高頻電源在燃煤機組電除塵器節(jié)能改造中的應用

高頻電源在燃煤機組電除塵器節(jié)能改造中的應用

近年來，中國中部地區(qū)霧雨氣候的面積正在日益增大，而且越來越頻繁、嚴重。造成霧霾的主要原因之一是大氣污染物排放負荷巨大,遠超環(huán)境承載能力。因此,為了進一步削減大氣污染物排放,緩解大氣污染現(xiàn)狀,2011年修訂并發(fā)布的《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223—2011)規(guī)定煙塵排放限值為30mg/m2009年,我國火電廠采用電除塵器的鍋爐容量占95%以上與眾多電除塵器節(jié)能提效技術(shù)相比,高頻電源技術(shù)具有投資省、見效快、不需對電除塵器本體改造等諸多優(yōu)點,因此被認為是火電廠電除塵器技術(shù)改造的重要技術(shù)措施之一。1高頻設(shè)備技術(shù)的概論1.1高頻電源系統(tǒng)工頻電源和高頻電源原理框分別如圖1和圖2所示。傳統(tǒng)的電除塵器普遍采用工頻可控硅電源供電,其電路結(jié)構(gòu)是兩相工頻電源經(jīng)過可控硅移相控制幅度后,送整流變壓器升壓整流,形成100Hz的脈沖電流送電除塵器。高頻電源則是把三相工頻電源通過整流形成直流電,通過全橋逆變電路形成高頻交流電,再經(jīng)過整流變壓器升壓整流后,形成高頻脈動電流送電除塵器,其工作頻率可達到20~50kHz。其主要包括3個部分:變換器、變壓器、控制器。其中,全橋變換器實現(xiàn)直流到高頻交流的轉(zhuǎn)換,高頻變壓器/整流器實現(xiàn)升壓整流輸出,為電除塵器提供供電電源。高頻電源和工頻電源的技術(shù)指標、應用性能對比見表1和表21.2高電除塵器除塵大量的試驗證明,采用脈沖電源(電流脈沖寬度在μs級)可以大幅度增強煙塵的荷電量,減少電場內(nèi)無效的空氣電離所消耗的能量,既能提高電除塵器除塵效率,又能減少能耗。高頻電源正是在此基礎(chǔ)上建立起來的新一代電除塵器供電電源,它采用現(xiàn)代高頻開關(guān)電力電子技術(shù),通過工頻交流-直流-高頻交流-高頻脈動直流的能量轉(zhuǎn)變形式,供給電場一系列幅度、寬度及頻率均可調(diào)整的電流脈沖(脈沖寬度在5~20μs),能夠根據(jù)電除塵器的工況提供最合適的電壓波形,在保證煙塵帶有足夠電荷及除塵效率的前提下,大幅度減少電除塵器電場供電能量損耗。1.3電除電效率根據(jù)國內(nèi)外高頻電源應用報告,高頻電源可明顯增加電除塵器電場電壓和電場電流,提高除塵效率和降低能耗的作用。如上海外高橋第三發(fā)電有限公司2009年進行的8國外高頻電源的應用主要是為了適應電除塵器的惡劣工況,以提高電除塵器除塵效率,尚未見到降低電除塵器能耗方面的報道2應用實踐2.1單-燃煤發(fā)電廠4某燃煤電廠42.1.1當前科舉除垢系統(tǒng)的能耗42.1.2煙氣量和陣風下電除塵器總處理煙氣量改造前電除塵器性能試驗結(jié)果:在機組滿負荷運行,燃煤收到基灰分29.32%(質(zhì)量分數(shù))、燃煤收到基全水分12.6%(質(zhì)量分數(shù)),電除塵器投入15個電場分區(qū),總處理煙氣量337.9萬m為滿足GB13223—2011規(guī)定的限值(30mg/m2.2優(yōu)化配置脈沖電源脈沖控制器,提升整體除塵效率,兼顧運行模式,提高整體節(jié)能資本項目主要對4由于高頻電源的使用兼有提效及節(jié)能兩種效果,而除塵提效和節(jié)能之間在效果上又相互制約。因此,針對高頻電源的不同運行參數(shù)設(shè)置了節(jié)能優(yōu)先、能效兼顧和效率提高3種運行模式。