高频电源在电除尘器系统的应用

殷健

有色股份公司工程技术分公司 安徽 铜陵市244000

摘要：本文介绍了高频电源工作原理及特点，通过高频电源在除尘器系统中的应用，解决了节能降耗问题，同时又实现超低排放目标，为企业取得了可观的经济效益。

1 电除尘高频电源概况

1.1高频电源工作原理及特点

高频电源基本工作原理是把三相三线制工频380V电源经过整流形成直流电，再通过IGBT逆变电路形成高频交流电，再经整流变压器升压形成高频脉动电流送除尘器错误: 引用源未找到。见图1

图1高频电源原理图

1.2节能降耗的特点

高频电源纹波系数（纹波电压/输出电压）小，输出电压近似一条直线，输出电压比传统电压高，提高电除尘器的除尘效率，输出效率能达0.95，利用率高，提高供电效率，节约电能，另三相供电，保证电网质量。

电除尘器出现反电晕现象时，将大大影响除尘效果。常规工频电源因为工作频率低，只有简易的检测和处理反电晕的能力[2]；而高频电源工作频率高（40~50kHz），具有真正的检测反电晕现象及抑制反电晕作用并减至最小的软硬件（如脉冲供电）。如果维持原来的排放不变，则除尘效率的提高可以转化为节能。见图2

图2 高频电源纹波系数

2  两相工频电源运行现状及存在问题

铜陵有色铜冠冶化年产120万球团于2019年建成投产使用，该公司主抽电静电除尘，用途是将链篦机抽风干燥段及调温预热段的烟气进行净化的除尘设备，废气经过除尘后再进入抽风机排入大气。采用新老两室各三电场布置方式，6台硅整流设备，都采用传统工频电源。

设备运行数据如下：

电场	电源类型	一次电压	一次电流	二次电压	二次电流	备注
		V	A	kV	mA
	老收尘
一电场	工频电源	298	218	30	300
二电场	工频电源	180	78	45	200
三电场	工频电源	275	266	49	960
	新收尘
二室一电场	工频电源	230	200	42	220
二室二电场	工频电源	320	300	30	300
二室三电场	工频电源	290	320	40	350

电尘出口浓度达到60mg/Nm3以上。

从上面运行数据看工频电源存在功耗大、电源转换效率低、三相电流不平衡，另收尘效果差导致主抽风机叶轮磨损厉害，净化脱硫系统胺液使用量增大、喷淋塔酸泥多造成污水处理压力大等等问题。

2  收尘器系统改进

为保证电除尘除尘效率≥99.4 %，出口烟尘浓度≤50 mg/Nm³等超低排放指标达标，该公司对电收尘进行优化改造，把原6台工频整流更换为直升式调频高频电源。并把每一个电场的一、二次电流、电压、进出口浓度、处理风量、烟气流量、烟气温度、操作压力等信号通过硬接线送至主系统，便于实时监控和操作。

同步把原有机胺脱硫工艺，改为石膏湿法烟气脱硫工艺。

3  改造后静电除尘器系统运行分析

静电除尘器当前运行稳定，高频电源根据电除尘出口粉尘浓度来自动调节高频电源的输出电流，实行浊度闭环控制，另根据粉尘浓度，辅助于振打控制系统采用减电压振打。实现除尘器生产工艺负荷不同，烟气量及烟尘浊度的不同而自动调整高频电源的输出参数。使除尘器出口粉尘浓度处于合理区间，降低了电除尘整套高频电源的能耗，实现节能运行。除尘器烟尘净化效果明显，2套除尘器当前在出口浓度均稳定在20mg/Nm3范围以内。

见图3 高压电源全闭环浊度控制系统

图3  高压电源全闭环浊度控制系统

电场瓷转轴加热器、95瓷套管加热器以及灰斗加热器，在生产过程中加热器都在停运状态，因烟气温度能达到200℃以上，加热器控制温度上限设置为90℃停运，下限温度为60℃才启动，有效的控制除尘系统整体运行电耗。

