脈沖電源在電除塵器上的應(yīng)用特性分析

引言

電除塵器是火力發(fā)電廠的重要配套設(shè)備,其可有效去除煙氣中的顆粒,顯著降低排入大氣中的煙塵量,減少對(duì)環(huán)境造成的污染。脈沖電源作為電除塵器本體的供電電源,通過(guò)在低于起暈電壓的直流基壓上疊加一定的高壓窄脈沖,可大大提高對(duì)細(xì)微顆粒物的處理能力,且還能對(duì)反電暈現(xiàn)象進(jìn)行有效抑制,進(jìn)而大幅提高電除塵器的除塵能力。但是在脈沖電源實(shí)際的工作過(guò)程中,仍舊存在一定的問(wèn)題,這就給電除塵器的安全平穩(wěn)運(yùn)行帶來(lái)了不小的隱患。因此,本文對(duì)脈沖電源特性及其應(yīng)用于電除塵器中存在的問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)全面的分析研究,并提出有針對(duì)性的解決方案,從而提升電除塵器的除塵性能,為火力發(fā)電廠的正常運(yùn)行提供可靠保障。

1脈沖電源特性

相較于傳統(tǒng)的供電電源而言,脈沖電源具有如下優(yōu)勢(shì):

1.1突破直流閃絡(luò)電壓限制

在實(shí)際的工作過(guò)程中,脈沖電壓的持續(xù)時(shí)間極短,僅有幾十至一百微秒,即便是處于最優(yōu)的工作狀態(tài)下,也僅能形成厚度很薄的一層電荷云,這層電荷云對(duì)電場(chǎng)絕緣性所造成的影響可以忽略不計(jì)。在理想的條件下,脈沖電源能夠突破直流閃絡(luò)電壓的限制,進(jìn)而能夠提高其電暈功率,從而提升除塵效率。

1.2提高除塵效率,尤其適用于微細(xì)粉塵

相較于常規(guī)電源而言,由脈沖電源激發(fā)而形成的電荷濃度能夠達(dá)到前者的幾百倍,這就有助于大大提高煙氣粉塵中的荷電量,對(duì)于相同的處理工況下,脈沖電源能夠減少30%以上的煙塵排放,50%以上的PM2.5排放,體現(xiàn)出非常優(yōu)良的除塵特性。為了進(jìn)一步探究脈沖電源的除塵性能,通過(guò)對(duì)某電廠的1#爐進(jìn)行了脈沖電源的改造,其配套有雙室五電場(chǎng)的除塵設(shè)備,對(duì)其中的一室進(jìn)行改造,另一室則保持不變,改造后的煙塵濃度測(cè)量結(jié)果如表1所示。

在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中,除塵器其他電場(chǎng)供電電源的參數(shù)保持不變,脈沖電源采用基礎(chǔ)、基礎(chǔ)+脈沖兩種方式相結(jié)合的運(yùn)行方式。根據(jù)表1的4次測(cè)試能夠看出,增加脈沖電源后,對(duì)粒徑小于0.07um顆粒的除塵效果非常明顯,減少率高達(dá)77%,而對(duì)其他兩種粒徑粉塵的去除效果并不明顯。因此,脈沖電源適用于微細(xì)粉塵的脫除,可大大提高除塵效果。

1.3工況適應(yīng)能力強(qiáng),有效克服反電暈

反電暈主要是由煙塵中的高比電阻粉塵形成的,當(dāng)高比電阻粉塵被收塵極板吸附后,由于其高比電阻特性,導(dǎo)致其很難被釋放。高比電阻粉塵極性與電暈極正相反,會(huì)對(duì)后來(lái)的荷電粉塵造成一定的排斥作用,并且粉塵層的電荷釋放速度緩慢。隨著粉塵層厚度的不斷增加,當(dāng)其所形成的電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)粉塵層的臨界值后,就會(huì)在粉塵層內(nèi)的間隙造成局部擊穿,進(jìn)而形成大量與電暈極極性相反的正離子,這些正離子就會(huì)在電場(chǎng)力的作用下逐漸向電暈極移動(dòng),從而中和電暈極上的負(fù)電離子。其表現(xiàn)為電流增大,電壓降低,粉塵二次飛揚(yáng)嚴(yán)重,收塵性能顯著惡化。

