高频电源在火电厂电除尘器的应用和探讨

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　　摘 要：随着我国大气污染排放标准不断完善，带动了火电厂除尘器的发展，在发展的同时电除尘器的收尘效率也应随之提高，不断地适应社会发展需求。我国利用高频电源对电除尘器的除尘供电系统进行了升级改造，此次改造升级提高了电除尘器的除尘效率，因此高频电源的应用能够提升电除尘器的电晕功率。相关研究改造结果为：高频电源火花控制的时间只需要25us、工频电源控制的时间则需要10ms，因此高频电源的应用对火电厂除尘器功率的提升具有重要意义。此外，高频电源也经常被应用于电除尘工频控硅电源供电领域中，本文根据上述内容对高频电源在火电厂除尘器中的应用进行了相关探讨与研究。
　　关键词：高频电源;火电厂;电除尘器;应用探讨
　　中图分类号：X773 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）01-0146-02
　　0 引言
　　现阶段我国对生态环境的保护力度不断加大，国家积极倡导节能减排工作。《火电厂大气污染物排放标准》颁布实施后对燃煤电厂使用电除尘器要求显著提升，为推动节能减排工作奠定坚实基础。另外，我国社会对节能减排工作要求显著提高，由于工业生产能耗浪费比较严重，节约减排工作刻不容缓，应制定科学有效的节能减排措施，共同推动我国生态环境保护工作。国家积极倡导企业与公民参与节能减排工作，既推动电除尘器技术革命，同时也激发高压电源发展活力，尤其是高频电源的出现和推广使用。
　　1 目前电除尘器技术主要存在的问题分析
　　国家对火电厂燃煤锅炉排放标准日益提高，因此需要不断的加快电除尘器改造升级的步伐，传统的电除尘器排放标准难以适应时代发展，从而导致电场数降低以及集尘面积缩小等问题。国家修订颁布最新的电除尘器排放标准，该行业将承担改造升级产品的重任，但也面临诸多问题，常规的电除尘器技术改造难以满足最新标准，因此，全面推动火电项目改革成为困扰我国节能减排工作重大难题。从国内火电厂除尘技术研究理论与发展现状来看，电除尘器技术发展离不开国家科研的投入，研发最新的电除尘器才能满足节能减排要求。[1]
　　2 除尘器高频电源技术介绍
　　高频电源作为最新研发的电除尘器技术，目前已经在电力、化工、水泥以及冶金等领域推广使用，改变传统可控硅工频电源技术，高频电源具有除尘效果佳、节能减排成效高以及保护生态环境的作用，同传统的工频电源技术相比较，采用高频电源能够降低30至50%的烟尘排放，降低能耗40至80%。高频电源技术的应用成效显著，这是一种逆变式的电源技术，供电电流主要以窄脉冲为主，这一技术为电除尘器提供更加高效的电流与电波讯号。高频电源控制方法多样，按照电除尘器实际情况确定电压波形，最大限度降低设备能耗，不断提高除尘效果。不仅如此，高频电源还具备重量轻、体积小等特征，能够有效节约电缆，供电性能比较稳定。
　　3 高频电源系统的节能原理
　　高频电源供电主要以窄脉冲为主，电源脉冲幅度、频率以及宽度都可以进行调节，可根据电除尘器电压波形选取控制方法。电除尘器可以依据工作环境选择合适的运作模式，不断改善除尘器静电技术，使用型号为HF-01高频电源的电除尘器进行研究。该型号除尘器零部件由：低压配电装置、高压配电装置、控制电路系统、散热装置以及全桥逆变装置共同构成。
　　高频电源可以将三相交流电转化为直流电，经过逆变电路传输高频交流电，将高频电流传入整流变压器中进行升压整流，使工作频率稳定在20至50kHz，确保电除尘器安全运行。
　　工频整流与滤波：三相380V交流电完成整流后形成直流电压，直流电压通过滤波电容C，最终直流电压稳定在530V左右。
　　逆变：除尘器中直流电压经过全桥串联谐振逆变装置，最终将530V的直流电转变成20kHz的交流电，在高频电源变压装置中进行存储。
