电除尘器高频电源改造（精选6篇）
电除尘器高频电源改造 篇1
摘要：介绍电除尘器高频电源的基本原理结构、技术特点,探讨高频电源的提效节能原理。以兰溪电厂4号炉的电除尘器电源改造为例,说明高频电源在电除尘器上的良好的节能减排效果,并对应用中存在的问题提出建议。
关键词：高频电源,节能减排,应用情况,问题和建议
0 引言
电除尘器是发电厂重要的烟尘治理环保设备,同时也是火电厂的高能耗设备。随着粉尘排放标准的提高,电除尘器面临节能减排的新要求。高频电源及控制技术的不断发展,使得电除尘设备可以在不改变本体结构的前提下,通过高频电源的应用,实现提高除尘效率的同时,大幅度降低能耗。
1 基本工作原理和结构
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,然后通过高频变压器升压,经高频整流器进行整流滤波,形成高频电流供给电除尘器电场。高频电源原理框图如图1所示。
高频电源目前有倍压式和直升式2种升压方式,各有优缺点。主要区别在于倍压式高频电源在整流、逆变后形成20 kHz高频交流电,经整流变压器升压到20 kV,再通过电容倍压回路将电压抬升到80kV,最后经整流形成高频脉动电流送除尘器,而直升式高频电源则在整流逆变后直接经整流变压器升压到80 kV。而目前在所有的电除尘高频电源中,金华佳环公司的JHGP型产品为倍压式,其他厂家的产品都为直升式。
2 高频电源性能特点与节能提效
电源的输出电压电流对除尘效率有很大影响,从国内外对电除尘器高频电源的理论研究及应用实践中证明其相对于传统工频电源具有明显的节能提效优势:a)电晕功率更大。与工频电源相比,高频电源可增大电晕功率,从而增加了电场内粉尘的荷电能力。高频电源纯直流供电时,输出的直流电压比工频电源平均电压高约30%,因为工频电源峰值电压在电除尘器电场中触发火花,显著地限制了加在电极上的平均电压。而高频电源谐振频率为20 kHz~50 kHz,高频电源纹波系数小于3%(而工频电源约30%),在直流供电时它的二次电压波形几乎为一条直线,提供了几乎无波动的直流输出,从而提高了电除尘器的供电电压和电流,增大了电晕功率的输入,提高了电除尘器的效率;b)火花控制性能更好、电场恢复快。高频电源仅需很短的时间(<25 us,而工频电源需要10 000 us)即可检测到火花发生并且立刻关闭供电脉冲,因而火花能量损失很小。同时高频电源火花放电后电场恢复快,仅需工频电源恢复时间的20%,从而进一步提高了电场的平均电压,提高了除尘效率;c)调整方便,适应性强。脉冲宽度、幅度及频率均可以任意调整,提供各种电压波形,控制方式灵活。高频电源间歇供电时,开关的时间任意可调,具有更窄的脉冲宽度、更宽的脉冲频率选择范围、更陡峭的电压上升率,可以有效提高脉冲峰值电压,增加粉尘荷电量,克服反电晕,增加粉尘驱进速度,提高电除尘器的除尘效率并大幅度节能。在高比电阻粉尘工况条件下,当激发反电晕控制功能后,设备根据反电晕严重程度自动进入间歇脉冲供电状态并寻找、跟踪最佳的脉冲宽度和脉冲频度,以获得最佳的除尘效果;d)高频电源采用三相平衡电源,对电网影响小,无缺相损耗,电能转换效率较高。由于采用三相交流供电,一次、二次电能转效率约为90%,高于单相工频电源20%左右,因此可降低固有的转换能耗[1,2]。
3 电除尘器高频电源应用实例
高频电源已在大型发电机组的电除尘节能改造中取得了良好的运行业绩,同时也在工程实践中证明,采用高频电源可以大幅度增强烟尘的荷电量,减少电场内无效的空气电离所消耗的能量,既能提高电除尘器除尘效率和降低排放,又能减少能耗。现主要以浙能兰溪电厂为例,进行介绍和分析。
3.1 改造方案
3.1.1 改造前设备情况
兰溪电厂4#炉(600 MW)为北京巴·威公司生产的单炉膛、前后墙对冲燃烧、平衡通风、超临界参数固态排渣变压直流炉,每台锅炉配置静电除尘器一套,为双室4电场。高压供电电源型号为:EPSUPER-III2.0A/72KV高压智能控制器,共16台整流变、16台控制柜,并配控制系统一套,采用32位DSP微处理器控制。根据2011年12个月的电除尘变压器电度表读数统计,改造前电除尘电源平均电耗为901 kW,其中高压部分电耗约为700 kW。
3.1.2 改造方案主要内容
浙能兰溪电厂4号炉电除尘高频电源改造项目于2012年10月10日开工,2012年12月中旬完成热态性能测试。高频电源生产厂家为浙江佳环电子有限公司。改造主要内容为:a)在电除尘顶部拆除原16台整流变设备,安装16台高频电源装置及相关通讯光纤及交换机。同时高频电源所需的电缆截面(3×90 mm2)与原电缆(2×240 mm2)有差别,因此在每台电除尘高频电源旁增加一个电源转接箱;b)新增上位机一套,采用IFIX组态软件,并将原低压系统程序融入到新的上位机系统。增加网络服务器和网络交换机,实现上位机对高频电源的监控,实现与电厂灰控辅网等的连接;c)将原高压程控柜改造成高频电源配电柜的配套,即保留原高压程控柜,取消其控制功能,将柜内原两相电缆改造为三相电缆连接,并安装三相电度表。
