電除塵器創(chuàng)新改造的探索
一、引言
很久以來(lái)，我國(guó)電站鍋爐電除塵器供電控制方式，先后出現(xiàn)了普通火花跟蹤供電控制方式，間歇供電控制方式、簡(jiǎn)易脈沖供電控制方式、恒流高壓直流供電控制方式等多種供電控制方式。電除塵器陰極的形式有螺旋線型、魚(yú)骨線型、鋸齒線型、芒刺線型等多種陰極形式。但是，無(wú)論供電控制方式怎樣變換，陰極形式怎樣改變，共粉塵荷電和收塵的區(qū)域始終沒(méi)有改變，即都在陰極和陽(yáng)極所相對(duì)的的同一個(gè)區(qū)域里進(jìn)行著荷電、收塵和反放電工作。這里的反放電其實(shí)就是人們常說(shuō)的反電暈現(xiàn)象。為什么公產(chǎn)生反電暈?zāi)?？就是因?yàn)樵陉庩?yáng)極之間有電暈電流通過(guò)，而且為了提高除塵效率，還要保持足夠的電暈電流強(qiáng)度，這就要加劇了反電暈的產(chǎn)生頻率，除塵效率降低。為了克服這種弊病，許多除塵器廠家在設(shè)計(jì)中采用保守的驅(qū)進(jìn)速度、對(duì)煙氣進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理、采用寬極距、輔助電極、采用脈沖電源、采用間歇電源、運(yùn)行中控制合理電流值等多種克服反電暈的方法。特別是最近幾年從國(guó)外引進(jìn)的、在采用肪沖供電方式的基礎(chǔ)上依靠EPMAX Ⅲ監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)旋監(jiān)控、采用間歇停電振打清灰除塵方式等。雖然對(duì)反電暈現(xiàn)象有所抑制，除塵效果和節(jié)能效果也較顯著，但是，都沒(méi)有達(dá)到較為理想的既能提高除塵效率，雙能夠大量節(jié)省電能的目的。如何解決這個(gè)難題，使電力企業(yè)真正達(dá)到創(chuàng)建“五型企業(yè)”的止的，是擺在電力系統(tǒng)面前的一項(xiàng)艱巨任務(wù)。為了解決這個(gè)難題，泊頭市鵬鶴環(huán)保機(jī)械有限公司根據(jù)電除塵器領(lǐng)域長(zhǎng)期工作經(jīng)驗(yàn)和電除塵器理論書(shū)刊的指導(dǎo)，就目前電除塵器本體結(jié)構(gòu)方面、供電方面存在的問(wèn)題、以及有效抵制反電暈的思路進(jìn)行探討。
二、電除塵器本體結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題
目前，我國(guó)電除塵器本體結(jié)構(gòu)所包含的兩大主要部分，即收塵極系統(tǒng)（含收塵極板和振打清灰裝置）和電暈極系統(tǒng)（含電暈線、電暈極框架、電暈極振打、絕緣套管和保溫箱等）中，同極間距較寬，一般采用400mm；收塵極板較高，一般采用15m左右；陰極采用上上雙層振打裝置，陽(yáng)極采用單層振打裝置。當(dāng)同極間距提高至400mm時(shí)，相應(yīng)的二次供電電壓也提高至6.6萬(wàn)V或7.2萬(wàn)V，導(dǎo)致高壓硅整流設(shè)備及其之后的電路傳輸系統(tǒng)的絕緣等級(jí)也相應(yīng)提高，不但增加了工程造價(jià)，而且增加了工作風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)陽(yáng)極板之間的間距提高至400mm時(shí)，如果電除塵器整體空間保持不變的條件下，勢(shì)必減少電除塵器整體收塵面積，使收塵效率降低，為了提高除塵效率，勢(shì)必增加電除塵器整體空間，使電除塵器造價(jià)增加。當(dāng)收塵極板的高度提高至15m時(shí)，如果還采用底部單層振找裝置，由于振動(dòng)加速度沿高度方向上的逐漸減弱，使靠近陽(yáng)極板頂部的積灰不易被振落，從而容易產(chǎn)生反電暈現(xiàn)象。