脈沖電源在電除塵器上應用特性的研究

作者 湯豐 姚凌飛 浙江菲達環(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(dòng)化控制。

摘要：脈沖電源是目前電除塵器電源改造市場(chǎng)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(guò)理論分析和實(shí)驗測試，對脈沖電源的四個(gè)特性進(jìn)行了深入研究，驗證了脈沖電源的優(yōu)良性能，也得到了一定的結論，有助于深入認識和理解脈沖電源，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80年代面世，但因為當時(shí)的環(huán)保要求不高，未得到廣泛的推廣。近幾年，由于我國國內環(huán)保標準的日益嚴苛，脈沖電源在中國燃煤電廠(chǎng)實(shí)現了大面積推廣和應用，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，節約了電能，增加了國內市場(chǎng)對脈沖電源的信心，在近期成為除塵器電源改造的焦點(diǎn)。

　　脈沖電源是在基礎直流電壓(Vdc)供電的基礎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進(jìn)速度?；鶞孰妷河糜谛纬珊呻姺蹓m趨近收塵極板的電場(chǎng)，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，尤其適合于微細粉塵;

　　3)工況適應能力強 ， 有效克服反電暈;

　　4)大幅節約電能。

　　本文對脈沖電源以上特點(diǎn)做了深入研究，結合實(shí)際的現場(chǎng)測試數據，驗證了脈沖電源的優(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。脈沖電壓持續時(shí)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(chǎng)的絕緣性沒(méi)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(chǎng)進(jìn)行了測試。

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

　　結論：脈沖電源能夠突破直流閃絡(luò )電壓限制，提高電暈功率;突破的電壓與基礎電壓、脈沖電壓的總和有關(guān)，與脈沖電壓的值沒(méi)有太大相關(guān)性;無(wú)基礎電壓，純脈沖電壓時(shí)，未發(fā)現有“突破直流閃絡(luò )電壓限制”的特性。

1.2 提高除塵效率，尤其適合于微細粉塵

　　脈沖電源激發(fā)的電荷濃度為常規電源的幾百倍，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。

　　為驗證“提高除塵效率”的特性，在湖南某電廠(chǎng)1#爐做了脈沖電源改造的項目。該電廠(chǎng)1#爐為660MW機組，配套除塵器為雙室五電場(chǎng)(標為A、B兩室)，每個(gè)室兩個(gè)通道。改造方案為在除塵器A側的四、五電場(chǎng)安裝脈沖電源，相對應的B側不做改動(dòng)。改造后對A、B側電除塵的排放進(jìn)行對比試驗。

　　表2所示即為此次脈沖電源改造的第三方測試結果。從結果看，應用了4臺脈沖電源的A列，出口煙塵濃度23.92 mg/m3，對應位置為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(chǎng)2#爐的除塵器上進(jìn)行了相關(guān)測試。2#爐為600MW機組，其除塵器為低溫除塵器，雙室四電場(chǎng)，在三、四電場(chǎng)使用脈沖電源。

　　測試過(guò)程中，除塵器其他電場(chǎng)的電源參數保持不變，脈沖電源在只開(kāi)基礎電壓，基礎脈沖同開(kāi)兩種方式下運行，對比兩種方式下的粉塵排放，判斷脈沖電源對微細粉塵的脫除效果。如表3所示為以質(zhì)量來(lái)統計的測試結果。

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

1.3 工況適應能力強，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。高比電阻粉塵到達收塵極板后不易釋放。其極性與電暈極相同，便排斥后來(lái)的荷電粉塵，同時(shí)粉塵層的電荷釋放緩慢，當粉塵層中的電場(chǎng)強度大于其臨界值時(shí)，就會(huì )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，并向電暈極運動(dòng)，中和電暈極帶負電的粒子。其表現為電流增大，電壓降低，粉塵二次飛揚嚴重，收塵性能顯著(zhù)惡化。

　　傳統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(shí)間，從而避免了反電暈。脈沖電源的基礎電壓一般運行在起暈電壓偏上一點(diǎn)，保證基礎的收塵電場(chǎng)即可。同時(shí)脈沖部分的二次電流有效值非常小，因此脈沖電源實(shí)現了高電壓、低電流的輸出特性，能夠有效克服電場(chǎng)中的反電暈，提高除塵效率。

1.4 大幅節約電能

　　脈沖電源的基礎電壓在電場(chǎng)起暈電壓偏上附近運行，電流可以很小，只提供必要的電場(chǎng)力，從而大幅減少無(wú)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制，雖然脈沖瞬時(shí)功率大，但大部分能量在脈沖下降時(shí)又回饋到了系統中，因此脈沖部分消耗電量很小。

　　如表4所示為湖南某電廠(chǎng)(同1.1節電廠(chǎng))1#爐脈沖電源改造工程排放測試時(shí)，除塵器各供電電源運行參數。排放結果由本文表2中可以看出，A列好于B列。結合表4和表2的數據，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(shí)也具有節約電能的優(yōu)勢。

2 結論

　　本文通過(guò)理論分析、工程實(shí)驗，充分證明了脈沖電源的多項特性：脈沖電源能夠有效克服反電暈、提高除塵效率、對微細粉塵的除塵效果顯著(zhù)、能夠大幅節約電能。這些特性均是脈沖電源出現以前除塵器電源行業(yè)面臨的常見(jiàn)問(wèn)題，脈沖電源的出現，對國內除塵器供電電源技術(shù)水平的進(jìn)步作出了極大的貢獻，是現階段公認的最適應與電除塵器的供電電源，值得我們去對其開(kāi)展進(jìn)一步的研究、測試工作，以期能夠更好的發(fā)揮其應有的作用，為降低粉塵排放作出更大的努力。

參考文獻：

　　[1] 陳嚴勇,周許生,壽松鶴.脈沖電源技術(shù)及其在電除塵器中的應用與發(fā)展前景[J].電子世界,2014,16:103-104.

　　[2] Jacobsson, H., et al., Back-corona control with help of advanced microprocessor enhances performances; ICESP VI; Budapest; 1996.

　　[3] 雷盼靈,曾慶軍,陳峰.靜電除塵用新型脈沖高壓電源研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2014,31:225-230.

　　[4] 李琦.脈沖電源與高頻電源技術(shù)在靜電除塵中的組合應用[J].黑龍江科技信息,2015,28:137.

　　[5] 王洪賓.高頻靜電除塵電源的研究[D].北京交通大學(xué),2014.

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