（东北电力设计院 吉林长春 130021）
摘要：为解决电除尘器低排放与高能耗之间以及除尘效率与初建投资之间矛盾，本文从电除尘器的工作原理入手分析高频电源相比其他高压电源具有更好的除尘效率和更低的能耗。并从技术和经济上对高压电源的不同的配置方案进行了比较，在取得较好性价比的前提下确定电除尘器高压电源的最优配置方案。实现了电除尘器的高效节能并兼顾控制初建投资。
关键词：静电除尘器；高效节能；高频电源
1引言
随着新的火电厂大气污染物标准的制订和实施，粉尘排放标准提高到30mg／m3和20mg／m3。目前我国火力发电厂很多在役电除尘器运行效率不佳，静电除尘器也是火电厂能耗较高的设备，耗电量约占整台机组发电量的0.2%—0.5％。电除尘器的节能空间和潜力相当大。因此在不降低电除尘效率的基础上，如何减少能耗，节约能源是每一个燃煤电厂都面临的突出问题。那么通过选用怎样的设备，又如何进行配备才能实现除尘效率、基建投资以及运行能耗的平衡？本文将从静电除尘器的原理入手对这个问题进行论述。
2静电除尘器高效节能供电措施
2.1静电除尘器原理
在除尘器电场的两个电极（放电极和收尘极）之间施加高压直流电源，含尘气体进入电除尘器内，放电极电场产生放电电流使气体/粒子流荷电，并在电场力的作用下粉尘荷电流向阳极板和阴极线，最后通过除尘振打设备将粉尘从极板极线上打下，最后落入灰斗排出。
而决定一套静电除尘器的能否高效，在高压电源部分主要看以下几点：粉尘荷电的能力，决定了粉尘是否受电场力作用而从烟气中分离;极间电场强度，决定了带电粉尘的驱进速度;火花率控制，决定了除尘器的有效时间。
随着国家环保要求的提高，单相可控硅电源难以满足电除尘器的供电要求。电除尘器高频电源得到越来越广泛应用。
2.2高频电源的原理和技术优势
2.2.1高频电源的原理
图2-1 高频电源原理
如图2-1，三相交流输入整流为直流电源，经逆变为高频交流，随后升压整流输出直流高压。高频电源工作频率可达30-40kHZ,主要包括：变换器、变压器、控制器。其中全桥变换器实现直流到高频交流的转换，高频变压器/高频整流器实现升压整流为电除尘器提供电源。
2.2.2高频电源与工频电源的比较优势
表2-1高频电源与工频电源技术指标对比表
表2-2 高频电源与工频电源性能对比表
通过高频电源与工频电源的技术性能对比，高频电源能有效提高除尘效率，通常能有效降低排放30％以上，甚至高达60％。
3高频电源的提效和节能
3.1高频电源固有节能
高频电源功率因数和效率高，固有节能约20％。实验表明，高频电源在纯直流供电方式下，即使在70％的额定输出功率时，设备功率因数与效率基本不变，而工频电源随着输出功率的下降，功率因数与效率下降明显。高频电源在额定负载下比工频电源节能约20％，在非额定输出时节能比例更大。
某电厂2#炉电除尘器经过改造，在一电场应用高频电源，后级电场保持工频电源不变。测试数据如表3-1。
表3-1 除尘器一电场分别采用高频电源和工频电源对比测试
高频输出功率48.2kW，工频输出功率40.8kW，当工频电源也按48.2kW输出功率时，若功率因数与效率不变，可以折算出工频电源输入功率为48.2/40.8×70.43=83.20kVA。
折算后节能=83.20-55.63=27.57kVA
折算后节能比=27.57/83.20=33.15%
由实测看出，单台高频电源与单台工频电源节能比为33.1%,节能效果可观。
3.2系统节能
高频电源在前电场提高除尘效率，减轻了后电场负担，对于后电场而言，相当于机组降低负荷，节能空间是极为可观的。在许多工况有电除尘智能监控系统时，节能软件以锅炉负荷、浊度、烟气温度等多种信号为反馈，由监控系统对电除尘器各电场的运行工况进行在线动态分析，自动实现组合供电，使电除尘处于一个经济的运行工况，在保证除尘效率的前提下最大限度地节约的耗电量，实现提效最优化和节能最大化。可促进除尘电源系统节能达50％以上。
内蒙古某电厂2#炉（600MW机组）电除尘器实施高频电源节能提效改造，取得了良好的效果，改造调试完成后，由华北电力科学研究院对电除尘进行测试。测试结果表明，机组带580MW负荷运行时，2#机组电除尘在投运三个电场的运行状态下，除尘器出口烟尘排放浓度平均值为53mg/Nm3，在投运5个电场的运行状态下，除尘器出口烟尘排放浓度平均值为23 mg/Nm3。从4月下旬开始投运以来，电除尘器日耗电量由5.4-5.5万度下降至2.4万度，节电率达到了56%以上，真正达到了提效节能。
高频电源技术成熟，有广泛的拓展空间，在电除尘提效节能上逐渐成为高效、便捷的有力武器。在国内外历经了多年的现场应用，无论是新建电厂还是改造项目，从小机组到30万、60万千瓦以上的中大机组，其高效可靠得到了验证，节能降耗指标显著，符合国家节能减排方向。同时，也该注意到市场上高频电源价格都在工频电源价格的两倍左右，导致初期建设投资增加。
4不同高压电源配置方案的经济性比较
经过对高频电源的了解，我们对电除尘器高压电源配置以下三个方案：
方案一，常规工频电源。每台炉配置两台三室五电场的电除尘器。共需要60套工频电源设备。此方案的优点为初投资较低。虽然也能满足排放要求，但需要消耗更多的电能来实现。
方案二，全高频电源。每台炉配置两台三室五电场的电除尘器。共需要60套高频电源设备。此方案的优势是节能效果明显，但造价明显要高于方案一。
方案三，组合式高压电源。每台炉配置两台三室五电场的电除尘器。每室两个前电场配高频电源，后三电场配工频电源。共需要24套高频电源和36套工频电源。此方案为造价和节能之间更为平衡，前电场采用高频电源，提高粉尘的荷电率，在后电场中获得更好的除尘效果。虽然全部采用高频电源可以获得更好的除尘效果。但是后电场获得效率提升远不如前电场。根据现场反馈和制造厂的资料，粉尘在前电场得到了充分的荷电和集尘，后电场采用高频电源驱动，节能效果也不如前电场明显。成本回收期将显著延长。
表4-1 各方案的经济比较
由于高频电源的价格较工频电源要高，通过表 4-1对三个方案电源配置方案对价格进行估算。并以常规的工频电源为基准，对方案二和方案三的造价差进行了评估。方案三增加价格相对适中，可作为电除尘的高压电源配置方案。
5结论
本文从电气性能，经济造价、除尘效果等方面对电除尘器的工频和高频电源进行论述和比选。组合式静电除尘器电控控制系统又称为“黄金组合”控制方式系统，这种组合方式综合考虑了节能效果和经济投入之间的关系，即降低了静电除尘器的能耗，又减少了设备的初投资。
论文作者:于海成
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/14
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