例如，三河發(fā)電有限責(zé)任公司電除塵器陽(yáng)極板高度15m，振打裝置安裝于底部，鍋爐停運(yùn)之后，陽(yáng)極振打裝置連續(xù)運(yùn)行4h，檢查發(fā)現(xiàn)靠近陽(yáng)極板頂部的積灰厚度達(dá)2mm左右。另外，由于粉塵的荷電和收塵過(guò)程是在同一個(gè)陰陽(yáng)極區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，而且為了提高除塵效率，增強(qiáng)荷電和收塵效果，勢(shì)必要提高二次電壓和電暈電流。電暈電流的增強(qiáng)，為反電暈的發(fā)展提供了條件。
三、電除塵器供電問(wèn)題
3.1 間歇供電控制方式的問(wèn)題
采用間歇供電可以克服和抑制有害的反電暈現(xiàn)象。它周期性地關(guān)斷幾個(gè)半波，降低供電的平均電壓從而減少通過(guò)粉塵層的電流密度，達(dá)到抑制或減輕反電暈的目的。但即使斷續(xù)供電，仍然有平均電流通過(guò)粉塵層，也就不能徹底消除反電暈現(xiàn)象。例如，三河發(fā)電有限責(zé)有限公司一期工程電除塵器控制裝置是由浙江金華電子有限公司制造的，其中的供電方式有一項(xiàng)是間歇供電?？刂品绞浇Y(jié)果是電除塵器出口煙氣濁度、二次電壓和二次電流均無(wú)明顯的變化。同期工程2號(hào)鍋爐電除塵器控制部分采用美國(guó)技術(shù)與國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，開(kāi)發(fā)的H型數(shù)字化微機(jī)控制設(shè)備，其間歇供電取得的效果是：相同電場(chǎng)的二次電壓由原來(lái)的6萬(wàn)V降至4.5萬(wàn)V，二次電流由原來(lái)的500mA降至300mA，煙氣溫度由原來(lái)的110mg/m3降至70mg/m3節(jié)省電能和提高除塵效率均較明顯，但是仍然沒(méi)有達(dá)到煙塵排放濃度30mg/m3以下的標(biāo)準(zhǔn)。
3.2 脈沖供電控制方式的問(wèn)題
脈沖供電方式也是為了克服和抑制反電暈現(xiàn)象。它是在一定的直流電壓的基礎(chǔ)上疊加一個(gè)具有一定重復(fù)頻率、寬度很窄而電壓峰值又很高的脈沖電壓，具有如下特點(diǎn)：
●脈沖供電在很短的時(shí)間內(nèi)在電極上施加快速上升的脈沖，提高了電場(chǎng)擊穿電壓，所以施加在電場(chǎng)上的峰值電壓比常規(guī)電壓一般高出1.5倍至4倍；
●脈沖供電時(shí)，陰極具有非常強(qiáng)烈而均勻的電暈放電，從而提高了粉塵的荷電機(jī)量；
●可在脈沖峰值電壓基本不變的條件下，通過(guò)改變脈沖重復(fù)頻率，在大范圍內(nèi)選擇電暈平均電流。因此，對(duì)不同性質(zhì)的粉塵具有良好的適應(yīng)性，有利于克服反電暈現(xiàn)象；
●可以明顯降低運(yùn)行電流，節(jié)能效果顯著；
●當(dāng)粉塵比電阻高于1012Ω·cm 時(shí)，除塵與節(jié)電效果更加明顯。脈沖供電的這些特點(diǎn)使其成為當(dāng)今電除塵器主要供電技術(shù)之一。但是，由于目前的脈沖供電電源是一個(gè)由直流電源和脈沖電源疊加而成的復(fù)合電源，且粉塵荷電和超級(jí)的工作都是在同一個(gè)區(qū)域內(nèi)完成的，而且基礎(chǔ)電壓是一個(gè)脈動(dòng)的、連續(xù)的起直流電流，仍然有可能產(chǎn)生反電暈，除塵效率也就不可能理想。例如，國(guó)產(chǎn)KGYAJ-115、50、40電除塵器脈沖供電設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)如下：
額定脈沖峰值電壓：50KV；脈沖寬度：100-300uS；脈沖重復(fù)頻率：20-300PPS；額定基礎(chǔ)直流電壓：40KV；額定基礎(chǔ)直流電流：400mA。
