高频电源在电除尘器前电场的应用
来源：中国环保产业 阅读：4981 更新时间：2010-03-16 15:45摘要:以龙岩坑口电厂1#炉电除尘器一电场原配备的工频电源改造为高频电源为例，分析了高频电源提高电除尘器前电场除尘效率系数的机理和实效，认为高频电源将取代工频电源成为电除尘器的主流电源。
关键词:电除尘器,前电场,工频电源,高频电源
1 电除尘器前电场尘粒荷电与荷电尘粒运动
1.1 电除尘器前电场空间尘粒的荷电
电除尘器空间尘粒的荷电是电除尘过程中最基本的过程，尘粒荷电后才可能被收集，荷电后的尘粒收集效率又与尘粒所带荷电量的大小成正比，而且根据尘粒粒径大小的不同，尘粒的荷电又分为电场荷电与扩散荷电两种机理。前电场由于粉尘的浓度极大，且尘粒在空间的分布可以认为是比较均匀的，前电场的主要作用就是尽量充分收集荷电后不同粒径的尘粒，因此前电场尘粒的荷电也是电场荷电与扩散荷电共同作用的结果，而电场中离子的数量决定了尘粒荷电是否充分。因此气体在前电场电离越充分，也就意味着前电场尘粒所附着的荷电量越大，前电场尘粒的荷电效果也就越好，前电场的除尘效率就越高。
1.2 前电场荷电尘粒的运动
尘粒荷电后才可能被收集，荷电后的尘粒受电场力作用，向收尘极运动，电除尘器是依靠两极间自持放电产生的气体电晕电离来工作的，即依靠外施电压来维持的，也就是说如果施加在前电场两极之间的工作电压越高，外施电场强度越强，荷电后的尘粒所受的电场力越强，荷电后的尘粒到达两极的运动速度就越快，所需的时间就越短。所以前电场的除尘效率不但取决于前电场尘粒所附着的荷电量的多少，还取决于前电场的工作电压的高低。
2 高频电源提高前电场的除尘效率的机理
电除尘效率的计算一直是沿用多依奇公式：
η=1-e-Aω/Q
式中：η—电除尘器的效率； A—电除尘器的比收尘面积； Q—电除尘器的处理烟气量； ω—带电粒子在电场中的驱进速度。从多依奇公式可以看出，对于设计安装好的电除尘器，其处理烟气量Q与设计的比收尘面积A是一定的，其效率与带电粒子在电场中的驱进速度ω成正比。
而驱进速度ω的经验公式为：
ω=0.11aE2/η
式中：a—带电粒子的粒径； η—含尘烟气的粘度； E—电场强度。
设计安装好的电除尘器的效率与电场强度平方成正比，而电场强度又与电场间施加的电压成正比，因此电除尘器的效率与电场的运行电压平方成正比。尘粒荷电达到饱和之前，提高前电场除尘效率的途径有：
（1）提高前电场尘粒所附着的荷电量；
（2）提高前电场的运行电压。
高频电源输出直流电压比工频电源平均电压要高约 30％，因为工频电源峰值电压在电除尘器电场中触发火花，显著地限制了加在电极上的平均电压。而高频电源谐振频率为30～40kHz，同常规的工频电源相比，高频电源纹波系数小于5%，在直流供电时它的二次电压波形几乎为一条直线，高频电源提供了几乎无波动的直流输出，这使得静电除尘器能够以次火花发生点电压运行，从而提高了电除尘器的前电场供电电压和电流，提高了前电场除尘效率，减轻了后级电场的负担，从而使整台电除尘器粉尘排放浓度显著降低，提高了整体除尘效率。
理论上如果前电场运行电压提高30％，带电粒子在电场中的驱进速度就提高6 9％，从多依奇公式可看出，这相当于电除尘器的前电场比收尘面积增加 69％，可以算出导致前电场因电压提高引起前电场除尘效率提高的系数，但前电场采用高频电源导致尘粒所附着的荷电量的增加量引起的除尘效率提高系数很难把握，因此很难得出整台除尘器理论上的除尘效率提高的系数的准确数值。对于实际应用来说，受诸多因素的影响，预测前电场使用高频引起的除尘效率提高的系数，需要有专业与广泛的应用经验支撑，但在前电场使用高频电源能提高除尘效率是不容置疑的。本文以龙岩坑口电厂1#炉电除尘器一电场原配备的工频电源改造为高频电源为例，从高频电源在现场实际运行使用情况出发，从伏安特性曲线入手，分析高频电源提高电除尘器前电场除尘效率系数的原因。
3 龙岩坑口电厂1＃炉电除尘器高频电源改造情况
龙岩坑口电厂1 # 号炉（ 1 3 5 M W ） 电除尘改造本体部分为龙净公司B E L 型电除尘器： 型号为 BEL264/2-5；一、二电场的同极距为410mm，原配备的电源为龙净公司K型0.8A/66kV设备；三、四、五电场的同极距为4 5 0mm，配备的电源为龙净公司 K型0.8A/72kV设备；各电场的阴极线均为针刺线。 2007年3月底，该厂将1#号炉一电场的配备电源改造为龙净公司0.8A/80kV高频电源。
3.1 改造后的负载伏安特性曲线
