脉冲高压电源的应用研究

脉冲高压电源的应用研究摘要：随着环保的要求不断提升，工业企业中排烟中的粉尘浓度要求更低。原有电除尘器配置的电源结构和组合方式不能满足需求，纷纷采取脉冲高压电源进行除尘效果的改善，本文结合脉冲高压电源在电除尘领域的应用效果进行分析比较，以说明脉冲高压电源的应用优势。关键词：脉冲高压电源烟尘浓度电除尘1引言经济的高速发展对于能源的需求不断增加，电力资源主要依靠燃煤电厂。电厂在正常运行过程中，其烟道气内会存有大量的烟尘，随着环保要求的不断严格，目前要求电厂的排烟烟尘含量应低于30mg/m3,而对于某些重点地区的要求排放量低于20mg/m3。电除尘技术就是利用高压电使得气体发生电离，从而产生电晕放电。空气中通入高压电后，气体中的颗粒就会带有电荷。在电场力的作用下，使得带有电荷的颗粒发生位移，从而与气体进行分离。分离后的颗粒通过捕集装置进行搜捕。电除尘技术一般效率较高，但需要持续耗能。由于排放要求的不断严格，原有的电除尘器不能很好地满足目前的要求，因此对于原有的电源系统进行升级改造提升除尘的效果是目前最为合适的方案。在电源改进方案中，在原有电源基础上再添加脉冲高压电源可以使得原有的除尘效果得到明显提升，据相关数据显示，通过添加脉冲高压电源，可以使得电除尘效果从原有的40mg/m3-50mg/m3降低至20mg/m3-30mg/m3,同时还能进一步节约成本。本文主要针对脉冲高压电源在电除尘的应用进行分析介绍。2脉冲高压电源特点脉冲高压电源的供电原则上属于间歇供电，高压直流和高压脉冲电源通过耦合电容和滤波电感加载到静电除尘器的两端，通过脉冲高压电源的引入可以改善电除尘的效果，同时也能有效抑制反电晕现象，使得电除尘器的体积减小。引入脉冲高压电源相当于在原有的直流高压电源中叠加一个高压电源，原有的直流高压电源可以是单项或三相工频高压电源、高频高压电源等，一般而言直流高压电源的输出电压在60KV，高频脉冲电源的输出电压为80KV，因此改进后的电源输出电压可以达到140KV，有效改善电除尘效果。脉冲高压电源不仅具有输出电压高的优势，同时较直流高压电源，脉冲高压电源同时还具有功耗低的特点，因高频脉冲电源采取IGBT开关，电源的主回路可以等效于L-C串联谐振电源，而除尘器的电场可以简化为电容负载，因此通过脉冲高压电源进行电除尘的系统可以简单理解为电源内部的高压电容、脉冲变压器与脉冲电源初级侧的电容之间进行耦合，初级侧的高压电容主要用于隔离直流高压电源的输出电压。在正常运行过程中，IGBT开关器件开通时，在0-t/2的时间内，脉冲高压电源向电除尘系统进行充电从而形成电除尘电场，在t/2-t的时间内，除尘器的电场则对脉冲电源进行放电，此能量可以通过谐振的方式回收到脉冲电源中，从而实现能耗低的优势。在最新的应用中，IGBT开关器件被并联接入电源的低压侧，由于此开关具有均衡电流的特性，使得此拓扑结构的稳定性得到提升。高压脉冲电源可以提升电除尘的效果的原理具体为：脉冲高压电源可以显著提升电除尘器的峰值电压，由于脉冲高压电源的脉宽极短，因此需要更长的时间才会击穿，正是由于脉冲高压电源的这种低火花率，才使得此电源能够再更高的电压下应用。另外，电除尘器的阴极线分布着较多的尖刺，直流高压电源只能在这些尖刺产生电晕，脉冲高压电源可以在整条阴极线上产生电晕，因此具有更好的除尘效果。针对目前常使用的电除尘器的电场采取400mm或450mm的同极距，400mm同极距时，脉冲高压电源的耐受电压约为110KV，而450mm的同极距耐受电压则为120KV。对于脉冲电压应用在电厂烟道气除尘中可以有效改善烟尘的浓度，使其排放满足标准要求，同时在煤种发生变化时，也能保证除尘效果稳定运行。