软稳电源除尘技术简介

1、软稳电除尘技术简介 张胜尊一、前言在工业粉尘污染治理的多种除尘设备中，上世纪初发展起来的电除尘器，由于它的除尘效率高、运行费用低、维护管理简单方便等特点，使其在除尘领域中成了佼佼者，称强将近一个世纪，国内外大规模或特大规模的除尘几乎都是采用了电除尘。但是，由于它的供电电源及本体结构方面还存在着一些缺点，受到环保要求日益严格的排放标准及节约能源的严峻挑战。2004年1月国家环保局发布的新标准要求对空排放粉尘浓度不得超过50mg/Nm³。目前广泛使用的电除尘普遍都达不到这个标准。早先布袋除尘由于它的阻力大、电耗高、运转费用高、故障率高、维护管理不方便等原因，一直被拒之于大规模和特大规模除

2、尘大门之外。但是，由于它能够比较容易达到排放浓度不超过50mg/Nm³的标准，近几年来正向电除尘积极挑战，有些企业正采用“电布袋”技术对旧设备进行改造。也就是对正在使用但排放不达标的电除尘保留前面部分，而把后面部分改为布袋除尘。这种改造虽然有效降低了粉尘的排放浓度，但是其阻力加大，势必加大风机和电机，否则将影响通风量，也就是影响产量，可是更换风机、电机的投资是相当可观的，更主要的是系统电耗增大、运转费用增高，此外，维护管理也比较麻烦，破袋、脱袋时有发生，换袋费用也比较高。在这种情况下，我们提出一个全新的电除尘技术“软稳”电除尘技术。它的新首先新在思路和理念上面，新在技术路线上面。它首

3、先是电除尘，保持了原来电除尘的除尘效率高、省电、维护管理方便等优点，同时还能达到国家规定的排放标准。软稳电除尘技术，可以说是在国际已经实施近100年常规电除尘技术的延伸和发展，它将使电除尘在除尘领域中继续成为佼佼者，为环保节能、减排作出新贡献。二、“软稳”静电除尘技术节能减排原理（一）电除尘原理众所周知，电除尘的基本原理是利用高压电晕放电，使粉尘带上了电荷，在静电引力的作用下，被集尘所捕集，从而达到废气净化的目的。它的放电特性如图一所示。它属非线性，也正是气体导电的一个特点。当放电电极和集尘极之间加上电压，电压比较低的时候，也就是V0以下，气体没有被击穿，回路没有电流，电场没有功率的消耗，也没

4、有除尘效果，此区为非击穿区；当电压升高至V0时，回路开始有了电流，这个电流叫起晕电流，这个电压叫做起晕电压。当电压继续升高时，回路电流呈曲线迅速上升，直至Vf开始火花放电，这个点叫做火花始发点，从V0至Vf之间的放电叫做电晕放电，这一区间叫做电晕放电区，也就是围绕着放电极周围的气体被局部击穿。当两极间的电压到达Vf以后，开始火花放电，这区为火花放电区，在这一区间气体全路被击穿。电场能耗对除尘毫无作用，纯属于浪费。真正能起到除尘作用的是在V0至Vf之间的电晕放电区，并且接近火花始发点Vf临界处效果最佳。（二）常规电除尘国际上，上世纪初发展起来的常规电除尘，其供电的高压电源的技术路线，是采用工频2

5、20V或380V通过铁芯变压器直接一次升压至几万伏，再经整流成为硬特性的脉动直流，其特点：一、电源性能属硬特性；二、电源的波形属于脉动性。其电压波形如图二所示，它所沿用的学术观点是美国学者科特雷尔和怀特先生等人的观点：一是“脉动直流比稳定直流优越”；二是“电源工作电压最佳点是在火花始发点以上某一处”，关于电压波形对除尘效率影响的问题，国际电除尘权威怀特先生曾经有这样一段论述：“科特雷尔在其早期的试验中，曾就未滤波的整流机组所得到的脉动电压与整流机输出电路上增加一个滤波电容器所得到的稳定直流进行了比较。结果证明，脉动电压肯定地优于稳定直流电压，这主要是因为稳定直流电压的火花特性不好，脉动直流的峰

6、值能提高除尘效率，而谷值则能抑制火花放电。长期以来的经验肯定了这个结论。在单区电收尘中，普遍采用未过滤的电压。”关于火花放电的问题，怀特先生有这样一段论述：“电收尘的操作电压最好是提高到发生火花放电，但又不太严重的境界。电收尘每个电场都有一个火花放电速率的最佳值，这个值一般为每分钟100次左右，这时，由于电压提高所取得的效益，恰能抵偿电收尘火花放电所造成的烟尘损失。如再提高电压，那么由火花放电所造成的损失就会增大。最佳火花放电速率的原理导致了自动调压系统的发展和广泛的应用。”所以，迄今为止，国内外大规模或特大规模除尘的场合通常用的常规电除尘，都是使用未滤波的脉动电源，并且设立火花自动跟踪、自动

