本文簡述了良村熱電#1爐燃煤機組電除塵器的概況、存在的問題、主要設計性能參數及煤質、飛灰成分分析;介紹工頻電源的缺點、高頻電源和脈沖電源的工作原理、技術特點及優勢。重點介紹了#1爐燃煤機組電除塵器超低排放改造方案及改造后的效果。
關鍵詞：電除塵器，超低排放，高頻電源，脈沖電源
1引言
隨著人類環保意識的不斷增強、國家對環境保護的日益重視及京津冀一體化大發展時代的到來，環保成為一體化的重心。2015年7月27日，中國首部區域空氣質量中長期規劃《京津冀區域大氣污染控制中長期規劃》編制工作正式啟動，京津冀大氣治理被正式提上日程，省會石家莊大氣之殤亟待解決。
根據《河北省委、省政府關于推進新型城鎮化的意見》、《石家莊市大氣污染防治管理辦法》和《石家莊大氣污染防治攻堅行動方案(2013-2017)》的文件精神，積極落實《河北省燃煤發電機組超低排放改造專項行動實施方案(冀氣領辦【2015】37號)》、《石家莊市環保局關于石家莊市燃煤發電機組脫硫脫硝超低排放升級改造的通知(市環發【2015】53號)》要求，公司經過多方考察、認真調研，最終確定對#1燃煤機組電除塵器進行環保升級改造，使其除塵效率和煙塵出口濃度排放值達到超低排放標準。
2電除塵器概況
良村熱電一期為2x330MW燃煤機組，#1爐燃煤機組配套電除塵器為雙室五電場靜電除塵器，2011年1月投入運行。電除塵器設計除塵效率為99.81%，設計電除塵器煙塵出口濃度排放值≤100mg/Nm3，加上尾部的脫硫裝置具有50%的除塵效果，煙塵出口濃度排放值≤50mg/Nm3。但是由于實際煤種與設計煤種存在較大差異且不斷變化，電除塵器內部設備磨損嚴重，陰陽極存在變形、斷線等問題，目前電除塵器的除塵效率和煙塵出口濃度排放值已不能滿足現有環保標準及脫硫系統運行要求。根據近期的測試報告，#1爐燃煤機組負荷在260MW時，電除塵器煙塵出口濃度排放值為31.4mg/Nm3。
2.1主要問題
1)電除塵器實測煙塵出口濃度排放值為31.4mg/Nm3，脫硫裝置具有50%的除塵效果，其煙塵出口濃度排放值已不能滿足國家對發電廠燃煤機組超低排放的環保標準即≤5mg/Nm3。
2)電除塵器設計除塵效率偏低，為99.81%;
3)電除塵器耗電率較高;不能滿足國家對節能降耗的要求;
4)實際煤種變化大，造成煤種的灰分、比電阻等參數與設計值差異較大，使設備不能良好運行。
2.2電除塵器主要設計性能參數及煤質、飛灰成分分析
#1爐燃煤機組配套兩臺雙室五電場靜電電除塵器，每臺除塵器都有結構上獨立的殼體。#1爐燃煤機組電除塵器主要設計性能參數見表1，煤質分析、灰分分析見表2。
3電除塵器電源選用分析
3.1工頻電源
電除塵器采用工頻可控硅電源，當粉塵比電阻比較高、易出現反電暈現象時除塵效果會明顯下降，一般達不到原電除塵器設計指標及環保排放標準要求。
工頻電源存在以下缺點：
1)工作頻率低，效率轉換低(一般在75%以下)，因此能耗高;
2)電源輸入為兩相380V交流工頻電源，又是工頻相位調節，致使輸入頻率低至0.7以下，容易造成配電系統的不平衡;
3)輸出紋波大，平均電壓比脈動峰值電壓要低25%左右，致使電暈電壓低下，波形又是單一的工頻波，在高濃度粉塵、高比電阻等工況下，很難達到超低排放環保要求;
4)工作頻率低，變壓器和濾波器體積大，重量重;
5)體積龐大的電源控制調節柜和隔離升壓用的工頻變壓器分居兩處，耗費空間，浪費電源，增加基建投資費用。
3.2高頻電源
3.2.1高頻電源的原理
EHC-II高頻電源是一個高度集成的大功率開關電源，是傳統變壓器和高壓控制柜的結合體，它為高壓靜電除塵器電場提供所必須的設備以及這些設備的控制系統。它由高頻整流變壓器及逆變箱、控制箱、散熱系統等組成。采用側高壓輸出線方式，安裝簡單，與隔離開關連接方便。可通過觸摸屏手操器、EHC-IPAD無線手操器進行操作，也可以采用RS485總線或TCP/IP以太網在上位機進行集中管理、遠程操作、參數修改、節能優化等。
EHC-II高頻電源與傳統的SCR(可控硅調壓工頻單相電源)相比性能優越，具有輸出波紋小、平均電壓電流高、工況適應性強、體積小、重量輕、模塊化結構、轉換效率高、功率因素高、三相平衡等多項顯著優點，實現了電除塵器供電電源技術水平的質的飛躍。實際應用表明，EHC-II高頻電源既能有效提高電除塵器的除塵效率，又能大幅降低電除塵器的能量消耗。
3.2.2高頻電源節能提效的性能
高頻電源供給電場的是一種電流脈沖(脈沖寬度在5-20微秒)，可以提高煙塵的荷電頻率，提高粉塵遷移速度，從而提高除塵效率。同時，在煙塵帶有足夠電荷的前提下，可盡量減少無效的電場電離，從而大幅度減少電除塵器電場供電能量損耗。另外，同時在電源本身電能轉換頻率上，工頻電源只有70%左右，而高頻電源可達92%以上。高頻電源采用間隙供電方式，既能克服“反電暈”的特殊現象，提高除塵效率，又能大幅度的節約能耗。