坑口电厂1#、2#炉为同样炉型，在基本同等锅炉满负荷、同样燃烧煤种、基本同等给煤量、基本同样锅炉排烟温度的条件下，假定1#、2#炉电除尘器工况一致，在同一时间段，做出两组1#、2#炉一电场负载伏安特性曲线（见下图）。
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从伏安特性曲线可以看出：
（1）1#炉前电场采用高频电源运行的电压、电流较高，运行电流基本在800mA，且电场基本不闪络，有利于前电场尘粒的荷电；2#炉采用工频电源运行，电流基本在200mA左右，而且电场闪络频繁，十分不利于前电场尘粒的荷电；
（2）1#炉前电场采用高频电源负载运行时起晕电压要比采用工频电源起晕电压低，有利于运行电流的提高；
（3）1#炉前电场运行电流显著大于2#炉前电场运行电流。可以认为坑口电厂1#除尘效率的提高可能更大程度上是由于尘粒所附着的荷电量的大幅提高。
3.2 改造后的坑口电厂1#与2#炉负载运行情况对比（见表1、表2）
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从1#、2#炉电除尘器电场运行数据表及1#炉、 2#炉电除尘器电场输入功率比较表可以看出：
（1）采用高频电源，后级电场输入功率提高，从电场运行数据看，1#炉电除尘器前电场采用高频电源不仅大幅度提高了前电场输入功率，同时对未采用高频电源的后级电场的输入功率也均有不同程度的提高，且电场闪络的火花率低，运行参数稳定；
（2）2#炉电除尘器对应的1#炉每一电场输入功率都低，而且闪络频繁，火花率较高，运行参数不稳定。
3.3 改造后的坑口电厂1#炉除尘效果
从实际观察到的除尘效果来看，1#炉电除尘器采用高频电源后除尘效率有明显提高，具体可从下面三种情况反映出来：
（1）从1#炉电除尘器浊度仪显示值看，浊度值从原来的26%下降为17%，浊度值下降明显。
（2）从1#炉电除尘器改造后一电场输灰量看，输灰量明显增大，1#炉电除尘器一电场气力输灰采用双仓泵设计，每一仓泵进料量受料位与时间控制，改造前后每一次仓泵进料量受料位与时间控制参数没有改变，就是说每一次仓泵的进料量在改造前后是没有改变的。电除尘器改造前一电场仓泵进料12次/h，而电除尘器改造后一电场仓泵进料15～16次/h，比改造前气力输灰的频度明显加大，改造后一电场仓泵输灰量是改造前的 1.25～1.33倍，说明一电场的除尘效果得到明显提高，大幅度减轻了后级电场的负担，因而也提高了整台1#炉电除尘器的除尘效率。
（3）龙净环保股份有限公司试验研究中心2007年 12月份对1#炉电除尘器右室电除尘器做了效率与排放的对比测试，分为两种情况：一电场为高频电源、二至五电场为工频电源电源配置；一至五电场均为工频电源的电源配置。测试结果为高频电源单电场效率为74.24%，高频电源更换为工频电源时单电场效率为69.7%，采用高频电源单电场效率提高4.54%，出口排放降低32.6%。测试结果表明采用高频电源除尘效率明显提高。
4 高频电源应用思考
4.1 前电场应用高频电源的电除尘器极配型式、电流密度的设计
高频电源十分适合用于电除尘器前电场，但电除尘器即使采用同样的极配型式、电流密度，应用在不同场合，其运行电压的提高也是不一样的，但它们的共同点是运行电流提高十分明显（比用工频电源大1倍左右）。从坑口电厂1#炉现场使用情况看，前电场运行电压提高不明显，而运行电流提高却十分显著，因此类似的场合还需考虑增加运行电压对提高除尘效率的作用。采用高频电源也涉及到电除尘器极配型式、电流密度的设计问题。
4.2 高频电源在后电场的应用展望
从电除尘器前电场应用高频电源的情况看，后电场与前电场存在粒子特性的差异，使得在后电场应用高频电源的输入条件也存在差异，高频电源在后电场应用需严格考虑本体结构、极配型式、电流密度、不同供电波形的影响。在理论研究与工程项目的双向推动下，高频电源在电除尘器后电场的应用也将进一步展开。
5 结语
（1）目前龙净高频电源在国内已有约300台的工程应用实例，并有少量出口，应用范围涉及电力、冶金、建材、轻工、化工等多种行业的烟气治理，在各种不同场合，电除尘器使用高频电源后都达到了令人满意的除尘效果。随着高频电源的进一步推广，高频电源提高除尘器效率的优势将更为普遍，因而会促进高频电源的推广应用。
（2）高频电源具有节能、降耗的特点，非常切合国家节能减排的要求，其取代工频电源成为电除尘器的主流电源将是必然的趋势。
