本文簡(jiǎn)要闡述了濕式電除塵器的工作原理和工作特點(diǎn)，分析了濕式電除塵器高壓供電方面的難點(diǎn)，詳細(xì)介紹了專用于濕式電除塵器的恒流高壓電源的供電特點(diǎn)，簡(jiǎn)要介紹了高頻恒流電源供電優(yōu)越性。指出：電流源的供電原理和火花控制功能的實(shí)現(xiàn)是濕式電除塵器穩(wěn)定工作的關(guān)鍵，高頻恒流電源正逐漸成為WESP供電電源的首選。


伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境污染與污染物減排的問題日顯突出。我國(guó)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)不斷升級(jí)，目前已經(jīng)接近國(guó)際先進(jìn)水平。燃煤電廠和鋼鐵廠脫硫后煙氣中仍然存在著嚴(yán)重的塵霧污染，對(duì)脫硫煙氣進(jìn)行深度處理成為必須。

這種用來(lái)對(duì)脫硫煙氣作深度處理的裝置稱為濕式電除塵器(下稱WESP)。WESP的投運(yùn)，使廢氣中的固體顆粒物、特別是PM10、PM2.5超細(xì)塵霧排放量大大減少。WESP對(duì)廢氣中的各種污染物均可獲得滿意的去除效果。

由于WESP處理的煙氣為濕飽和煙氣，加之采用噴淋方式清灰，煙氣特性變化幅度大，電場(chǎng)工作很不穩(wěn)定，與之對(duì)應(yīng)的除塵效率也不穩(wěn)定。專門針對(duì)WESP研究開發(fā)的恒流高壓直流電源，可以很好地解決煙氣特性變化時(shí)的電場(chǎng)工作穩(wěn)定性問題，同時(shí)對(duì)WESP的陽(yáng)極進(jìn)行有效的保護(hù)。

WESP的工作原理是通過(guò)向陰極施加負(fù)高壓直流電，電極周圍空氣分子被電離，電離產(chǎn)生的正離子返回陰極，負(fù)離子則向沉淀極遷移。

在負(fù)離子遷移途中，部分離子碰撞煙氣中的塵霧或由于靜電吸引而吸附在塵霧上，使塵霧荷電。荷電塵霧在電場(chǎng)力的驅(qū)動(dòng)下向沉淀極趨近并吸附于沉淀極(陽(yáng)極)。霧滴在陽(yáng)極表面積聚形成水膜并依靠自重?cái)y帶粉塵向下流淌。

為防止陰、陽(yáng)極表面可能出現(xiàn)的局部結(jié)垢現(xiàn)象，需定時(shí)進(jìn)行噴淋沖洗，以保持表面清潔。噴淋時(shí)，電場(chǎng)極易出現(xiàn)閃絡(luò)擊穿現(xiàn)象，盡管時(shí)間很短，但這種擊穿對(duì)非金屬陽(yáng)極的影響是破壞性的，供電電源應(yīng)能做到即時(shí)滅弧;電場(chǎng)正常工作過(guò)程中，由于煙氣處于過(guò)飽和狀態(tài)，工況穩(wěn)定時(shí)，電壓也比較穩(wěn)定。

然而，某些因素會(huì)導(dǎo)致工作電流過(guò)大或過(guò)低——過(guò)大易引發(fā)閃絡(luò)，過(guò)低又會(huì)降低除塵效率。因此，WESP對(duì)供電電源的要求非常嚴(yán)格。我公司新推出的帶火花控制功能的恒流高壓直流電源可以很好地滿足WESP的供電要求。

1.恒流高壓直流電源原理

恒流高壓直流電源由恒流變換器和升壓整流系統(tǒng)組成，其基本原理電網(wǎng)輸入的交流正弦電壓，通過(guò)恒流變換器，轉(zhuǎn)換為交流正弦電流，經(jīng)升壓、整流后成為恒流高壓直流電源給沉積電場(chǎng)供電。

恒流是一種電路特性，并不代表供電系統(tǒng)的輸出電流無(wú)法改變，其真正含義是供電系統(tǒng)的根據(jù)負(fù)載的實(shí)際情況選擇設(shè)定的電暈電流，供電系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的工作電流與負(fù)載大小無(wú)關(guān)，即不受工況和負(fù)荷的影響，恒流電源系統(tǒng)電路原理見圖1。


2.專用于WESP的恒流高壓直流電源

WESP對(duì)PM2.5、PM10，SO3有很高的去除效率，但WESP所使用的陽(yáng)極大部分為導(dǎo)電玻璃鋼，噴淋清灰時(shí)，電除塵器內(nèi)發(fā)生閃絡(luò)或者瞬態(tài)短路在所難免。

由于火電廠脫硫后置WESP處理的煙氣量都比較大，所配的電源的規(guī)格一般都大于72kV/1.6A。在電場(chǎng)容量大、電源功率高的情況下，電場(chǎng)一旦出現(xiàn)閃絡(luò)，滅弧的難度很大，火花對(duì)本體的傷害也大。為此，上海激光電源設(shè)備有限責(zé)任公司專門研究開發(fā)了具有火花控制功能的恒流高壓直流電源，可加速滅弧、消除火花造成的危害。

