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摘要：能源是国民经济的基础资源,制约我国国民经济建设的重要因素.因此,节能降耗,节约用电,提高企业的经济效益,具有十分重要的意义。本文简要介绍了电除尘器的工作原理,并对其除尘效率进行了分析,提出了几种节能技术,探讨了相关问题。
关键词：电除尘器；节能减排；除尘效率；技术研究
引言
电除尘器作为电厂环保的重要环节之一，作用就是减少烟尘排放，控制环境污染。在当今国家环保标准不断提高，可持续发展的大环境下，电除尘应当有更为经济的电耗和更高的除尘效率，来实现节能减排降耗。改革开放三十年来,我国电力行业,无论新建或改扩建燃煤电厂,还是老电厂,绝大部分均采用了电除尘器(ESP)进行烟尘治理。ESP已经成为电厂电力安全生产和环境保护必不可少的重要设备。我国提出科学发展观和可持续发展战略,旨在建设资源节约型、环境友好型社会,节能减排成为我国发展的战略目标。在这种新形势下,ESP作为
环保产业烟尘治理的主力设备,如何实现提效与节能减排两项指标,是我国电除尘技术面临面前的艰巨任务和研究的重要课题。
1 ESP的工作原理
把电除尘器的阴极线接高压直流电源的负极,阳极板接地,使它们之间形成高压电场。当含尘烟气通过电场时,由于阴极发生电晕放电,气体被电离,在电场力作用下向两极移动,在移动过程中碰到气流中的粉尘颗粒使其荷电,荷电粉尘在电场力作用下与气流分离,分别向极性相反的极板或极线运动,荷电粉尘到达极板或极线时靠静电力吸附在它们上面,再通过振打装置使之落入灰斗,从而使烟气净化。电
除尘器常用电控原理图如图1。
2 ESP除尘效率分析
电除尘器是利用电场来进行收尘的,除尘效率的高低主要与电场中的电场强度有关.理论和实践证明,电除尘器的除尘效率与施加于电除尘器的高压静电场E2近似成正比.从多依奇(Deutsch)除尘效率公式: Z= 1 - e-A k/Q，（1）式中:k= 2X0D EaEp /3_;Q—粉尘气体流量;k—尘粒驱进速度,Ea—粉尘荷电场强;Ep—收尘电场强;_—介质的粘度。
由于驱进速度k与电场强度成正比,要使电除尘的效率最高,就要求k值尽可能大,也即EaEp的值尽可能地大,而EaEp的增大与电除尘的电流与电压有关,电压和功率输入只要有较小的增加,就可使电尘器的效率有较大的提高.如一台捕集飞灰电除尘器的效率,在平均
工作电压在45kV时,当电压仅增加3kV,其除尘效率就从92%提高到97%以上.根据怀特推导可得到近似公式:
k= Kp Ua Ia /A (cm/s)
= Kp Pd /A (cm/s)
(2) 式中: A—收尘电极的表面积;Ua—电场的平均电压值;Ia—电流的总平均值;Kp—视气体、粉尘和电除尘器设计而定的参数;Pd—电晕功率[4]。
试验和实践均表明,任一时间输入电除尘器的平均电晕功率愈高,除尘效果就越好.实践证明,供电系统运行在临界击穿(火花)电压下工作时,有最大的有效平均电晕功率输出.如果进一步增大平均电晕功率,必然使运行电压超过临界击穿电压,而使火花次数增加,或使电
除尘器产生高压“闪络”放电,甚至产生“拉弧”形象,则电除尘器的正常电晕被破坏,反而使有效的平均电晕功率降低,同时引起二次飞扬增加,除尘效率将大大降低.因此,电除尘运行电压不是越高越好。
在电除尘器的正常运行范围内,电晕电流和电晕功率都是随着电压的升高而急剧增加.显然,只要电除尘器的电压有小小的变化就足
以使电流有比较大的改变,因而电晕功率主要是由电晕电流决定的。
通过检测出口的烟尘排放量数据,得出电晕电流与除尘效率的关系曲线[1]如图2所示。
试验曲线表明,相对排放量的最低点,出现在电极平均电压最大值的时候,其总电晕电流也很小.而强行升高电压,造成闪络次数增加,运行的平均电压值反而下降,虽然总电晕电流增加近一倍,相对排放量却增加近一倍.这是频繁闪络引起的粉尘的二次飞扬和有效电晕功率下降的结果,同时说明有效的电晕电流仅是总电流的很小一部分.那么减少总电流,保持有效的电晕电流,也就保持了电除尘的除尘效率,同时也使电除尘消耗的电能大大减少,达到节能的目的,这正是本文所述的关键所在。
3 ESP的节能
3.1提效节能型高压电源研发成功与推广
国电南京自动化研究院等单位提效节能型ESP高压电源[4]研制成功后,在现场推广应用中均取得了显著效果:
