高頻電源在燃煤機(jī)組電除塵器節(jié)能改造中的應(yīng)用

近年來(lái)，中國(guó)中部地區(qū)霧雨氣候的面積正在日益增大，而且越來(lái)越頻繁、嚴(yán)重。造成霧霾的主要原因之一是大氣污染物排放負(fù)荷巨大,遠(yuǎn)超環(huán)境承載能力。因此,為了進(jìn)一步削減大氣污染物排放,緩解大氣污染現(xiàn)狀,2011年修訂并發(fā)布的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223—2011)規(guī)定煙塵排放限值為30mg/m2009年,我國(guó)火電廠采用電除塵器的鍋爐容量占95%以上與眾多電除塵器節(jié)能提效技術(shù)相比,高頻電源技術(shù)具有投資省、見(jiàn)效快、不需對(duì)電除塵器本體改造等諸多優(yōu)點(diǎn),因此被認(rèn)為是火電廠電除塵器技術(shù)改造的重要技術(shù)措施之一。1高頻設(shè)備技術(shù)的概論1.1高頻電源系統(tǒng)工頻電源和高頻電源原理框分別如圖1和圖2所示。傳統(tǒng)的電除塵器普遍采用工頻可控硅電源供電,其電路結(jié)構(gòu)是兩相工頻電源經(jīng)過(guò)可控硅移相控制幅度后,送整流變壓器升壓整流,形成100Hz的脈沖電流送電除塵器。高頻電源則是把三相工頻電源通過(guò)整流形成直流電,通過(guò)全橋逆變電路形成高頻交流電,再經(jīng)過(guò)整流變壓器升壓整流后,形成高頻脈動(dòng)電流送電除塵器,其工作頻率可達(dá)到20~50kHz。其主要包括3個(gè)部分:變換器、變壓器、控制器。其中,全橋變換器實(shí)現(xiàn)直流到高頻交流的轉(zhuǎn)換,高頻變壓器/整流器實(shí)現(xiàn)升壓整流輸出,為電除塵器提供供電電源。高頻電源和工頻電源的技術(shù)指標(biāo)、應(yīng)用性能對(duì)比見(jiàn)表1和表21.2高電除塵器除塵大量的試驗(yàn)證明,采用脈沖電源(電流脈沖寬度在μs級(jí))可以大幅度增強(qiáng)煙塵的荷電量,減少電場(chǎng)內(nèi)無(wú)效的空氣電離所消耗的能量,既能提高電除塵器除塵效率,又能減少能耗。高頻電源正是在此基礎(chǔ)上建立起來(lái)的新一代電除塵器供電電源,它采用現(xiàn)代高頻開關(guān)電力電子技術(shù),通過(guò)工頻交流-直流-高頻交流-高頻脈動(dòng)直流的能量轉(zhuǎn)變形式,供給電場(chǎng)一系列幅度、寬度及頻率均可調(diào)整的電流脈沖(脈沖寬度在5~20μs),能夠根據(jù)電除塵器的工況提供最合適的電壓波形,在保證煙塵帶有足夠電荷及除塵效率的前提下,大幅度減少電除塵器電場(chǎng)供電能量損耗。1.3電除電效率根據(jù)國(guó)內(nèi)外高頻電源應(yīng)用報(bào)告,高頻電源可明顯增加電除塵器電場(chǎng)電壓和電場(chǎng)電流,提高除塵效率和降低能耗的作用。如上海外高橋第三發(fā)電有限公司2009年進(jìn)行的8國(guó)外高頻電源的應(yīng)用主要是為了適應(yīng)電除塵器的惡劣工況,以提高電除塵器除塵效率,尚未見(jiàn)到降低電除塵器能耗方面的報(bào)道2應(yīng)用實(shí)踐2.1單-燃煤發(fā)電廠4某燃煤電廠42.1.1當(dāng)前科舉除垢系統(tǒng)的能耗42.1.2煙氣量和陣風(fēng)下電除塵器總處理煙氣量改造前電除塵器性能試驗(yàn)結(jié)果:在機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行,燃煤收到基灰分29.32%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))、燃煤收到基全水分12.6%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),電除塵器投入15個(gè)電場(chǎng)分區(qū),總處理煙氣量337.9萬(wàn)m為滿足GB13223—2011規(guī)定的限值(30mg/m2.2優(yōu)化配置脈沖電源脈沖控制器,提升整體除塵效率,兼顧運(yùn)行模式,提高整體節(jié)能資本項(xiàng)目主要對(duì)4由于高頻電源的使用兼有提效及節(jié)能兩種效果,而除塵提效和節(jié)能之間在效果上又相互制約。因此,針對(duì)高頻電源的不同運(yùn)行參數(shù)設(shè)置了節(jié)能優(yōu)先、能效兼顧和效率提高3種運(yùn)行模式。