3.2 热态测试数据分析
由于投运时高频电源的参数设置处于出厂缺省状态,没有根据电厂的运行实际工况对输出波形进行调整,因此在投运后进行高频电源的热态调试,调试内容主要是在机组的运行工况下,找到高频电源在间歇供电状态下的占空比与输出功率、出口含尘量的关系,从而确定最佳工作状态。热态性能测试分能效兼顾、节能优先和效率优先三种运行模式进行,测试由南京电力设备质量检测中心完成,相关数据见下表1:
由上表可以看出,当在能效兼顾及效率优先工作模式下运行,其节能效果分别为58.81%及47.29%,如在节能优先工作模式下运行,则节能可达74.19%。需要说明的是,该机组在高频电源应用前已进行了高压电源智能控制器的改造工作,从而在实践中证明了高频电源在节能方面比工频单相电源具有巨大的优势。
在三种模式中电除尘效率都有不同程度的提高,并均大于99.68%的设计要求。电除尘出口烟尘浓度在能效兼顾、节能优先、效率优先三种模式下分别减少烟尘排放43%、35.12%、54.6%。由此可见,采用高频电源后在保证电除尘效率的同时,节能和减排的效果明显。
3.3 经济效益分析
经试验,当高频电源运行在节能优先模式下,同时脱硫系统正常运行时,电除尘烟气含尘量达到了30mg/m3的标准要求,节能优先可作为该电厂的日常运行模式。按此模式下的节能电量计算节能效益。在此模式下高压部分节能约500 kW,目前兰溪电厂上网电价为0.41元/(kW·h)(不含税),根据兰溪电厂2011年机组运行小时为7 500 h左右估算,采用高频电源后每年节能的经济效益为:500×7 500×0.41=153.76×104元。
本次高频电源改造工程的投资约为255×104元。由此可推算,本项目的投资回收期约在1.7 a,投资回收期短。
4 存在的问题及应对措施
由于电除尘高频电源在实践应用的时间相对不长,虽然各厂家已对出现部分问题进行了改进和完善,但在实际应用中还存在着一些问题和缺陷,需在改造和应用中采取相应措施防范:
4.1 高频电源装置高温运行环境的改善
高频电源装置安装于电除尘顶部,户外布置,夏季高温对装置内部的电子元件、板卡及通讯的稳定可靠运行是一大考验。为避免夏季太阳直晒,在电源改造时对高频电源设备加装防晒顶棚,改善运行环境是非常必要的。需要注意的是,沿海区域的电厂,在设置防晒顶棚时应充分考虑台风季节时的安全问题。
4.2 高频电源运行中的防尘维护需进一步加强
电除尘顶部环境恶劣,灰尘很多,而高频电源的强风冷却系统上设有进出风滤网,一般要求半个月需对滤网进行清洁维护,但在实际运行中由于电除尘顶部位置较高,滤网数量较多,清洁维护工作量较大,难以按要求进行,许多滤网积灰严重,将影响装置冷却效果。
建议各电厂应根据高频电源装置周围的环境,确定合理的清洁维护周期,并对冷却风扇进行定期检测和解体检查,并配备一定的备品,以便及时更换滤网和冷却风扇。
4.3 高频电源会产生电磁干扰应加强抗干扰屏蔽措施
高频电源装置含有电力电子元件,在高频整流和逆变过程中不可避免会产生电磁干扰。兰溪电厂在改造后的试运行中,当所有的高频电源同时进行连续火化放电模式时,电除尘附近部分辅机电机的测量数据发生跳变,且在配电母线中测试发现谐波电压达8%左右,超过国标要求。当所有高频电源在间歇供电方式下,配电母线中谐波电压则满足国标要求。因此高频电源应尽可能在间歇供电方式下运行。在改造及安装过程中,应加强隔离、屏蔽、接地等抗干扰措施的落实,如:a)在380 V配电母线上加装有源滤波器或高频电源入口加装电抗器。电除尘高频电源的主回路进线端装设EMC滤波器,在电源进线端,由电感和电容组成的低通滤波电路所构成,主要作用是减少和抑制高频电源所产生的电磁干扰,它允许直流或50Hz电流通过,对频率较高的干扰信号则有较大的衰减。在EMC滤波器之后设输入电抗器,可以抑制谐波电流,限制电网电压突变和操作过电压引起的浪涌电流冲击,平滑电源电压中包含的尖峰脉冲。它既能阻止来自电网的干扰,又能减少整流单元产生的谐波电流对电网的污染;b)动力电缆和控制电缆在桥架、竖井上敷设时进行分层隔离,在电缆进出竖井时是隔离的薄弱环节,应特别注意隔离;c)控制和信号电缆采用屏蔽电缆,电缆两端的屏蔽层必须接地,必要时可加小电容再接地。
5 结语
无论是理论研究还是在工程实践中,相比电除尘工频电源设备,电除尘高频电源在节能提效方面较工频电源设备具有明显的优势,同时也非常切合国家节能减排的环保要求。且高频电源投资性价比高,回收期短,具有良好的投资效益。因此,电除尘器高频电源设备在发电厂有着广阔的应用前景,在取得环保效益的同时具有明显的节能经济效益。
参考文献
[1]陈颖,郭俊,毛春华,等.电除尘器高频电的提效节能应用[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.
