1、专用于湿式电除尘器的恒流高压直流电源 上海激光电源设备有限责任公司 孙淮浦 陈宇渊 【摘要】 随着国家环保标准的不断提高，燃 煤电厂和钢铁厂脱硫烟气深度处理装置应运而生，脱硫烟气深度处理装置称为湿式电除尘器。湿式电除尘器的烟气比较潮湿，加之采用喷淋方式清灰，烟气特性变化幅度大，电场工作很不稳定，并带来除尘效率的降低。专用于湿式电除尘器的恒流高压直流电源，可以很好的克服烟气特性变化造成的除尘效率降低的问题， 并且对湿式电除尘器进行有效的保护。 【关键词】 湿式电除尘器 恒流源 除尘效率 【前言】 湿式电除尘器的原理是通过向阴极 施加负高压直流电，电极周围空气分子被电离，电离产生的正离子返回阴极，
2、负离子则向沉淀极迁移。在负离子迁移途中，部分离子碰撞烟气中的尘雾或由于静电吸引而吸附在尘雾上，使尘雾荷电。荷电尘雾在电场力的驱动下向沉淀极趋近并吸附于沉淀极（阳极） 。雾滴在阳极表面积聚形成水膜并依靠自重携带粉尘向下流淌。为防止阴、阳极表面可能出现的局部结垢现象，需定时进行喷淋冲洗，以保持表面清洁。喷淋时，电场极易出现闪络击穿的现象，尽管时间很短，但这种击穿对非金属阳极的影响是破坏性的，供电电源应能做到即时灭弧；电场正常工作过程中，由于烟气处于过饱和状态，工况稳定时，电压也比较稳定，然而，工作电流则可能出现过大或过低过大易引发闪络，过低又会降低除尘效率。可见，湿式电除尘器对供电电源的要求非常严
3、格。 我公司开发的专用于湿式电除尘器的恒流高压直流电源可以很好地满足湿式电除尘器的供电要求。 1恒流高压直流电源原理 恒流高压直流电源由恒流变换器和升压整流系统组成， 其基本原理电网输入的交流正弦电压，通过恒流变换器，转换为交流正弦电流，经升压、整流后成为恒流高压直流电源给沉积电场供电。所谓恒流是指其电路特性，而并不是说系统的输出电流无法改变，其真正含义是根据系统的实际情况选择设定的电晕电流，在系统运行中与电场电压、负载大小无关，即不受工况和负荷的影响，恒流电源2系统的电路原理见图 1。 U 1 2电网输 入I11恒流变换器I2 32U4恒流输出电源输出56沉积电场升 压整 流图 1 恒流电源
4、原理示意图 2.专用于湿式电除尘器的恒流高压直流电源 湿式电除尘器对 PM2.5、 PM10， SO3 有很高的去除效率，但湿式电除尘器所使用的阳极大部分为导电玻璃钢，喷淋清灰时，电除尘器内发生闪络或者瞬态短路在所难免。电厂脱硫后湿式电除尘器的烟气量都比较大，对 660MW 以上的机组，湿式电除尘器所配的电源的规格一般都大于 72kV/1.6A。电场容量大、电源功率高的情况下， 电场出现闪络时， 灭弧的难度增加， 火花对本体的伤害也大。为此， 上海激光电源设备有限责任公司专门研究开发了具有火花控制功能的恒流高压直流电源，以加速灭弧、消除火花造成的危害。其详细说明如下： 2.1具有火花控制的恒流
5、高压直流电源系统框图见图 2 图2 具有火花控制的恒流高压直流电源系统框图 2.2 湿式电除尘器发生短路时 恒流高压直流电源是电流源的一种，能直接控制、调整电流 I，负载发生变化甚至出现短路，输出电流恒定不变，这就是 “恒流 ”的含义。输出电压 U=IR（负载的等效电阻值） ，随着负载的变化而变化，当湿式电除尘器发生短路时，R=0，输出电压 U=0，则输出功率 P UI=0，即注入电场的功率为 0，这就对本体起到了很好的保护作用。设若使用电压源供电，当湿式电除尘器发生短路时，3输出电压 U 不变， R=0，输出电流 I=U/R，输出功率 P UI，这种瞬态高能位输出必定会对电极产生损伤， 逐次
6、累积的结果对湿式电除尘器是灾难性的。 2.3 对工况变化的适应性 进入湿式电除尘器的烟气参数并不是一成不变的。当烟气的温度、湿度及浓度等发生变化时，其放电特性也会发生变化，电场等效电阻值同样发生变化。当烟气浓度增加时，电场的等效电阻是增加的，恒流高压直流电源的输出电压会随着等效电阻的增加而增加，运行电压和电晕功率呈现正反馈跟踪特性。恒流电源与可控硅电源供电的负载跟踪特性的对比见表 1 和表 2 恒流源：根据欧姆定律知U = IR， 得到恒流源的负载跟踪特性， 见表1。 表 1.电流源（恒流源）供电的负载跟踪特性 粉尘浓度 等效电阻 R U 输出功率 P 除尘效率 反馈特性 不变 正反馈 电压源
7、：根据欧姆定律知I = U /R，得到恒流源的负载跟踪特性，见表2。 表 2.可控硅（恒压源）供电的负载跟踪特性 粉尘浓度 等效电阻 R I 输出功率 P 除尘效率 反馈特性 负反馈 从表 1、表 2 可以看出，恒流源具有正反馈的跟踪特征，随着浓度的增加，其除尘效率是增加的，而可控硅电源与之相反。 2.4 湿式电除尘器产生火花时 2.4.1 普通恒流高压直流电源遇到火花时其供电特性 当湿式电除尘器产生火花时，电压源只能 通过减少导通角的方式，大幅降低输出电压，然后再逐渐的增加导通角，其恢复时间较长，除尘效率难以保证，而恒流高压直流电源当产生火花时，电压迅速降低，当火花结束时，电压可在微秒级上升
