電除塵器高壓電源-各類高壓電源的性能對(duì)比

1、電除塵器高壓電源各類高壓電源的性能對(duì)比概述在飽受霧霾之苦的今天。隨著我國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，燃煤電廠的污染排放受到人們的關(guān)注，國(guó)家和地方環(huán)保部門對(duì)燃煤電廠污染物的排放和總量有了較嚴(yán)格的控制，并且排放標(biāo)準(zhǔn)逐年升高。這就迫使企業(yè)對(duì)現(xiàn)有的電除塵器設(shè)備進(jìn)行不斷的升級(jí)和改造。在電除塵器改造的過(guò)程中，供電系統(tǒng)的選擇直接影響著除塵器的性能。本文通過(guò)對(duì)電除塵器各類高壓電源工作原理的比對(duì)來(lái)分析什么樣的電源更有利于提高除塵器的除塵效率。一、電除塵器電源發(fā)展的三個(gè)階段：第一階段：工頻電源1、 恒流源：?jiǎn)蜗嘟涣?80V輸入,變壓器分檔調(diào)幅調(diào)壓，高壓硅堆整流輸出。輸出頻率100Hz。二次電壓輸出波形：紋波較大的直流（

2、DC）電壓波形。2、單相可控硅電源：?jiǎn)蜗嘟涣?80V輸入，可控硅調(diào)相調(diào)壓，高壓整流變壓器輸出。輸出頻率100Hz。二次電壓輸出波形：紋波較大的直流（DC）電壓波形。3、三相可控硅電源：三相交流380V輸入，可控硅調(diào)相調(diào)壓，高壓整流變壓器輸出。輸出頻率300Hz。二次電壓輸出波形：紋波較小的直流（DC）電壓波形。 第二階段：高頻電源1、按輸出頻率可分為：10 kHz、20 kHz、50 kHz。2、按調(diào)壓方式可分為：調(diào)頻高頻電源、調(diào)幅高頻電源。三相交流380V輸入，可控硅/二極管調(diào)相調(diào)壓，IGBT全橋逆變經(jīng)高壓整流變壓器輸出。輸出頻率10 kHz、20 kHz、50kHz。二次電壓輸出

3、波形：基本上純直流的（DC）電壓波形。 第三階段：工頻基波脈沖電源工頻基波脈沖電源：由兩組獨(dú)立電源組成即基波電源和脈沖電源?；l率300Hz，脈沖頻率100pps，脈沖寬度75s；第四階段：高頻基波脈沖電源：由多組獨(dú)立高頻電源疊加組成。基波頻率1050 kHz，雙脈沖頻率110000 pps，脈沖寬度8s；脈沖電源輸入電壓: 三相交流380V。二次電壓輸出波形：直流（DC）電壓波形疊加脈沖（PULSE）電壓波形。即直流疊加脈沖（DC+PULSE）電壓波形。 二、電除塵器電源工作原理簡(jiǎn)介：1、三相可控硅電源工作原理：三相可控硅電源主要由反并聯(lián)可控硅調(diào)壓電路、三相高壓整流變壓

4、器及控制電路組成。三相可控硅電源原理如圖2-1所示。三相可控硅電源的基本工作原理是將三相380V低壓交流電，經(jīng)反并聯(lián)可控硅在控制回路控制下將移相調(diào)壓后的交流電壓送至三相高壓整流變壓器一次側(cè)，經(jīng)三相高壓整流變壓器二次側(cè)升壓、高壓硅堆整流后輸出直流高壓。圖2-2是在電除塵器負(fù)載上得到紋波較小的直流（DC）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2-1三相可控硅電源原理框圖 圖2-2 三相可控硅電源二次電壓波形圖 2、高頻電源工作原理：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

