本文介紹了高頻電源應用于靜電除塵器的節(jié)能減排原理，通過工程實例的對比試驗發(fā)現(xiàn)：高頻電源與工頻電源比較，節(jié)能率達到50%以上，節(jié)能減排效果顯著。

關(guān)鍵詞：高頻電源；靜電除塵器；應用

隨著國家排放標準的趨嚴，以及節(jié)能減排國策的施行，大氣粉塵污染治理應用行業(yè)也出現(xiàn)了新的特點。提高除塵效率，降低能耗，成為發(fā)電企業(yè)當前的一個主要問題。大功率高頻電源是新一代靜電除塵器的供電裝置，與目前普遍使用的工頻電源相比，可以在確保除塵效率的前提下，大幅度減少靜電除塵器的電耗。某發(fā)電廠將靜電除塵器由工頻電源改為高頻電源后，取得了顯著的節(jié)能效果。

一、高頻電源原理

高頻電源采用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，是將三相交流輸入經(jīng)過三相整流為直流電源，經(jīng)逆變?yōu)楦哳l交流電，最后整流輸出直流高壓。變換器實現(xiàn)直流到高頻交流的轉(zhuǎn)換，高頻變壓器和高頻整流器實現(xiàn)升壓整流輸出，為除塵器提供電源，高頻電源原理見圖1。


1.1高頻電源節(jié)能原理

靜電除塵器的工頻電源頻率低，電源轉(zhuǎn)換效率只有75%，而高頻電源轉(zhuǎn)換效率為95%，此項節(jié)電約20%。

靜電除塵器采用工頻電源供電產(chǎn)生電暈時，只有極少量電能用于煙塵荷電，絕大部份電能做了無效的空氣電離。而用高頻電源向除塵器供電時，用高頻率、窄帶寬（微秒級）的脈沖使煙塵荷電，其特點是荷電量大而能耗非常少，使電能大幅度下降。

高頻電源是三相整流后，在紋波非常小的直流上再進行逆變，因而直流脈沖的幅值可以有效控制在非火花區(qū)內(nèi)，基本不產(chǎn)生火花，即使產(chǎn)生火花，也可以在5～10100μs內(nèi)自行關(guān)斷快速響應，進行火化控制，而工頻電源火花多而耗能大，一旦產(chǎn)生火花要10ms（即10000μs）內(nèi)才能關(guān)斷響應，所以高頻電源可以達到節(jié)電的目的。高頻電源的節(jié)能原理圖如圖2所示。


1.2高頻電源除塵增效原理

高頻電源由于高壓轉(zhuǎn)換始終工作在50kHz以上，可以控制在非火花區(qū)內(nèi)把脈沖幅值調(diào)到最大，即二次電壓調(diào)到最高，不會像工頻電源出現(xiàn)放電的時間，而一直保持可荷電狀態(tài)，因而煙塵總體荷電量大，特別對微細煙塵也容易荷電，所以從理論上，高頻電源可達到提高除塵率的作用。

對高比電阻煙塵，若用工頻電源供電，很易產(chǎn)生反電暈放電，一旦出現(xiàn)反電暈放電，會產(chǎn)生反電暈放電揚塵，影響出口煙塵指標，而用高頻直流脈沖供電，供電的脈沖時間任意可調(diào)，具有更寬的脈沖寬度和脈沖頻率選擇自由度、更陡峭的電壓上升率，使高比電阻煙塵在集塵極上有足夠的放電時間，基本消滅了反電暈放電，使除塵效率提高。

直流脈沖幅值可控，不會產(chǎn)生火花放電，即使產(chǎn)生火花，在5～10100μs內(nèi)即自行關(guān)斷響應，進行火化控制，不會因火花而產(chǎn)生揚塵，所以從理論上，高頻電源可達到提高高比電阻煙塵脫除率的作用。

二、工程實例

2.1改造前的設備狀況

某發(fā)電廠2×150MW機組某年投入商業(yè)運行，所配鍋爐為哈爾濱鍋爐廠480t/h循環(huán)流化床鍋爐，配套福建龍凈環(huán)保股份公司生產(chǎn)的BE301/-4/23/450/14.53/8×4-G型雙室四電場靜電除塵器，電場有效斷面積301m2，最大煙氣量為763235m3/h，設計除塵效率99.8%。除塵器原采用380V三相控工頻電源，為了達到節(jié)能目的，擬將靜電除塵器電源改造為高頻電源。

2.2改造方案

2012年開始對兩臺機組中的一臺靜電除塵器進行改造，經(jīng)過幾天完成設備的安裝，通過安裝8臺HEP8000高頻高壓自冷型數(shù)字除塵電源代替原相控工頻高壓電源對電場進行供電。為保證設備正常運行和便于對比驗收，最大限度提高產(chǎn)品運行可靠性，原有8臺工頻電源控制柜和整流變壓器均保留，通過增設一臺三點式轉(zhuǎn)換柜，確保新柜體與原電源及電場接口位置不變，使新舊電源通過轉(zhuǎn)換柜實現(xiàn)方便切換，以保證電場電源連續(xù)、可靠、高效運行。

2.3節(jié)能減排效果

2013年，對工頻電源與改造后的高頻電源在同等工況（相同煤種、相同負荷、同等排放）條件下進行實際運行試驗，對能耗情況進行對比，結(jié)果如表1和表2所示。


可知，在相同的條件下，高頻電源與工頻電源的高負荷運行方式比較，節(jié)能率達到60%，與工頻電源的節(jié)能運行方式比較，節(jié)能率達到52%。工頻電源改為高頻電源后，功率因數(shù)由0.64提高到0.97~0.99，減少了無功消耗。

根據(jù)表2的試驗結(jié)果，按每臺靜電除塵器年運行330天估算，該項目每臺靜電除塵器的年節(jié)電量約90萬kWh，折成標準煤為300t，相當于減排二氧化碳691t、二氧化硫2.55t、氮氧化物2.22t，節(jié)能效果和環(huán)境效益顯著。

另外，在除塵效率方面，改造后并沒有可靠的數(shù)據(jù)證明靜電除塵器的除塵效率得到了明顯的提高，可能實際運行工況未達到除塵增效的條件。但可以確定，采用高頻電源后，可以確保靜電除塵器的除塵效率不低于原工頻電源工況。

結(jié)語

綜上所述可知，利用高頻電源對采用工頻電源的靜電除塵器進行改造，在除塵效率不變的情況下，可達到50%以上的節(jié)能率，該技術(shù)有利于推動節(jié)能減排工作，值得在行業(yè)內(nèi)推廣。