相較于傳統(tǒng)的供電形式,脈沖電源具有高電壓、低電流的優(yōu)良輸出特性。由于脈沖電源輸出電流值較小,這就能夠延緩粉塵層的電荷積累速度,進(jìn)而為粉塵層電荷提供充足的放電時(shí)間,能夠有效避免反電暈的形成。其火花電平可比常規(guī)工頻電源提高數(shù)十千伏,加上基礎(chǔ)電源電壓總低于火花電壓,可避免反電暈和二次揚(yáng)塵,有利于收塵。

1.4大幅節(jié)約電能

脈沖電源在工作過(guò)程中的基礎(chǔ)電壓稍高于起暈電壓,其中通過(guò)的電流也較小,只需提供除塵需要大小的電場(chǎng)力,就能夠大大降低電能損耗,提高電能的利用效率。脈沖電壓在實(shí)際的工作過(guò)程中,采用了有效的能量回饋機(jī)制,雖然其工作瞬間功率較大,但是其中的能量會(huì)隨著脈沖的降低進(jìn)一步回饋到系統(tǒng)之中,這就能夠大大降低脈沖部分所消耗的電能。

2脈沖電源在電除塵器應(yīng)用中的問(wèn)題分析

脈沖電源電流和電壓的仿真波形圖如圖1所示。

根據(jù)上圖的波形能夠看出,脈沖電源輸出側(cè)能夠形成與目標(biāo)波形相一致的脈沖波形,但是經(jīng)過(guò)了一個(gè)脈沖之后,上圖中的A點(diǎn),由于欠阻尼所造成的不利影響,輸出電壓沒(méi)有及時(shí)回歸到初始狀態(tài),進(jìn)而導(dǎo)致脈沖發(fā)生拖尾現(xiàn)象。脈沖實(shí)際的拖尾時(shí)間主要是由直流側(cè)回路決定的,其拖尾時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1ms。由于脈沖電源實(shí)際回路電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于仿真回路,進(jìn)而導(dǎo)致負(fù)載電容上的剩余電壓大于后者,并且當(dāng)輸出電壓超過(guò)某一數(shù)值后,其所造成的拖尾時(shí)間就會(huì)相當(dāng)長(zhǎng),可能導(dǎo)致負(fù)載發(fā)生火花放電現(xiàn)象,嚴(yán)重影響電除塵器的除塵效率。

3解決方案

為了有效改善脈沖電源的工作狀態(tài),提高其工作過(guò)程中的穩(wěn)定性,對(duì)脈沖電路進(jìn)行了科學(xué)合理的改進(jìn)處理,其電路圖如圖2所示。

該電路在充電二極管D2上增設(shè)一個(gè)反向并聯(lián)的開(kāi)關(guān)s2,再串聯(lián)一個(gè)阻值適宜的阻尼電阻R2。整個(gè)電路在工作過(guò)程中的基本原理保持不變,當(dāng)脈沖電源形成脈沖電壓后,開(kāi)關(guān)s2導(dǎo)通,C1、Cpluse、Ccoupl以及R2串聯(lián),從而形成一個(gè)阻尼回路。相較于直流回路而言,該阻尼回路的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于前者,這就能夠促使負(fù)載上的電壓很快恢復(fù)到初始狀態(tài),進(jìn)而能夠有效避免脈沖拖尾和電容剩余電壓積累的情況出現(xiàn)。

4結(jié)語(yǔ)

總而言之,電除塵器是火力發(fā)電廠非常重要的除塵設(shè)備,能夠有效降低煙氣中的灰塵量,減小對(duì)環(huán)境所造成的污染。通過(guò)將脈沖電源運(yùn)用于電除塵器上,能夠顯著提高其除塵性能,對(duì)于發(fā)電廠的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。