电除尘器高频电源改造 篇2
摘要:节能减排工作是我国现阶段的重点工作之一,特别是大气粉尘浓度排放标准的提高,现使用电除尘器面临难达标排放的巨大压力使用脉冲供电改造无疑是一条可行的途径,经过华润首阳山电厂实施情况检验,效果明显。
关键词:电除尘器 电源改造 控制优化 节能
0 引言
电除尘器是机电一体化设备,由机械本体设备和电气设备两部分构成。目前,电除尘器已经成为火力发电厂重要的环保设备,其工作状况的好坏,对机组的稳定运行和经济性有着重要影响。
1 电除尘工作原理
电除尘器的收尘机理是在阴阳极间建立高压静电场,通过气体电离及粉尘荷电达到收尘目的,因而电除尘器在运行过程中将消耗大量电能。通常情况下,为了使电除尘器的除尘效率尽量高,烟尘排放浓度尽量低,往往工作在火花整定工作方式下,使其运行二次电压尽量接近火花闪络电压,二次电流尽量大。电除尘工作过程简述为:①施加高电压产生6.4万伏电压的强场,使气体电离,即产生电晕放电;②气体中的悬浮尘粒产生荷电;③荷电尘粒在电场的作用下向电极运动;④荷电尘粒在电场中被捕集。
2 电除尘电源改造理由
目前,我国所有燃煤电厂的电除尘器几乎都运行在火花整定工作方式下。在火花整定状态下虽然能取得较好的除尘效果,但电除尘器运行过程中的电能利用效率很低,大量的电能不是用于收尘,而是被白白浪费掉。据统计,电除尘器的收尘耗电量约占整台机组发电容量的0.3-0.6%之间。
为了提高电场场强,增强电晕放电效果,需要尽量提高运行电压,直到接近火花闪络电压,以产生尽可能多的自由电子和离子。这样虽然能够达到提高除尘效率的目的,但是由于实际上产生的大量自由电子和离子中,仅有一小部分用于烟尘荷电,绝大部分自由电子和离子并未与尘粒进行荷电,而是直接从阴极到达阳极极,最终以光能或热能的形式消耗,客观上造成电能的浪费。另一方面,当烟尘比电阻较高时,运行电压、电流达到一定数值时,电场内将出现反电晕现象。在反电晕工况下,继续增加运行电压、电流会加深反电晕的程度,导致电除尘器的能耗不断增加,而除尘效率反而大幅下降。
我司电除尘后端的浊度表长期在24%以上,从电除尘的除尘效率监视情况看,除尘效率不甚理想。同时,当锅炉负荷不高, 煤质较好,灰分较低时,电场可有相应的余度,采用低供电参数来节电。
3 电除尘电源改造
确定最优的电除尘器运行电参数,改善荷电效果,克服电除尘运行过程中的反电晕工况,提高电除尘器运行过程中的电能利用效率,是实现电除尘器节能运行的关键。
3.1 改造目的 ①大幅度降低电除尘器能耗,提高运行经济性;②提高系统总体自动化运行水平;③提高电除尘器运行的安全性。
3.2改造措施原则①对本体不做改动;②利用原有动力及信号电缆,通过增加转接柜转接电缆,确保安全运行;③对高低压控制系统进行全面改造;④通过电控系统的优化控制,实现节能提效。
基于上述目的和原则,推荐进行电除尘器电源及控制改造,进行脉冲供电方式优化。
脉冲供电方式,能够有效改善粉尘的荷电效果,克服电除尘运行过程中的反电晕工况,具有良好的节能特性。脉冲供电方式的机理是,电除尘器与硅整流变等效为电容与电感,控制系统通过对每个半波可控硅导通角的合理控制,并充分利用变压器和本体的储能特点使高压电源输出脉冲幅度、宽度及基准电压灵活可变的脉冲供电波形,达到既提高放电极与收尘极之间的单位荷电场强,又节省电能的目的。该供电方式具有良好的节能提效特性,能有效克服电除尘器的反电晕工况,提高除尘效率。电除尘器电源及控制改造方式,如图1所示。
4 省内电厂实施情况调研
4.1 华润南京板桥电厂 板桥电厂1号135MW机组2004年7月进行了电除尘器电源及控制改造。该厂锅炉出口配双室4电场电除尘器1台,电气设备配套南京电力自动化设备总厂DKZ-2电除尘器电源及控制装置,规格为72kV,1100mA,DCC2000静电除尘器自动监控系统一套。电除尘器采用脉冲供电方式运行,至今工作稳定可靠,节能效果十分显著。运行期间,检测对比实验结果表明脉冲供电方式较常规供电方式(火花整定),对于电除尘器的运行有如下优势:①节能效果明显,火花整定方式下收尘电功率为295.86kW,脉冲供电方式下收尘电功率为57.08kW。②经济效益显著。以该机组每年连续运行330天,上网电价0.36元/度计算,每年可节约厂用电1891137度。③可克服反电晕工况,保证电除尘器除尘效率。通过测试表明,脉冲供电方式能有效减弱和消除反电晕情况,保证电除尘器的运行效率。④采用脉冲供电方式后,电气设备的工作电流降低为额定值的10%-20%左右,电气设备自身的发热大大降低,使设备故障率及维护工作量都明显减少。
4.2 其他电厂 谏壁发电厂12号炉为330MW火电机组,锅炉出口配双室4电场电除尘器2台,电气设备配套南京电力自动化设备总厂DKZ-2电除尘器电源及控制装置,装置规格为72kV、1200 mA的DCC2000静电除尘器自动监控系统一套。该机组电除尘器于2004年9月投入运行,对比火花整定方式下收尘电功率为405.24KW,脉冲供电方式下收尘电功率为124.05kW,节能率在65%以上。电除尘电源优化,年可节约厂用电2227024.8度,创造经济效益81.2万元。