5、壓電源原理如圖2-3所示。圖2-3 高頻高壓電源原理框圖 高頻電源的基本工作原理是將三相380V低壓交流電，經(jīng)三相橋式整流電路得到直流電壓、LC濾波輸出520V直流母線電壓。直流電壓經(jīng)IGBT全橋逆變?yōu)楦哳l脈沖電壓。高頻脈沖電壓經(jīng)高頻變壓器升壓，高壓硅堆整流后輸出直流高壓。圖2-4是在電除塵器負(fù)載上得到基本上純直流的（DC）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2-4 高頻電源二次電壓波形圖 3、工頻基波脈沖電源工作原理：工頻基波脈沖電源：由兩組獨(dú)立電源并聯(lián)耦合組成，即基波電源和脈沖電源。工頻基波脈沖電源原理如圖2-5所示。圖2-5 工

6、頻基波脈沖電源原理框圖 工頻基波脈沖電源工作原理：工頻基波電源工作原理同三相可控硅電源工作原理，在此不再闡述。其作用是產(chǎn)生基波電壓-Udc。脈沖電源工作原理是將三相380V低壓交流電，經(jīng)反并聯(lián)可控硅在控制回路控制下，將移相調(diào)壓后的交流電壓送至三相高壓整流變壓器一次側(cè)，經(jīng)三相高壓整流變壓器二次側(cè)升壓、高壓硅堆整流后輸出正高壓直流母線電壓+Ups，經(jīng)高壓IGBT全波逆變?yōu)楦邏好}沖電壓。高壓脈沖電壓經(jīng)電容Cs、脈沖變壓器PT輸出形成脈沖電壓-Upulse，再經(jīng)耦合電容Cc與基波電壓疊加產(chǎn)生ESP所需電壓Uesp，即在電除塵器負(fù)載上得到Uesp=-(Udc+Upulse)的電壓波形。其波形圖

7、如圖2-6所示?？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2-6 工頻基波脈沖電源二次電壓波形圖 4、高頻基波脈沖電源工作原理：  高頻基波脈沖電源是由N(N=2,3,4,5)組獨(dú)立IGBT全橋逆變電路、變壓器整流電路串聯(lián)組成如圖2-7所示。若U2=80kV,當(dāng)N=4時(shí)，其基波和脈沖波的幅值比為2:4、3:4（電壓比為40:80kV、60:80kV）。高頻基波脈沖電源的工作原理是將三相380V、50Hz低壓交流電，經(jīng)三相橋式整流LC濾波輸出520V直流母線電壓，直流母線電壓經(jīng)多組IGBT全橋逆變?yōu)楦哳l脈沖電壓，對(duì)應(yīng)各自高頻變壓器升壓，由各自

8、高壓硅堆串聯(lián)整流輸出高壓。在電除塵器負(fù)載上同時(shí)得到直流基波（DC）電壓和脈沖波（PULSE）電壓如圖2-8所示。控制器根據(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2-7 高頻基波脈沖電源原理框圖圖2-8 高頻基波脈沖電源二次電壓60:80kV波形圖 三、電除塵器供電電源波形分析：電除塵器供電電源分為直流（DC）電壓波形供電，直流疊加脈沖（DC+PULSE）電壓波形供電。工頻電源、高頻電源屬直流（DC）電壓波形供電(如圖2-2、如圖2-4所示)。特征是相同幅值直流電壓連續(xù)不斷的向除塵器充電加壓，使板線間始終維持在擊穿電壓點(diǎn)附近。當(dāng)粉塵比電阻超過(guò)1011·cm后，

9、就會(huì)在氣體電離粉塵荷電移動(dòng)捕集脫塵的過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題。當(dāng)高比電阻粉塵累積在陽(yáng)極板上后，由于連續(xù)加壓，使帶電粉塵對(duì)陽(yáng)極板的中和速度被更快的再充電，導(dǎo)致陽(yáng)極板塵層加厚，表面電位提高，造成對(duì)放電極的電位差相對(duì)減少，放電極電暈放電減弱，引起反電暈現(xiàn)象發(fā)生，除塵效率大幅下降。  脈沖電源屬直流疊加脈沖（DC+PULSE）電壓波形供電(如圖2-6、如圖2-8所示)。特征是在有效電暈電壓，連續(xù)不斷地向除塵器充電加壓的同時(shí)，疊加脈沖電壓。這種荷電方式，不僅提高了瞬間的荷電電壓，又降低了平均荷電電壓，即使是高比電阻粉塵，粉塵層中的電位也很容易在陽(yáng)極板上得到中和，陽(yáng)極板表面電位降低，不會(huì)產(chǎn)生與放電極相對(duì)電