7、抑制，把电除尘器的供电高压调整在所谓“最佳火化率”的状态下运行。其实，怀特先生等人都是在常规电源的技术路线的情况下，采用宏观的方法，在整个供电过程中，有高效、有低效和无效的综合值得出这个结论。宏观方法是解决不了事情本质问题，也就不可能从根本上解决电除尘目前电耗浪费问题，不久前的国际电除尘会议上，国际专家普遍认为需增加输入到电场的能量，时下我国电除尘业内人士也持同一看法，其实如果不跳出输入到电除尘的传统理念，分不清电场能耗哪部分属有效，哪部分属无效的话，盲目增加电场的输入能量，它只是增加电场能耗的浪费而已，根本提不高除尘效率。正确的方法，应该用微观的方法，抓住电除尘的本质，分清电场的有效功率和无

8、效用功，最大限度保留有效功，消除无效功。就目前的实际情况，电场能耗90%以上是属于浪费的，真正起到除尘作用的还不到10%，节能、减排的空间还很大，关键看是否能把无效功耗消除掉，保留其有效的功耗。如果采用微观瞬时值的观念就会得出与传统观念相反的结论：稳定直流比脉动直流优越和电源工作电压最佳点是在火花始发点以下的临界处，不得进入火花放电，火花放电纯属于浪费！“最佳火化率”实属于误导的概念。（三）软稳电源除尘技术采用软特性准稳定直流电源简称为软稳电源，作为除尘器的供电电源，在电除尘领域里是一个新的思路、新的技术路线。它能够给电除尘带来了极大幅度的节能和减排。所谓软稳电源，“软”是指电源性质属于软特性

9、，它是针对常规电源的硬特性来说的，“稳”是指电源的波形是一条稳定的直线，它是针对常规电源的脉动性来说的。“软稳”电源的技术路线是由工频220V或380V，经整流滤波成为直流电源，提供给振荡电路产生高频高压再经几倍压整流迭加成为软特性准稳定直流作为除尘器的供电电源。它的电压波形如图二所示。这种电源在1979年开始研究，1981年开始进入水泥厂实际使用，1983年通过技术鉴定以后至1990年在全国200多个厂家推广700多台的基础上，被国家科委列入第一批国家级推广项目，1992年被国家环保局列为最佳环保实用推广技术73项目之一。2001年以前实施这个项目的，全国有22个省市500多个厂家一共实施1

10、500多台套，都属于小型的，属第一代的软稳电源，其主振电路元件采用晶体管。直至2001年5月21日第一台80软稳电除尘在首钢迁安矿投运成功才算进入大规模的除尘行列，此时属第二代软稳电源，其主振电路元件采用了可控硅。软稳电源的主振电路元件采用了IGBT，应用于青岛双星热电厂130T炉配套的电除尘开始算进入了第三代。如果从微观的瞬时值观点来说的话，通过图一的电晕放电特性图可以看出，火花始发点以下的临界处是最佳。超过这个临界点进入了火花放电，火花放电的实质是在电场中间正电荷和负电荷发生碰撞通过光和热释放能量的物理现象，它并不是把电荷附给粉尘，所以对除尘不起作用纯属于电能浪费。如何消除这种浪费？防止电

11、压进入火花放电区是至关重要，采用软特性准稳定直流就是一个有效的办法。稳定直流是高效的前提。从图二可以看出常规电源的波形是脉动的，其在一个周期里处于火花始发点以下的临界处只是a、b、c、d4个点，超过这4个点进入了火花放电区属于无效，而远低于这4个点则属于低效。但是稳定直流有可能在整个周期里每瞬间都处于火花始发点的临界处，把所有这些点都集合起来，它就是平行时间轴的一条稳定直线，能在整个周期都处于高效。所以，从这个意义上讲，应该是稳定直流比脉动直流优越。由于电源工作实际环境不可能理想化了，废气的温定、湿度、粉尘的浓度、颗粒度、市电的波动等都可能引起火花始发点的偏移。因为常规电源特性属于硬特性，当要

12、发生火花放电的时候，它不能适应这种变化，其输出电压不跌落而导致火花放电的发生，造成对除尘不起作用的浪费。但是软稳电源的软特性，当将要发生火花放电时，相当于负载加重，而其输出电压马上跌落下来，抑制了火花放电的发生，而能适应这种不理想化的环境，这就是它的先进之处。我们认为“稳定”是高效的前提，而“软特性”则是维持这种高效的可能。软稳电除尘技术研究成果表明，火花放电对除尘不起作用，纯属于浪费已经是不容置疑，就是肉眼看不见的属于超过火花始发点那部分“脉动”波的消耗对除尘也是无效的浪费。下面进一步分析软稳电源比常规电源极限除尘效率为什么高？通过图三，常规电源软稳电源有效极限值比较图进行分析：如果确认火花