望亭发电厂11炉电除尘器A级检修前后性能试验比较,修后电除尘器采用脉冲供电方式运行下,其除尘器各项性能指标不仅能达到设计保证值,而且可以大大节约电除尘器能耗。测试试验显示采用脉冲供电方式平均输入高压柜的功率只是大修前常规供电方式的18.8%,其平均除尘效率可从99.25%提高到99.54%,较大修前有所提高,除尘器阻力、漏风率和烟尘排放浓度较大修前都有不同程度降低和减小。因此通过高压控制柜的改造,达到了增效节能的功效,效果较明显。
我们现场调研的华电扬州电厂,由于实施电除尘电源改造项目最早,是我们调研电厂节能率最低的,但是节能率仍达到60%。
5 改造方案和目标
5.1 改造方案 原高压控制柜的尺寸为2200×600×600,低压控制柜尺寸为2200×800×600。现在需要将原来高压控制柜及低压控制柜从原有位置移除,安装8面2200×800×600的高低压控制合一的电除尘电源及控制装置,原进线柜保持不动。
高压控制部分的铜排、母线夹、变压器动力电缆以及二次反馈电缆均利旧,长度不足的母排还需增加部分铜排。原有的低压柜可以全部移除,所有的低压动力电缆及信号电缆需要从原低压柜中转接到各个电场的DKZ-2装置中,低压电缆长度不够的部分需使用低压转接柜来转接。为实现远程监控和操作,配备一套上位机系统。增加高效反馈浊度仪,实现闭环控制。此设备可实时检测除尘效果,实时调整供电模式。
5.2 改造目标 由于该项目安全性和可靠性很好,所以改造目标关注在经济性和自动化两方面。
通过脉冲供电控制方式的应用,使改造后的电除尘器电能消耗比改造前降低50%以上,年创造经济效益以上120万元,确保18个月内收回成本。
通过对每台机组电除尘器电源及控制设备的改造,增加计算机自动监控系统及闭环控制系统,提高电除尘器的整体自动化水平,减少电厂运行人员的工作量。
参考文献:
[1]卢泽锋,居斌,傅启文.电除尘器能耗分析与节能提效供电技术研究[J].华电技术.2008,30(01):72-75.
电除尘器高频电源改造 篇3
安钢炼铁厂3#烧结机高频电源2012年5月投运, 由于电流极限值设定得不合理, 机头电场二次电压普遍偏低、二次电流偏大, 机尾电场二次电压偏低、火化率偏高, 需要岗位工实时监控二次电压和二次电流的变化, 对二次电流极限值进行调节, 工作量增大, 调节效果不好, 造成电能的严重浪费, 设备的损坏率偏大。针对这种情况, 公司研制了一套电除尘器高频电源极限电流闭环控制专家管理系统 (简称电除尘器专家管理系统) , 经过反复调试, 2013年3月正式投运, 在运行过程中不断进行完善, 目前运行效果良好。
1 系统开发的原因
1.1 电场动态运行要求
电除尘电场在运行中, 每个电场二次电压不仅随着进入电除尘内部灰尘的温度、湿度、浓度的变化而变化, 而且还随着阳极板上的积灰厚度、阴极线的放电能力、极板的振打周期变化而变化。因此, 需要通过调节每个电场的电流极限给定值, 始终让每个电场二次电压运行在最高状态, 同时根据电场负载的变化自动调节电流极限值, 保证电除尘器良好的收尘效果和节能效果。
1.2 操作方面的要求
3#烧结机高频电源投产初期, 电流极限值依靠操作人员以往的经验进行调节, 随意性强, 没有一个有效可行的调节标准。操作人员必须懂得电除尘专业理论知识, 有丰富的实际操作经验, 责任心强, 才能胜任岗位。实际上目前的操作人员的能力以及人员配置无法满足要求, 高频电源的良好性能未能得到充分的发挥。
1.3 节能的要求
电场电流极限值长期不变或设定不合理, 不但造成电除尘收尘效率不高, 而且造成电能严重浪费。
2 系统开发理论依据
以往电场运行时, 二次电压、二次电流和电流极限值给定值处于开环控制。如果让计算机或PLC设备定时检测每个电场二次电压、二次电流值, 通过一套专门的控制系统, 根据每个电场二次电压、二次电流实际运行值, 实现闭环控制, 可以动态、自动调节每个电场电流极限值的大小, 让每个电场运行无火花率或少火花率, 处于最高二次电压状态, 获得最佳收尘和节能效果。
3 原控制系统及运行效果
3.1 控制方案
3#烧结机电除尘器高频电源原系统控制由上位机监控系统、高频电源两部分组成, 上位机监控系统为人机界面和通信数据交换中心, 控制对象为高频电源的电流极限值 (由操作员手动输入) 。系统结构如图1所示。
3.2 运行效果及分析
实际运行时, 如果电场电流极限值一直不变, 会出现以下3种情况 (如图2所示) :
(1) 电流极限值大于动态最大电流极限值, 火花率偏大, 电场承受的二次电压较低, 如A段曲线。
(2) 电流极限值等于动态最大电流极限值, 火花率接近零, 电场承受的二次电压上升, 如B段曲线。
(3) 电流极限值小于动态最大电流极限值, 电场承受的二次电压继续上升, 如C、D段曲线。
根据运行情况, 电流极限值调节方式为:
(1) A段曲线:火花放电频繁, 电场处于不稳定状态, 收尘效果不好, 为了提高收尘效果, 适当降低电流极限值, 增加电场运行的稳定性。
(2) B段曲线:电场随着承受的二次电压上升, 处于少火花的稳定状态, 电流极限值不用调整。
(3) C、D段曲线:电场承受的二次电压继续升高, 处于无火花状态, 虽然运行状态稳定, 但为了提高收尘效果, 可以适当提高电流极限值, 让电场运行在少火花率状态。
4 电除尘器专家管理系统研制方案