另外，前文也已提到脉冲高压电源兼具能耗低的优势，实际应用过程中，脉冲高压电源的实际能耗仅为几千瓦，远低于直流高压电源的能耗数据，适合应用于节能要求高的场所。燃煤电厂的煤种的组成和配比不是一成不变的，然而煤种的特性数据发生变化会对烟气温度和烟气的组成造成影响，面对这种情况，需要电除尘器具有良好的适应性，能够再不同的工况条件下保持一个稳定的除尘效果，而脉冲高压电源完全可以满足此要求，尤其对于高火花率的性能。3脉冲高压电源的应用实例分析目前国内用的脉冲高压电源主要集中在电力和冶金等领域，主要进行电除尘处理，应用在电除尘器的末电场位置，此处的粉尘颗粒度更细，且含量相对较低，如果此处应用直流高压电源，对于粉尘的处理效率低，不能满足排放要求。应用脉冲高压电源的效果还是更好，下文结合具体的应用情况，对脉冲高压电源应用前后的效果变化进行分析介绍。某钢铁厂使用电除尘器对于产生的粉尘进行吸附处理，原有的电除尘器结构是双室五电场结构，且除尘器外加电源为单相工频高压电源，烟气的额定流量为每小时205万立方米，烟气的流速为每秒0.99m，利用单相工频高压电源的粉尘处理时，烟气排放的粉尘浓度为50mg/Nm3,随着环保力度的增加，该排放指标不能满足要求，因此将原有的单相工频高压电源替换为高频高压电源，在第四场和第五场增加脉冲高压电源，第一、二、三场采取针刺线，第四和第五电厂采取螺旋线，改造后的性能情况由华北电力研究院进行测试，检测时的煤质情况见表1，出口的烟气粉尘浓度为15mg/Nm3，满足排放需求，同时除尘器的电量使用情况降低30%，有效节约了成本。表1煤质情况表2电除尘器的电源运行参数数据某热电厂的锅炉类型为东方锅炉（集团）股份有限公司制造的DG1025/17.4一口4型亚临界、中间一次再热、单炉膛n型露天布置、平衡通风、煤粉燃烧、固态排渣、压力自然循环汽包锅炉。静电除尘器采取双列双室四个电场结构，电除尘器的电源为高频高压电源。阴极线为芒刺线结构，顶部阴极电机振打和侧部阳极振打，电厂运行过程中，烟气的额定流量为每小时184万立方米，烟气的流速为每秒1.2米。改造前的电除尘器的运行情况为A列的烟气粉尘浓度为54mg/Nm3,B列的烟气粉尘浓度为51mg/Nm3,但随着环保要求的提升，不能满足排放需求。因此引入脉冲高压电源，为了更好地对比脉冲高压电源的有效性，在A列结构中的二、三、四电场中引入脉冲高压电源，通过这种方式可以有效验证高频高压电源与高频高压电源、脉冲高压电源结合电源间的效果，测试时的煤质性质见表3,A列除尘器的进气量为165万方，烟气温度为139°C，出口烟气温度137C；B列除尘器的进气量为159万方，烟气温度为140C，出口烟气温度138C。A列除尘器的排烟烟气粉尘浓度分别为26mg/Nm3/25mg/Nm3，平均值为25.5mg/Nm3。A列除尘器的排烟烟气粉尘浓度分别为36mg/Nm3/35mg/Nm3，平均值为35.5mg/Nm3。可以明显看出脉冲高压电源的优势，同时A列电除尘器的电能消耗为477KW/h，B列电除尘器的电能消耗为700KW/h。表3煤质情况4结语由于脉冲电源具有窄脉宽宽度，输出电压高，单位脉冲输出次数多的优势，可以更好地发挥除尘效果。通过本文结合脉冲高压电源具体应用数据对比，可以看出该电源在除尘领域的应用优势，同时还能很大程度上起到节能的效果。随着半导体技术的不断发展，电容和磁性结构相继会出现，不同拓扑结构也将应运而生，窄脉宽、高脉冲的电源将在脱硫脱硝、除尘等领域应用更为广泛，真正实现超低排放和零排放。参考文献陈强，王慧贞,史传洲.高压开关型脉冲静电除尘电源研究[J].电力电子技术,2019