徐长虹
热电二公司运行部除尘 163000
摘要：电除尘器已经有100多年的发展历史，因其具有除尘效率高、适应范围广、运行费用低、安全可靠、使用方便且无二次污染等独特优点，为工业除尘设备的首选产品。面对越来越严格的排放标准，很多在役电除尘器达不到要求，不得不进行二次技术改造；新建待建的电除尘项目也面临挑战。虽然加长、加高电除尘器本体可以相应提高除尘效率，但是设备投入与除尘效率提高的性价比低，常规改进方法是难以满足新的环保标准。
关键词：除尘效率；基波叠加脉冲电场；IGBT；微细粉尘的捕集；
1.除尘效率低的原因与分析
1.1原因与分析
燃煤电厂通常采用的除尘效率较高的电除尘器对锅炉烟气进行除尘处理，锅炉烟气流经经电除尘器多个串联电场进行除尘后，进入脱硫系统，最后经烟囱排出。当烟尘刚进入电除尘器的电场时，流通断面的粉尘浓度分布基本一样均匀，但到电场的末端，在电场力的作用下流通断面的粉尘浓度分布发生较大的变化，趋势是在收尘板与放电极之间，越靠近收尘板附近粉尘浓度越高，越靠近放电极粉尘浓度越低。尽管大部分粉尘都靠近收尘板，但由于获电粉尘的相互排斥及部分粉尘荷电不足，使部分粉尘不能被收尘板捕集，其表面仍有电晕极相同的极性，排斥后来的荷电粉尘，是沉积在集尘极表面的高比电阻粉尘层中产生的局部反向放电现象，既消耗功率，又严重影响电除尘器的性能，使除尘效率下降，称为反电晕现象。当电场振打清灰时，部分的二次扬尘会沿阳极板表面逃逸出电场，通常称之为的二次飞扬烟尘，导致收尘性能显著恶化。
1.2技术实现思路
显而易见，若能有效地捕集电场末端沿阳极板表面逃逸的粉尘，电除尘器的收尘效率将会大幅提高。对于除尘器出口排放的烟气中的细微粉尘颗粒无法进行有效的扩散荷电，从而影响除尘效率的提升。
2.粉尘对除尘效率的影响因素
2.1除尘效率
电除尘一、二电场的粉尘浓度大，且粉尘空间分布均匀，所以前电场主要作用就是收集粒径较大的颗粒，因此烟气电离越充分，收尘越好。
根据除尘效率公式(多依奇公式)：η=1-e-Aω/Q
其中：η为电除尘器的效率；A为电除尘器的比收尘面积；ω为带电粒子在电场中的趋进速度；Q为电除尘器的处理烟气量，电除尘中Q值，A值是既定的，所以只能通过改变驱进速度ω来提高电除尘的除尘效率。
驱进速度ω的公式：ω=0.11aE2/η
式中：a为带电粒子的粒径，E为场强；η为含尘烟气的粘度，所以只有提高粉尘荷电量或提高前电场电压才能提高驱进速度。
2.2 #3电除尘缺陷的消除
夏季超低项目的改造工程，专门对#3电除尘器阴极线（放电极）更换，杜绝阴极线上铁锈的脱落，造成电场短路故障的发生。
2.3 漏风率的控制
夏季超低项目的改造工程，专门对#3电除尘器外壳保温进行处理，使其整体密封性得到加强，电力行业标准规定，电除尘器漏风率不大于3％。
2.4 基波叠加脉冲电场
基波可以配合工频恒流电源、三相可控整流电源等，我厂是采用最先进的高频叠加脉冲电源。
高频脉冲电源与较工频电源和高频电源有以下几个优势：
①通过研究我公司电除尘电源现有运行水平选用高比电阻收尘效率高的脉冲电源，同时减少反电晕和闪络情况的发生。同时取消原有工频电源，选用集成化较高的电源设备。
②脉冲电源部分输出脉冲峰值电流达到119A；脉冲电压部分输出脉冲峰值电压95KV;(以上数据未带负荷）
③通过研究各类除尘电源相互匹配的原则，合理分配各电场的高压电源，在达到最优除尘效率的同时减少投资。
④适应不同煤种，灵活应对不同煤种。
2.5 IGBT
是能源转换与传输的核心器件，是电力电子装置的“CPU”。采用IGBT进行功率变换，能够提高用电效率和质量，具有高效节能和绿色环保的特点，是解决能源短缺问题和降低碳排放的关键支撑技术。
