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靜電除塵和電袋復(fù)合除塵兩種除塵方式優(yōu)劣對比分析

　　燃煤火力發(fā)電是我國的主要電力供應(yīng)模式，煙塵的排放會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。2012年1月1日起實(shí)施的國家標(biāo)準(zhǔn)GB13223-2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求：2014年7月1日起現(xiàn)有火力發(fā)電鍋爐煙塵排放濃度≤30mg/m3，重點(diǎn)地區(qū)≤20mg/m3。火力發(fā)電廠在競爭日益激勵(lì)的市場經(jīng)濟(jì)條件下，不僅要考慮產(chǎn)出，也要考慮投入，以盡量少的資源投入和環(huán)境代價(jià)實(shí)現(xiàn)盡可能大的產(chǎn)出，切實(shí)做到節(jié)約發(fā)展、清潔發(fā)展、安全發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展。高效節(jié)能的火力發(fā)電廠除塵設(shè)備已經(jīng)直接影響到人民群眾的日常生活，而且關(guān)乎到能源工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。本文詳細(xì)分析了靜電除塵和電袋除塵這兩種主要除塵方式的優(yōu)劣，并給出了應(yīng)用實(shí)例加以分析。

　　1靜電除塵

　　靜電除塵是在接有直流高壓電的陰極與陽極板之間電場通過煙塵氣體，電離煙塵氣體。負(fù)電氣體離子向陽板運(yùn)動過程中與煙塵結(jié)合使其帶負(fù)電向陽極運(yùn)動并沉積于陽極板上?？煽毓桦娫词潜容^傳統(tǒng)的靜電除塵方式，通過變壓器將工頻交流電升壓然后半控整流，這種方式輸出脈動較大，由于輸出電壓的峰值不能高于擊穿電壓，所以輸出電壓平均值比擊穿電壓低。

　　隨著全控型功率器件的發(fā)展，尤其是高壓大電流的IGBT快速發(fā)展，電除塵器高頻電源得到極大發(fā)展，成為具有新一代優(yōu)異性能的電除塵器供電裝置。電除塵器高頻電源采用逆變方式，可提供脈沖寬度為微秒級的電流脈沖給電除塵器供電，是開關(guān)頻率高輸出電壓脈動小的直流電，輸出電壓平均值高于可控硅電源，具有更大的電場強(qiáng)度，更高的粒子荷電量和更高的除塵效率，可減少煙塵排放40%~70%，并且可減少電除塵器供電功率50%~80%。高頻電源的火花控制特性好，在火花放電嚴(yán)重的場合，可控硅為半控功率器件，會縮小其導(dǎo)通角，使得電源輸出功率下降，而高頻電源在幾個(gè)開關(guān)周期內(nèi)能恢復(fù)供電，保證了輸出功率。另外，高頻電源根據(jù)電除塵器的工況可提供較為合適的輸出電壓;高頻電源的效率通常能達(dá)到90%以上;高頻電源由于采用高頻變壓器，具有體積小重量輕的特點(diǎn)，可高度集成，重量僅為工頻電源的1/4;高頻電源輔助設(shè)備少，安裝方便，節(jié)省了費(fèi)用;高頻電源采用三相交流供電，無缺相損耗，對電網(wǎng)影響小。高頻電源目前有兩種形式，一種是PWM關(guān)高頻電源，一種使用串聯(lián)諧振電路實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的高頻電源。

　　串聯(lián)諧振高頻電源是將PWM移相控制與諧振變換控制相結(jié)合，通過兩橋臂之間移相角的控制來調(diào)節(jié)輸出電壓，通過恒頻控制實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)管的零電壓零電流軟開關(guān)，大大減小了開關(guān)損耗和噪聲干擾，實(shí)現(xiàn)較高的開關(guān)頻率，并具有類似恒流源的特性，能有效抑制除塵電場火花的大電流沖擊，并快速熄滅火花并恢復(fù)電場的能量。