3.2.3高頻電源的技術參數
1)額定直流輸出電壓：80kV，電壓調節范圍：0-100%;
2)額定直流輸出電流：200mA-2400mA，輸出電流調節范圍：0-100%;
3)輸入電壓：三相電壓380V，±10%;
4)輸入電壓頻率：50Hz±2%;
5)電能轉換效率≥93%,功率因數>92%(額定負載條件);
6)變壓器油溫升：≤40℃。
3.3脈沖電源
3.3.1脈沖電源原理
Coroboth®-Ⅲ脈沖電源是一個高集成、模塊化的大功率電源。它為高壓靜電除塵器電場提供所必須的設備以及這些設備的控制系統。它由主油箱、逆變箱、控制箱、控制柜和散熱系統組成。采用側高壓輸出線方式，安裝簡單，與隔離開關連接方便。Coroboth®-Ⅲ脈沖電源是一種功率疊加電源，它的功率輸出由兩部分組成：基波和脈沖。基波部分輸出的直流負高壓，與脈沖部分輸出的微秒級負高壓脈沖，通過耦合疊加電路，產生一種基波疊加脈沖的電壓形式，供給電除塵電場。其原理圖如圖1所示：
3.3.2脈沖電源的優勢
1)基波為高頻，火花少，波紋系數低，功率因數高;
2)電源柜和控制柜均安裝在ESP頂部，基礎電壓和激能脈沖一體化;
3)脈沖電源特別適合于高比電阻粉塵、細微顆粒粉塵(PM10，PM2.5)以及有超低排放要求和受場地資金限制而急需提高除塵效率的場合;
4)脈沖電源占地面積小、布置靈活。用在常規末級電場、次末級電場，可去除原整流變，控制排放值<10mg/Nm3，額定功率低于單相電源功率，同時達到更好的減排和節能雙重目的。
3.3.3脈沖電源的節能減排機理
1)對于中、低比電阻的粉塵，通過提升二次電流密度來提升電暈電流可提高除塵效果，但功耗增加大，較大部分電流浪費在電場中，參見伏安曲線(圖2);
2)對于中高比電阻的粉塵，在直流電源中，通過增加二次輸出功率提高荷電效果，容易引起反電暈使除塵效率降低(圖3);
3)在直流電源中，通過間歇或充電比供電(脈沖供電)可避免反電暈，但平均電壓大幅降低，峰值電壓沒改變，提高除塵效率有限;
4)Coroboth®采用專用激能脈沖電源來大幅提高脈沖能量，荷電時間從毫秒級提升到微秒級，以達到大幅提高高比電阻粉塵的除塵效果。
3.3.4脈沖電源的技術參數
1)基波輸出電壓：60kV;
2)基波輸出電流：1.2A(最大規格);
3)脈沖輸出電壓：80kV，調節范圍：0~100%;
4)脈沖輸出頻率：0~100Hz;
5)輸入電壓：三相380V，±10%;
6)輸入電壓頻率：50Hz±2%。
4電除塵器改造方案
4.1改造方案內容
1)電除塵器電源的改造#1爐燃煤機組電除塵器一、二、三電場的工頻電源更換為高頻電源(EHC-II1.8A/80kv)，四、五電場的工頻電源更換為分體式高頻脈沖電源(COROBOTH-I-C1.8A/80kv);將改造前電除塵器的一體式高低壓控制柜改造為高壓、低壓分離式控制柜;原工頻電源的兩相380V供電電源改為適合于高頻和高頻脈沖電源的三相供電電源，并拆除原柜內的可控硅;
2)電除塵器本體的改造電除塵器一、二電場內的單陰極線更換為雙陰極線，四電場的陰極線由RSB-1線更換為螺旋線;
3)除塵器低壓加熱柜改造原有的S7-200PLC控制系統，更換為S7-300PLC冗余控制系統;對所有低壓部分接線進行改造;
4)電除塵器控制系統及操作軟件改造原有操作軟件及控制系統進行升級改造，改造后的高頻電源和高頻脈沖電源納入新的電除塵器控制系統，并對低壓振打部分進行相應調整，保證系統的完整性、一致性和可操作性;對原有設備進行上位機控制程序、監視畫面進行修改、優化與調試，根據需要增加PLCI/O卡件、連接電纜、通訊電纜等設備材料。
4.2改造后電除塵器運行參數
#1爐燃煤機組在鍋爐負荷260MW的運行工況下，電除塵器低壓設備運行正常,電場高壓設備運行正常,電除塵器兩個室的五個電場高壓電源運行參數設定見表3，電除塵器的高壓運行參數見表4。
4.3改造后電除塵器運行情況
#1爐燃煤機組電除塵器于2015年10月投入運行，運行正常，效果良好。經某權威檢測機構測試，改造后電除塵器的除塵效率能達到99.93%以上，電除塵器最佳煙塵出口濃度排放值為7.7mg/Nm3(如圖5所示)，則再經過濕法脫硫系統后(脫硫裝置具有50%的除塵效果)，其煙塵出口濃度排放值≤5mg/Nm3，符合國家對發電廠燃煤機組超低排放的環保標準。
5結論
綜上所述，電力行業以煤為主的能源結構特點決定了其在未來一段時間內仍會以煤電為主，這就使電力行業成為我國大氣污染防治的重點行業之一。因此，電力行業尤其是火電行業將會繼續推進節能減排的進程。在我國能源資源和節能減排的雙重約束下，對現有燃煤電廠進行超低排放升級改造和建設環境友好型的清潔燃煤電廠是我國大氣污染防治的一條出路，對推進電力行業的節能減、實現其可持續發展有重大意義。
