脉冲电源在电除尘器上应用特性的研究

作者汤丰 姚凌飞 浙江菲达环保科技股份有限公司(浙江 诸暨 311800)

汤丰(1976-)，男，硕士，高级工程师，研究方向：自动化控制。

摘要：脉冲电源是目前电除尘器电源改造市场的重要产品，其主要特性为突破直流闪络电压限制、提高除尘效率、降低电能消耗和有效克服反电晕。本文通过理论分析和实验测试，对脉冲电源的四个特性进行了深入研究，验证了脉冲电源的优良性能，也得到了一定的结论，有助于深入认识和理解脉冲电源，为除尘器电源改造提供参考。

引言

电除尘器用脉冲电源最早于上世纪80年代面世，但因为当时的环保要求不高，未得到广泛的推广。近几年，由于我国国内环保标准的日益严苛，脉冲电源在中国燃煤电厂实现了大面积推广和应用，并且取得了良好的效果，极大地提高了除尘器的除尘效率，降低了排放，节约了电能，增加了国内市场对脉冲电源的信心，在近期成为除尘器电源改造的焦点。

　　脉冲电源是在基础直流电压(Vdc)供电的基础上叠加高压脉冲电压(Vps)形成的双电源模式，在瞬间的高电压状态下，提高粉尘的荷电速度和驱进速度。基准电压用于形成荷电粉尘趋近收尘极板的电场，间歇性高压脉冲使粉尘快速荷电。

1 脉冲电源特性研究

　　与传统除尘器供电电源相比，脉冲电源主要有如下几点优势：

　　1)突破直流闪络电压限制;

　　2)提高除尘效率，尤其适合于微细粉尘;

　　3)工况适应能力强 ， 有效克服反电晕;

　　4)大幅节约电能。

　　本文对脉冲电源以上特点做了深入研究，结合实际的现场测试数据，验证了脉冲电源的优越性能。

1.1 突破直流闪络电压限制

　　如图1所示，左侧为脉冲电源的二次输出波形图。Uesp是二次电压波形，Iesp为二次脉冲电流波形。脉冲电压持续时间短，仅为几十微秒，理想情况下，在除尘器中形成的电荷云为薄薄的一层，对电场的绝缘性没有太大影响。但实际情况中，由于气流、同性电荷互斥性、空气湿度等因素的影响，脉冲电压对绝缘性有一定的影响，因此，我们分析认为，脉冲电源“直流闪络电压限制”的特性真实，但是作用有限。为此，我们在模拟电场进行了测试。

　　首先在电场中安放铜丝，缩小两极间距以设置闪络电压在理想测试范围。然后开基础电压并逐步升高，确认基础闪络电压。之后按照不同的基础电压和脉冲电压的叠加组合，测试闪络电压。测试多组数据，如表1所示为一组较为典型的测试结果。

　　结论：脉冲电源能够突破直流闪络电压限制，提高电晕功率;突破的电压与基础电压、脉冲电压的总和有关，与脉冲电压的值没有太大相关性;无基础电压，纯脉冲电压时，未发现有“突破直流闪络电压限制”的特性。

1.2 提高除尘效率，尤其适合于微细粉尘

　　脉冲电源激发的电荷浓度为常规电源的几百倍，极大提高了粉尘的荷电量，同等工况下，减少烟(粉)尘排放30%以上，减少PM2.5排放50%以上。

　　为验证“提高除尘效率”的特性，在湖南某电厂1#炉做了脉冲电源改造的项目。该电厂1#炉为660MW机组，配套除尘器为双室五电场(标为A、B两室)，每个室两个通道。改造方案为在除尘器A侧的四、五电场安装脉冲电源，相对应的B侧不做改动。改造后对A、B侧电除尘的排放进行对比试验。

　　表2所示即为此次脉冲电源改造的第三方测试结果。从结果看，应用了4台脉冲电源的A列，出口烟尘浓度23.92 mg/m3，对应位置为4台工频电源的B列出口烟尘浓度34.15 mg/m3。脉冲电源的使用减少了30%的粉尘排放。

　　脉冲电源的突出特性是能够降低PM2.5的排放，为此我们在广东某电厂2#炉的除尘器上进行了相关测试。2#炉为600MW机组，其除尘器为低温除尘器，双室四电场，在三、四电场使用脉冲电源。

　　测试过程中，除尘器其他电场的电源参数保持不变，脉冲电源在只开基础电压，基础脉冲同开两种方式下运行，对比两种方式下的粉尘排放，判断脉冲电源对微细粉尘的脱除效果。如表3所示为以质量来统计的测试结果。

　　本次测试总共做了两组对比实验，即四次测试，增加结果的可靠性。表3中，施加脉冲电压后，≤0.07μm的颗粒脱除效果显著，减少率达到了77%，而对另外两档的效果不明显，因为≤0.07μm的颗粒总质量占总粉尘的质量较小。从测试结果看，脉冲电源非常适用于微细粉尘的脱除，效果显著。

1.3 工况适应能力强，有效克服反电晕

　　反电晕主要由烟气中的高比电阻粉尘造成。高比电阻粉尘到达收尘极板后不易释放。其极性与电晕极相同，便排斥后来的荷电粉尘，同时粉尘层的电荷释放缓慢，当粉尘层中的电场强度大于其临界值时，就会在粉尘层的空隙间产生局部击穿，产生与电晕极极性相反的正离子，并向电晕极运动，中和电晕极带负电的粒子。其表现为电流增大，电压降低，粉尘二次飞扬严重，收尘性能显著恶化。

　　传统直流高压电源通常为大电流供电，极易产生反电晕。脉冲电源平均电流较小，减少了粉尘层的电荷积累。粉尘层的电荷有足够的放电时间，从而避免了反电晕。脉冲电源的基础电压一般运行在起晕电压偏上一点，保证基础的收尘电场即可。同时脉冲部分的二次电流有效值非常小，因此脉冲电源实现了高电压、低电流的输出特性，能够有效克服电场中的反电晕，提高除尘效率。

1.4 大幅节约电能

　　脉冲电源的基础电压在电场起晕电压偏上附近运行，电流可以很小，只提供必要的电场力，从而大幅减少无效电能，提高了电能利用效率;脉冲电压部分采用能量回馈机制，虽然脉冲瞬时功率大，但大部分能量在脉冲下降时又回馈到了系统中，因此脉冲部分消耗电量很小。

　　如表4所示为湖南某电厂(同1.1节电厂)1#炉脉冲电源改造工程排放测试时，除尘器各供电电源运行参数。排放结果由本文表2中可以看出，A列好于B列。结合表4和表2的数据，可以很方便的得出脉冲电源不仅具有提高除尘效率的优势，同时也具有节约电能的优势。

2 结论

　　本文通过理论分析、工程实验，充分证明了脉冲电源的多项特性：脉冲电源能够有效克服反电晕、提高除尘效率、对微细粉尘的除尘效果显著、能够大幅节约电能。这些特性均是脉冲电源出现以前除尘器电源行业面临的常见问题，脉冲电源的出现，对国内除尘器供电电源技术水平的进步作出了极大的贡献，是现阶段公认的最适应与电除尘器的供电电源，值得我们去对其开展进一步的研究、测试工作，以期能够更好的发挥其应有的作用，为降低粉尘排放作出更大的努力。

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　　本文来源于《电子产品世界》2017年第7期第44页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。