用恒流源改造烧结机尾电除尘器
摘要：本文通过对一台烧结机尾电除尘器进行高压电控改造实施效果的情况介绍，分析了恒流源高压电控装置的工作特性及其对电除尘器工作性能的影响，提出了恒流高压电控装置的适用条件，呼吁业内人士大胆实践，共同探索、挖掘和发挥包括恒流源在内的高压电控装置的潜在功能，把电除尘技术推向新的高度。
1 显著的功效
平顶山电收尘器厂为某钢铁公司提供的2#烧结机机尾电除尘器自2001年3月底投运以来，电气运行参数很不稳定，出口排放浓度明显超标，据观测,排放浓度在 500 mg/Nm3左右。经过多次摸索与试验，在机尾对烧结块进行喷水能够收到令人满意的效果，但业主发觉机尾喷水后影响烧结块的质量和产量，因此要求我厂重新拟定技术改进方案，保证在不喷水的情况下电除尘器能够排放达标的技术改进方案。为此我厂经对设备使用状况及工艺情况的全面观察、了解和分析，够达标排放。为此我厂经过对设备使用状况及工艺情况的全面观察、了解和分析，并仔细研究了可控硅高压电控的控制功能与恒流高压电控的工作特性，决定采用恒流高压电控 0.4A/72kV替代GGAJ02-0.4A/72kV-WE型高压电控装置。2002年7月初，3台恒流源电控安装就位并投入运行，该电除尘器的运行状况当即得到极大改观。目测烟囱出口几乎看不到任何东西，仔细辨认方可隐隐约约看到一点烟尘。一个月后,某环境监测站对该电除尘器进行了排放监测，粉尘平均排放浓度为93mg/Nm3，合同要求为<100mg/Nm3。一年来，工作状态稳定。
2 恒流源高压电控的工作特性及其对电除尘性能的影响
恒流源电控在此能收到如此显著的效果，就连恒流电控的供货商也感到意外，按照以往的经验，改用恒流电控之后，电除尘器的排放浓度约可降低三分之一以上，而这次却降低了至少三倍！这正是我们所期盼的，但却是由这台电除尘器所处工艺条件的特殊性和恒流源电控的工作特点所决定的。
2．1 恒流电控改善了电场工作特性
烧结工艺决定了机尾烟气的工况特点。烟温200℃左右，水份低，在此温度下，粉尘比电阻较高有可能出现反电晕；烟气中的含尘浓度时高时低，意味着电场负载波动频繁且变幅较大；阴极采用V15电晕线，放电尖端已经结球而球径大小不均，导致电场各处放电性能差异大。以上几种情况都引起电场频繁闪络。可控硅高压电控对电场内出现的闪络能够自动改变导通角，或通过人工调整闪络频率、改变电压上升斜率及最大火花能量等措施使电场工作特性得到缓解，却无法根本改善其运行效果。恒流源高压电控在保持恒稳电流输入的前提下，能自动根据各种因素引起的电场阻抗的变化连续改变输入电压的大小而不致引起瞬间电压的大幅度波动，从而根本解决了电控对工艺状况及电场几何性状的适应性问题。
2．2 恒流电控提高了电场输入功率
众所周知,输入到电场的电晕功率对电除尘器的运行效果有着直接的影响。以下是两种电控条件下的运行数据：
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表一：可控硅电控条件下的运行参数
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注：二次电压、二次电流表指针摆动频繁，摆幅大，其平均值变化范围更大。
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表二： 恒流源电控条件下电除尘器的运行参数
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注：二次电流表指针基本不动，二次电压表指针摆动频繁而摆幅很小，但电压平均值变化范围大。
从上表可以看出，两种电控的电压平均值变化范围都很大，这是就整个时间座标而言的，也正反映了工艺参数变化范围大，电场阻抗随之改变；从表中还可看到，可控硅电控下的一次、二次电流低且不稳定，可知输入到电场的平均有效电晕功率也很小。恒流源电控下的二次电流基本保持设定值不变故能维持尘粒荷电所需的空间电荷，粉尘驱进速度及除尘效率不随电场负载急剧变化。再看表三和表四：
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表三：电压源（可控硅电源）的负载跟踪特性—负反
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注：电晕功率P=U2/Z，Z─电场等效阻抗
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表四：电流源负载跟踪特性—正反馈
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我们知道，可控硅电控通过改变导通角来抑制电场内出现的闪络，以保证电场的正常工作，在闪络严重的情况下，必然会造成瞬时电压电流的大幅度降低，这种被动的让步所牺牲的是电晕功率和除尘效率；恒流源电控则是严格按照电场负荷情况来自动调整工作电压，电流保持不变，输入到电场的电功率根据负荷变化进行正跟踪，因而反馈除尘效果总能维持良好的状态。从控制方式来看，可控硅电源由于采用火花跟踪进行反馈控制，当电场出现火花，无论这种火花是什么原因引起的，也不管电场需求的电晕功率是否足够，控制电路都认为是应当处理的，从而改变波形加以“熄灭”，结果使本来就不大的电晕功率降到更低，加剧了工艺条件和内部状况的不利影响；恒流电源是根据伏安特性即时跟踪，当电场发生火花时，即使频率很高，控制电路只认作电路阻抗发生了变化，电源供给的电压随电场阻抗相应变化但并不关闭导通角，电流基本保持平稳，注入电场的电晕功率也相对稳定[1][2]。
