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改造静电除尘器方案

编辑:除尘器厂家 来源:www.cnmddq.com 2017-11-22
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一.静电除尘器面临的形势

在工业尘源治理的多种除尘设备中,上世纪初发展起来的静电除尘器,由于其除尘效率较高、运行费用低、维护管理简单方便等优点,使其在除尘领域中得到广泛的应用,国内外大规模的除尘几乎都采用了电除尘,据早期统计水泥窑用的除尘设备80%以上为电除尘器。但由于当时的排放标准要求较低,设计排放标准为50~100mg/Nm³,已不能满足环保新要求,即一般地区水泥窑粉尘排放要求降到30mg/Nm³以下,重点地区要求降到20mg/Nm³以下。据2010年数据统计,水泥工业产业的粉尘排放占到全国工业生产总排放量的31.7%,给生态环境带来巨大压力。而且,目前电除尘所用的高压电源一般为工频电源、高频电源或恒流电源,其不仅能耗大,还产生火花放电对除尘器本体造成电腐蚀,衰减除尘效率,缩短使用寿命。所以,水泥厂窑头窑尾除尘器的提效改造势在必行。

二.静电除尘器技术方案

随着环境意识和排放标准的大幅度提高,原静电除尘器性能难以满足环保要求,一时期曾出现由静电除尘转为布袋或电袋除尘方式的倾向。布袋及电袋除尘器虽然能基本满足目前环保达标的基本需要,但由于其阻力大、电耗高、运转费用高、故障率高、维护管理不方便、二次污染等弱点,只能作为一定范围内的不得已的选择。而且,由于其难以滤掉微细粉尘和效果难以长期稳定的固有缺陷,已满足不了重点地区的≤10mg/Nm³及“超低排放”的≤5mg/Nm³的粉尘排放新要求。

烟温对设备的影响

烟温高于160℃时会显著降低滤袋寿命,如持续则滤袋将短时间内烧毁并破损。当锅炉出现爆管时由于前级没有电除尘器,滤袋影响较大。尤其是不允许除尘器采用旁路,将对滤袋寿命带来较大考验。

烟温高于160℃时会显著降低滤袋寿命,如持续则滤袋将短时间内烧毁并破损。当锅炉出现爆管时由于前级有电除尘器,滤袋影响较小。尤其是不允许除尘器采用旁路,将对滤袋寿命带来较大考验。

高烟温对除尘效率略有影响,但设备整体对高温烟气承受能力强,同时对除尘器使用寿命没有影响。

可以看出,在阻力、电耗、运转费用、故障率、维护管理、二次污染等方面,“静电除尘”远优于“布袋除尘”。 近年兴起的“湿式电除尘”、“超净电袋”、“旋转阳极板”、“径流式电除尘器”、“烟气调质或微颗粒凝聚”、“本体扩容”等技术,由于空间、成本、运行维护费用、安全稳定性、二次污染、适用条件、实际效果等局限,难以普及,不适合水泥行业使用。所以,除尘电源及其控制系统的技术性能突破就成为除尘领域期待的聚焦点。

三.除尘电源的选择

近年,在改进电源供电方式的过程中,设计思路不断创新,电源性能不断提升。市场上除了正在淘汰的“工频电源”及其过渡性的“三相电源”外,有“高频”、“脉冲”、“临界脉冲”等新型电源。

3.1 工频电源技术特点

单相工频整流电源采用单相380V 交流输入、工频变压器升压、高压硅堆整流成100Hz 的脉动直流电源。由于单相电源输入功率因数低、谐波大、输出脉动成分大、除尘效果差、电能消耗高,逐步被淘汰。

1) 工频电源供电形式的优点:

(1) 工频电源结构简单技术成熟;

(2) 造价低。

2) 工频电源供电形式的缺点:

(1) 谐波大、输出脉动成分大(理论为57.11%),除尘效率低;

(2) 功率因数低,电耗高;

(3) 单相整流造成供电不平衡;

(4) 由于火花放电,对本体造成电腐蚀,除尘效率衰减快,使用寿命短缩。

3.2 三相电源技术特点

三相整流电源是采用三相380V 交流输入、工频变压器升压、高压硅堆整流成300Hz的脉动直流电源。三相电压经过一个同步检测电路后输出同相位的三相同步波形,主电路可控硅的六路触发脉冲就是通过该同步波形过零点的判断产生的。三相电源用到了6个反向并联可控硅进行调压,这6个可控硅按照1→2→3→4→5→6→1触发信号依次相差60°,三相电源采用宽于60°的宽脉冲或双窄脉冲触发,采用各相同步信号的“过零点”作为控制角计算的基准点。三相电源属于过渡性电源,由于其除尘效率不高且在减排模式下电耗过高,以逐步淘汰。