⑴节能幅度大。与火花跟踪供电方式比较,一般节能在70%～ 90%以上,有的高达95%以上;
⑵提效减排效果显著。与火花跟踪供电方式相比,烟尘排放浓度可降低10%～ 50%以上;
⑶反电晕越严重,本体结构越优良,提效节能效果越显著。
提效节能型ESP高压电源的研发成功与迅速推广,标志着我国ESP由高效、高能耗过渡到高效、低能耗时代的开始。
3.2ESP高频开关电源的节能技术
ESP主要电能消耗是高压电源。从20世纪80年代至现在，环保领域电除尘器所使用的高压供电电源基本上都是采用输入为两相的晶闸管工频相控电源，其间人们一直在改进，比如研制了将输入改为三相的晶闸管工频相控电源,调幅式LC恒流源等，在系统控制方面也做了许多工作，比如把反馈控制量由电压改成电流，电源调节采用了单片机等等。但是这种传统的低频整流电源主要有五大缺点：一是工作频率低，转换效率低至75%以下，耗费电能；二是工作频率低，变压器和滤波器体积大，重量重，耗费大量的铜和铁，不符合可持续发展，同时价格又高，性价比低；三是电源输入为两相380V交流工频电源，又是工频相位调节，致使输入功率因数低至0.7以下，对电网造成很大的电磁干扰，电磁兼容性差，不符合自然和谐发展；四是体积庞大的电源控制调节机箱和隔离升压用的工频变压器分居两处，耗费空间，增加基建费用；五是输出纹波大，致使电晕电压低下，波形又是单一的工频波，使得无法适应高比电阻的工况，达不到环保领域粉尘排放标准的新要求。
高频电源是一个与线路频率无关的可变脉动电源，给除尘器一个接近纯直流到脉动幅度很大的各种电压波形，可以提供最合适的电压波形，从而提高除尘效率。与工频50/60Hz高压电源相比，高频电源纯直流供电时的输出电压波纹通常小于5%，远小于工频的35%～45%的纹波百分比，其闪络电压高，运行电压可达工频电源的的1.3倍，运行电流可达工频电流的2倍，在同样的电场里，能输入更多的功率，从而有效提高收尘效率。高频电源与常规电源输出对比如图3所示：
高频开关电源采用了串并联混合谐振拓扑结构的逆变器,其功率器件关断损耗为零,提高了器件的关断能力,减少了电磁干扰,同时又具有恒流特性,在输出短路时有很好的限流能力,提高了系统的可靠性,能适应火花放电、短路频繁等比较恶劣的工况条件。
高频开关电源体积小,重量轻,占地少,便于安装,采用三相电源平衡输入,对电网无污染,无缺相损耗,属于绿色电源,效率与功率因数高,比工频电源节能20%以上,节能降耗显著,收益相当可观。
3.3ESP系统数字化控制技术
ESP是一个系统,要实现系统最优化控制,就必须将系统的各个部分有机连接起来使之协调工作才能够实现,而能够完成此项任务的则首选数字化系统控制技术。电除尘器采用全数字控制后,相对模拟控制具有如下优点:
可采用先进的控制方法和智能控制策略,使电除尘器的自动化程度更高;
控制灵活,升级方便,可以在线设置、修改运行参数,能够进行远程控制;
可以在同一个硬件系统中实现两种不同原理的控制,比如可以在以调频为主的同时实现某些特定情况下的调宽控制;
⑷数字传输更加安全可靠,提高了电源的可靠性,易于实现标准化;
⑸系统维护方便;
⑹系统一致性好,成本低,生产制造方便;
⑺易于扩展,能满足大功率电除尘器的需要。电除尘器的数字化控制将是发展的方向。
4结束语
ESP是国际上公认的高效率除尘设备，具有运行可靠，维护方便及电耗低等优点，过去、现在和将来在火力发电厂、钢铁、冶金、造纸、水泥、轻纺、化工等领域都是除尘的主要手段。随着节能环保和低碳经济的发展，ESP技术必将迎来更为广阔的发展空间。
参考文献
[1]攀钢炼铁厂电除尘器节能控制模型的研究及应用[J]. 邱斌. 烧结球团. 2009(03)
[2]电除尘技术的发展与展望[J]. 黄三明. 环境保护. 2005(07)
[3]电除尘器除尘效率分析与对策[J]. 蒋惠民. 中国科技信息. 2005(08)
[4]剖析电除尘原理 强化除尘效率[J]. 李斌,孙纪念. 小氮肥设计技术. 2003(02)
论文作者:江纪花
论文发表刊物:《基层建设》2017年2期
论文发表时间:2017/4/18
标签：电除尘器论文; 电晕论文; 电压论文; 电场论文; 效率论文; 电流论文; 电源论文; 《基层建设》2017年2期论文;