我國(guó)新型脈沖電源供電設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)如下：脈沖電壓寬度：0.06-0.10uS；脈沖重復(fù)頻率：50-100PPS；脈沖電壓與基礎(chǔ)電壓比值：1.5-4.0。
由國(guó)外技術(shù)與國(guó)內(nèi)技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的EPMAX Ⅲ供電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)如下表所示。
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通過(guò)上述三種脈沖供電設(shè)備參數(shù)的對(duì)比可以看出，無(wú)論參數(shù)如何變化，都有基礎(chǔ)直流電壓和基礎(chǔ)直流電流存在，所不同的是脈沖電壓與基礎(chǔ)電壓的比值、二次基礎(chǔ)電壓平均值、二次基礎(chǔ)電流平均值、二次脈沖電流值。由于二次基礎(chǔ)電壓平均值和二次基礎(chǔ)電流平均值的存在，使電除塵反電暈現(xiàn)象不可能從根本上消除，除塵效率也就不可能達(dá)到較為理想的除塵效率。例如，三河發(fā)電有限責(zé)任公司1號(hào)鍋爐電除塵器一期工程電除塵器控制裝置是由浙江金華電子有限公司制造的，2006年6月改由國(guó)外技術(shù)和國(guó)內(nèi)技術(shù)結(jié)合而形成的EPMAX Ⅲ脈沖供電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，改造的結(jié)果是：二次平均電流由原來(lái)的550mA降至280mA，煙塵濃度由原來(lái)的120mg/m3降至60mg/m3,節(jié)能和除塵效果都很顯著。但是，仍然與要求的30mg/m3有很大的距離。
三、理想模型
4.1 電除塵器分區(qū)供電
所謂分區(qū)供電，就是將電除塵器的某幾個(gè)電場(chǎng)作為粉塵荷電之用，另外幾個(gè)電場(chǎng)作為收塵之用。粉塵的荷電和收塵分別在不同的區(qū)域完成，從而杜絕反電暈的產(chǎn)生。前面已經(jīng)提到脈沖供電時(shí)，陰極具有非常均勻的電暈分布和很強(qiáng)的電暈放電能力，從而提高粉塵的荷電機(jī)率；還能夠在脈沖峰值電壓基本不變的條件下，通過(guò)改變脈沖重復(fù)頻率，在大范圍內(nèi)選擇電暈平均電流。例如，可將目前的脈沖重復(fù)頻率20-300PPS提高至600-1000PPS或更高，這樣，在保持陰陽(yáng)極尺寸不變的情況下，大提高粉塵的荷電機(jī)率，或者說(shuō)是在提高了脈沖得復(fù)頻率之后，可顯著減少除塵器體積，降低工程造價(jià)。鑒于此，應(yīng)該充分發(fā)揮脈沖供電的優(yōu)點(diǎn)，也就是說(shuō)，脈沖供電應(yīng)該是純正的脈沖供電，而不應(yīng)該在基礎(chǔ)起碼流的基礎(chǔ)上桑加脈沖電波，這種供電方式既不能夠充分發(fā)揮脈沖供電的長(zhǎng)處，又為反電暈的形成提供了條件，使脈沖供電優(yōu)勢(shì)不可能發(fā)揮的淋漓盡致。在荷電區(qū)域提供純正的脈沖供電電源之后，可以最大限度地發(fā)揮脈沖供電的荷電優(yōu)勢(shì)，使粉塵荷電達(dá)到最佳的效果而且脈沖電源設(shè)備得升了簡(jiǎn)化。節(jié)能效果也會(huì)非常顯著。此外，還可以使電除塵器控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單化，例如，陽(yáng)極和陰極振打系統(tǒng)可以采用連續(xù)振打方式徹底杜絕反電暈的滋生土壤。