(唐山三友化工股份有限公司，河北唐山 063305)

我公司現(xiàn)有11臺(tái)老式濕式靜電除塵器，其主要作用是對(duì)石灰窯煅燒出氣提供除塵凈化，減少反應(yīng)過(guò)程中的粉塵雜質(zhì)，對(duì)我公司CO2壓縮設(shè)備的運(yùn)行狀況以及產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量均有著極大的影響。由于其投產(chǎn)使用過(guò)早，當(dāng)時(shí)所用電源均為火花跟蹤式單相工頻電源，這種電源控制簡(jiǎn)單，使用方便，但也存在電源效率低、變壓器體積大、發(fā)生閃絡(luò)后電壓回復(fù)慢、極端情況下除塵效率低、輸出紋波大等缺點(diǎn)。隨著功率電子器件大功率化、高頻化的發(fā)展，為了解決傳統(tǒng)靜電除塵用電源的體積大、效率低的問(wèn)題，人們開(kāi)始提高靜電除塵電源的工作頻率，使其工作在較高的頻率下。使電除塵器除塵效率更高，能耗更低，克服后級(jí)電場(chǎng)中微細(xì)粉塵收集效率低的問(wèn)題。在本文中將簡(jiǎn)要介紹電除塵高頻電源的工作原理，與工頻電源進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)比較，并結(jié)合我公司現(xiàn)有設(shè)備探討其應(yīng)用前景。

1 電除塵器的工作過(guò)程

電除塵器工作過(guò)程中主要有氣體的電離、粉塵荷電、荷電粉塵收集以及清理四個(gè)主要反應(yīng)步驟。它的主要構(gòu)成為陰極線、陽(yáng)極板、清理裝置和電除塵器電源四部分。在它的工作過(guò)程中，由電除塵器電源對(duì)陰極線施加一個(gè)穩(wěn)定的高直流電壓，陽(yáng)極板通過(guò)接地處理與陰極線構(gòu)成了一個(gè)高壓靜電場(chǎng)。氣體在通過(guò)電場(chǎng)的過(guò)程中被電離而氣體中的粉塵雜質(zhì)顆粒荷電之后受電場(chǎng)力作用，向陽(yáng)極移動(dòng)，從而被吸附在陽(yáng)極板上，最后由清理裝置清理出電除塵器。由此可見(jiàn)，電除塵器電源所產(chǎn)生的電場(chǎng)直接影響了電除塵器的除塵效果。

一般電除塵電源可分為工頻電源和高頻電源。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)又可細(xì)分為可控硅工頻電源、恒流源、直流高頻電源和脈沖高頻電源等多種形式。

2 工頻電源介紹

我公司目前11臺(tái)電除塵器所用電源均為單相可控硅工頻電源，屬于第一代的電除塵器電源。

2.1 工頻電源工作原理

單相可控硅工頻電源采用單相380 V交流輸入，通過(guò)一組晶閘管反并聯(lián)交流調(diào)壓后，控制高壓變壓器網(wǎng)側(cè)交流電壓。工頻電源的高壓線圈串聯(lián)成一組，經(jīng)高壓硅堆全波整流，輸出直流高壓。通過(guò)改變晶閘管的導(dǎo)通角，使變壓器輸出電流和電壓在額定范圍內(nèi)平滑上升或下降。經(jīng)單相變壓器升壓整流實(shí)現(xiàn)對(duì)電除塵器的供電，其原理如圖1所示。

為彌補(bǔ)工況的不足，提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。我公司在后續(xù)的改造過(guò)程中陸續(xù)使用了XYEP-II型智能控制系統(tǒng)和火花跟蹤控制。目的是為了通過(guò)智能控制系統(tǒng)提高系統(tǒng)抗干擾及通過(guò)火花跟蹤抑制火花發(fā)生時(shí)電流沖擊倍數(shù)。

圖1 工頻電源工作原理框圖

2.2 工頻電源工作特點(diǎn)及不足

不可否認(rèn)，我公司對(duì)工頻電源的應(yīng)用在當(dāng)時(shí)的條件下，對(duì)CO2氣體純度的提升有著顯著的效果，在使用過(guò)程中，工頻電源具有技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠、維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)便等諸多優(yōu)點(diǎn)。但是在今天，面臨工藝參數(shù)要求越來(lái)越高，氣體排放的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格，電除塵電源不斷推陳出新的大環(huán)境下，工頻電源即便增加了XYEP-II型智能控制系統(tǒng)，和火花跟蹤控制，其在克服高濃度粉塵電暈封閉和高比電阻反電暈等方面略顯不足，功率因素和設(shè)備效率也比較低，一旦發(fā)生閃絡(luò)故障時(shí)，電壓降低明顯，同時(shí)容易造成連續(xù)閃絡(luò)和拉弧，對(duì)電場(chǎng)的穩(wěn)定造成了極不利的影響，又由于基于50 Hz的工頻電壓，電場(chǎng)恢復(fù)時(shí)速度較慢。而且這兩種后續(xù)改進(jìn)方案均是著眼于電除塵發(fā)生閃絡(luò)現(xiàn)象，除塵器內(nèi)部無(wú)法維持穩(wěn)定電場(chǎng)，設(shè)備整體效率降低后，如何在較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)電場(chǎng)進(jìn)行恢復(fù)，并不能做到從根本上避免電場(chǎng)的不穩(wěn)定，且效果并不十分理想。火花跟蹤特性曲線如圖2所示。

