水泥行業(yè)靜電除塵器高壓電源技術考察

  一、水泥廠除塵面臨的形勢

  目前電除塵所用的高壓電源一般為工頻電源、高頻電源或恒流電源，其不僅能耗大，還產生火花放電對除塵器本體造成電腐蝕，衰減除塵效率，縮短使用壽命。新的環(huán)保標準要求，一般地區(qū)水泥窯粉塵排放要求降到30mg/Nm³以下，重點地區(qū)要求降到20mg/Nm³以下。水泥廠窯頭窯尾除塵器的提效改造勢在必行。

  二、除塵技術方案的對比

  隨著排放標準的大幅度提高，原靜電除塵器性能難以滿足環(huán)保要求，一時期曾出現由靜電除塵轉為布袋或電袋除塵方式的傾向。布袋及電袋除塵器雖然能基本滿足目前環(huán)保達標的基本需要，但由于其阻力大、電耗高、運轉費用高、故障率高、維護管理不方便、二次污染等弱點，只能作為一定范圍內的不得已的選擇。

  布袋、電袋與靜電除塵的對比：

  在阻力、電耗、運轉費用、故障率、維護管理、二次污染等方面，“靜電除塵”遠優(yōu)于“布袋除塵”。 近年興起的“濕式電除塵”、“超凈電袋”、“旋轉陽極板”、“徑流式電除塵器”、“煙氣調質或微顆粒凝聚”、“本體擴容”等技術，由于空間、成本、運行維護費用、安全穩(wěn)定性、二次污染、適用條件、實際效果等局限，難以普及，不適合水泥行業(yè)使用。所以，除塵電源及其控制系統(tǒng)的技術性能突破就成為除塵領域期待的聚焦點。

  三、除塵電源的選擇

  近年，在改進電源供電方式的過程中，設計思路不斷創(chuàng)新，電源性能不斷提升。市場上除了正在淘汰的“工頻電源”及其過渡性的“三相電源”外，有“高頻”、“脈沖”、“臨界脈沖”等新型電源。

  3.1新一代臨界脈沖電源技術特點

  3.1.1 臨界脈沖電源的基本原理

  臨界脈沖電源采用“硬件儲能與限能、軟件監(jiān)視電壓變化趨勢”的控制方式，從能量梯度控制入手，使工作點保持在空氣放電特性曲線的最高點及其的右側很小的區(qū)域內。體現“可變內阻”特性，即，“限能”抑制流注生長，避免產生火花放電。同時，“儲能”以保持高電壓。

  3.1.2 臨界脈沖電源的技術特點：

  （1）具有高效節(jié)能和長期穩(wěn)定的本質

  ① 臨界脈沖（柔）特性：

  臨界脈沖電源具有“硬件儲能與限能”和“微脈沖” 式供電特性，輸出的電壓隨著工況(電場內溫度、濕度、壓力、粉塵濃度、粒度、比電阻以及市電波動)的變化，自動調節(jié)動態(tài)適應，使輸出電壓值穩(wěn)定位于火花始發(fā)點以下臨界區(qū)。

  無須大幅降壓或關斷以熄滅火花，連續(xù)輸出臨界電壓，可實現最理想的也是運行中最高的場強（荷電場強、驅進場強）。

  使電場保持在“二次電子崩”與“流注初期”狀態(tài)，空間自由離子密度最大，荷電效率最高。

  其工作電壓如下圖所示：

  ② 高電壓低電流：在使電壓保持在臨界區(qū)的同時，避免了大量的無效電耗，實現小電流供電。而且，采用高頻技術功率因數高。

  ③ 避免電腐蝕：由于臨界脈沖電源技術在供電過程都處于無深度火花放電狀態(tài)，避免了對除塵器本體極線、極板的電腐蝕。

  臨界脈沖電源的提效節(jié)能示意圖如下：

  （2）高效集塵

  ① 場強：平均輸出電壓越高，電場越強，則荷電場強和驅進（集塵）場強越大。使輸出電壓一致保持在“臨界區(qū)”（靜態(tài)火花始發(fā)臨界線及其下面的3%以內的區(qū)域），可實現最理想的也是運行中最高的場強。

  ② 空間自由離子：煙塵通過的空間，自由離子越多，則荷電時間常數越短，荷電速度越快。使電場保持在“二次電子崩”與“流注初期”狀態(tài)，可實現空間自由電荷最多，荷電效率最高。