2.6对微细粉尘的捕集
三、四电场粉尘颗粒小，质量轻，高频电源和工频的供电特性无法使其有效荷电，电场强度上不去。采用脉冲电源技术，充分考虑到三、四电场粉尘浓度低，粒径小的特性，既要保证微细粉尘有足够的驱进速度，又降低了脉冲电源的运行功耗。脉冲电源可轻易实现高峰值电压稳定运行，综合考虑基础电源和脉冲电源的互补优势，可以保证足够高的峰值电压，通过改变脉冲频率调节电晕电流，以抑制反电晕的发生，使电除尘在收集比电阻粉尘时有更高的收尘效率。使用短宽度的脉冲施加高脉冲电压所产生的电场很稳定，而且不会产生反电晕，脉冲电源使细微粉尘荷电更好，径粒在10um附件颗粒物，且脉冲电源对粒子的驱尽速度快，所以脉冲电源对用在三、四电场的效果是非常显著的。
微细粉尘的排放量是影响电除尘器粉尘排放浓度的关键指标。高频窄脉冲供电产生的瞬间高强电场电晕，大大提高了对PM2.5及以下颗粒物的捕集。
3.电除尘器采用高频叠加脉冲电源的特点
#3 电除尘三、四电场采用高频脉冲电源：基波可以配合工频恒流电源、三相可控整流电源等，我厂是采用最先进的高频叠加脉冲电源，脉冲供电（DC+PULSE）其形式，通过IGBT逆变和LC振荡，变成高频交流电，再经整流变压器升压整流后，形成高频窄脉冲电流送到除尘器，负载运行时，高频电压和脉冲电压一样高，有利于二次电流的提高，电场内粉尘的荷电能力也就增加了。当使用间隙供电时，其脉冲宽度更窄，频率范围更大，可以有效抑制反电晕，提高除尘效率。就是该电场二次电压等于高频电压加上脉冲电压，按现在运行电压计算。
例图：#3电除尘乙三电场
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改造前的#3电除尘出口烟尘排放为40.57mg/Nm3，改造后的电除尘出口烟尘排放为27.57mg/Nm3,，脱硫塔的出口烟尘折算也由4.06mg/Nm3，下降到2.05mg/Nm3，漏风率也得到了改善，甲侧经过电除尘器的温度差为10℃，乙侧温度差为28℃ ，较改造前有明显提升，运行功耗也大幅度降低，实现了提效节能的目标。
列如下图为#3电除尘改造后烟尘浓度对比：
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4产生的社会效益
改造后的#3炉电除尘运行5个月，同比耗电量如下：
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因电除尘电度表不仅包含电除尘器电场电量，还包括动力盘、加热其他负荷，并更换全部阴极线，因此仅统计改造前后电量变化。
四月共减少电量消耗：
55944+46944+72846+67896+46454=290094kWh
290094*0.37元/kWh=107334.78元
图表可看出按#3炉年运行200天，电价0.37元算，每年在降低排放32.5%的运行工况下，节约电量107334.78元。
5.结论：
高频电源和脉冲都是新技术，根据各电场灰的情况和特性，前级电场采用高频电源，末级电场及次末级电场采用基波叠加激能脉冲电源，组合是合理的。
估计再过十年或二十年脉冲电源也会像今天一样的高频电源一样，得到大家的认可和广泛地应用，倒2030年新建电除尘器选择电源，人们就不会考虑工频电源，很少会考虑高频电源，更多的考虑脉冲电源了！
参考文献
[1]《高压脉冲电源电除尘器电源发展的第三个里程碑》 2016年
[2]《各类高压电源的性能对比与高频脉冲高压电源》 2018年