水泥行业静电除尘器高压电源技术考察

  一、水泥厂除尘面临的形势

  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。新的环保标准要求，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。水泥厂窑头窑尾除尘器的提效改造势在必行。

  二、除尘技术方案的对比

  随着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。

  布袋、电袋与静电除尘的对比：

  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新一代临界脉冲电源技术特点

  3.1.1 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最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。

  3.1.2 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，可实现最理想的也是运行中最高的场强（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，空间自由离子密度最大，荷电效率最高。

  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），可实现最理想的也是运行中最高的场强。

  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最多，荷电效率最高。

  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

  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。

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  （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

  3.6 三种新型电源的对比

  临界脉冲电源，确保比工频供电减排70%以上，实现节能50%；在确保比高频、三相电源减25%以上的前提下，实现70%的节能；消除电腐蚀以使除尘器本体长期稳定高效运行。

  五、临界脉冲电源的应用案例

  临界脉冲电源目前已在中联、中材、山水、中铝等集团完成了多个改造工程，并已进入大规模推广阶段。

  典型案例一：枣庄中联水泥有限公司

  枣庄中联3#5000t/d生产线窑头设有型号为“31/15/3×9/0.45”的静电除尘器，电场数为三级,截面积为215.5m²，通风量为≤35万m³/h。高压供电系统采用3台1.8A/72KV的常规工频电源。

  除尘器进口浓度为8.8g/m³（10.1g/m³），烟气温度通常为110～130℃，最高温度为250℃，出口排放为53.6mg/m³。

  2014年9月18日、10月10日，枣庄市中区环保局进行了项目验收环境检测，测试数据为14.9mg/Nm³，，远低于国家环保要求排放限值。

  典型案例二：临朐山水水泥有限责任公司

  临朐公司一期5000t/d熟料生产线窑头收尘器使用的是西安矿山机械厂生产的电收尘器，型号为32/12.5/3×10/0.45。处理烟气量580000m³/h，电场有效面积176.1m² ，入口含尘浓度≤20g/m³，出口含尘浓度》50mg/Nm³，正常烟气温度余热发电投运时：120-165℃，余热发电关闭时：230-350℃，瞬时最高烟气温度≤400℃，设计压力-2000Pa，压力损失≤200Pa，电场风速0.91m/s。

  2015年5月15日，临朐县环保局进行了项目验收环境检测，多点检测数据分别为11mg/Nm³、17mg/Nm³、18mg/Nm³，远低于国家环保要求排放限值。

  电源改造前后的输出入功率：

  改造前后的输入功率比较，改造后比改造前节能49%，每小时节省电耗50kwh；改造前后的输出功率比较，改造后比改造前效率提高了44.7%。

  七、技术推广及倡议

  新一代高效除尘临界脉冲电源的问世，很好的解决了工业尘源企业环保达标压力下的除尘器改造投资及运行维护成本问题。无需新增电场、仅更换除尘电源及其控制系统，就能够满足环保法排放要求，而且减低除尘电耗，并极大程度地消除了由于火花放电而对除尘器本体的电腐蚀。临界脉冲电源将以其国际领先的减排节能性能，引领电除尘技术发展方向。