脈沖電源在電除塵器上應(yīng)用特性的研究

作者 湯豐 姚凌飛 浙江菲達(dá)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?浙江 諸暨 311800)

湯豐(1976-)，男，碩士，高級工程師，研究方向：自動化控制。

摘要：脈沖電源是目前電除塵器電源改造市場的重要產(chǎn)品，其主要特性為突破直流閃絡(luò)電壓限制、提高除塵效率、降低電能消耗和有效克服反電暈。本文通過理論分析和實(shí)驗(yàn)測試，對脈沖電源的四個特性進(jìn)行了深入研究，驗(yàn)證了脈沖電源的優(yōu)良性能，也得到了一定的結(jié)論，有助于深入認(rèn)識和理解脈沖電源，為除塵器電源改造提供參考。

引言

　　電除塵器用脈沖電源最早于上世紀(jì)80年代面世，但因?yàn)楫?dāng)時的環(huán)保要求不高，未得到廣泛的推廣。近幾年，由于我國國內(nèi)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)苛，脈沖電源在中國燃煤電廠實(shí)現(xiàn)了大面積推廣和應(yīng)用，并且取得了良好的效果，極大地提高了除塵器的除塵效率，降低了排放，節(jié)約了電能，增加了國內(nèi)市場對脈沖電源的信心，在近期成為除塵器電源改造的焦點(diǎn)。

　　脈沖電源是在基礎(chǔ)直流電壓(Vdc)供電的基礎(chǔ)上疊加高壓脈沖電壓(Vps)形成的雙電源模式，在瞬間的高電壓狀態(tài)下，提高粉塵的荷電速度和驅(qū)進(jìn)速度?；鶞?zhǔn)電壓用于形成荷電粉塵趨近收塵極板的電場，間歇性高壓脈沖使粉塵快速荷電。

1 脈沖電源特性研究

　　與傳統(tǒng)除塵器供電電源相比，脈沖電源主要有如下幾點(diǎn)優(yōu)勢：

　　1)突破直流閃絡(luò)電壓限制;

　　2)提高除塵效率，尤其適合于微細(xì)粉塵;

　　3)工況適應(yīng)能力強(qiáng) ， 有效克服反電暈;

　　4)大幅節(jié)約電能。

　　本文對脈沖電源以上特點(diǎn)做了深入研究，結(jié)合實(shí)際的現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了脈沖電源的優(yōu)越性能。

1.1 突破直流閃絡(luò)電壓限制

　　如圖1所示，左側(cè)為脈沖電源的二次輸出波形圖。Uesp是二次電壓波形，Iesp為二次脈沖電流波形。脈沖電壓持續(xù)時間短，僅為幾十微秒，理想情況下，在除塵器中形成的電荷云為薄薄的一層，對電場的絕緣性沒有太大影響。但實(shí)際情況中，由于氣流、同性電荷互斥性、空氣濕度等因素的影響，脈沖電壓對絕緣性有一定的影響，因此，我們分析認(rèn)為，脈沖電源“直流閃絡(luò)電壓限制”的特性真實(shí)，但是作用有限。為此，我們在模擬電場進(jìn)行了測試。

　　首先在電場中安放銅絲，縮小兩極間距以設(shè)置閃絡(luò)電壓在理想測試范圍。然后開基礎(chǔ)電壓并逐步升高，確認(rèn)基礎(chǔ)閃絡(luò)電壓。之后按照不同的基礎(chǔ)電壓和脈沖電壓的疊加組合，測試閃絡(luò)電壓。測試多組數(shù)據(jù)，如表1所示為一組較為典型的測試結(jié)果。

　　結(jié)論：脈沖電源能夠突破直流閃絡(luò)電壓限制，提高電暈功率;突破的電壓與基礎(chǔ)電壓、脈沖電壓的總和有關(guān)，與脈沖電壓的值沒有太大相關(guān)性;無基礎(chǔ)電壓，純脈沖電壓時，未發(fā)現(xiàn)有“突破直流閃絡(luò)電壓限制”的特性。

1.2 提高除塵效率，尤其適合于微細(xì)粉塵

　　脈沖電源激發(fā)的電荷濃度為常規(guī)電源的幾百倍，極大提高了粉塵的荷電量，同等工況下，減少煙(粉)塵排放30%以上，減少PM2.5排放50%以上。

　　為驗(yàn)證“提高除塵效率”的特性，在湖南某電廠1#爐做了脈沖電源改造的項(xiàng)目。該電廠1#爐為660MW機(jī)組，配套除塵器為雙室五電場(標(biāo)為A、B兩室)，每個室兩個通道。改造方案為在除塵器A側(cè)的四、五電場安裝脈沖電源，相對應(yīng)的B側(cè)不做改動。改造后對A、B側(cè)電除塵的排放進(jìn)行對比試驗(yàn)。