在設(shè)計(jì)原理上,節(jié)能優(yōu)先運(yùn)行模式是指在保證原有除塵效率的前提下實(shí)現(xiàn)最大程度的節(jié)能;效率提高運(yùn)行模式則指最大限度地提高除塵效率而不考慮節(jié)能量;能效兼顧運(yùn)行模式則是介于兩者之間,即實(shí)現(xiàn)一定節(jié)能率的情況下,達(dá)到優(yōu)于改造前的除塵效率。在實(shí)現(xiàn)方式上,由于在脈沖間歇模式下,通過(guò)調(diào)整脈沖寬度,可以增加或減少脈沖寬度內(nèi)的供電波數(shù);通過(guò)調(diào)整脈沖周期,則可以延長(zhǎng)或縮短脈沖放電時(shí)間,如此調(diào)整可實(shí)現(xiàn)輸出不同的電壓波形,并最終體現(xiàn)在高頻電源輸出功率的調(diào)節(jié),從而在相對(duì)穩(wěn)定的運(yùn)行工況下,控制電除塵器出口煙氣濃度和除塵效率。因此,可通過(guò)調(diào)整高頻電源在間隙供電狀態(tài)下的脈沖寬度和脈沖周期(占空比或充電比)來(lái)實(shí)現(xiàn)3種運(yùn)行模式的運(yùn)行或切換。電除塵高壓控制系統(tǒng)通過(guò)通訊網(wǎng)由上位機(jī)(工控機(jī))集中管理高頻高壓電源發(fā)生裝置,所有高頻高壓電源發(fā)生裝置的運(yùn)行狀態(tài)(運(yùn)行參數(shù)設(shè)置、顯示、故障狀態(tài))均在上位機(jī)集中控制和顯示。低壓系統(tǒng)保持不變并納入到新的上位機(jī)系統(tǒng)。2.3這是一個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程本改造項(xiàng)目在42.4電離器性能試驗(yàn)2.4.1試驗(yàn)條件42.4.2測(cè)量點(diǎn)的配置根據(jù)《電除塵器性能測(cè)試方法》(GB/T13931—2002)的要求,在42.5高頻電源運(yùn)行性能的影響在電除塵器本體不作改造的情況下,電除塵器性能與高頻電源的運(yùn)行參數(shù)具有一定的關(guān)系。根據(jù)試驗(yàn)前的熱態(tài)調(diào)試結(jié)果,在機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)基本一致的情況下對(duì)電除塵器性能進(jìn)行試驗(yàn)。2.5.1電除塵器運(yùn)行模式對(duì)除塵效率的影響試驗(yàn)結(jié)果列于表3。由表3可見(jiàn),在設(shè)定的高頻電源節(jié)能優(yōu)先、能效兼顧和效率提高3種運(yùn)行模式下電除塵器的除塵效率分別99.81%、99.85%和99.87%,出口煙塵質(zhì)量濃度分別34.3、29.6、23.4mg/m2.5.2電除塵器電場(chǎng)功率(1)隨著電場(chǎng)功率的提高,電除塵器的除塵效率成上升趨勢(shì)。同時(shí),隨著電場(chǎng)功率的提高,電除塵器除塵效率上升幅度逐漸減少,說(shuō)明在電除塵器本體不改造的情況下,高頻電源的提效效果有極限值。(2)從表4可以看出,由于A側(cè)電除塵器停運(yùn)了一個(gè)電場(chǎng),因此A側(cè)電除塵器電場(chǎng)功率大于B側(cè)時(shí),其除塵性能比B側(cè)差。只有當(dāng)A側(cè)電除塵器的電場(chǎng)功率比B側(cè)高一定值(如效率提高運(yùn)行模式下的A側(cè)電除塵器功率176.2kW與節(jié)能優(yōu)先運(yùn)行模式下的B側(cè)電除塵器功率97.2kW相比)時(shí),A側(cè)電除塵器的除塵性能才優(yōu)于B側(cè)。根據(jù)4結(jié)合上述現(xiàn)象分析,出現(xiàn)這種情況說(shuō)明電除塵器投運(yùn)電場(chǎng)的數(shù)量對(duì)電除塵器的運(yùn)行性能有很大影響,即使進(jìn)行了高頻電源改造,一旦4個(gè)通道內(nèi)的電場(chǎng)不能完全投運(yùn),則其首先影響的是提效效果,假如為保證除塵效率則會(huì)進(jìn)而影響節(jié)能優(yōu)先運(yùn)行模式下的節(jié)能效果,因此需加強(qiáng)對(duì)設(shè)備可靠性的日常管理,保證其性能的發(fā)揮。2.6不同運(yùn)行模式下煙民因子檢測(cè)對(duì)比改造前后電除塵器能耗數(shù)據(jù)和性能,可計(jì)算出3種運(yùn)行模式下的煙塵減排量、節(jié)能率和節(jié)能量,具體見(jiàn)表5。由于在節(jié)能優(yōu)先模式下,電除塵器出口煙塵質(zhì)量濃度為34.3mg/m3高頻電源的提效改造(1)高頻電源的應(yīng)用可明顯改善電除塵器的除塵性能和降低電除塵器的運(yùn)行功耗,可作為我國(guó)電除塵器節(jié)能提效改造的重要技術(shù)措施