3 恒流源电控的适用性
3．1 对工艺状况的适应性
前面已经介绍了恒流电控对工况条件在某些方面的适应性。据分析，恒流电控对工艺状况有着广泛的适应性。其一是对宏观工艺参数如温度、浓度、烟气量变化范围的适应；其二是对这些参数在电场内的不均匀分布同样有着较好的适应性，理由同上。在实际的电场内，各种物理参数的不均匀有时是相当可观的。当入口含尘浓度很高或较高时，电场内沿高度和长度方向的浓度极不均匀，有时可能相差数倍。电场粉尘浓度差别大时，离子迁移率也有较大差异，导致阴极放电及粉尘荷电效果很不均匀，从而造成电场内出现大量闪络。温度和流速的不均匀到达一定程度都有可能引起电场闪络。两种电控对电场内出现闪络的反应前已分别叙述，不再赘言。
3．2 对极板极线积灰及电除尘器几何缺陷的适应性
在更换恒流源电源之前，我们曾进入电除尘器内部进行了检查，发现阴极线放电尖端结球、极板积灰比较严重，用手去揉搓感到灰尘粘附性很强，不可能靠振打清除，但有的放电尖端没有结球。显然，没有结球的部位放电强烈并产生火花。这种局部出现的火花对整个电场来说，其实电流很小，但可控硅电控却同样要“ 灭弧”，灭弧降压后，工作电流更低。实际上，电场内部构件积灰相当于电场等效阻抗增加，恒流源电控在电场阻抗增加的情况下，为维持输入电场的电流，电压相应提高，即使局部区域出现火花或闪弧而整个电场的电流未达到设定电流时仍将继续提高输入电压以与电场阻抗相制衡，这正是粉尘荷电并向阳极趋近所需要的应变。当电场内包括闪弧在内的总电流有超过设定值的趋势时，恒流电控立即予以抑制，故无需担心电流过载。
另外，电除尘器本体结构由于制造、安装等原因，内部构件不可避免地存在毛刺、变形以及极间距不均等缺陷，工作状态下，这些部位极易产生火花放电，对采取火花跟踪控制方式的可控硅电源来说，只要发生火花即降压予以消除，从而影响整个电场功能的发挥，也就是说可控硅电源对电场内部缺陷比较敏感。而恒流源电控对这些局部产生的火花同样根据其对电场总阻抗的影响来调整输入电场的电压，只要电总阻抗不发生大的变化，鉴于L-C电路正反馈的特性，其降压幅度和时间都很小。故局部的火花对整个电场的影响较小，电场仍保持着高的供电功率输入，从而使整个电场的功能得以充分发挥。
3．3 恒流源电控最佳工作点选择
应当注意，采用恒流电控必须选择适当的运行参数才能获得预期的最佳效果。请看下面三组运行参数：
i） I1=300mA，I2=300mA，I3=350mA;
ii）I1=150mA，I2=180mA I3=200mA;
iii）I1=50mA，I2=50mA，I3=70mA;
这是恒流电控投运后我们用于寻找最佳工作点所作的调试记录。观察烟囱排放结果的变化，发现第一组排放浓度高于第三组，第二组排放浓度最低；运行第三组参数时看到的闪络较少，第一组参数闪络频率最高。可见，电流过大的情况下，除尘效果并非最佳。因此，使用恒流电控应通过调整运行参数以寻找最佳工作点。
3．4 两种电控装置的完善
应当说，恒流电控与可控硅电控各具优势，但也都存在着各自的不足。
大部分可控硅高压电控装置都有着强大的控制管理功能，实践中对每一台设备如果都能在工作状态时进行参数修改和模式选定，也完全能够对一般工况且及内部状况的恶化有一定的适应性。然而，要做到这一点，现场操作调试人员必须具备强的专业素质。遗憾的是，现场遇到电除尘故障或问题时，总是从本体方面找原因，除非电源方面存在明显故障状态，很少会而且能从控制入手查找原因和开展调整，以致连电控本身所具备的功能也无从发挥。如果在任何控制方式下都能通过对伏安特性变化趋势的实时监控而自动选择和切换适当的工作方式并聚焦于最佳工作点，上述问题将迎刃而解。
恒流高压电控目前主要依赖控制电路自身的特点来适应电场阻抗的变化，而手动型产品最佳工作点的确定需要技术素质较高的专业人员来完成。微机、PLC和 DCS控制的产品能根据设备运行和节能需要通过对伏安特性曲线变化趋势的实时监控自动完成最佳工作点的搜索与确定，具有完备的控制功能和运行模式，能满足各类用户对设备的要求。
4 结论
恒流高压电控装置较之可控硅高压电控装置有其独特的工作特性，能够适应工艺条件的大幅度波动，对电场内部存在的机械缺陷和长期运行造成的电极附灰所带来的电场阻抗的变化反应不敏感。恒流源电控的面世，为我们解决许多实际应用难题提供了新的思路。进一步挖掘和发挥恒流高压电控装置的潜在功能必将对电除尘技术的发展和应用起到积极的推动作用。本人相信，在环保指标逐年提高、袋滤技术再度辉煌的今天，借助于恒流电控与本体结构的联合开发，电除尘仍将以高效低耗之优势在大型除尘领域独占鳌头。
参考文献
1．The HVDC Current Source for ESP, Chen,Yuyuan, Proceedings of ICESPⅦ,1998 pp363-368
2．电流源供电对电除尘器的伏安特性的影响，陈宇渊，第八届全国电除尘学术会议论文集.1999 Page291―292.(end)
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