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摘要：本文介绍了高频电源应用于静电除尘器的节能减排原理，通过工程实例的对比试验发现：高频电源与工频电源比较，节能率达到50%以上，节能减排效果显著。
关键词：高频电源；静电除尘器；应用
随着国家排放标准的趋严，以及节能减排国策的施行，大气粉尘污染治理应用行业也出现了新的特点。提高除尘效率，降低能耗，成为发电企业当前的一个主要问题。大功率高频电源是新一代静电除尘器的供电装置，与目前普遍使用的工频电源相比，可以在确保除尘效率的前提下，大幅度减少静电除尘器的电耗。某发电厂将静电除尘器由工频电源改为高频电源后，取得了显著的节能效果。
一、高频电源原理
高频电源采用现代电力电子技术，是将三相交流输入经过三相整流为直流电源，经逆变为高频交流电，最后整流输出直流高压。变换器实现直流到高频交流的转换，高频变压器和高频整流器实现升压整流输出，为除尘器提供电源，高频电源原理见图1。
1.1高频电源节能原理
静电除尘器的工频电源频率低，电源转换效率只有75%，而高频电源转换效率为95%，此项节电约20%。
静电除尘器采用工频电源供电产生电晕时，只有极少量电能用于烟尘荷电，绝大部份电能做了无效的空气电离。而用高频电源向除尘器供电时，用高频率、窄带宽（微秒级）的脉冲使烟尘荷电，其特点是荷电量大而能耗非常少，使电能大幅度下降。
高频电源是三相整流后，在纹波非常小的直流上再进行逆变，因而直流脉冲的幅值可以有效控制在非火花区内，基本不产生火花，即使产生火花，也可以在5～10100μs内自行关断快速响应，进行火化控制，而工频电源火花多而耗能大，一旦产生火花要10ms（即10000μs）内才能关断响应，所以高频电源可以达到节电的目的。高频电源的节能原理图如图2所示。
1.2高频电源除尘增效原理
高频电源由于高压转换始终工作在50kHz以上，可以控制在非火花区内把脉冲幅值调到最大，即二次电压调到最高，不会像工频电源出现放电的时间，而一直保持可荷电状态，因而烟尘总体荷电量大，特别对微细烟尘也容易荷电，所以从理论上，高频电源可达到提高除尘率的作用。
对高比电阻烟尘，若用工频电源供电，很易产生反电晕放电，一旦出现反电晕放电，会产生反电晕放电扬尘，影响出口烟尘指标，而用高频直流脉冲供电，供电的脉冲时间任意可调，具有更宽的脉冲宽度和脉冲频率选择自由度、更陡峭的电压上升率，使高比电阻烟尘在集尘极上有足够的放电时间，基本消灭了反电晕放电，使除尘效率提高。直流脉冲幅值可控，不会产生火花放电，即使产生火花，在5～10100μs内即自行关断响应，进行火化控制，不会因火花而产生扬尘，所以从理论上，高频电源可达到提高高比电阻烟尘脱除率的作用。
二、工程实例
2.1改造前的设备状况
某发电厂2×150MW机组某年投入商业运行，所配锅炉为哈尔滨锅炉厂480t/h循环流化床锅炉，配套福建龙净环保股份公司生产的BE301/-4/23/450/14.53/8×4-G型双室四电场静电除尘器，电场有效断面积301m2，最大烟气量为763235m3/h，设计除尘效率99.8%。除尘器原采用380V三相控工频电源，为了达到节能目的，拟将静电除尘器电源改造为高频电源。
2.2改造方案
2012年开始对两台机组中的一台静电除尘器进行改造，经过几天完成设备的安装，通过安装8台HEP8000高频高压自冷型数字除尘电源代替原相控工频高压电源对电场进行供电。为保证设备正常运行和便于对比验收，最大限度提高产品运行可靠性，原有8台工频电源控制柜和整流变压器均保留，通过增设一台三点式转换柜，确保新柜体与原电源及电场接口位置不变，使新旧电源通过转换柜实现方便切换，以保证电场电源连续、可靠、高效运行。
2.3节能减排效果
2013年，对工频电源与改造后的高频电源在同等工况（相同煤种、相同负荷、同等排放）条件下进行实际运行试验，对能耗情况进行对比，结果如表1和表2所示。
可知，在相同的条件下，高频电源与工频电源的高负荷运行方式比较，节能率达到60%，与工频电源的节能运行方式比较，节能率达到52%。工频电源改为高频电源后，功率因数由0.64提高到0.97~0.99，减少了无功消耗。
根据表2的试验结果，按每台静电除尘器年运行330天估算，该项目每台静电除尘器的年节电量约90万kWh，折成标准煤为300t，相当于减排二氧化碳691t、二氧化硫2.55t、氮氧化物2.22t，节能效果和环境效益显著。
另外，在除尘效率方面，改造后并没有可靠的数据证明静电除尘器的除尘效率得到了明显的提高，可能实际运行工况未达到除尘增效的条件。但可以确定，采用高频电源后，可以确保静电除尘器的除尘效率不低于原工频电源工况。
结语
综上所述可知，利用高频电源对采用工频电源的静电除尘器进行改造，在除尘效率不变的情况下，可达到50%以上的节能率，该技术有利于推动节能减排工作，值得在行业内推广。
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作者简介：
姚凌飞（1985.8-），男，浙江嘉兴人，单位：浙江菲达环保科技股份有限公司，电气工程师，研究方向：静电除尘器的供电电源。
论文作者:姚凌飞,何立刚,陈崇荣
论文发表刊物:《电力设备》2015年4期供稿
论文发表时间:2015/12/3
标签：电源论文; 节能论文; 静电除尘器论文; 烟尘论文; 脉冲论文; 火花论文; 效率论文; 《电力设备》2015年4期供稿论文;