圖2 火花跟蹤特性曲線

3 高頻電源介紹

因高頻電源工作原理基本一致，性能接近，本文僅以浙江金華托菲電器有限公司所生產(chǎn)的ESE-D系列新型高效節(jié)能高頻高壓電源為例進(jìn)行介紹。

3.1 高頻電源工作原理

ESE-D高頻電源主要由三相整流濾波電路，IGBT全橋諧振逆變電路，高頻高壓整流變壓器及控制電路組成。高頻高壓電源原理如圖3所示。

高頻電源供電方式為純直流和間歇供電(也叫脈沖控制供電)，控制方式主要采用調(diào)頻控制，還有部分采用調(diào)幅控制。其基本原理是將三相工頻低壓輸入電源，經(jīng)三相橋式整流電路整流成直流，通過(guò)LC濾波后輸出520 V直流電源。經(jīng)經(jīng)IGBT全橋逆變電路逆變成20 kHz以上的高頻電壓，然后通過(guò)高頻變壓器升壓，經(jīng)高頻整流器進(jìn)行整流濾波，形成高頻直流脈沖電源供給電除塵器電場(chǎng)。圖4是在電除塵器負(fù)載上得到基本上純直流(DC)的電壓波形圖?？刂破鞲鶕?jù)ESP負(fù)載的二次電壓、電流反饋信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)跟蹤控制。

圖3 高頻高壓電源原理框圖

圖4 高頻電源二次電壓波形圖

3.2 高頻電源工作特性

ESE-D電源采用SCR斬波調(diào)幅和IGBT調(diào)頻相結(jié)合的調(diào)節(jié)方式。正常工作時(shí)，電源能為電除塵提供一個(gè)穩(wěn)定的20 kHz以上的高頻電壓，當(dāng)發(fā)生閃絡(luò)時(shí)，由于高頻電源的迅速關(guān)斷和脈沖調(diào)節(jié)，有效的抑制了電場(chǎng)的連續(xù)閃絡(luò)和拉弧，保持了電場(chǎng)的穩(wěn)定；電壓恢復(fù)時(shí)，高頻電源能直接從高頻開(kāi)始啟動(dòng)，在脈沖調(diào)節(jié)的作用下，電場(chǎng)恢復(fù)時(shí)間更快，極短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到20 kHz，然后通過(guò)調(diào)幅系統(tǒng)使二次電壓逼近臨界電壓，能使電場(chǎng)電壓迅速達(dá)到較高的有效值，提高除塵效率；高頻電源功率因數(shù)高，在電場(chǎng)所需相同的功率下，可比常規(guī)電源更小的輸入功率(約20%)，具有節(jié)能效果。

4 高頻電源的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1)純直流供電時(shí)，相比于工頻電源，高頻電源所提供的穩(wěn)定電場(chǎng)電壓值更高，與電除塵器本身的擊穿電壓值差值更小，有效的提高了電除塵器的平均電壓值。從而使電除塵二次電流和除塵效率得到提升。

2)通過(guò)間歇方式工作時(shí)，高頻電源產(chǎn)生一個(gè)脈沖式的電壓，其脈沖寬度在幾百微秒至幾毫秒之間。相比于工頻電源能夠有效提高脈沖峰值電壓，增加粉塵荷電能力，克服反電暈，增加了荷電粉塵在向陽(yáng)極板吸附時(shí)的移動(dòng)速度，從而有效提升電除塵的效率，同時(shí)起到了節(jié)能降耗的作用。

3)相較于工頻電源，高頻電源控制方式更具多樣性，通過(guò)純直流或是間歇供電方式的選擇，可以使電除塵器根據(jù)不同的工藝需求和設(shè)備情況選擇更有利的控制調(diào)節(jié)方式。

4)相較于工頻電源，高頻電源的效率和功率因數(shù)更高，據(jù)數(shù)據(jù)表明，高頻電源的效率和功率因數(shù)可達(dá)0.93以上。同時(shí)基于間歇式供電方式，可以使高頻電源做到需要時(shí)供電，不需要時(shí)停止供電，在同等工作效率的情況下，節(jié)能效果較工頻電源尤為顯著。