　　高频升压与整流：高频变压器对电压逆变进行处理，从而获取电除尘器中的电压波形，最终实现高频电源的转换。
　　控制电路：主要包括：驱动电路、二次电流电压采样电路、电源电路、信号调理电路以及DSP控制电路等，利用屏蔽设备可以对干扰信号完成现场屏蔽，信号调理板划分为：分模拟量调理电路与开关量隔离电路。分模拟量调理电路检测环节为：一次电流、一次电压以及油温等，开关量隔离电路环节为：主断路装置、信号状态装置、充电断路装置、主开关跳闸以及驱动板PWM信号等。驱动信号主要存储在IGBT中，管理IGBT开关，高频电源变压器中安装电流电压采集装置，并将采集板和电流电压测量装置結合。
　　4 高频电源节能分析
　　4.1 高频电源除尘效率高
　　从电除尘器发展来看，电场中带电粒子移动速率较快，且除尘效果较好。电场强度平方和带电离子速率成正比关系，电场电压和电场强度也存在正比关系。由此可知，电压增加以后，电除尘器的工作效率就会显著提升，传统电源与高频电源相比较，一定程度上提高除尘器的工作效率，将电除尘器端口排放量控制在30%以上，高频电源的应用使电除尘器除尘率增至70%。高频电源的应用对提高电除尘器工作效率具有重要推动作用，主要表现为：高频电源能够快速适应工作环境，并结合实际情况选取合适的电压波形，为电除尘器提供直流脉动电压波形。如果电除尘器处于烟气浓度较大的环境中，通过高频电源输送的直流电压，能够提高电除尘器工作效率。[2]
　　高频电源传输的是直流电，高频电源和传统工频电源相比较，高频电源电流电压显著较高，这也是高频电源除尘器工作效率提高的主要原因。如果电除尘器工作环境中烟气浓度较大的话，电除尘器就会出现电晕闭塞问题，电流电压就会降低。使用高频电源技术可以增强电晕电流，从而解决电除尘器电晕闭塞难题。另外，高频电源数据监测比较准确，高频电源利用升级改造后的检测技术，不仅能够提升火花检测的准确性，同时还可以捕捉火花。高频电源利用串并联混合谐振逆变设备，不断提高电流恒定性，避免设备电流波动变化，从而引起电场火花。 　　4.2 高频电源节能效果好
　　高频电源节能性能较高，同传统的工频电源相比较，高频电源使用效率更高，能够节约将近20%的能源。传统工频电源中功率输出不足，从而导致工作效率与参数出现较大变化，但高频电源使用的是直流供电，输出功率设置为70%，因此，高频电源的功率因数与工作效率比较稳定。高频电源在具体工作环境中由于设备额定功率状态下工作时间较少，从而达到节能减排的作用。
　　高频电源对电除尘器具有节能作用，这是影响设备使用的主要因素，高频电源能够提升电除尘器工作效率，为除尘系统节能工作提供技术支持。电除尘器工作效率提高以后，电场工作负担显著降低，一定程度上降低电场运转负荷，从而提升除尘系统工作效率。现代科学信息技术的发展速度不断加快，自动化设备在火电厂中应用比较普遍，IPC智能控制系统可以不断提高除尘效率，从而实现自动化除尘工作。电除尘器节能高达50%，反电晕现象比较明显时除尘系统使用效率超过90%，一定程度上降低企业生产成本，为企业获取更多的经济效益。
　　5 高频电源的应用实例探究
　　本文主要通过某火电厂企业#1炉电除尘器高频电源技术改造项目的研究，对高频电源在火电厂内的应用进行了深入性分析：
　　5.1 高频电源的运行模式
　　选择高频电源运行模式与设置变量参数是确保除尘设备安全平稳运行的前提条件，根据除尘器电场运行情况和稳定程度来看，高频电源运行模式的选择能够提高工作效率，因此，系统参数设置与模式运行必须结合起来。高频电源运行模式划分为自动连续模式、脉冲供电模式以及手动连续模式，电除尘器管理者按照工作环境选取恰当的高频电源运行模式。
　　5.2 手动连续