　　表2所示即為此次脈沖電源改造的第三方測試結(jié)果。從結(jié)果看，應(yīng)用了4臺脈沖電源的A列，出口煙塵濃度23.92 mg/m3，對應(yīng)位置為4臺工頻電源的B列出口煙塵濃度34.15 mg/m3。脈沖電源的使用減少了30%的粉塵排放。

　　脈沖電源的突出特性是能夠降低PM2.5的排放，為此我們在廣東某電廠2#爐的除塵器上進(jìn)行了相關(guān)測試。2#爐為600MW機(jī)組，其除塵器為低溫除塵器，雙室四電場，在三、四電場使用脈沖電源。

　　測試過程中，除塵器其他電場的電源參數(shù)保持不變，脈沖電源在只開基礎(chǔ)電壓，基礎(chǔ)脈沖同開兩種方式下運(yùn)行，對比兩種方式下的粉塵排放，判斷脈沖電源對微細(xì)粉塵的脫除效果。如表3所示為以質(zhì)量來統(tǒng)計(jì)的測試結(jié)果。

　　本次測試總共做了兩組對比實(shí)驗(yàn)，即四次測試，增加結(jié)果的可靠性。表3中，施加脈沖電壓后，≤0.07μm的顆粒脫除效果顯著，減少率達(dá)到了77%，而對另外兩檔的效果不明顯，因?yàn)椤?.07μm的顆?？傎|(zhì)量占總粉塵的質(zhì)量較小。從測試結(jié)果看，脈沖電源非常適用于微細(xì)粉塵的脫除，效果顯著。

1.3 工況適應(yīng)能力強(qiáng)，有效克服反電暈

　　反電暈主要由煙氣中的高比電阻粉塵造成。高比電阻粉塵到達(dá)收塵極板后不易釋放。其極性與電暈極相同，便排斥后來的荷電粉塵，同時粉塵層的電荷釋放緩慢，當(dāng)粉塵層中的電場強(qiáng)度大于其臨界值時，就會在粉塵層的空隙間產(chǎn)生局部擊穿，產(chǎn)生與電暈極極性相反的正離子，并向電暈極運(yùn)動，中和電暈極帶負(fù)電的粒子。其表現(xiàn)為電流增大，電壓降低，粉塵二次飛揚(yáng)嚴(yán)重，收塵性能顯著惡化。

　　傳統(tǒng)直流高壓電源通常為大電流供電，極易產(chǎn)生反電暈。脈沖電源平均電流較小，減少了粉塵層的電荷積累。粉塵層的電荷有足夠的放電時間，從而避免了反電暈。脈沖電源的基礎(chǔ)電壓一般運(yùn)行在起暈電壓偏上一點(diǎn)，保證基礎(chǔ)的收塵電場即可。同時脈沖部分的二次電流有效值非常小，因此脈沖電源實(shí)現(xiàn)了高電壓、低電流的輸出特性，能夠有效克服電場中的反電暈，提高除塵效率。

1.4 大幅節(jié)約電能

　　脈沖電源的基礎(chǔ)電壓在電場起暈電壓偏上附近運(yùn)行，電流可以很小，只提供必要的電場力，從而大幅減少無效電能，提高了電能利用效率;脈沖電壓部分采用能量回饋機(jī)制，雖然脈沖瞬時功率大，但大部分能量在脈沖下降時又回饋到了系統(tǒng)中，因此脈沖部分消耗電量很小。

　　如表4所示為湖南某電廠(同1.1節(jié)電廠)1#爐脈沖電源改造工程排放測試時，除塵器各供電電源運(yùn)行參數(shù)。排放結(jié)果由本文表2中可以看出，A列好于B列。結(jié)合表4和表2的數(shù)據(jù)，可以很方便的得出脈沖電源不僅具有提高除塵效率的優(yōu)勢，同時也具有節(jié)約電能的優(yōu)勢。

2 結(jié)論

　　本文通過理論分析、工程實(shí)驗(yàn)，充分證明了脈沖電源的多項(xiàng)特性：脈沖電源能夠有效克服反電暈、提高除塵效率、對微細(xì)粉塵的除塵效果顯著、能夠大幅節(jié)約電能。這些特性均是脈沖電源出現(xiàn)以前除塵器電源行業(yè)面臨的常見問題，脈沖電源的出現(xiàn)，對國內(nèi)除塵器供電電源技術(shù)水平的進(jìn)步作出了極大的貢獻(xiàn)，是現(xiàn)階段公認(rèn)的最適應(yīng)與電除塵器的供電電源，值得我們?nèi)ζ溟_展進(jìn)一步的研究、測試工作，以期能夠更好的發(fā)揮其應(yīng)有的作用，為降低粉塵排放作出更大的努力。

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　　本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第7期第44頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。