2.1具有火花控制的恒流高壓直流電源系統(tǒng)框圖見圖2


2.2 濕式電除塵器發(fā)生短路時(shí)

恒流高壓直流電源是電流源的一種，能直接控制、調(diào)整電流I，負(fù)載發(fā)生變化甚至出現(xiàn)短路，輸出電流恒定不變，這就是 “恒流”的含義。輸出電壓U=IR(R即負(fù)載的等效電阻值)，隨著負(fù)載的變化而變化。

當(dāng)WESP發(fā)生短路時(shí)，R=0，輸出電壓U=0，則輸出功率P=UI=0，即注入電場(chǎng)的功率為0，這就對(duì)本體起到了很好的保護(hù)作用。

設(shè)若使用電壓源供電，當(dāng)WESP發(fā)生短路時(shí)，輸出電壓U不變，R=0，輸出電流I=U/R→∞，輸出功率P=UI→∞，這種瞬態(tài)高能位輸出必定會(huì)對(duì)電極產(chǎn)生損傷，逐次累積的結(jié)果對(duì)WESP的陽(yáng)極是災(zāi)難性的。

2.3對(duì)工況變化的適應(yīng)性

進(jìn)入濕式電除塵器的煙氣參數(shù)并不是一成不變的。當(dāng)煙氣的溫度、濕度及濃度等發(fā)生變化時(shí)，其放電特性也會(huì)發(fā)生變化，電場(chǎng)等效電阻值同樣發(fā)生變化。

當(dāng)煙氣中的塵霧濃度增加時(shí)，電場(chǎng)的等效電阻增加，恒流高壓直流電源的輸出電壓會(huì)隨著等效電阻的增加而增加，運(yùn)行電壓和電暈功率呈現(xiàn)正反饋跟蹤特性。

恒流電源與可控硅電源供電的負(fù)載跟蹤特性的對(duì)比見表1和表2

恒流源：根據(jù)歐姆定律知U = I×R，得到恒流源的負(fù)載跟蹤特性，見表1。


從表1、表2可以看出，恒流源具有正反饋的跟蹤特征，隨著濃度的增加，其除塵效率是增加的，而可控硅電源與之相反。

2.4 WESP產(chǎn)生火花時(shí)

2.4.1普通恒流高壓直流電源遇到火花時(shí)的供電特性

當(dāng)WESP產(chǎn)生火花時(shí)，電壓源按其供電原理，首先是大幅增加電流、增加供電功率，助長(zhǎng)火花能級(jí)，對(duì)設(shè)備造成危害;然后通過(guò)減少導(dǎo)通角的方式，大幅降低輸出電壓，再然后逐漸增加導(dǎo)通角，恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，除塵效率難以保證。恒流高壓直流電源遇到火花時(shí)，電壓自然而迅速降低，當(dāng)火花結(jié)束時(shí)，電壓可在微秒級(jí)上升，對(duì)除塵效率幾乎不產(chǎn)生影響。見表3和圖3。



2.4.2 帶火花控制的恒流高壓直流電源

具有火花控制功能的恒流高壓直流電源的火花響應(yīng)曲線見圖4。


圖中示出了恒流高壓直流電源供電時(shí)出現(xiàn)大火花可即時(shí)熄滅，直到下一半波到來(lái)時(shí)，恒流高壓直流電源重新恢復(fù)供電，防止出現(xiàn)持續(xù)的拉弧，可以更加有效保護(hù)濕式電除塵器。

當(dāng)高壓直流電源的規(guī)格比較大(大于72kV/1.6A)，由于其能量比較大，額定輸出功率P=72×1.6=115.2kW，一旦發(fā)生火花，極易形成持續(xù)的放電通道，盡管恒流電源能夠自然降低電壓、消減供電功率，而徹底滅弧仍然存在難度。為此，針對(duì)大規(guī)格電源，我公司專門研制開發(fā)出帶火花控制功能的恒流高壓直流電源，可以迅速、徹底滅弧，有效地保護(hù)了WESP。

不僅如此，當(dāng)火花放電的次數(shù)過(guò)于頻繁時(shí)，恒流高壓直流電源還能自動(dòng)降檔運(yùn)行，并能自動(dòng)恢復(fù)升檔。當(dāng)降檔次數(shù)達(dá)到設(shè)定次數(shù)時(shí)，電源發(fā)出聲光報(bào)警，提示操作員出現(xiàn)負(fù)載故障，見圖5。


2.5電場(chǎng)噴淋時(shí)的恒流高壓直流電源

當(dāng)電場(chǎng)進(jìn)行噴淋時(shí)，電場(chǎng)等效阻值的變化幅度大而且頻繁，甚至?xí)霈F(xiàn)局部短路的情況。電壓源供電條件下，必須關(guān)機(jī)噴淋，否則就可能會(huì)對(duì)濕式除塵器造成嚴(yán)重?fù)p傷;恒流源供電條件下，無(wú)需關(guān)機(jī)，噴淋過(guò)程中，只需將該電場(chǎng)降檔工作，噴淋結(jié)束，又自動(dòng)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。降檔時(shí)的電壓電流曲線見圖6。