國(guó)外和國(guó)內(nèi)共同開(kāi)發(fā)的EPMAX Ⅲ脈沖供電控制系統(tǒng)采用降壓振打方式，不但使控制系統(tǒng)復(fù)雜化，故障幾率增加，而且在降壓的過(guò)程中荷電變差，除塵效率低。采用分區(qū)放電，可以在放電區(qū)域采用輔助電極。所謂輔助電極，是指本身不產(chǎn)生電暈，只在輔助電極和陽(yáng)極之間產(chǎn)生均勻的強(qiáng)電場(chǎng)，吸附已荷電的粉塵并使之放電，最終實(shí)現(xiàn)收塵的電極。由于輔助電極不產(chǎn)生電暈，所以這個(gè)區(qū)域所產(chǎn)生產(chǎn)電流只能是荷電粉塵在輔助電極和陽(yáng)極的放電電流，應(yīng)該是很小的，這就可以有效的防止高比電陰粉塵在陽(yáng)極產(chǎn)生的反電暈現(xiàn)象。根據(jù)電場(chǎng)理論，在電壓相同的條件下均勻電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)比不均勻電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大得多，這就可以有效提高荷電粉塵的驅(qū)進(jìn)速度，同時(shí)均勻電場(chǎng)捕捉荷電粉塵的幾率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于不均勻電場(chǎng)。使設(shè)計(jì)有輔助電極的區(qū)域放電收塵效果要顯著大于目前正在使用的、同時(shí)具備荷電和放電收塵功能結(jié)構(gòu)，除塵效率將有質(zhì)的飛躍。
4.2電除塵器電場(chǎng)的結(jié)構(gòu)形式
從電除塵器整體出發(fā)，一般情況下可以將電場(chǎng)分為六個(gè)區(qū)域，即三個(gè)荷電區(qū)域和三個(gè)收塵區(qū)域，而且荷電區(qū)域始終在相應(yīng)的收塵區(qū)域之前和三個(gè)收塵區(qū)域，而且荷電區(qū)域始終在相應(yīng)的收塵區(qū)域之前，具體布置。在第一荷電電場(chǎng)和第二荷電電場(chǎng)由于煙塵濃度較高而粉塵較粗，陰極最好采用改進(jìn)型RS密芒刺線。這樣，脈沖供電和RS密芒刺線相結(jié)合，可獲得最佳的荷電效果。因?yàn)镽S密芒刺線工作時(shí)，刺尖能產(chǎn)生強(qiáng)烈的電暈放電，強(qiáng)烈的離子流能破壞負(fù)空間電荷效應(yīng)，避免出現(xiàn)電暈封閉，而同時(shí)提供的脈沖供電又可以防止反電暈的產(chǎn)生。兩者相輔相成，構(gòu)成一個(gè)電源結(jié)構(gòu)比較完整、適應(yīng)煙氣工況變化能力較強(qiáng)、荷電效應(yīng)強(qiáng)烈的荷電區(qū)域。第三荷電區(qū)域電場(chǎng)由于處在煙塵濃度相對(duì)較小而寺細(xì)顆料又較多的區(qū)域，陰極最好采用螺旋線，其曲率半徑較大，電暈放電均勻，對(duì)高比電陰的細(xì)粉塵有良好的適應(yīng)性。由于放電均勻，可以大大提高電除塵器尾部細(xì)粉塵的荷電捕捉率，把握電除塵器最后一道關(guān)口。三個(gè)放電收塵區(qū)域可以設(shè)計(jì)成長(zhǎng)度、寬度、高度相同的區(qū)域。這里的寬度或者說(shuō)同極間距應(yīng)該采用比目前所使用的同極間小，例臺(tái)，目前同極陽(yáng)極或陰極之間的間距一般為400mm，在輔助電極區(qū)，由于不產(chǎn)生電暈電流，因此可以不考慮反電暈的影響，使電極的布置方式更加靈活，同極間距可以由原來(lái)的400mm縮短為300mm或更窄一些，增加收塵面積接近三分之一或更多。電壓等級(jí)以及相應(yīng)的電源設(shè)備耐壓等級(jí)也會(huì)相應(yīng)降低，在機(jī)組設(shè)計(jì)容量保持不變的前提下，會(huì)顯著減少電除塵器本體容積，從而降低工程造價(jià)，降低工作的風(fēng)險(xiǎn)。