在設(shè)計原理上,節(jié)能優(yōu)先運行模式是指在保證原有除塵效率的前提下實現(xiàn)最大程度的節(jié)能;效率提高運行模式則指最大限度地提高除塵效率而不考慮節(jié)能量;能效兼顧運行模式則是介于兩者之間,即實現(xiàn)一定節(jié)能率的情況下,達到優(yōu)于改造前的除塵效率。在實現(xiàn)方式上,由于在脈沖間歇模式下,通過調(diào)整脈沖寬度,可以增加或減少脈沖寬度內(nèi)的供電波數(shù);通過調(diào)整脈沖周期,則可以延長或縮短脈沖放電時間,如此調(diào)整可實現(xiàn)輸出不同的電壓波形,并最終體現(xiàn)在高頻電源輸出功率的調(diào)節(jié),從而在相對穩(wěn)定的運行工況下,控制電除塵器出口煙氣濃度和除塵效率。因此,可通過調(diào)整高頻電源在間隙供電狀態(tài)下的脈沖寬度和脈沖周期(占空比或充電比)來實現(xiàn)3種運行模式的運行或切換。電除塵高壓控制系統(tǒng)通過通訊網(wǎng)由上位機(工控機)集中管理高頻高壓電源發(fā)生裝置,所有高頻高壓電源發(fā)生裝置的運行狀態(tài)(運行參數(shù)設(shè)置、顯示、故障狀態(tài))均在上位機集中控制和顯示。低壓系統(tǒng)保持不變并納入到新的上位機系統(tǒng)。2.3這是一個轉(zhuǎn)換過程本改造項目在42.4電離器性能試驗2.4.1試驗條件42.4.2測量點的配置根據(jù)《電除塵器性能測試方法》(GB/T13931—2002)的要求,在42.5高頻電源運行性能的影響在電除塵器本體不作改造的情況下,電除塵器性能與高頻電源的運行參數(shù)具有一定的關(guān)系。根據(jù)試驗前的熱態(tài)調(diào)試結(jié)果,在機組運行狀態(tài)基本一致的情況下對電除塵器性能進行試驗。2.5.1電除塵器運行模式對除塵效率的影響試驗結(jié)果列于表3。由表3可見,在設(shè)定的高頻電源節(jié)能優(yōu)先、能效兼顧和效率提高3種運行模式下電除塵器的除塵效率分別99.81%、99.85%和99.87%,出口煙塵質(zhì)量濃度分別34.3、29.6、23.4mg/m2.5.2電除塵器電場功率(1)隨著電場功率的提高,電除塵器的除塵效率成上升趨勢。同時,隨著電場功率的提高,電除塵器除塵效率上升幅度逐漸減少,說明在電除塵器本體不改造的情況下,高頻電源的提效效果有極限值。(2)從表4可以看出,由于A側(cè)電除塵器停運了一個電場,因此A側(cè)電除塵器電場功率大于B側(cè)時,其除塵性能比B側(cè)差。只有當A側(cè)電除塵器的電場功率比B側(cè)高一定值(如效率提高運行模式下的A側(cè)電除塵器功率176.2kW與節(jié)能優(yōu)先運行模式下的B側(cè)電除塵器功率97.2kW相比)時,A側(cè)電除塵器的除塵性能才優(yōu)于B側(cè)。根據(jù)4結(jié)合上述現(xiàn)象分析,出現(xiàn)這種情況說明電除塵器投運電場的數(shù)量對電除塵器的運行性能有很大影響,即使進行了高頻電源改造,一旦4個通道內(nèi)的電場不能完全投運,則其首先影響的是提效效果,假如為保證除塵效率則會進而影響節(jié)能優(yōu)先運行模式下的節(jié)能效果,因此需加強對設(shè)備可靠性的日常管理,保證其性能的發(fā)揮。2.6不同運行模式下煙民因子檢測對比改造前后電除塵器能耗數(shù)據(jù)和性能,可計算出3種運行模式下的煙塵減排量、節(jié)能率和節(jié)能量,具體見表5。由于在節(jié)能優(yōu)先模式下,電除塵器出口煙塵質(zhì)量濃度為34.3mg/m3高頻電源的提效改造(1)高頻電源的應用可明顯改善電除塵器的除塵性能和降低電除塵器的運行功耗,可作為我國電除塵器節(jié)能提效改造的重要技術(shù)措施