湿式电除尘高压供电电源的探讨

叶毅科潘云

（国电科学技术研究院江苏南京210031）

摘要：作为湿式电除尘的核心设备，高压整流装置对于湿式除尘的除尘效率起着至关重要的作用，本文针对目前用于湿式电除尘中的两种电源：高频电源和高压恒流源，从原理上进行了分析，列出了各自的优缺点，对湿式电除尘高压整流装置的选型提供了参考和借鉴。

关键字：湿式电除尘高压供电电源高压恒流源高频电源脉冲供电

Discussiononhighvoltagepowersupplyofwetelectrostaticprecipitator

Abstract：Asthecoreequipmentofwetelectrostaticprecipitator,highvoltagerectifierdeviceforwetdustcollectionefficiencyplaysavitalrole,thispaperinviewofthepresentfortwokindsofwetelectrostaticprecipitatorpowersupply:highfrequencypowersupplyandahighvoltageconstantcurrentsource,fromtheprincipleareanalyzed,liststheadvantagesanddisadvantagesofeach,selectionofwetelectrostaticprecipitatorofthehighvoltagerectifierunitprovidesareference.

Keywords：WetelectrostaticprecipitatorHighvoltagepowersupplyHighvoltageconstantcurrentsourceHighfrequencypowersupplyPulsepowersupply

0引言

近年来，随着环保形势的不断严峻，大部分燃煤电厂都在进行超低排放改造（即烟尘排放浓度小于10mg/Nm3，甚至小于5mg/Nm3），湿式电除尘器作为烟气系统中一个终端处理装置，以其稳定、高效的特点，被越来越多的电力集团确定为超低排放除尘改造的技术路线。

早期的湿式电除尘高压供电电源延续了化工行业电除雾器的配置，较多的采用了高压恒流电源，随着高频电源大容量技术的成熟，高频电源已越来越多的应用于湿式电除尘器中。本文就高压恒流电源和高频电源的各自特点，对比分析了两种电源的优缺点，对湿式电除尘高压供电电源选型提供了参考和借鉴。

1湿式电除尘高压电源研究

1.1湿式电除尘除尘机理

湿式电除尘器与干式电除尘除尘机理基本相同，都分为（1）气体的电离；（2）悬浮尘粒的荷电；（3）荷电尘粒向电极运动；（4）荷电尘粒沉积在电极上，四个工作过程。上述过程都是依靠高压电源做功来实现的，所以在高压供电上，两者有很多相似之处，然而由于湿式电除尘和干式除尘在尘粒性质、烟气流量上差异很大，因此又有所不同。

1.2湿式电除尘高压供电环境分析

与干式电除尘的工作环境相比较，湿式电除尘的工作环境更加复杂。工业燃烧废气经除尘、脱硫后进入湿式电除尘。当前广泛应用的脱硫方式主要是石灰石石膏法和氨法脱硫两种，尾气的主要特征如下：

烟气温度：40~60℃

烟气湿度：饱和湿烟气

烟气成份：饱和水蒸汽，NOx，SOx，石灰桨液、石膏（氨、硫酸铵），电除尘器逃逸粉尘等微尘(PM10/PM2.5为主)

其中的烟尘、微细粉尘等粒子均处于“湿”的状态，与水雾、液滴等互相凝并，形成“气溶胶”。这种气溶胶的荷电性能远远好于电除尘的“干灰”，由此导致两者的设计参数从根本上不具有可比性，主要体现为湿式电除尘具有更高的电场风速(2~3m/s)、更短的烟气停留时间(2s左右)以及更小的比收尘面积。

根据以上对湿式电除尘高压供电环境的分析，可以得知湿式电除尘对高压供电装置有以下特殊要求：起晕电压和运行电压高，平均线(或板)电流密度或电晕功率大并能持续保持;电源应能自行抑制火花放电向击穿放电发展，一旦发生击穿放电，电源应即时消减供给功率、不能引起电极（阳极多为玻璃钢材质，易燃烧）的烧损，并能承受瞬态及稳态短路。

3高压恒流源特性

3.1高压恒流源工作原理

高压恒流源电路包括三个部分：第一部分为L-C谐振变换器，每个变换器由电感L和电容C组成一个回路网络，将电压源转换成电流源；第二部分为直流高压发生器T/R；第三部分为反馈控制系统，主要由半导体器件和接触器构成。两相交流电压源输入经L-C谐振变换为电流源，然后经升压整流输出直流高压，为ESP提供高压电源，反馈控制系统为高压输出提供闭环控制环境，如图1所示。