10、位的提高，抑制了反電暈現(xiàn)象的發(fā)生。脈沖波瞬間高電壓更易使粉塵荷電，所以除塵效率大大提高。 四、電除塵器對(duì)供電電源輸出波形頻率的響應(yīng)：電除塵器的數(shù)學(xué)模型：電除塵器的結(jié)構(gòu)是由極板、極線平行交錯(cuò)排布而成，可視為容性負(fù)載。根據(jù)電除塵器的伏安特性曲線，其不同階段數(shù)學(xué)模型是不同的，電阻和電容串聯(lián)組合，代表電除塵器伏安特性曲線的0起暈電壓段。電阻和電容并聯(lián)組合，代表電除塵器伏安特性曲線的起暈電壓擊穿電壓段。如圖4-1。圖4-1 Xr代表阻抗，是電除塵器極板極線間粉塵介質(zhì)對(duì)氣體電離的阻礙程度Xc代表容抗，是電除塵極板極線間距離、面積對(duì)氣體電離的阻礙程度，是頻率的函數(shù)。Xc=1/2fC當(dāng)電阻

11、和電容并聯(lián)時(shí)：I=U/Xr+Xc當(dāng)電阻和電容并聯(lián)時(shí)：I=U/Xr+U/Xc由上述小結(jié)：當(dāng)電壓為定值時(shí)，容抗減小電流增加。電除塵器是物理實(shí)體，提高其供電電源頻率，對(duì)提高除塵效率是有效的。五、脈沖電暈放電對(duì)粉塵荷電的影響粒子在直流電暈荷電的過(guò)程中,隨著顆粒帶電量的增加從而在顆粒表面產(chǎn)生勢(shì)壘能。荷電的發(fā)生是只有那些具有動(dòng)能大于或足以克服荷電粒子表面勢(shì)壘能的電子與粒子碰撞而產(chǎn)生. 低于荷電粒子表面勢(shì)壘能的電子不能達(dá)到粒子表面進(jìn)而不荷電.當(dāng)荷電發(fā)生到一定階段時(shí)，粉塵的荷電速度減小，從而影響粉塵的帶電量，造成除塵效率底下。 在脈沖放電中，由于瞬間電位較高,電子從電場(chǎng)中獲得的能量很大，產(chǎn)生高能電子，這些高能

12、電子與中性氣體分子碰撞裂解或激發(fā)中性分子進(jìn)而產(chǎn)生更多的電子。此時(shí)，電場(chǎng)空間帶電粒子主要是電子，電暈電流是電子傳輸形成的。飛灰粒子荷電是以電子荷電為主。飛灰在脈沖放電電暈場(chǎng)中的電子荷電機(jī)理是以電子的電場(chǎng)荷電和動(dòng)能擴(kuò)散荷電為主，飛灰粒子的電子荷電不僅與電場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)，也與電子的熱運(yùn)動(dòng)程度有關(guān)（即電子的動(dòng)能）。由于飛灰在直流電暈下的電場(chǎng)荷電很快達(dá)到飽和并在飛灰粒子表面形成勢(shì)壘能,抑制飛灰的進(jìn)一步荷電. 但在脈沖期間，單位空間內(nèi)，被激發(fā)出的電子密度很大，能量很高，高能電子足以克服這勢(shì)壘能而轟擊飛灰粒子表面使粒子的荷電量超過(guò)飽和電場(chǎng)荷電的極限.從而獲得更快的趨近速度，提高除塵效率。六、電除塵器脈沖電源主要