电除尘器专家管理系统由上位机监控系统、下位机PLC控制系统、高频电源3部分组成。上位机监控系统为人机界面和通信数据交换中心。下位机PLC控制系统为新系统核心部分, 主要根据上位机监控系统提供的数据完成控制系统的自动调节, 输出调节后的电流极限值, 对高频电源进行控制。控制对象为高频电源的电流极限值。系统结构如图3所示。
注:虚线部分为开发的电除尘器专家管理系统。
5 电除尘器专家管理系统开发的对象及任务
开发的对象为上位机监控系统和下位机PLC控制系统。
5.1 上位机监控系统
上位机监控画面采用Vijeo Citect工控软件制作, 主要完成以下任务:实现电除尘器专家管理系统和操作人员之间人机交流, 完成参数设定;通过上位机监控系统实现高频电源设定参数、运行数据和下位机PLC控制程序之间的数据交换。
5.2 下位机PLC控制系统
下位机采用M340系列PLC, 采用以太网通信, 主要完成以下任务:通过上位机监控系统采集高频电源设定参数、运行数据;读取上位机监控系统和操作人员之间的人机交流参数;根据高频电源设定参数、运行数据和人机交流参数, 采用PLC结构化语言ST编程, 完成电除尘器专家管理系统功能, 实现对每个电场电流极限值的自动调节。
5.3 电除尘器专家管理系统的核心控制部分
电除尘器专家管理系统的核心部分由电流自动调节和电压自动调节组成。
5.3.1 电流自动调节
系统根据火花率的变化, 通过PLC自动调节电流极限值改变电场运行状态, 让电场自动工作在少火花率状态。调节过程分为:
(1) 电流极限值下降阶段:当火花率大于零时, 二次电流值变化频繁, 二次电流值小于或等于电流极限值, 电场处于火花放电状态, 说明给定的电流极限值偏大, 适当降低电流极限值, 让火花率约等于零, 二次电流值约等于电流极限值, 让电场处于稳定状态。
(2) 电流极限值上升阶段:当火花率等于零时, 二次电流值稳定, 二次电流值约等于电流极限值, 电场处于稳定状态, 说明给定的电流极限值偏小, 适当增加电流极限值, 让火花率大于或等于零, 二次电流值小于或等于电流极限值, 提高除尘效率。火花率等于零时, 为提高除尘效果, 进入电流极限值上升阶段, 电流极限值继续增加, 直至状态不稳定后, 再次进入电流极限值下降阶段。当电场处于不稳定状态, 火花率大于零时, 为降低能耗, 进入电流极限值下降阶段, 减少电流极限值, 直至火花率等于0, 再次进入电流极限值上升阶段。
5.3.2 电压自动调节
PLC自动调节电流极限值, 改变电场运行状态, 让电场自动工作在设定的二次工作电压范围。调节过程分为:
(1) 二次电压下降阶段:在火花率等于零的情况下, 二次电压上升, 造成电场运行二次电压大于二次电压上限, 由于要求电场运行二次电压小于二次电压的上限, 此时可以适当减少电流极限值, 让电场运行在规定的二次电压极限的上限值附近。
(2) 二次电压上升阶段:在火花率等于零的情况下, 电场负荷的变化, 造成电场运行二次电压小于二次电压极限的上限, 电场运行二次电压有提高的空间, 可以适当增加电流极限值, 让电场运行二次电压进一步提高, 运行在规定的二次电压极限的上限值附近。电场施加的二次电压越高, 电场的收尘效果越好, 除尘效率越高。通过调节二次电流极限值控制电场二次电压值, 让电场运行在规定的二次电压极限的上限附近, 可以有效防止电场出现开路报警或过高的二次电压造成电场击穿的现象。
6 电除尘器专家管理系统运行效果
电除尘器专家管理系统运行效果 (如图4所示) :
(1) A段曲线:电流极限值降低, 处于少火花状态, 电场由不稳定变成稳定状态, 和以前相比, 收尘效果提高, 电能消耗降低。
(2) B段曲线:电流极限值不变, 处于少火花状态, 电场稳定, 和以前相比, 收尘效果不变。
(3) C、D段曲线:电流极限值提高, 处于少火花状态, 电场稳定, 和以前相比, 收尘效果更高。
7 电除尘器专家管理系统的作用及意义
(1) 操作人员不用考虑烧结工艺的不稳定性影响电除尘器的收尘效果。系统对操作人员的技术要求降低, 根本不用操作, 劳动强度大大降低。
(2) 提高一、二电场的稳定运行, 后面三、四电场的稳定也进一步提高, 提高电除尘器每个电场的收尘效果。
(3) 提高高频电源运行的稳定性, 对高频电源的发热量有一定的控制作用, 尤其在高火花率情况下, 有效降低高频电源运行二次电流, 使其发热量大幅度降低, 减少控制柜内电器元件的损坏, 大大降低高频电源的维修量。
摘要：以3#烧结机电除尘器高频电源在烧结生产工序的应用为例, 介绍高频电源极限电流闭环控制专家管理系统控制方案的理论基础和自动调节方法。
关键词：高频电源,极限电流值,专家管理系统
参考文献
电除尘器高频电源改造 篇4
电除尘器是在阴阳极间建立高压静电场,通过气体电离及粉尘荷电达到收尘目的。火力发电厂在竞争日益激烈的条件下,不仅要考虑产出,也要考虑投入,以尽量少的资源投入和环境代价实现尽可能大的产出,切实做到节约发展、清洁发展、安全发展、可持续发展。高频脉冲电除尘器节能效果是传统工频供电方式的电除尘器无法比拟的。高频脉冲供电对降低电除尘器电耗,提高电除尘器的运行稳定性,提高经济效益,实现企业的节能减排具有十分重要的意义。高频电源作为新一代电除尘器电源,具有巨大的节能和提效潜力,同时,也为进一步提高除尘效率、达到新的环保排放要求提供了技术保障。