　　如果选取手动连续供电模式的话，谐振电路将根据原先设定的固定频率运行，电场能量输出趋于恒定，意味着模式运行正常。如果系统波动较大的话，建议采用手动连续供电模式，这一模式参数设置步骤为：首先，选取手动连续运行模式后输出功率的参数设置完全由手动操作，设备周期变长，输出功率就会变小。因此，手动模式切换时必须将参数设置在合理区间内，才可保证输出功率的有效性。
　　5.3 脉冲供电
　　高频电源中高能脉冲与低能脉冲共同构成脉冲周期，这一模式下脉冲供电除尘效率较高，节能效率在50%至90%期间，因此，这也是比较常见的高频电源模式。这一模式的不足之处在于设备在高能脉冲与低能脉冲来回切换，从而导致系统波动较大。如果电场波动较大，可能导致采样板损坏。选择自动连续模式，必须将电压值降低至可控范围，闪络次数应低于30次/min，再将脉冲供电切断。脉冲供电模式中变量需要适当调整，具体方法如下所示：
　　（1）高能脉冲具有延时作用。高能脉冲输出功率Delay1维持在100至300（150），同功率成反比关系;（2）低能脉冲数量。低能脉冲持续时间为Wave2：10至100，根据电场情况进行判断，电场入口小，出口大;一电场为50、二电场为80、三电场为100、四电场为100、五电场100;（3）低能脉冲具有延时作用。低能脉冲输出功率为Delay2：400至1000（800），低能脉冲与功率成反比关系。调整以上变量时应观察电除尘器运行情况，并判断是否需要切换至手动或自动连续模式，将电场功率控制在合理范围内，高能脉冲延时与低能脉冲延时值设置相对较大。
　　5.4 自动连续
　　自动连续模式下电场根据实际情况设置二次电流I2（<200mA）、二次电压U2（<72kV）整定值，并对二次电压与二次电流实时跟踪调查，确保其处于设定参数区间。电除尘器运行过程中参数波动较大的话，必须切换为自动连续运行模式，检查供电电源与负载参数设置情况，并查找设备故障。
　　6 高频电源的日常维护与保养
　　高频电源过程中必须密切关注各项参数变化情况，参数信息主要包括：母线电压、一次电流、二次电压、二次电流等，如果变压器油温低于8℃或IGBT开关管温低于75℃，则需要调整参数，并按时检查设备是否出现故障。
　　查看设备运行是否正常，并注意是否存在异响，检查冷却设备是否正常，观察高压输出端是否放电。
　　设备停运后必须按时清理残留物，尤其是风机入口，确保滤网畅通无阻。对变压器开展油耐压试验，耐压值大于40kV/2.5mm，需要按时查看接地电阻是否正常，电阻值低于2Ω。
　　高频电源停送电顺序排列，高頻电源开关主要由合主电源、合控制电源电路、合屏蔽盒电源以及合风机电源等共同构成。关闭高频电源电路必须遵循以下规定：首先，将风机电源开关关闭;然后，将控制电源电路开关关闭;第三，切断屏蔽盒电源开关;最后关闭高频电源主开关。如果直接将主电源关闭，就会毁坏高频电源控制电路板零部件。
　　7 结语
　　综上所述，除尘器高频电源技术能够达到节能减排的效果，同传统工频电源技术相比较，高频电源能够减少30至50%的烟尘排放，降低能耗40%以上。国家废气排放标准不断提高，应用高频电源技术有效提高除尘效率，解决传统电除尘器面临的技术难题，适应当前烟尘排放标准，为推动节能环保工作作出重要贡献。高频电源是电除尘器中的重要零部件，后期可跟随电源技术的发展创新，会在一定程度中提高电除尘器工作效率。本文总体结论概括为：高频电源具有适应性强、节能减排以及反应迅速等特征，不但能够提高火电厂除尘效率，同时也推动了除尘系统的发展，所以高频电源技术应得到广泛的应用与可持续性发展。
　　参考文献
　　[1] 陈颖，郭俊，毛春华，等.电除尘器高频电源的提效节能应用[J].中国环保产业，2010（12）：28-31.
　　[2] 朱法华，李辉，王强.高频电源在我国电除尘器上的应用及节能减排潜力分析[J].环境工程技术学报，2011（1）：6-32.
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