1) 三相工频电源供电形式的优点:

(1) 三相平衡,对电网污染减少;

(2) 电压脉动小(电压时理论为4.74%),平均场强有所提高;

(3) 功率因数接近90%,在同样二次电压、电流的输出情况下,比工频电源节电。

2) 三相工频电源供电形式的缺点:

(1) 三相电源闪络冲击大,闪络后要关断多个半波,除尘效率低;

(2) 为提高除尘效率,电流很大,电耗大幅度增加;

(3) 由于火花放电,对本体造成电腐蚀,除尘效率衰减快,使用寿命短缩。

3。3 高频电源技术特点

高频电源输入三相380v/50Hz交流电源,经三相整流滤波和IGBT模块构成的高频逆变(20~50KHz)、高频变压整流后,经限流电阻R0供给ESP极板。输出电流、电压、反馈至控制系统改变脉冲工作频率或脉冲宽度经隔离驱动器送给IGBT全桥高频逆变器以对输出电流输出电压进行调节。

1)高频电源的优点:

(1)电场击穿后恢复快,工频电源从电场击穿到电场恢复约需要80ms,高频电源从电场击穿到电场恢复约需要20ms;

(2) 由于采用高频电力电子技术,使功率因数大幅度提高,在不考虑减排的情况下,可实现大幅度节能;

(3) 控制方式灵活、体积小、重量轻。

2)高频电源的缺点:

(1) 高频高压电源的控制模式是以检测火花为前提的。在检测到火花后,通过较大幅度降压供电或较短时间内停止供电的方式消除火花,超过火花电压的部分电能全部浪费,低于火花电压的部分无法全部荷电,“无效”比例较大;

(2) 平均有效场强远低于火花始发点的临界电压,荷电与驱进能力较差;

(3) 为减排,尽可能地向电场输入更多能量,造成电能浪费;

(4) 由于火花放电对极线和极板产生电腐蚀,使电除尘器效率衰减较快,不仅影响除尘效果,也造成除尘器本体维护费用的增加。

3.4 脉冲电源技术特点

脉冲电源是混合供电模式,即是指在静电除尘器直流供电的基础上叠加高频脉冲电压。主要由基础电压调节电路、脉冲产生电路、保护电路、脉冲幅值调节电路等组成。由脉冲电路构成的脉冲电源通过耦合电容一同输出到静电除尘器的电场进行除尘。瞬间高电压输出,提高了电场场强和电晕功率,提高了除尘效率。而且,由于作为基础直流电压设定在火花始发点以下,也降低了除尘时电能消耗。

1)脉冲电源的优点:

(1) 脉冲电压上升沿小,持续时间短,不易触发闪络,有效地提高了场强;

(2) 如果本体极配精确,脉冲电压幅值匹配,可提高空间自由离子密度,提高粉尘的荷电效率;

(3) 采用间歇脉冲供电技术来克服高比电阻粉尘引起的反电晕,根据工况条件变化自动选择工作方式(选择间歇脉冲供电的占空比)、自动选择运行参数,可以提高除尘效率而且还可以较大幅度节约电能。

2)脉冲电源的缺点:

(1) 其在大功率连续工作状态下,易损毁,抗浪涌电压和耐久性有待商榷,后续维护费用很高;

(2) 初期投资太高;

(3) 在国内尚无大型电厂应用实际成功案例。

3.5 临界脉冲电源技术特点

临界脉冲电源是将380V三相交流电经整流滤波成直流,再逆变为高频交流,经高频变压器升压后,再经“临界柔性模块”变为带有微小脉动的平稳直流。航天电控公司在行业内提出“空间自由离子密度对除尘效率的影响远大于场强”的理论并进行了量化,国际提出“临界区”的概念并量化应用。临界脉冲电源全面突破了现有工频(单相、三相)、高频及脉冲除尘电源增效节能的瓶颈,实现了大幅度(70%以上)减排的同时大幅度(30~80%)节能,并避免了火花放电产生的电腐蚀从而使本体性能长期高效稳定运行。

3.5.1 临界脉冲电源的基本原理

临界脉冲电源采用“硬件储能与限能、软件监视电压变化趋势”的控制方式,从能量梯度控制入手,使工作点保持在空气放电特性曲线的较高点及其的右侧很小的区域内。体现“可变内阻”特性,即,“限能”抑制流注生长,避免产生火花放电。同时,“储能”以保持高电压。