5)高頻電源可以在微秒級(jí)的時(shí)間量上停止供電，在電除塵電場(chǎng)產(chǎn)生火花，發(fā)生閃絡(luò)時(shí)，可以迅速關(guān)斷輸出，有效的抑制了電火花。同時(shí)能在10毫秒的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)最大功率供電，使高壓平均值幾乎無(wú)下降，相較于工頻電源的連續(xù)放電閃絡(luò)，高頻電源更能保障電除塵器閃絡(luò)時(shí)的工況穩(wěn)定。

6)相較于工頻電源，高頻電源體積小、重量輕。同時(shí)高頻電源變壓器和控制柜一體化，無(wú)需敷設(shè)高壓電纜，無(wú)需建造電除塵控制室，節(jié)約費(fèi)用，節(jié)省空間。

5 高頻電源在我公司的應(yīng)用前景

我公司11臺(tái)電除塵均采用單相可控硅工頻電源，在未來(lái)的生產(chǎn)中，高頻電源相較于工頻電源更適用于我公司，主要體現(xiàn)在以下四點(diǎn)。

1)工頻電源在發(fā)生閃絡(luò)故障時(shí)，二次電壓明顯降低，使得電除塵系統(tǒng)在此階段不能有效的除塵工作,而高頻電源通過(guò)脈沖調(diào)節(jié)機(jī)制能有效的避免這種情況發(fā)生，且高頻電源平均電壓值更大，閃絡(luò)恢復(fù)時(shí)間更短，除塵效率更高。更換工頻電源之后，電除塵器除塵效率預(yù)計(jì)可提升1%～2.5%左右。

2)我公司11臺(tái)電除塵器的陰極線和陽(yáng)極板幾乎均為不銹鋼圓線和碳鋼材質(zhì)陽(yáng)極板，這種結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度較低，除塵效率較低，目前行業(yè)趨勢(shì)為鉛銻合金魚(yú)骨陰極線和導(dǎo)電玻璃鋼材質(zhì)陽(yáng)極板，后者的除塵效率更高但更易造成閃絡(luò)，工頻電源的恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)環(huán)境要求高，不利于除塵效率的提升，更換高頻電源后可有力避免這一問(wèn)題。

3)高頻電源功率因數(shù)高，電能利用率高，符合我公司一貫的節(jié)能環(huán)保的宗旨。以5#電除塵情況為例，額定輸入電流Ia=105 A，額定輸入電壓Ua=380 V，額定輸入功率Pa=Ua×Ia=41 kW。使用中的實(shí)際輸出電流Ib=88 mA，實(shí)際輸出電壓Ub=64 kV，實(shí)際輸出功率Pb=Ub×Ib=6 kW，額定輸出功率Pc為28.8 kW，功率因數(shù)為15%～70%。高頻電源功率因數(shù)高達(dá)95%，一臺(tái)電除塵功率因數(shù)可提高25%～80%之間。按25%保守估計(jì)計(jì)算，5#電除塵一年可節(jié)約電費(fèi)3.95萬(wàn)元，所有電除塵一年可為我公司節(jié)約電費(fèi)43.41萬(wàn)元。

4)對(duì)與我公司電除塵后續(xù)工序設(shè)備壓縮機(jī)而言，高頻電源除塵效率更高，氣體含塵量低更低。有效避免了因CO2氣體內(nèi)的粉塵雜質(zhì)堵塞壓縮機(jī)氣體管道的現(xiàn)象，減少了壓縮機(jī)的檢修周期，保障了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。

5)我公司0#～4#共5臺(tái)電除塵設(shè)備電源均在室內(nèi)，需用高壓電纜與電場(chǎng)進(jìn)行連接，不但不利于檢修，且存在高壓電纜擊穿等安全隱患，更換高頻電源可以有效的避免因高壓電纜所產(chǎn)生的安全事故，同時(shí)降低了檢修難度。

綜上所述，高頻電源更符合我公司現(xiàn)在的實(shí)際需要。將電除塵器工頻電源更換為高頻電源不但更有利于我公司的生產(chǎn)進(jìn)行，而且更能起到節(jié)能降耗，消除安全隱患的目的。

6 結(jié) 語(yǔ)

電除塵高頻電源發(fā)展至今，技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越成熟。目前就除塵行業(yè)而言，電除塵高頻電源能提供更穩(wěn)定的電場(chǎng)，更高的除塵效率，更低的能量損耗，更小的維護(hù)成本，這讓高頻電源的應(yīng)用已經(jīng)成為了一種趨勢(shì)。對(duì)于我跟公司而言，取高頻電源取代現(xiàn)有的工頻電源，能夠提高設(shè)備的除塵效率，提升電除塵系統(tǒng)穩(wěn)定性，解決電除塵使用過(guò)程中因連續(xù)閃絡(luò)而影響工況的問(wèn)題，保障了生產(chǎn)穩(wěn)定，提升CO2氣體純度，同時(shí)做到節(jié)能降耗減排。符合我公司的電除塵系統(tǒng)實(shí)際需要，對(duì)我公司對(duì)電除塵系統(tǒng)的應(yīng)用以及我公司的生產(chǎn)都有積極的意義。