　　串聯(lián)諧振高頻電源電路如圖1所示。其中，Uc1為電容C1的端電壓，由電網(wǎng)經(jīng)三相全橋整流得到，Q1~Q4組成全橋逆變電路，Cr為諧振電容與變壓器分布電容折合到變壓器原邊的等效電容，Lr為諧振電感與變壓器漏感串聯(lián)得到的等效電感。整個(gè)電路的諧振頻：

　　當(dāng)開關(guān)頻率f與諧振頻率fr相等時(shí)，得到最大諧振峰值電壓，輸出功率達(dá)到最大。

　　Q1與Q2的驅(qū)動信號相位相差180°，中間有死區(qū);Q3和Q4之間相差也是180°，中間有死區(qū)。只有在Q1、Q4同時(shí)導(dǎo)通或Q2、Q3同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，逆變器橋才能通過變壓器向副邊傳遞能量。通過改變移相角，就可以改變Q1、Q4及Q2、Q3的導(dǎo)通時(shí)間，通過調(diào)整這2組驅(qū)動信號脈沖之間的相位移θ，就可以改變輸出功率。由于Q3和Q4相對于Q1和Q2先通斷，所以Q3和Q4為超前臂，Q1和Q2為滯后臂。

　　僅通過高頻變壓器實(shí)現(xiàn)的電壓抬升是不足以滿足電除塵的電壓等級要求，因此需要進(jìn)行整流電路的電壓抬升。為串級倍壓整流電路。圖2為變壓器倍壓整流電路，整流電路所用二極管一般為高壓硅堆。

　　2電袋除塵

　　除了靜電除塵器外，布袋除塵器也是應(yīng)用較為廣泛的高效除塵器[2]。布袋除塵器的優(yōu)點(diǎn):除塵效率高，出口排放能達(dá)到30mg/Nm3左右; 通過濾料提高處理細(xì)微煙塵的能力;適于凈化帶有火花的煙塵氣體;除塵效率與運(yùn)行時(shí)間成正比關(guān)系。布袋除塵器的缺點(diǎn)：運(yùn)行阻力大，容易造成布袋堵塞，導(dǎo)致縮短使用壽命，因此需要吸風(fēng)機(jī);吸風(fēng)機(jī)功率較大，能耗高;更換濾袋導(dǎo)致使用成本提高，增加了工作量;濾料和濾袋大多不能經(jīng)受高溫?zé)煔狻?/p>

　　將電除塵器與布袋除塵器結(jié)合起來的電袋除塵器能有效解決其局限性，如圖3 所示。電袋除塵器工作原理:煙塵氣體在氣流分布板的作用下均勻進(jìn)入除塵器，電場使煙塵大部分帶負(fù)電荷，并在電場力作用下向陽極移動并沉積于陽極板上，經(jīng)過電除塵處理后含有少量煙塵的煙氣少部分通過多孔板進(jìn)入濾袋收塵區(qū)，其余大部分煙氣向下部，然后由下而上進(jìn)入布袋除塵區(qū)，煙塵被滯留在濾袋表面上，經(jīng)過兩次除塵的純凈煙氣經(jīng)提升閥進(jìn)入煙道排出。電袋除塵提高了除塵效率，進(jìn)一步降低了發(fā)電廠除塵成本。因此，電袋除塵器對于發(fā)電廠除塵器改造意義重大，而且和脫硫技術(shù)相結(jié)合可以提高脫硫效率。

　　電袋除塵方式相對其它方式有如下特點(diǎn)：

　　(1)電袋除塵器效率高且穩(wěn)定。電袋復(fù)合除塵器發(fā)揮了布袋除塵器對煙塵特性適應(yīng)范圍廣泛的特點(diǎn)，不再受煙氣煙塵特性變化的影響，含塵煙氣先經(jīng)電除塵器除去大部分煙塵，再由布袋除塵器除去煙氣中殘余的微細(xì)煙塵，即彌補(bǔ)了電除塵器除微細(xì)煙塵效果不高的缺陷，又降低了布袋除塵器的壓力，提高了煙塵的凈化效率。

