窑电收尘高频软稳压电源除尘系统

Posted 2023-01-12 稳压电源

篇首语：炒沙作縻终不饱，缕冰文章费工巧。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了窑电收尘高频软稳压电源除尘系统相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

技术简介
枣庄市中联水泥有限公司5000t/d生产线现有窑头高压静电除尘器一套，该电除尘器供电电源为典型的常规电源，电场数为三级，截面积约为160m2-180m2，通风量为60万m3/h,配备了三台1.8A/72KV高压电源，其能耗高，除尘效率低，目前除尘器进口浓度为20g/Nm3，除尘器出口排放浓度约为40mg/Nm3左右，为响应国家和山东省工业污染物排放的地方标准，完成2015年节能减排的目标，需对现有的除尘器供电电源设备进行更新升级改造；根据中联水泥提供该设备的数据及实际情况，由天津净达环保科技有限公司生产的软特性准稳定直流供电电源技术，简称(软稳电源)，对现有电源设备在除尘器本体不做改动的前提下进行升级改造。软稳电源与现有电源比较，不仅电场能耗可以大幅节约下来，更主要的是其软稳特性表现在，输出的电压受到负载轻、重的变化，能够自动调节电压的高低，明显改善放电状态；常规电源捕集高比电阻物质，将产生“反电晕”现象，使得除尘效率下降；软稳电源能够有效的抑制“反电晕”现象，拓宽捕集高比电阻范围，设备在运行过程中，都处于无火花放电高效状态中；确保除尘器出口排放浓度≤20mg/Nm3。
创新点
1软稳电源与现有电源比较，三个电场每月可以节约电力4.2万kWh，输出的电压受到负载轻、重的变化，能够自动调节电压的高低，明显改善放电状态；
2软稳电源能够有效的抑制“反电晕”现象，拓宽捕集高比电阻范围，设备在运行过程中，都处于无火花放电高效状态中；确保除尘器出口排放浓度≤20mg/Nm3。
3在处理同一尘源时比常规电源节能70%以上，比常规电源减排50%以上，比高频电源节能40%，减排效能提高30%。
4软稳电源供电处于无火花放电状态,放电电极不存在电腐蚀,能保证长时间处于高效运行,有效地延长了电场内部极板的使用寿命，从而有效地降低了维修费用。
应用推广情况
1符合国家的产业政策降低能耗，通过软稳电源除尘技术帮助企业实现节能降耗，节电40%以上，我公司三线窑头三个电场每月可以节省电力4.2万kWh。
2在水泥、煤矿行业已开始推广应用，该系统在公司投入运行效果良好，周边的平邑中联、沂东中联、滕州中联等水泥同行业前来公司借鉴学习，拟定上该系统。
3该软稳电源除尘技术运行稳定，粉尘排放浓度能达到小于20mg/Nm3，改善了员工的工作环境，保证了除尘设备在高效安全情况下运行,确保员工在安全地环境下工作。
经济效益分析
项目改造三线窑头3个电场每月消耗电量为56340kWh，改造后三线窑头3个电场每月消耗电量为14160kWh，每月节省电力电量42180kWh，每年节省电力电量506160kWh，电力单价按0.5801元/kWh计算,年可节省资金293623万元。
5.2该设备运行一年以来，同比2012年电收尘电气设备寿命延长1年，电气设备维修费用可节省20万元。项目投资220万元，回收期为4年。
技术详情
2012年2月—2013年3月5000t/d生产线现有窑头高压静电除尘器一套，该电除尘器供电电源为典型的常规电源，电场数为三级，截面积约为160m2-180m2，通风量为60万m3/h,配备了三台1.8A/72KV高压电源，其能耗高，除尘效率低，目前除尘器进口浓度为200g/Nm3，除尘器出口排放浓度约为40mg/Nm3左右，为响应国家和山东省工业污染物排放的地方标准，完成2015年节能减排的目标，需对现有的除尘器供电电源设备进行更新升级改造；根据中联水泥提供该设备的数据及实际情况，由天津净达环保科技有限公司生产的软特性准稳定直流供电电源技术，简称(软稳电源)，对现有电源设备在除尘器本体不做改动的前提下进行升级改造。软稳电源与现有电源比较，不仅电场能耗可以大幅节约下来，更主要的是其软稳特性表现在，输出的电压受到负载轻、重的变化，能够自动调节电压的高低，明显改善放电状态；常规电源捕集高比电阻物质，将产生“反电晕”现象，使得除尘效率下降；软稳电源能够有效的抑制“反电晕”现象，拓宽捕集高比电阻范围，设备在运行过程中，都处于无火花放电高效状态中；确保除尘器出口排放浓度≤20mg/Nm3。
2014年3日完成5000t/d生产线现有窑头高压静电除尘器进行软稳电源技术升级改造安装工作，处于设备调试阶段。技术改造时，2013年公司的总资产227709.83万元，销售收入74257.51万元，上交利税10845.6万元，就业人数无增加。
采用软特性准稳定直流电源简称为软稳电源，作为除尘器的供电电源，在电除尘领域里是一个新的思路、新的技术路线。它能够给电除尘带来了极大幅度的节能和减排。
所谓软稳电源，“软”是指电源性质属于软特性，它是针对常规电源的硬特性来说的，“稳”是指电源的波形是一条稳定的直线，它是针对常规电源的脉动性来说的。
软稳电除尘技术原理：将工频三相交流电源整流为直流电源，通过变换器实现直流到高频交流电源的转换，经高频变压器升压后供给软功能模块，再经VMP控制器控制后生成软特性稳定直流电供给电除尘器。
软稳电源基本组成：IGBT、高频变压器、软功能模块、系统控制器、VMR控制器。在处理同一尘源时比常规电源节能70%以上，比常规电源减排50%以上，比高频电源节能40%，减排效能高30%。
软稳电除尘电源技术路线
“软稳”电源的技术路线是由工频220V或380V，经整流滤波成为直流电源，提供给振荡电路产生高频高压再经几倍压整流迭加成为软特性准稳定直流作为除尘器的供电电源。它的电源原理如图五所示。