3。5。2 临界脉冲电源的技术特点:

(1)具有高效节能和长期稳定的本质

① 临界脉冲(柔)特性:

临界脉冲电源具有“硬件储能与限能”和“微脉冲” 式供电特性,输出的电压随着工况(电场内温度、湿度、压力、粉尘浓度、粒度、比电阻以及市电波动)的变化,自动调节动态适应,使输出电压值稳定位于火花始发点以下临界区。

无须大幅降压或关断以熄灭火花,连续输出临界电压,可实现理想的也是运行中较高的场强(荷电场强、驱进场强)。

使电场保持在“二次电子崩”与“流注初期”状态,空间自由离子密度较大,荷电效率较高。

其工作电压如下图所示:

② 高电压低电流:在使电压保持在临界区的同时,避免了大量的无效电耗,实现小电流供电。而且,采用高频技术功率因数高。

③ 避免电腐蚀:由于临界脉冲电源技术在供电过程都处于无深度火花放电状态,避免了对除尘器本体极线、极板的电腐蚀。

临界脉冲电源的提效节能示意图如下:

(2)高效集尘

① 场强:平均输出电压越高,电场越强,则荷电场强和驱进(集尘)场强越大。使输出电压一致保持在“临界区”(静态火花始发临界线及其下面的3%以内的区域),可实现理想的也是运行中较高的场强。

② 空间自由离子:烟尘通过的空间,自由离子越多,则荷电时间常数越短,荷电速度越快。使电场保持在“二次电子崩”与“流注初期”状态,可实现空间自由电荷多,荷电效率较高。

③ 抑制电晕封闭:高场强和高空间自由气体离子密度,使电晕放电能力保持极高状态而且,由于电流较小,减少了同量大颗粒粉尘的多余荷电量,抑制电晕封闭。

④ “Z”字型运动:低比电阻粉尘离开极板后,由于空间自由气体离子密度高,迅速再次荷电,利于集尘。

(3)抑制反电晕

反电晕机理:当阳极板灰积到一定厚度时,比电阻高的灰在荷电后的负离子向除尘器阳极板趋近过程中,其荷电不容易释放到阳极板,负离子逐渐积累到阳极板表面,与阳极板形成类似电容的电场,这个电场将抵消主电场,降低除尘效果;如果电场强度进一步加强后,这个电场将局部击穿激发出反向正离子向阴极线迁移,造成除尘器电流增大,但消耗的电能没有起到吸尘作用,这种现象就是反电晕现象。振打周期内集尘层所带的电荷是动态的,取决于释放到阳极的电量与重新荷电电量的差值,供电电流越小,则越有利于抑制反电晕。所谓“脉冲式供电有效抑制反电晕”,其实质就是平均电流较小。

解决方案:低电流

① 平均后续荷电电流小于荷电后的灰尘放电电流,使阳极板上粉尘积层的再次荷电量小于释放电量,降低了粉尘层在极板上的电荷积累。

② 平均再荷电电流等于或略大于荷电后的灰尘放电电流,但到下次振打为止,粉尘层电量的积累不足以产生反电晕。

(4)减少二次扬尘

① 降低了粉尘层对极板的吸引力,易振打脱落,在振打力度可调(如电磁振打)的情况下,可适当降低振打力度,减少二次扬尘。

② 不必断电或减压振打,保持高场强集尘状态,则有效抑制二次扬尘。

③ 避免深度火花放电,减少因火花击穿而造成的扰动二次扬尘。

(5)大幅度节能

一、二电场,粉尘浓度高,粒径较大,粉尘荷电用电量也相应增加。但粉尘荷电用电量不足目前传统电源耗电的2%,对电除尘总耗电量基本没有影响。但高浓度的荷电粉尘会使电场电阻变小,其它电源,为实现较高场强,被迫输出了较大电流。从表面现象看,确实注入了较多能量。但电流越大,造成局部火花放电越多,通过粉尘而传导的电量也越大,形成浪费。火花放电,时间占比很小,但消耗能量巨大。火花放电始发点与电场介质相关,粉尘浓度高,更易闪落,这也是造成“一、二电场输入很高能量”的原因。临界脉冲电源避免了火花放电(全贯穿火花放电和局部火花放电),大幅度节电。

综上所述,而临界脉冲电源技术在这些重要方面实现了革命性的突破,目前是世界上减排效果较强同时节能幅度较大的电源,是超净排放中电源的理想选择。今后将引领除尘电源技术发展方向。


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