电除尘节能技术在循环流化床锅炉机组的应用

2022.11.18

黄俊鑫

【摘? 要】论文介绍了脈冲电源在300MW循环流化床锅炉机组电袋除尘器系统电除尘电源节能改造中的应用，改造前后能耗对比和经济性分析表明，其达到了良好的节能效果。采用电袋除尘器净化循环流化床锅炉，在保障技术措施的前提下是切实可行的。

【关键词】电除尘电源;脉冲电源;节能改造;能耗对比

【Abstract】This paper introduces the application of pulse power supply in the energy-saving reformation of the electric dust collector of the 300 MW circulating fluidized bed boiler unit electric bag dust collector system. The comparison of energy consumption and economic analysis before and after the transformation shows that a good energy saving effect has been achieved. The use of electric bag filter to purify the circulating fluidized bed boiler is feasible under the prerequisite of ensuring technical measures.

【Keywords】ESP power supply; pulse power supply; energy saving transformation; energy consumption comparison

1 引言

某300MW循环流化床锅炉机组，除尘处理采用的是电袋复合除尘系统，前电场为电除尘器，改造前电除尘器高压供电装置采用工频电源GGAJ02K-1.2A/66kV，每个机组配套的电袋除尘器有4套电源，总共有8套电源。根据现场情况来看，存在如下问题：

①工频电源实际运行二次电压较低，仅为30～40kV，运行效率较低，导致除尘效率无法提升。②工频电源电能转换效率低（63%～69%范围），存在电源运行效率低下，电耗高的问题。

基于此，电袋除尘系统改造具有相当的必要性，主要围绕两个核心问题：

①降低电除尘器高压供电电源电耗、节省运营成本。②在节能的基础上，提升前电场电除尘器的除尘效率，使后电场布袋除尘器的除尘压力得到缓解，从而改善布袋除尘器布袋的损耗，延长布袋的使用寿命。

经技术比对，选用智能变频脉冲电源技术进行了节能改造，改造后达到了良好的节能效果[1]。

2 智能变频脉冲电源技术特点及与其他电除尘电源的技术比较

2.1 电除尘高压电源技术的核心比对

①电场最高电压。工频电源、高频电源采用的都是减少输出电压纹波的技术手段，使输出电压接近于击穿电压，所能达到的最高电压等于电场击穿电压。

脉冲电源在直流基波电压的基础上又叠加了多个高压窄脉冲，可以使电场瞬时电压高于击穿电压，并保证电场不击穿。

智能变频脉冲电源首先采用类似三相工频、高频电源等减少输出电压纹波的技术手段，使输出电压接近于击穿电压，实际输出电压（基波直流电压）可达到60～70kV。其次采用脉冲电源在直流基波电压的基础上叠加了多个高压窄脉冲的技术，电压幅值约为30～40kV，脉冲宽度小于150μs，使电场瞬时电压（90～110kV）高于击穿电压，并保证电场不击穿。

②粉尘荷电能力。三相工频电源和高频电源这类纯直流输出的稳态电源，只能通过提高直流电压的方式加强粉尘的电场荷电水平，而不能提高扩散荷电的水平，因此这类电源对除尘器效率的进一步提高的作用有限，主要是因为电晕区产生强电离，离子浓度和自由电子能量最高，这一区域是粉尘双重荷电的主要区域，在此区域外以电场荷电为主，而稳态电源只在电晕极（阴极线）周围很小的区域内产生电晕（半径约为1～3cm），而电场的有效间距是20～22.5cm左右，电晕占空比仅为10-5数量级（电晕空间/电场有效空间的体积比），不能提供足够的电晕体积，致使高比电阻粉尘和细微粉尘荷电几率和荷电量都较低。

而脉冲电源和智能变频脉冲电源由于采用了直流基波叠加连续高压窄脉冲技术，电场内瞬时电压持续超过固有击穿电压，使电场内场强分布超过临界状态，使电晕占空比增加到10-3数量级，相较稳态电源（工频、高频和恒流电源）有效电晕区提高了100倍，而且电子能量达到5～20eV的水平，使扩散荷电具有与电场荷电同等作用，可使高比电阻粉尘和细微粉尘进行电场荷电和扩散荷电这一双重荷电过程，即大幅提高了粉尘的荷电量，增加粉尘所受库仑力，大幅提高粉尘的趋进速度（改善系数可达2倍以上），显著提高除尘器效率[2]。