3.2高压恒流源供电特征

高压恒流源利用L-C变换器，将电压源转换成电流源，电源向放电区馈送出稳定的电流I2。按照欧姆定律，电场电压U2与电场等效阻抗Z关系式：U2=I2*Z。它的控制过程是通过对运行电压变化趋势的反馈与预置值进行比较，以决定L-C投入数量，控制目标是保持电场在较高的工作电压下稳定运行；

电流源供电时，L-C谐振回路输出I1正弦全波，电源向放电区馈送的功率为I2Z，火花产生后，I2没有改变，Z减小→I2Z也减小，电源提供的能量消减，抑制了放电的进一步发展，这是一个良性的能量衰减过程(对除尘工作有利)。因此，恒流供电可以在较高的电压下稳定运行；

对任何变化的情况，恒流电源提供的供电功率符合电场阻抗变化的正向需求——电场负荷(浓度)增加即Z值增加供电功率自行增加，火花发展时Z值减小供电功率自行消减，并不需要人为设计的控制程序强行干预即能自行满足电场需求，因此，电场运行电压和电晕功率总能维护在较高的水平，故能持续保持较高的尘雾去除效率。

4高频电源供电技术特性

4.1高频电源工作原理

高频电源采用现代电力电子技术，将三相工频电源经三相整流桥整流成直流，经逆变电路逆变成20kHz以上的高频交流电流，然后通过高频变压器升压，经高频整流器进行整流滤波，形成40kHz以上的高频电流供给电除尘器电场，如图2所示。

4.2高频电源供电特征

1)高频电源在纯直流供电条件下，可以在逼近电除尘器的击穿电压下工作，这样就可以使其供给电场内的平均电压比工频电源供给的电压提高25～30%，电晕电流可以提高一倍；

2)脉冲供电由高能脉冲和低能脉冲组成，其脉冲宽度在几百微秒到毫秒之间，脉冲周期也可随意设定，自由组合的高低能脉冲供电可最大程度满足高校节能的运行要求；

3)控制方式灵活，可以根据电除尘器的具体工况提供最合适的波形电压，提高电除尘器对不同运行工况的适应性；

4)火花控制特性好，高频电源可在几十微秒内关断输出，5～15ms恢复全功率供电。在100次/min的火花率下，输出电压无下降；

5)良好的串并联混合谐振逆变器有很好的恒流特性，可有效抑制电流的大幅波动和电场火花的电流冲击，可迅速熄灭火花并快速恢复电场能量。

5小结

结合两种电源的工作原理、供电特征及湿式除尘电场环境，我们可以得到如下结论：

1)高频电源及高压恒流电源均能在湿式电除尘器上稳定运行；

2)高频电源采用三相供电，相比于高压恒流源采用两相供电，系统三相负荷更加平衡；

3)因高压恒流源控制方式原因，高压恒流源功率越大，高压盘柜数量就会变多；高频电源则不受功率影响，对配电室空间要求较小；

4)高频电源相比恒流源控制方式灵活，调整方便。

5)从造价上来说，高频电源比高压恒流源成本要高30%左右。

参考文献

[1]电除尘器供电装置选型设计指导书[S].中国环境保护产业协会电除尘委员会，2012.

[2]蒋云峰，张谷勋.ESP用高频高压大功率开关电源[A].十一届学术会议论文集，2007.

[3]刘艳菊，郭岩冰.湿式高压静电除尘器的原理及应用[J].电气技术.2008(10)

[4]刘军,刘小宁,刘静.多组并联结构的恒流充电电源[J].电工技术.2010(07)

[5]王强.零电压持续时间不依赖于负载电流的谐振直流环节逆变器[J].中国电机工程学报.2012(06)

[6]孟祥英.电除尘高压电源改造技术探讨[J].应用能源技术.2012(02)

[7]陈焕其,廖文杰.适于干、湿式电除尘器的两种高频高压电源[S].第十六届中国电除尘学术会议论文集，2015

作者简介

叶毅科（1978-），男，江苏南京人，工程硕士，工程师，从事火电厂电力环保咨询及设计工作

潘云（1981-），男，江苏南京人，工程硕士，工程师，从事火电厂电力环保咨询及设计工作