1 高频电源的原理及特点
高频电源是将三相工频电源经三相整流桥整流成约530 V的直流,再经逆变电路逆变成20 kHz以上的高频交流电流,然后再通过高频变压器升压,经高频整流器整流滤波,形成40 kHz以上的高频电流,供给电除尘器电场。其功率控制方法有脉冲高度调制、脉冲宽度调制和脉冲频率调制3种方法,目前,多数高频电源采用的是脉冲频率调制方法。高频电源的供电电流由一系列高频脉冲构成,其脉冲幅度、宽度及频率均可以调整。这就意味着可给电除尘器提供从纯直流到脉冲的各种电压波形,因而,可根据电除尘器的工况,提供最佳电压波形。
由此可见,高频电源在纯直流供电条件下,可在逼近电除尘器的击穿电压下工作,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%,在前电场应用,电晕电流可以提高1倍。另外,高频电源在几十微秒的高压脉冲工作条件下,可有效提高粉尘荷电量,克服反电晕,提高电场场强,增加粉尘驱进速度,使得电除尘器的除尘效率得到提高。高频电源本身效率和功率因数均大于0.9,远高于常规工频电源,具有优越的脉冲供电方式。
2 运行分析
2.1 节能分析
上海能源大屯发电厂1号、2号为2×60 MW机组,2008年投入运行,采用的是龙净环保股份有限公司型号为BEL154/2-4双室四电场电除尘器,高压控制设备型号为GGAJ02K,具有全波供电、双半波间歇供电、单半波间歇供电3种运行模式。
以1号机组电除尘为例,一二电场为全波供电方式,除尘功率为150 kW,三四电场为脉冲间歇供电方式时,除尘功率为70 k W左右,节电50%以上,效果非常显著。
2.2 除尘效率分析
一般而言,不论是新安装的还是刚大修完的电除尘器,在其投运之初,极板极线干净,除尘效果都比较好。在运行一段时间后,除尘器极板极线开始积灰,使除尘效率有所降低。由于采用脉冲供电方式(也叫间歇供电),即在一定时间内,降低或停止高压设备的供电输出,使极板上的带电粉尘将电荷充分释放掉,使粉尘静电吸附力消失,此时通过振打器振打,就很容易清除积灰,保持极板极线的清洁,避免引起电晕线肥大,改善了电场的工作电流和电压,获得更高的除尘效率。
在脉冲间歇供电方式下运行时,1号、2号机组烟尘排放平均浓度分别为30 mg/m3和23 mg/m3,除尘效率在99.8%以上。
2.3 GGAJ02K型高压控制设备的优点
a)具有自适应功能。根据工况变化自动寻找间歇供电的最佳占空比,达到既大幅度节能又提高除尘效率的目的;b)具有全波供电、双半波间歇供电、单半波间歇供电3种运行模式。间歇供电控制方式的主要优点是:(a)降低平均运行电流,节能达50%以上。(b)适用于高比电阻粉果的改善,使振打频度下降,设备磨损减少,大幅度延长使用寿命;e)智能节能控制,可实现节能50%以上。
3 结语
电除尘器高频电源改造 篇5
上世纪九十年代末,电除尘行业开始研究开发基于高频开关技术的新型电源,这是一种与电网频率无关的高频开关式一体化电源,设备工作频率为几十k Hz,它能给电除尘器提供接近纯直流到脉动幅度很大的各种电压波形,在应用中可针对各种特定的工况,选择最合适的电压波形,从而提高除尘效率。由于高频电源可以有效提高除尘效率并大幅节能,高频电源技术得到迅猛发展,设备容量由前些年的32 KW快速提升到目前的120 KW,并继续向更大容量发展。
因电除尘器负载的工况特殊性,为达到尽可能高的除尘效率,设备常常运行于闪烙状态,为适应频繁出现的闪烙、短路现象,高频电源通常采用串联谐振拓扑结构的变换器。采用该拓扑结构的变换器具有恒流特性,可以有效抑制除尘器电场火花的电流冲击,适应负载的大范围变化[1]。对于串联谐振全桥变换器,当开关频率fs小于二分之一的谐振频率fr时,变换器为电流断续工作方式,开关管为零电流开通,零电流/零电压关断;反并二极管为自然开通和关断[2,3]。为降低开关损耗防止功率器件过压损坏,保证零电流关断,需要对谐振电流进行过零检测,利用过零信号关断触发脉冲。因此精确的过零检测是保证零电流关断的关键所在,过零检测信号的设计就成了关键的一个环节。
1 电除尘高频电源及串联谐振变换器工作原理
高频电源原理如图1所示,三相交流电源经断路器、接触器、整流器整流输出直流电源,经全桥串联谐振电路(含局域并联谐振电路)逆变为高频交流,最后整流输出直流负高压。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输出,为ESP提供供电电源。
由于电除尘器可以等效为阻容性负载,因此其主回路等效原理如图2所示。由于采用串联谐振拓扑结构,功率器件的开通损耗与关断损耗极小,器件的关断冲击小,减少了电磁干扰,在输出侧短路时有较好的限流能力,其恒流特性有明显的火花抑制作用,火花击穿的临界电压显著提高。
其主回路工作电流为[3]
其工作过程简单描述如下