輔助電極的形式可以采用與收塵極相同的形式，即采用480C形極板或735C形極板，這樣不但可以產(chǎn)生極其均勻的、不產(chǎn)生電暈放電的靜電場(chǎng)，還有利于振打清灰，有效防止二次揚(yáng)塵。電除塵器電場(chǎng)的高度也應(yīng)該比目前所使用的電場(chǎng)高度大幅度降低，例如，目前所使用的電場(chǎng)高度一般為15m左右，它所存在的弊病是：當(dāng)陽(yáng)極板采用底部單層振打清灰時(shí)，上部的清灰效果較差，遺留較厚的灰層，容易產(chǎn)生反電暈現(xiàn)象；當(dāng)這樣的陽(yáng)極板上部灰層振打脫落時(shí)，成片的積灰會(huì)在下落加速過(guò)程中因與煙氣延長(zhǎng)的摩擦、與陽(yáng)極板碰撞而額外產(chǎn)生二次飛揚(yáng)。因此，解決問(wèn)題的方案有兩種。第一種解決方案，如果陽(yáng)極仍然采用底單層振打裝置，陽(yáng)極板的高度設(shè)計(jì)為10m為宜；第二種解決方案，如果陽(yáng)極采用兩極振打裝置，陽(yáng)極板的高度設(shè)計(jì)為15m為宜。無(wú)論在荷電區(qū)域，在放電收塵區(qū)域，收塵極板的形式均可以采用480C形極板或735C形極板。在荷電區(qū)域采用連續(xù)振打方式，而在放電收塵區(qū)域的輔助電極和收塵極，根據(jù)電場(chǎng)所在的位置不同，分別采用間歇振打方式，沿著煙氣流動(dòng)方向，第一輔助電極區(qū)振打間歇時(shí)間應(yīng)該最短，而最后輔助電極區(qū)振打間歇時(shí)間應(yīng)該最長(zhǎng)。
五、可行性分析
產(chǎn)生純脈沖供電方式是可行的。目前的脈沖供電是基礎(chǔ)直流電流與脈沖電流疊加。而脈沖供電又是可以獨(dú)立生成的。因此，在目前混流脈沖供電方式下去掉基礎(chǔ)直流電流是完全可行的，在技術(shù)上也是能夠通過(guò)的。至于在輔助電極區(qū)域?qū)⒛壳霸O(shè)計(jì)的同極間距400mm縮短為300mm，不但在技術(shù)上可行，而且已經(jīng)獲得成功。所在的區(qū)域是不產(chǎn)生電暈電流以的輔助電極區(qū)域，布置上有充分的靈活性。至于因?yàn)殡妶?chǎng)高度所帶來(lái)的陽(yáng)極上奪打清灰效果變差的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)改造采用上下兩層振打或者對(duì)于在建的電除塵器陽(yáng)極直接采用兩層振打，技術(shù)上也是可行的。
六、結(jié)論
綜上所述，經(jīng)過(guò)十幾年的實(shí)踐，混合脈沖供電方式已經(jīng)獲得了成功，為提高除塵效率、節(jié)省能源提供了有力的技術(shù)支持。因此，純脈沖供電方式也必將在新建、擴(kuò)建和改建的電除塵器中獲得成功的運(yùn)用。由于純脈沖供電方式具有超強(qiáng)的荷電能力，RS改進(jìn)型芒刺線具有超強(qiáng)的電暈放電能力和穿透能力，輔助電極區(qū)域具有超強(qiáng)的放電收塵能力和良好的振打清灰能力，同時(shí)高陽(yáng)極板采用雙層振打清灰方式，在輔助電極區(qū)域因同極間距的縮小而產(chǎn)生的收塵面積的增大，不但使電除塵器的除塵效果發(fā)生質(zhì)的飛躍、持續(xù)保持除塵效率，而且降低工程投資，節(jié)省運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，降低能源消耗。所以建議有關(guān)設(shè)計(jì)單位或制造單位采用并發(fā)展純脈沖供電、分區(qū)供電和輔助電極區(qū)相結(jié)合的除塵方式，將會(huì)收到事半功倍的效果。
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