脉冲电源在电除尘器上的应用特性分析

电除尘器是火力发电厂的重要配套设备,其可有效去除烟气中的颗粒,显著降低排入大气中的烟尘量,减少对环境造成的污染。脉冲电源作为电除尘器本体的供电电源,通过在低于起晕电压的直流基压上叠加一定的高压窄脉冲,可大大提高对细微颗粒物的处理能力,且还能对反电晕现象进行有效抑制,进而大幅提高电除尘器的除尘能力。但是在脉冲电源实际的工作过程中,仍旧存在一定的问题,这就给电除尘器的安全平稳运行带来了不小的隐患。因此,本文对脉冲电源特性及其应用于电除尘器中存在的问题进行系统全面的分析研究,并提出有针对性的解决方案,从而提升电除尘器的除尘性能,为火力发电厂的正常运行提供可靠保障。

1脉冲电源特性

相较于传统的供电电源而言,脉冲电源具有如下优势:

1.1突破直流闪络电压限制

在实际的工作过程中,脉冲电压的持续时间极短,仅有几十至一百微秒,即便是处于最优的工作状态下,也仅能形成厚度很薄的一层电荷云,这层电荷云对电场绝缘性所造成的影响可以忽略不计。在理想的条件下,脉冲电源能够突破直流闪络电压的限制,进而能够提高其电晕功率,从而提升除尘效率。

1.2提高除尘效率,尤其适用于微细粉尘

相较于常规电源而言,由脉冲电源激发而形成的电荷浓度能够达到前者的几百倍,这就有助于大大提高烟气粉尘中的荷电量,对于相同的处理工况下,脉冲电源能够减少30%以上的烟尘排放,50%以上的PM2.5排放,体现出非常优良的除尘特性。为了进一步探究脉冲电源的除尘性能,通过对某电厂的1#炉进行了脉冲电源的改造,其配套有双室五电场的除尘设备,对其中的一室进行改造,另一室则保持不变,改造后的烟尘浓度测量结果如表1所示。

在整个测试过程中,除尘器其他电场供电电源的参数保持不变,脉冲电源采用基础、基础+脉冲两种方式相结合的运行方式。根据表1的4次测试能够看出,增加脉冲电源后,对粒径小于0.07um颗粒的除尘效果非常明显,减少率高达77%,而对其他两种粒径粉尘的去除效果并不明显。因此,脉冲电源适用于微细粉尘的脱除,可大大提高除尘效果。

1.3工况适应能力强,有效克服反电晕

反电晕主要是由烟尘中的高比电阻粉尘形成的,当高比电阻粉尘被收尘极板吸附后,由于其高比电阻特性,导致其很难被释放。高比电阻粉尘极性与电晕极正相反,会对后来的荷电粉尘造成一定的排斥作用,并且粉尘层的电荷释放速度缓慢。随着粉尘层厚度的不断增加,当其所形成的电场强度超过粉尘层的临界值后,就会在粉尘层内的间隙造成局部击穿,进而形成大量与电晕极极性相反的正离子,这些正离子就会在电场力的作用下逐渐向电晕极移动,从而中和电晕极上的负电离子。其表现为电流增大,电压降低,粉尘二次飞扬严重,收尘性能显著恶化。

相较于传统的供电形式,脉冲电源具有高电压、低电流的优良输出特性。由于脉冲电源输出电流值较小,这就能够延缓粉尘层的电荷积累速度,进而为粉尘层电荷提供充足的放电时间,能够有效避免反电晕的形成。其火花电平可比常规工频电源提高数十千伏,加上基础电源电压总低于火花电压,可避免反电晕和二次扬尘,有利于收尘。

1.4大幅节约电能

脉冲电源在工作过程中的基础电压稍高于起晕电压,其中通过的电流也较小,只需提供除尘需要大小的电场力,就能够大大降低电能损耗,提高电能的利用效率。脉冲电压在实际的工作过程中,采用了有效的能量回馈机制,虽然其工作瞬间功率较大,但是其中的能量会随着脉冲的降低进一步回馈到系统之中,这就能够大大降低脉冲部分所消耗的电能。

2脉冲电源在电除尘器应用中的问题分析

脉冲电源电流和电压的仿真波形图如图1所示。

根据上图的波形能够看出,脉冲电源输出侧能够形成与目标波形相一致的脉冲波形,但是经过了一个脉冲之后,上图中的A点,由于欠阻尼所造成的不利影响,输出电压没有及时回归到初始状态,进而导致脉冲发生拖尾现象。脉冲实际的拖尾时间主要是由直流侧回路决定的,其拖尾时间长达1ms。由于脉冲电源实际回路电阻远远大于仿真回路,进而导致负载电容上的剩余电压大于后者,并且当输出电压超过某一数值后,其所造成的拖尾时间就会相当长,可能导致负载发生火花放电现象,严重影响电除尘器的除尘效率。

3解决方案

为了有效改善脉冲电源的工作状态,提高其工作过程中的稳定性,对脉冲电路进行了科学合理的改进处理,其电路图如图2所示。

 

该电路在充电二极管D2上增设一个反向并联的开关s2,再串联一个阻值适宜的阻尼电阻R2。整个电路在工作过程中的基本原理保持不变,当脉冲电源形成脉冲电压后,开关s2导通,C1、Cpluse、Ccoupl以及R2串联,从而形成一个阻尼回路。相较于直流回路而言,该阻尼回路的时间远远小于前者,这就能够促使负载上的电压很快恢复到初始状态,进而能够有效避免脉冲拖尾和电容剩余电压积累的情况出现。

4结语

总而言之,电除尘器是火力发电厂非常重要的除尘设备,能够有效降低烟气中的灰尘量,减小对环境所造成的污染。通过将脉冲电源运用于电除尘器上,能够显著提高其除尘性能,对于发电厂的可持续发展具有十分重要的现实意义。