t0-t1时,Q1、Q4导通,电流经Q1、Lr、Cr、T1、Q4向电容Cr充电,在t1时,电容电压达到最大值,充电电流为零,触发信号可关断Q1及Q4,从t1开始,电容电压经Q4、T1、Cr、Lr、Q1放电,形成正弦电流的负半波,在负半波结束后,因Q1、Q4未能再次打开,回路电流为零;从t3开始,Q2、Q3导通,电容Cr被反向充电,工作过程与前述相同。由上可知,开关管为零电流开通,零电流/零电压关断,因开关管在Q1～Q4导通和关断时电流为零,故称为零电流谐振开关,为保证关断时电流为零,必须对谐振电流过零点进行精确检测设计,过零检测设计包括电流传感器的设计及过零检测信号处理两部分。
2 电流传感器的设计
2.1 方案比较
2.1.1 霍耳磁平衡式传感器,霍耳传感器采用了单或双霍耳元件并工作在零磁通状态,测量范围宽,可测量各种电流,如直流、交流、脉冲电流等,测量精度及线性度好,电流上升率快,响应速度快,响应时间小于1μs;
2.1.2 电流互感器,采用铁氧体或非晶、超微晶等今属材料作为铁芯的电流互感器可用于较高频率电流的采样,针对特定频率电流的采样,采用较高磁导率的铁芯材料可减小比差与相位差,可保证精确测量;
2.1.3 以泰克电流探头放大器(AM503 CURRENT PROBE AM-PLIFIER)作参照标准,比较了自制高频电流互感器、霍尼韦尔霍耳磁平衡式传感器CSNK591及国产电流传感器CSB4V-600V的采样。图3中1->为国产电流传感器CSB4V-600V的采样波形,2->为泰克电流探头放大器采样波形,明显可以看出国产电流传感器波形受到干扰,图4中1->为触发脉冲波形,2->为霍尼韦尔霍耳磁平衡式传感器CSNK591的采样波形,波形饱满与泰克电流探头放大器采样一致,但价格较为昂贵,体积较大,采购周期较长。图5中1->为过零检测信号,2->为自制高频电流互感器采样波形,自制电流互感器在测量精度、响应时间及抗干扰方面有较大优势,且其造价低廉。
2.2 自制高频电流互感器的设计
2.2.1 先简单分析一下电流互感器的误差
电流互感器的误差计算公式为
式中I2—二次电流(有效值);Z2—二次回路总阻抗;Lc—铁芯平均磁路长;f—电源频率;μ—铁芯材料的磁导率;N2n—二次绕组匝数;I1N1n—一次绕组安匝数;α—二次阻抗角;θ—铁芯损耗角。
根据误差计算公式,我们可以看出比差ε和相位差δ与铁芯材料的磁导率μ成反比关系,铁芯材料的磁导率μ越高,比差和相差就越小。同时应看到f越高,比差与相位差越小。
2.2.2 各种磁性材料的物理性能和价格比较如表1所示[4]
由于铁氧体和非晶合金具有中高的磁导率和低的铁损,作为高频互感器具有较高的性能优势,但非晶及超微晶铁芯受振动、受挤压后磁性变化较为严重,一般需将其装在一个有一定刚性的骨架中,铁芯与骨架间要加缓冲层,线匝绕在骨架的外侧,总之,其加工复杂且价格较贵,为此选用锰锌铁氧体PC30材料。
2.2.3
考虑到谐振电流峰值480 A,有效值约105 A,谐振频率为37 k Hz,电流互感器二次电流峰值0.8 A,取样电阻采用无感电阻9Ω,我们把互感器的信号作为过零检测用,主要考核其相位差和抗干扰能力。采用较低的磁通密度以减小励磁电流,同时为减小漏磁通,二次绕组应具有一定的匝数且均匀分布,设计参数为:铁氧体材料PC30,φ100/φ45/δ20,初级一匝,次级600 T,用φ0.51 mm的漆包线,二次取样电阻9Ω。
3 过零检测信号处理
3.1 过零检测信号回路原理如图6所示
由于电除尘高频电源有纯直流连续供电和间歇供电的要求,因此IGBT的驱动电路不采用现成的集成触发器,而采用特殊设计的触发脉冲形成电路,确保IGBT器件的驱动与保护,防止误触发、误关断等。回路中所用运放、比较器、触发器、光藕等用高速器件,二极管采用快速恢复二极管,采用绝对值线性整流电路以保证过零点的精确。
3.2 抗干扰措施如下
3.2.1 电流互感器应让主回路导线垂直穿过,采样电阻宜为无感电阻,尽量缩短电流互感器输出线,互感器输出线应与谐振主回路垂直布置,采用屏蔽双绞线。
3.2.2 过零信号检测部分采用单独电源供电,避免多路输出电源分布电容和耦合电感的影响,线路设计共模电感抑制共模信号干扰,采样电阻并联一个小电容平滑抑制电流尖峰。
3.2.3 过零信号检测电路与谐振主电路采取电磁屏蔽手段,信号元件合理布局,减小信号回路的面积。
3.3 测试波形
过零检测信号如图5中1->所示,信号清晰无干扰,利用前一个过零信号延迟整形生成IGBT触发脉冲,触发脉冲波形如图4中1->所示,触发脉冲满足零电流关断要求。
4 结束语
(1)电除尘高频电源采用串联谐振拓扑结构,变换器为电流断续工作方式,应用零电流谐振开关,过零检测很重要,若由于干扰而太早关断,将导致IGBT硬关断,IGBT的C、E极将出现过电压而可能导致IGBT损坏,导致设备严重损毁。
(2)上述过零检测与信号处理经实践运行是可靠稳定的,特别是自制电流互感器在测量精度、响应时间及抗干扰方面有优势,体积小,安装便捷,既节约成本又提高了可靠性。该电流互感器磁芯四象限工作,检测的负载电流范围宽,与主电路隔离,使用方便灵活。若直接用于直流检测,会导致偏磁,需在电流互感器副边加一个退磁电路,那将可用于母线脉冲电流的检测。
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]李爱文,张承慧.现代逆变技术及其应用[M].北京.科学出版社,2000:115-117.