③高电压小电流的输出能力。工频和高频电源属于稳态直流电压源，如果减小输出电流必然要降低输出电压，或者采用间歇供电的方式降低输出电流，但也相当于降低了电场平均电压。

脉冲电源本身基波直流电压较低，约在40kV左右，因此基波输出电流较小，而叠加的高压脉冲的脉宽很小，只使电流小幅增加。

智能变频脉冲电源加入了恒流控制和频率自适应技术，主动控制电流密度，同时也具有脉冲电源的叠加脉冲技术，可提供高电压小电流的输出特性。

④节能和减排平衡。工频采用可控硅移相技术，高频电源采用开关逆变技术，都属于电压源，即电压升高必然造成电流的大幅增加，若实现节能必然采用间歇供电（高频电源一般称脉冲，但这种脉冲电压是从零电压升压的脉冲，并不是在几十千伏基波电压基础上升压的脉冲，因此也属于间歇供电的范畴），间歇供电必然降低电场的平均电压，从而降低除尘效率[3]。

脉冲电源、智能变频脉冲电源通过在几十千伏基波电压基础上叠加脉冲，而且智能变频脉冲电源可提供高电压小电流的输出特性，无需采用其他电源的间歇供电调整占空比的方式，以降低除尘效率的代价来降低电耗，有效平衡节能和减排间的矛盾。根据以往的运行数据，相较于间歇脉冲运行方式节能30%，相较于火花跟踪方式节能50%。

2.2 智能变频脉冲电源技术优势总结

智能变频脉冲电源整合了高频电源、脉冲电源、稳流电源和工频电源的技术优点。核心技术采用了变频调幅技术、直流基波叠加高压窄脉冲技术和基于专家系统的主动模糊控制技术。这些技术的综合应用，使电源内部阻抗与随工况变化的电场等效阻抗匹配，实现变压恒流控制，提升本体伏安特性曲线，在大幅提高二次运行电压的基础上减小了输出电流，为静电除尘器提供了完美的高电压小电流的供电特性;直流基波叠加脉冲，大幅提高了电场的电晕占空比，加强粉尘的荷电能力，增加驱进速度;结合各电场协调的多种运行模式及参数的智能化匹配优势，在频率变换下的各种脉宽、幅值、频率等多种波形的基于神经网络控制下的优化策略，改变目前除尘电控系统落后的控制方式。

智能变频脉冲电源改造方案只需要对原有工频电源的高压控制系统进行改造，如果非必要情況，可以无需更换原有工频变压器，即可实现在全电场使用脉冲电源，提高电除尘器基础电压和综合电晕功率，不仅能提高除尘效率而且能实现大幅度节能。智能变频脉冲电源可在线更换原有工频电源的方案，无需停炉，即可将现有电除尘器进行节能升级改造[4]。

3 改造效果及经济效益分析

某300MW循环流化床锅炉机组电袋除尘器配套智能变频脉冲电源改造完成后，根据现场节能数据统计如下，改造后其2017年10月份至2018年3月份的节电量数据如下表1。

每套智能变频脉冲电源运行时与工频电源相比，平均每小时可减少电耗339.5kWh，电价按0.26元/度，平均每小时的节电效益为88.27元。

因此，黄陵矿业煤矸石发电有限公司1期电袋除尘系统电除尘4套高压工频电源，采用智能变频脉冲电源进行改造，按每年运行时间5000小时计算，预计改造后实现每年节电169.75万度，节省电费44万元[5]。

4 结论

本次改造采用了智能变频脉冲节能型电控系统，大大降低了电除尘电气设备的电耗，降低厂用电率，对火电企业节能减排工作和经营工作都起到极大的促进作用，对于所有火电厂均值得借鉴和参考。

总之，本次节能改造，充分挖掘了电除尘系统的潜力，在保证电除尘除尘效率不降低的前提下，大幅降低电除尘耗电量，减少企业发电成本，该节能技术对于火力发电厂的确是非常值得尝试的。

【参考文献】

【1】原永涛.火力发电厂电除尘技术[M].北京：化学工业出版社，2004.

【2】郑国强，谢小杰.电除尘器节能优化控制系统在电厂的应用[J]. 中国环保产业，2010（09）：59-62..

【3】怀特H.J.王成汉译.工业电收尘[M].北京：冶金工业出版社，1984.

【4】孙广鹏，张传成，孙更生.电除尘节能技术探讨与研究[J].电力通用机械，2009（1）：77-79.