  ③ 抑制電暈封閉：高場強和高空間自由氣體離子密度，使電暈放電能力保持極高狀態(tài)而且，由于電流較小，減少了同量大顆粒粉塵的多余荷電量，抑制電暈封閉。

  ④ “Z”字型運動：低比電阻粉塵離開極板后，由于空間自由氣體離子密度高，迅速再次荷電，利于集塵。

  （3）抑制反電暈

  解決方案：低電流

  ① 平均后續(xù)荷電電流小于荷電后的灰塵放電電流，使陽極板上粉塵積層的再次荷電量小于釋放電量，降低了粉塵層在極板上的電荷積累。

  ② 平均再荷電電流等于或略大于荷電后的灰塵放電電流，但到下次振打為止，粉塵層電量的積累不足以產生反電暈。

[Page]

  （4）減少二次揚塵

  ① 降低了粉塵層對極板的吸引力，易振打脫落，在振打力度可調（如電磁振打）的情況下，可適當降低振打力度，減少二次揚塵。

  ② 不必斷電或減壓振打，保持高場強集塵狀態(tài)，則有效抑制二次揚塵。

  ③ 避免深度火花放電，減少因火花擊穿而造成的擾動二次揚塵。

  （5）大幅度節(jié)能

  3.6 三種新型電源的對比

  臨界脈沖電源，確保比工頻供電減排70%以上，實現節(jié)能50%；在確保比高頻、三相電源減25%以上的前提下，實現70%的節(jié)能；消除電腐蝕以使除塵器本體長期穩(wěn)定高效運行。

  五、臨界脈沖電源的應用案例

  臨界脈沖電源目前已在中聯(lián)、中材、山水、中鋁等集團完成了多個改造工程，并已進入大規(guī)模推廣階段。

  典型案例一：棗莊中聯(lián)水泥有限公司

  棗莊中聯(lián)3#5000t/d生產線窯頭設有型號為“31/15/3×9/0.45”的靜電除塵器，電場數為三級,截面積為215.5m²，通風量為≤35萬m³/h。高壓供電系統(tǒng)采用3臺1.8A/72KV的常規(guī)工頻電源。

  除塵器進口濃度為8.8g/m³（10.1g/m³），煙氣溫度通常為110～130℃，最高溫度為250℃，出口排放為53.6mg/m³。

  2014年9月18日、10月10日，棗莊市中區(qū)環(huán)保局進行了項目驗收環(huán)境檢測，測試數據為14.9mg/Nm³，，遠低于國家環(huán)保要求排放限值。

  典型案例二：臨朐山水水泥有限責任公司

  臨朐公司一期5000t/d熟料生產線窯頭收塵器使用的是西安礦山機械廠生產的電收塵器，型號為32/12.5/3×10/0.45。處理煙氣量580000m³/h，電場有效面積176.1m² ，入口含塵濃度≤20g/m³，出口含塵濃度》50mg/Nm³，正常煙氣溫度余熱發(fā)電投運時：120-165℃，余熱發(fā)電關閉時：230-350℃，瞬時最高煙氣溫度≤400℃，設計壓力-2000Pa，壓力損失≤200Pa，電場風速0.91m/s。

  2015年5月15日，臨朐縣環(huán)保局進行了項目驗收環(huán)境檢測，多點檢測數據分別為11mg/Nm³、17mg/Nm³、18mg/Nm³，遠低于國家環(huán)保要求排放限值。

  電源改造前后的輸出入功率：

  改造前后的輸入功率比較，改造后比改造前節(jié)能49%，每小時節(jié)省電耗50kwh；改造前后的輸出功率比較，改造后比改造前效率提高了44.7%。

  七、技術推廣及倡議

  新一代高效除塵臨界脈沖電源的問世，很好的解決了工業(yè)塵源企業(yè)環(huán)保達標壓力下的除塵器改造投資及運行維護成本問題。無需新增電場、僅更換除塵電源及其控制系統(tǒng)，就能夠滿足環(huán)保法排放要求，而且減低除塵電耗，并極大程度地消除了由于火花放電而對除塵器本體的電腐蝕。臨界脈沖電源將以其國際領先的減排節(jié)能性能，引領電除塵技術發(fā)展方向。