[3]阮新波,严仰光.直流开关电源的软开关技术[M].北京.科学出版社,2000:66-70.
电除尘器高频电源改造 篇6
1 高频电源技术特点
1.1 高频电源工作原理
高频电源能够在电除尘器火花放电或短路时快速关断, 封锁电源输出, 使电源具有快速动态响应特性。该特性也使得高频电源实现了接近纯直流的输出, 提高了供电电压, 从而提高了电除尘器的电场强度和粉尘荷电量, 增加了电除尘器内粉尘所受电场力, 加快了粉尘迁移速度, 提高除尘效率, 减少烟尘排放[5]。在投入工程应用以来, 高频电源以除尘效率高、系统节能效果好, 减少电除尘器的运行费用等稳步成为电除尘器产业领域的重要标志和电除尘器技术改造的首选供电设备[6,7]。
1.2 高频电源运行方式
高频电源的脉冲宽度、脉冲幅度、供电频率均可以快速调整, 控制非常灵活, 可根据电除尘器电场的实际运行工况, 实时提供最适合的电压、电流波形, 工况适应能力强[5]。以南京国电环保科技有限公司的HF-02型高频电源为例, 该型号高频电源提供了恒定周期供电和脉冲供电2种方式。
(1) 恒定周期供电方式。高频电源按照预先设定的频率进行工作, 输出电压和输出电流均由工作频率决定。这种工作方式下, 为满足电除尘器出口排放要求, 必须保持设备运行在较高功率点, 电能消耗较大, 对运行人员的操作要求较高, 难以满足煤质、负荷、烟气等变化较大时的运行要求。
(2) 脉冲供电方式。脉冲供电方式下, 高频电源的供电输出由一系列高能脉冲和低能脉冲组成, 输出电流波形类似于正弦波。实践证明, 与常规的高压供电方式相比, 脉冲供电可以为电除尘器提供较高的峰值电压, 克服高比电阻引起的反电晕, 提高除尘效率, 同时减少了电场中的无效和反效电能, 从而实现了大幅度的节能。在电除尘器的日常运行中, 在满足除尘效率和排放达标的前提下, 一般采用脉冲供电方式。
2 高频电源应用及优化分析
2.1 高频电源应用情况
国电泰州发电有限公司1号机组为1000 MW超超临界燃煤发电机组, 除尘系统采用浙江菲达保科技股份有限公司生产的三室五电场电除尘器, 设计除尘效率99.7%。电气部分配套使用南京国电环保科技有限公司生产的HF-02型高频电源。在调试期间, 高频电源均采用脉冲供电方式运行, 且5个电场的运行参数基本一致, 输出功率较为接近, 主要技术参数如表1所示。在所有电场高频电源均正常工作情况下, 电除尘器所有通道出口的烟尘排放浓度平均值为44.9mg/m3, 小于50 mg/m3。
2.2 高频电源优化调整及分析
2.2.1 高频电源参数调整内容
为进一步提高除尘效率, 国电泰州发电有限公司结合1号机组电除尘器的运行实际情况, 在燃煤煤种和负荷等运行工况不变的情况下, 不断优化调整供电电源参数并分析现有高频电源的工作方式, 以充分发挥电除尘器供电电源的除尘作用。
高频电源参数调整方法。在多数情况下, 燃煤电厂电除尘器一、二电场烟气量大, 粉尘含量高, 往往需要较大的荷电能量, 因此在优化调整时增大了电除尘器一、二电场的高频电源输出峰值电压;由于三、四、五电场的粉尘含量较少, 所以在保证电除尘器出口烟尘浓度的前提下, 适当降低三、四、五电场的高频电源输出功率。高频电源运行优化后主要技术参数如表2所示。
2.2.2 高频电源优化结果及分析
在燃煤煤种不变, 且与优化调整前锅炉负荷基本一致的情况下, 1号机组通过提升电除尘器一、二电场高频电源的输出功率, 电除尘器出口烟尘浓度降低明显, 如图1所示。烟尘排放浓度由44.9 mg/m3降低至34.2 mg/m3, 除尘效率提高了23.8%。此外, 通过适当降低三、四、五电场的输出功率, 电除尘器总能耗变为每小时156 k W·h, 较优化前减少了10 k W·h左右, 如图2所示。实现了在保证烟尘浓度的前提下, 降低电除尘器耗能6%。需要说明的是, 高频电源在供电参数调整过程中, 需特别关注一、二电场灰斗的落灰情况是否通畅, 及有无出现高料位等情况, 若产生类似情况, 应停止降低功率。
3 结束语
国电泰州发电有限公司为建设绿色化燃煤机组, 采用了南京国电环保科技有限公司自主研制的HF-02型高频电源为电除尘器供电。通过电除尘器高压控制技术优化, 进一步提高电除尘器性能和高频电源运行效率。结合电除尘器技术理论及高频电源运行实际现状, 增加电除尘一、二电场的运行功率、运行电压尤其是峰值电压, 优化二次电压波形和脉冲供电频率, 显著减少电除尘器出口烟尘排放。同时降低三、四、五电场的输出功率, 在一定程度上降低了除尘器能耗, 充分挖掘了电除尘器高频电源技术的节能减排潜力, 为火电企业节能减排提供了良好的经验借鉴。
参考文献
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[4]王双童.低碳经济形势下提升燃煤发电企业节能降耗对策[J].江苏电机工程, 2011, 30 (2) :66-69.
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