SO2等大氣污染物的協(xié)同脫除上，未來也許會(huì)形成收塵、脫硫、脫硝于一體的新型復(fù)合煙氣治理單元。

Application of Pulse & High Voltage Power Source

(Fujian Lon
(Fujian Longking Co., Ltd, Fujian Longyan 364000, China)

The pulse and high voltage power source has the outstanding strongpoints in the output of high voltage and low energy consumption. Relied on the locale application examples, the paper makes the contrast on the dust powder emission and the operation energy consumption before and after the reform of pulse and high voltage power source, sums up the technical characteristics and performance advantages of pulse and high voltage power source. The pulse and high voltage power source carries through the upgrading reform on power source of electrostatic precipitator, and can reduce the operation energy consumption of electrostatic precipitator while complying with the standard of the fue gas emission.

pulse and high voltage power source; locale application; effciency-raising; energy saving

X701

A

1006-5377（2017）02-0029-03