通过高频电源组网控制，根据电除尘器出口浊度仪反馈的浊度信号，在排放达标情况下，自动控制各个电场（T/R）的工作方式和输出功率，使出口烟道浊度维持在设定的标准值附近，在保证达标前提下降低功耗。

2.4降压振打

高频电源实现了功率控制振打技术，使用常规工频电源,振打设备和高压电源间没有联锁接口，只能通过先降压后投入振打的方式进行。导致高压供电和振打控制不同步，致使振打效果差，特别是电除尘器运行一段时间后，收尘极板上积满了很厚的灰，易产生反电晕，大大影响了收尘效果，改造后可根据需要改变振打频率，使振打效果非常明显，大大提高了除尘效率。反过来，如果维持原来的排放不变，则除尘效率的提高可以转化为节能。

3  改造后预期达到的效果

3．1电除尘器运行功耗如下表（按最保守估计）：

序号	名    称	U1(V)	I1(A)	P1（kW）	U2(kV)	I2(mA)
	老电尘
1	一电场	375	32	12	42	403
2	二电场	374	37	13.8	47	456
3	三电场	373	38	14.17	50	416
	新电尘
1	一电场	373	45	16.78	47	418
2	二电场	373	46	17.15	46	492
3	三电场	376	45	16.92	51	436
	改造后功耗			90.82

3．2节电功率及能耗差异

本次选2023年全年在不同负荷下运行工况下进行计算节能情况，运行时间按8000小时/年，根据厂内的电度表得出，主抽电除尘整年功耗共约726560KWh。

（1）电除尘器改造前运行各负荷段1小时所消耗的电功率:

P1 =3095600/8000=386.95KW

电除尘器改造后运行各负荷段1小时所消耗的电功率

P2=90.82KW

（2）年节电计算

年节电量为：（P1-P2）*8000=23.69万kW.h。

年节电费用：2369040×0.3=71万元（电费按照0.3元/kW.h计算）。

上面的节能参数为最保守估计，通过运行模式及细微参数调节，节能比预计会达到50%~70%左右。

3．3自成改造成高频电源后，原出口烟尘浓度达标数值60mg/Nm3降低了40%，除尘效率非常稳定，效果十分明显，整套系统全部达到原工艺设计规范要求。

见下表原工艺技术要求

序号	项目	参数	备注
1	处理风量  m³/h	750000
2	烟气流速  m/s	1.05
3	烟气温度   ºC	正常200℃，最高250℃
4	烟气露点温度	SO3露点160℃
5	入口浓度  g/Nm³	平均7g/Nm3，最高8g/Nm3
6	出口浓度  mg/ m³	≤50 mg/Nm³
7	除尘效率	≥99.4 %
8	操作压力  Pa	-8000
9	压力损失  Pa	＜300
10	设备漏风率	≤3%
11	设备设计使用寿命	≥15年，无故障运行时间：≥18个月。

总结：高频电源与工频电源相比，二次电压纹波小，除尘效率高、输出电压近乎直线，能保持在额定输出，利用率高、三相供电保证电网质量等方面都具备了较多的优势。高频电源在除尘器系统中的成功应用，较好满足出口粉尘排放要求，又降低厂用电率，实现节能。同时又可以提高系统自动化控制水平。

参考文献

[1]徐州电厂静电除尘器高频电源改造与高效除尘节能效果分析    葛爽;刘彤;张晓彤; - 《电子世界》- 2017-11-23

[2]徐州电厂静电除尘器改造及高频电源的技术应用  陶秋根;刘鹤忠;邓文祥;戴建忠; - 《电力勘测设计》- 2018-01-31

[3]高频电源在电除尘器节能改造中的应用  张永;刘继光;张兴顺; - 《中国设备工程》- 2014-04-13

[4]浅谈高频高压电源在铜冶炼转炉改造中的应用 徐建华; 《冶金管理》- 2020-01-15 

[5]电除尘器高频电源在兰溪电厂的应用分析  邬荣敏; - 《能源与节能》- 2013-06-20