　　(2)與純布袋除塵器相比，在運(yùn)行過程中電袋除塵器運(yùn)行阻力低，由于前方靜電除塵器，大部分煙塵在到達(dá)布袋除塵器以前已被清除，袋除塵煙塵負(fù)荷低，壓力損失小，并且荷電煙塵改變了濾袋粉餅結(jié)構(gòu)，煙塵之間排列蓬松有序、透氣性好，使濾袋阻力變小，因而可以選擇較長的清灰周期和較低的噴吹壓力。

　　(3)電袋除塵器運(yùn)維費(fèi)用低，電袋復(fù)合除塵器結(jié)構(gòu)緊湊，電除塵單元除去了大部分的煙塵，大幅降低了濾袋負(fù)荷，因而可以選擇較高的過濾風(fēng)速，濾袋除塵區(qū)中，濾袋數(shù)量少，減少了布袋收塵部分的成本和延長了濾袋的使用壽命，從而降低了濾袋的更換維護(hù)費(fèi)用。降低了運(yùn)行阻力并節(jié)省了引風(fēng)機(jī)的電耗。清灰周期比一般除塵器大幅延長，節(jié)省壓縮空氣消耗量，減少空壓機(jī)的電耗費(fèi)用。

　　3應(yīng)用實(shí)例

　　以華能汕頭電廠除塵改造作為實(shí)例對電袋除塵與采用高頻電源的靜電除塵進(jìn)行比較。華能汕頭電廠#1、#2機(jī)組爐除塵器原配套兩臺雙室四電場臥式除塵器，設(shè)計(jì)除塵效率≥99.2%，極板型式為大C型板，極線型式全部為螺旋線，出口設(shè)槽極板，振打方式全部采用側(cè)部饒臂錘振打;其一、二、三、四電場高壓供電和整流變壓器;工程于1995年底通過168h滿負(fù)荷試運(yùn)，1996年完成性能考核試驗(yàn)工作。為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，采用電袋除塵方式進(jìn)行除塵改造，電袋除塵器方案陰陽極振打方式為頂部電磁振打。華能汕頭電廠#3機(jī)組為600MW機(jī)組，機(jī)組采用兩臺靜電除塵器，每臺除塵器為二通道四電場結(jié)構(gòu)，以機(jī)組負(fù)荷的測量值作為閉環(huán)反饋控制信號。本體及電控系統(tǒng)設(shè)備均由福建龍凈生產(chǎn)，機(jī)組于2005年09月投入運(yùn)行。為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，改造工程對電除塵器第一和第二電場工頻整流電源進(jìn)行改造，更換為高頻高壓電源，同時(shí)對振打及加熱控制系統(tǒng)整合，通過改造以達(dá)到降低除塵器耗電率、降低煙塵排放的目的。具體數(shù)據(jù)如表1所示。從表中，可以得到電袋除塵在除塵效率和漏風(fēng)率上優(yōu)于靜電除塵，靜電除塵在風(fēng)阻和節(jié)能方面優(yōu)于電袋除塵。

　　4結(jié)束語

　　本文重點(diǎn)分析了靜電除塵和電袋復(fù)合除塵兩種除塵方式的工作機(jī)理、除塵效果。說明了在靜電除塵方式中，高頻電源相對傳統(tǒng)可控硅電源的優(yōu)勢，給出了其電路結(jié)構(gòu)和工作機(jī)理。給出了電袋復(fù)合式除塵方式相對其它方式的特點(diǎn)。通過華能汕頭電廠的兩種除塵改造的應(yīng)用實(shí)例加以分析，對比得到了兩種除塵方式的優(yōu)缺點(diǎn)。