13、技術(shù)指標(biāo)：脈沖電源主要技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目單位脈沖電源高頻基波脈沖電源直流基準(zhǔn)電壓DC Base VoltagekV3010020100直流基準(zhǔn)電流DC Base CurrentmA40013508002400脈沖電壓Pulse VoltagekV5010020100脈沖電流Pulse CurrentmA4008004001200脈沖峰值電流Pulse Peak CurrentA1202001030雙脈沖重復(fù)頻率Dipulse RepetitionPPS 2*（010000）重復(fù)脈沖Pulse RepetitionPPS100 脈沖寬度Pulse WidthS5075810除塵器電

14、容量ESP CapacitancenF133200133200直流基波頻率DC Base FrequencyHz30050000  七、高頻基波脈沖電源特點(diǎn)大連藍(lán)清自控設(shè)備有限公司研制的GGGAJ0240kHz/A*kV電除塵器用高頻高壓脈沖電源（簡(jiǎn)稱高頻脈沖電源），是一種即能提供直流供電、間歇供電和脈沖供電的電除塵器供電電源。1.綠色電源：三相供電、電網(wǎng)平衡、無(wú)諧波干擾、功率因數(shù)高、電源轉(zhuǎn)換效率高。2.多電壓疊加技術(shù)：多組IGBT全橋逆變功率單元、變壓器整流電路串聯(lián)組合，實(shí)現(xiàn)2+1、3+1、4+1等高頻脈沖電源的功率疊加和電壓疊加。多電壓疊加可組合任意電壓波形形狀，輸出多種DC電壓

15、波形和DC+PULSE電壓波形，實(shí)現(xiàn)對(duì)電除塵器的純直流供電、間歇供電和脈沖供電。電壓峰值、有效值均可調(diào)，電場(chǎng)控制方式靈活。3.高頻率窄脈沖：輸出頻率范圍2kHz-50kHz，電除塵器是容性負(fù)載，供電頻率越高電場(chǎng)容抗越小，電源向電除塵器注入的能量就越大。脈沖寬度8S更有利于瞬間高強(qiáng)電場(chǎng)的產(chǎn)生和氣體電離過(guò)程中自由電子的激發(fā)。4.智能控制：當(dāng)DC+PULSE二次電壓波形設(shè)定完成后，設(shè)備通過(guò)調(diào)整頻率自動(dòng)跟蹤電場(chǎng)擊穿電壓的臨界點(diǎn)。電場(chǎng)不易閃絡(luò)，實(shí)現(xiàn)最佳功率輸出。5.閉環(huán)節(jié)能控制：根據(jù)除塵器排放濃度與電除塵器電源耗電量之間的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。系統(tǒng)由上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。6.降壓振打控制：具備反電暈檢測(cè)功能，當(dāng)反電暈發(fā)生時(shí)輸出聯(lián)動(dòng)信號(hào)，及時(shí)降壓、振打清灰。7.微細(xì)粉塵的捕集：微細(xì)粉塵的排放量是影響電除塵器粉塵排放濃度的關(guān)鍵指標(biāo)。高頻雙窄脈沖供電產(chǎn)生的瞬間高強(qiáng)電場(chǎng)電暈，大大提高了對(duì)PM2.5及以下顆粒物的捕集。8.高比電阻粉塵的捕集：當(dāng)采用DC+PULSE供電時(shí)，最大程度地抑制了反電暈現(xiàn)象的發(fā)生，大大提高了對(duì)高比電阻粉塵的捕集效果。9.脫硫脫硝：高頻窄脈沖供電產(chǎn)生的瞬間高強(qiáng)電場(chǎng)電暈，更有利于臭氧濃度的提高，提升脫硫、脫硝的效率。10.節(jié)能減排：高頻脈沖電源和常規(guī)單相工頻電源比較，電除塵器除塵效率提高