电除尘器电源系统节能方案的研究及对比分析

电除尘器电源系统节能方案的研究及对比分析

武文婷王沛鲁祥

（中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司1，3；陕西西安710075；神华神东电力陕西富平热电有限公司2陕西渭南富平711799）

摘要：本文对电除尘器的理论能耗值和实际能耗值进行了分析比较，对电除尘器电源的发展和目前常规电源类型进行了总结。并论述了电除尘器的工频脉冲、高频开关电源和高频+工频组合三种节能供电方案。

关键词：电除尘器节能工频高频

引言：电除尘器供电控制设备在适应运行工况的要求和提高电除尘器整体性能方面起着重要作用，单相工频高压电源和三相高频电源则是目前我国火力发电厂主要的电除尘高压电源系统。此外，电除尘器的节能控制主要是降低高压硅整流设备的耗电。

一、电除尘器能耗分析

1、电除尘器的理论能耗计算

根据斯托克斯定律，一个球形尘粒在运动过程中所受到的摩擦阻力为：F=6πηaω。假设尘粒直径为10μm，向着收尘极板运动所经过距离d为5cm，荷电尘粒的驱进速度ω为30cm/s，介质的运动粘度η为1.8×10-5Pa?s，则使荷电尘粒向着收尘极板运动所经过的距离为d时所消耗的功为：W=Fd=6πηaωd=6π×(1.8×10-5)×(5×10-6)×(30×10-2)×(5×10-2)=2.54×10-11；

火电厂锅炉产生烟气中灰尘的质量浓度一般为10~40g/m3，假设烟气中的含尘的质量分数C为20g/m3，尘粒的密度ρ为1g/cm3，则单位烟气量中的尘粒数量:=3.82×1010(个/m3)；因此，使1m3烟气中全部尘粒分离所需的功：W0=WN0=2.54×10-11×3.82×1010=0.970。以某电厂350MW燃煤机组设计参数值为例，1台机组锅炉产生的烟气量qv约为1.22×106Nm3/h，从中分离全部尘粒（假设粒径为10μm），所需的功率：Ps=W0qv=0.970×1.22×106/3600=329(W)；由上式可知，在理想状态下，分离350MW机组锅炉烟气量的尘粒只需要329W的功率，是一个很小的数值。

2、电除尘器的实际运行能耗

以某电厂350MW燃煤火电机组的锅炉烟气量按1.22×106Nm3/h考虑，目前通常考虑采用双室五电场电除尘器，其每个电场高压供电设备的额定输出电压为72kV，额定输出电流为1.8A。正常运行时，取额定电压80%，即57.6kV，额定电流的70%，即1.26A，则运行时的平均功率：P=57.6×1.26=72.576(kW)。该机组电除尘器10台高压供电设备的功率共计725.76kW，运行时由于受多种因素的影响，实际值可能有些差异，但基本在同一数量级。

分析表明，由于常规大功耗工作方式下的电能利用率极低，实际运行需要的功率要远高于理论值才能达到较高的除尘效率。因此，提高电除尘器总电能消耗中有效电能的比例，可进一步提高其除尘效率、降低烟尘排放浓度并降低电能消耗。

二、电除尘器电源系统介绍

1、单相供电→三相供电。单相可控硅交流调压电源存在以下缺点：①供电不平衡，功率因数低，不利于节能和环保；②供电电压脉动大，平均值电压低，除尘效率低；③输出高压波形单一，对高浓度粉尘，高比电阻粉尘等工况的适应性比较差。为了克服以上缺点，出现了一种三相可控硅整流电路，其功率因数高、输出电压波动小，极大的提高了供电电压的平均值，提高了除尘效率。

2、工频调压→高频逆变。传统工频可控硅电除尘器存在效率低，体积大，适应性差等缺点。高频静电除尘电源正是采用了大功率高频功率器件(如IGBT)、高频升压变压器以及高频调制技术的新一代静电除尘电源。

3、单一供电模式→混合供电模式。混合供电模式是指在静电除尘器直流供电的基础上叠加高频脉冲电压。直流叠加高频脉冲电压供电形式的优点为：①脉冲电压持续时间短，不易触发闪络；②脉冲电压幅值高，可增加粉尘的荷电量，进而增加粉尘驱进速度提高除尘效率；③采用单独的脉冲电压源，高压脉冲可以以较高的频率产生。

三、电除尘器电源系统节能方案

1、电除尘器节能供电方案对比分析

与传统工频电源工作模式相比，电除尘脉冲供电具有如下优点：1）提高除尘效率；2）降低电能消耗；3）有效地抑制反电晕现象；4）技术成熟，设备运行安全可靠。

与工频50/60Hz高压电源相比，三相高频电源有以下特点：1）更高的除尘效率；2）更好的节能效果；3）三相供电平衡；4）更好的电源适应性；5）更好的火花控制特性；6）高频电源的配电系统、控制系统、高频整流变压器及振打、加热控制系统集成在一个箱体内，总重量只有工频电源的1/4；7）安装方便、无需控制室、减少电缆用量，减少土建施工。

三相高频电源+工频电源组合供电解决方案的技术思路是：在粉尘浓度较高的电除尘器前级电场(如一、二电场)，采用三相高频电源供电方式替代常规的火花供电方式工频高压电源，能够一定程度改善除尘效果，减少电耗；在粉尘浓度相对较低的电除尘器的后级电场(如三、四、五电场)采用工频高压电源供电方式达到节能效果。由于仅一、二电场采用高频电源供电方式，节约了一次投资，降低了成本。

2、电除尘器节能供电方案技术经济性综合指标比较（详见表1、表2）

四、结论

综合指标对比和工程实例表明，上述三个方案均可有效节能减耗，提高除尘效率。其中，高频电源供电方案在技术指标上性能最优,节电效益和除尘效率均优于其他两种方案，但是前期投资相对其它方案较高。

参考文献：

[1]李济吴、熊正明、江小华、林大建，电除尘器高压脉冲供电收尘技术研究，环境保护科学，2000，26（3）.

[2]张冬青，电除尘器节能技术，南京师大学报，2001，4（1）.

[3]张介轩，电除尘器节电的探讨，城市管理与科技，2002，4（1）.