软稳电除尘技术节能、减排的原理
电除尘的基本原理是粉尘得到了电荷，在静电引力的作用下被集尘极捕，从而达到废气净化的目的，反言之，粉尘得不到电荷，除尘也就无从谈起。由图一，电晕放电特性曲线可以看出，当两极间的电压达到Uf临界处时，电晕功率最大，也就除尘作用最佳。电压一旦超过此点，进入火花放电状态，火花放电的实质是正电荷和负电荷在电场中间发生碰撞，通过光和热释放能量的物理现象，它并没有把电荷负给粉尘，对除尘没起作用，纯属于浪费。常规电除尘“最佳火化率”概念的产生，是其在整个供电的过程中，包含着电晕放电和火花放电。这两种放电状态是处在一个不可分割的矛盾统一体当中，对除尘来讲，电晕放电是起正面作用，而火花放电是起负面电作用，在增加电晕放电的同时，火花放电也不可避免的会增加，取其折中，得到“最佳花火率”。也就是其说的“关于电压提高所取得的效益，恰能抵偿电收尘火花放电所造成的烟尘损失。如果再提高电压，那么火花放电所造成的损失就会增大”。
有什么方法可以把火花放电给过滤掉，只保持电晕放电呢?常规电源的技术路线产生出来的电源的特性；电源的脉动性和硬特性决定它是不可能实现的。但是，采用如图五所示原理图的技术路线产生出来的软特性准稳定直流电源，就能把火花放电这都给滤除掉，只保留电晕放电这部分。这就是“软稳”电源先进之所在。
从“软稳”电源电压的波形图分析：从微观瞬时值的观点，让电压处于火花始发点以下的临街处，并且让其在每一瞬间都是如此，然后，把所有这些点都集合起来，便是一条平行时间轴的稳定直线，在整个周期里面都处于高效状态。但是，常规电源的，火花放电是两极之间气体强烈的电击穿，如前所述对除尘是不作贡献的。即使没有达到火花放电，如图四所示的常规电源电压波形图可看出，电压在每一瞬间都在变化，在整个周期里，它的高效只是接近火花放电a、b、c、d四个点，远离这四个点是低效，而超过a、b、c、d四个点虽然肉眼看不见，实际上已进入全击穿，也是无效的。所以，从这个角度讲，应该是“稳定直流优越于脉动直流”。
单从电压波形稳定直流的角度，常规电源也能做到，不过，怀特先生介绍过：“科特雷尔在早期试验中，曾就未滤波的整流机组所得到的脉动直流电压与整流机组输出电路上增加一个滤波电容器所得到的稳定直流进行了比较，结果证明，脉动直流电压肯定优越于直流电压。”理由是：“稳定直流电压的火花特性不好。脉动直流的峰值能提高除尘效率，而谷值则能抑制火花放电。”后面还加上了一句加强语：“长期以来的实践肯定了这个理论。”现实电除尘中，普遍采用未经过滤波的电压。其实，怀特先生的“脉动直流优越于稳定直流”是在常规电源的技术路线情况下得到的结论，因为电源工作环境不可能处于理想状态之中，废气的温度、湿度、粉浓度、市电波动等等都引起“临界电压”值的偏移。由于常规电源性质属于硬特性图七a所示。火花放电，其输出电流将会极大幅的增长，但其输出电压不会下降，也就是它没有自动抑制火花放电的功能。也就是不能适应上述可能是理想的环境，于是必然“火花特性不好”。但是“软稳”电源的软特性，如图七b所示，当要发生火花放电时，其输出电压将会马上下降，避免了火花放电的发生也就是它具有自动抑制火花放电的功能，这是这种电路结构功能所决定的。所以，我们说：“稳定是高效的前提，软特性则是维持这种高效的可能”。

高压电源输出特性
不久前，“指导书”推荐使用的实用技术有“三相电源”、“恒流高压直流电源”、“中频高压直流电源”及“高频高压开关电源”。时下人们比较普遍认同“高频高压开关电源”，甚至有人认为它是电除尘供电的“发展方向”。其实，这几种电源都存在着火花放电。只不过是“快速火花放电”、“智能火花放电”罢了，都没离开“火花放电”，而且波形都是脉动，只不过频率高一些的差异，并没有本质的差别。
软稳电源如前所述，能够节能，但是，它为什么还能减排呢?
把以上两图结合形成下图进行分析：

由于粉尘有效驱进速度ω=βV2——(2)
式中β是一个常数，V为正负极之间电压。有效趋进速度ω与两极间的电压平方成正比，如果确认火花始发点以下临界处是最佳点的极限值的话，那么常规电源最佳点的极限值只是峰值a、b两个点，其有效值则是峰值的1/√2，而软稳电源的最佳点是火花始发点以下临界处平行时间轴的一条直线，在整个周期里都等于常规电源的峰值，即为常规电源有效值的√2倍，即：
V稳=√2V常规有效值。代入(2)式，即：ω稳=βV2稳=β(√2V常规有效值)2=2βV2常规有效值=2ω常规——(3)
由(3)式可以看出两种电源都处于最佳点极限值的时候，软稳电源有效趋进速度等于常规电源有效驱进速度的两倍，根据除尘效率多依奇公式：η=1-e-ωA/Q可以看出一级软稳电源供电能等于二级常规电源供电的除尘效果，这就是软稳电源代替常规电源给除尘器供电能够减排的原理。