2.6 WESP控制總圖

WESP運(yùn)行時(shí)，不僅要控制恒流高壓直流電源，還需要監(jiān)控一些壓力、溫度等控制點(diǎn)，需要在程序中使這些控制點(diǎn)與恒流高壓直流電源形成聯(lián)鎖，以保護(hù)WESP。控制總圖見圖7


3.更先進(jìn)的電源-高頻恒流電源簡(jiǎn)介

我公司研制的HLG高頻恒流源除了具有工頻恒流的一切優(yōu)點(diǎn)之外，還有其特殊功能和作用：

2 從研發(fā)至今已有十年歷史，在中科院國(guó)家項(xiàng)目多個(gè)激光核聚變工程中可靠運(yùn)行，包括出口項(xiàng)目，技術(shù)成熟;

2 目前國(guó)內(nèi)唯一一家生產(chǎn)水冷的高頻電源，以保護(hù)絕緣油的使用壽命和避免IGBT的早期失效;

2 高頻恒流電源采用以太網(wǎng)光纖直接接入主控板，可同時(shí)接入9臺(tái)終端設(shè)備對(duì)其訪問(8臺(tái)以太網(wǎng)設(shè)備和1臺(tái)485設(shè)備)，標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，組態(tài)方便;

2 與工頻恒流源一樣具備保障玻璃鋼除塵器的運(yùn)行安全，其他公司的高頻電源不是恒流源;

2 與工頻恒流源相比，高頻恒流源具有更好的輸出特性，電流提升50%，電壓提升5千伏，排放降低30%;

2 與工頻恒流源相比，高頻恒流電源三相供電平衡，效率高達(dá)95%，節(jié)能提高15%以上;

2 與工頻恒流源相比，高頻恒流電源體積小、重量輕，節(jié)約控制室的場(chǎng)地，改善操作室內(nèi)的噪聲和溫度。

4.案例

恒流高壓直流電源在WESP方面得到了大量的應(yīng)用，運(yùn)行狀態(tài)都比較好。

高頻恒流電源的不僅在濕式除塵器配套應(yīng)用顯示其突出的優(yōu)越性，在水泥窯除塵器環(huán)保改造應(yīng)用同樣受到許多用戶的青睞。高頻恒流電源自投放市場(chǎng)二年，現(xiàn)已有數(shù)十家客戶的200多臺(tái)高頻恒流電源投入運(yùn)行，效果良好。更多的客戶已開始選用高頻恒流電源。

以下是三個(gè)不同的廠家使用恒流高壓直流電源和高頻恒流電源的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

4.1華能上海某發(fā)電廠恒流高壓電源

電源規(guī)格:HLP-80kV/1600mA-H生產(chǎn)編號(hào)：131016 在熱態(tài)情況下，運(yùn)行數(shù)據(jù)如下：


4.2國(guó)電九江某發(fā)電廠恒流高壓電源

電源規(guī)格:HLP4-72kV/1200mA生產(chǎn)編號(hào)：130903 在熱態(tài)情況下，運(yùn)行數(shù)據(jù)如下：


.3高唐某發(fā)電廠恒流高壓電源

電源規(guī)格:HLP4-80kV/1100mA生產(chǎn)編號(hào)：131112 在熱態(tài)情況下，運(yùn)行數(shù)據(jù)如下：


檔位一次電壓(V)一次電流(A)二次電壓(kV)二次電流(mA)

電除塵器投入運(yùn)行后，工作穩(wěn)定，數(shù)據(jù)如下：


5.結(jié)語(yǔ)

電廠和鋼鐵廠脫硫煙氣的深度處理已成為不可或缺的大氣污染治理的有效手段，濕式電除塵器在環(huán)境保護(hù)方面的作用越來(lái)越突出、應(yīng)用越來(lái)越廣，而切實(shí)保證濕式電除塵器的正常、高效的運(yùn)行狀態(tài)則是高壓供電裝置的基本要求。

國(guó)家環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)2013/2014版對(duì)各種工業(yè)窯爐廢氣固體顆粒物都制定更為嚴(yán)苛的排放限值，大量在役電除塵器都面臨環(huán)保升級(jí)改造的課題。

利用電流源工作原理生產(chǎn)的恒流高壓直流電源，能夠滿足WESP和DESP(干式電除塵器)的工作要求。對(duì)大功率WESP，以及清灰閃絡(luò)頻繁的使用場(chǎng)合，帶火花控制功能的恒流源可迅速、徹底熄滅弧光放電。

高頻恒流電源進(jìn)一步提升了恒流供電的優(yōu)勢(shì)，又兼三相供電平衡、占地少、節(jié)能顯著、控制精度更高等突出優(yōu)點(diǎn)，正逐漸成為WESP及其他電除塵器高壓供電裝置的首選。