13、始发点以下临界处是最佳点的极限值的话，那么常规电源最佳点的极限值只是峰值a、b两个点，其有效值则是峰值的1/2，而软稳电源的最佳点是火花始发点以下临界处平行时间轴的一条直线，每时每刻都等于常规电源的峰值，即为常规电源有效值的2倍，即V稳=2V常规有效值。由于粉尘有效驱进速度与两极间电压有下列关系：=KV2式中K是一个常数，有效驱进速度与两极间的电压平方成正比，由于V稳=2V常规有效值，所以软稳电源的粉尘有效驱进速度稳=KV2稳=K(2V常规有效值)2=2KV2常规有效值=2常规由式可以看出两种电源都处于最佳点的极限值的时候，软稳电源有效驱进速度等于常规电源有效驱进速度的两倍，根据除尘效率多依奇

14、公式：=1-e-A/Q可以看出一级软稳电源供电能等于二级常规电源供电的除尘效果，这就是软稳电源替代常规电源给除尘器供电能够减排的原理。软稳电源替代常规电源供其原来电除尘器供电，在青岛双星热电厂130T/h发电锅炉配套的电除尘已充分展示出它的节能减排的效果，通过当地的环保部门的测示，用常规电源，电场总功耗为100kw，排放浓度为130.4 mg/Nm³，改用软稳电源时，电场总功耗降至24kw，节电76%，排放浓度降至93.4 mg/Nm³，减排28.4%。如果减少一些节电量，也就是给电场多增加一些功率，其排放浓度还将进一步降低。这就为现在正在运行中的排放超标不太严重电除尘，采

15、用更换电源简单的方法实施排放达标成为可能。超标如果比较严重，通常都是采用对本体进行加宽或加高或加长（增加电场数）的方法。此法不仅大幅度增加投资，而且也往往受到空间尺寸限制造成无法实施。然而软稳电除尘技术，除其采用软稳电源供电以外，其本体的长、宽、高尺寸不变的情况下，只对其内部结构进行适当调整，也能实现排放达标的目标。软稳静电除尘技术主要包含除尘本体及供电电源两个主要部分。除尘本体包含最新专利技术燃煤发电锅炉静电除尘装置（ZL25），它是在软稳电除尘技术在社会广泛实践了20多年设计了九个专利基础上新设计的第十个专利，它是比较系统、全面归纳前面技术出来的新专利。它是通过供电电源的性质、波形、工作点

16、和本体电极结构、安装方式、气流走向及振打清灰方式的改变而达到节能减排，粉尘排放不超过50mg/Nm³的目标。三、技术特点及效益分析1、除尘效率高。采用“软稳”电源并配合于燃煤电锅炉静电除尘装置，保证除尘效率达到99.85%以上，在入口浓度不超过25g/Nm³的情况下，粉尘排放浓度不超过50mg/Nm³。2、节电。和常规电除尘相比，电场能耗节约6080%与布袋除尘相比，主要因布袋阻力大，引凤机配用电动机功耗大。3、设备运行除尘效率衰减缓慢常规电除尘新的时候，除尘效率比较高，但是随着运行时间的增长，其除尘效率将下降明显，而软稳电除尘的除尘效率衰减缓慢。原因是：常规电除

17、尘在“最佳火花率”状态下运行，不仅是费电，而且火花放电将对放电极的尖端产生电腐蚀，影响到放电效果，因而降低除尘效率。由于软稳电除尘技术，在整个过程中不产生火花放电，从而不会造成电腐蚀，保证良好的放电状态。4、电除尘的安装，目前分为“户内式”和“户外式”两种，本来安装在户内对维护管理比较方便，户内安装是把高压变压器放在户内，通过充油高压电缆把高压送到除尘器本体内，早期大都采用这种方式，但是高压电缆价格很贵暂且不说，严重的问题是高压电缆被击穿的事故频频发生，所以后来被迫改为“户外式”安装，把高压变压器放到电除尘本体顶部，不通过高压电缆而直接用裸线送到本体内部，从而回避电缆被击穿的事。但这种方式存在着很大的安全隐患，必须给高压变压器设立戒备森严的安全区隔离。除了除尘器的自重压在除尘器顶部以外，还得为变压器检修在除尘器顶部设立小天吊，所有这些都增加土建投资。但是软稳电除尘技术输电很安全很方便，高压电就和控制柜一体，放在电控室，通过价格不高的普通高压电缆直接送至本体内部。它之所以会有这么大的差别，是在于供电电源的特点和理念的不同上，常规供电要在“最佳火花率”状态，可是这个“火花”发生的瞬间将产生约10倍于其工作电压，这么高的瞬态电压击穿电缆是不足为奇的。