8、，对除尘效率几乎不产生影响。见表 3 和图 3。 表 3.恒流高压直流电源供电的火花抑制特性 火花放电或电弧 等效电阻 R 二次电压 电场注入功率 结果 抑制 2.4.波 到效 保定 输以 灭式 电2 带火花 控具有火花 控图中示 出到 来时，恒 流保 护湿式 电当高压 直输 出功率 P灭 弧。针对 大电 除尘器。并且当 火控 制的恒 流控 制功能 的图 4. 具 有出 了恒流高流 高压直 流电 除尘器。 直 流电源的 规=72 1.6大 规格电 源火 花放电的图 3. 恒流 高压直流 电的 恒流高压 直有 火花控制 功压直流电 源流 电源重新规 格比较 大 115.2kW，源 ，带火花 控次
9、数过于 频4恒 流源火花 熄电 源 直 流电源 的功 能的恒流 高源 供电时出恢复供电，大 （大于 72发生火 花控 制的恒 流频 繁时， 恒熄 灭过程 的 火花响应 曲高 压直流电 源现大火花 可防止出现 持kV/1.6A） ，花 时尤其是 形流 高压直流恒 流高压直 流曲 线见图 4源 的火花响 应可 即时熄 灭持 续的拉 弧， 由于其 能形 成放电 通电源，可 以流 电源自 动。 应 曲线 灭 ，直到下 一弧 ，可以更 加能 量比较大 ，通 道时，非 常以 更好的保 护动 降档运行，一 半加 有， 额常 难护 湿并5能自动恢复。当降档次数达到设定次数时，电源发出声光报警，提示操作员出现负
10、载故障，见图 5。图 5. 恒流高压直流电源火花控制操作界面 2.5 电场喷淋时的恒流高压直流电源 当电场进行喷淋时，电场等效阻值的变化幅度大而且频繁，甚至会出现局部短路的情况。电压源供电条件下，必须关机喷淋，否则就可能会对湿式除尘器造成严重损伤；恒流源供电条件下，无需关机，喷淋过程中，只需将该电场降档工作，喷淋结束，又自动恢复正常工作状态。降档时的电压电流曲线见图 6。 图 6. 湿式电除尘器喷淋时的二次电压历史曲线 62.6 湿式电除尘器控制总图 湿式电除尘器不仅控制恒流高压直流电源，还需要监控一些压力、温度等控制点，需要在程序中使这些控制点与恒流高压直流电源形成联锁，以保护湿式电除尘器。
11、控制总图见图 7 图 7. 湿式除尘器控制总图 3.案例 恒流高压直流电源在湿式电除尘器方面得到了很好的应用，市场上大部分湿式除尘器都在使用上海激光电源设备有限责任公司生产的恒流高压直流电源供电，运行状态都比较好。 以下是三个不同的湿式除尘器厂家使用恒流高压直流电源的运行数据。 3.1 华能上海某发电厂 电源规格 :HLP-80kV/1600mA H 生产编号： 131016 在热态情况下，运行数据如下： 档位 一次电压（ V） 一次电流（ A） 二次电压（ kV） 二次电流（ mA）1 112 0 23 50 1+2 120 0 25 1001+2+3 131 5 27 201 1+2+3+
12、4 140 10 32 3101+2+5 148 21 34 470 71+2+6 200 70 36 590 1+2+7 210 99 38 8101+2+8 216 118 39 940 1+2+9 223 138 41 11001+2+10 230 142 43 1250 1+2+11 235 203 45 14101+2+12 240 212 48 1560 1+2+13 246 230 49 16401+2+14 250 240 50 1800 3.2 国电九江某发电厂 电源规格:HLP4-72kV/1200mA生产编号：130903 在热态情况下，运行数据如下： 档位 一次电压 （
13、 V） 一次电流（ A） 二次电压（ kV） 二次电流 （ mA）1 120 0 22 64 1+2 157 14 27 1301+2+3 171 31 32 270 1+2+3+4 200 50 36 4001+2+5 210 68 40 530 1+2+6 225 87 42 6501+2+7 240 130 44 780 1+2+8 250 160 45 9101+2+9 270 181 48 1039 1+2+10 296 208 50 12003.3 高唐某发电厂 电源规格:HLP4-80kV/1100mA生产编号：131112 在热态情况下，运行数据如下： 档位 一次电压（ V）
14、一次电流（ A） 二次电压（ kV） 二次电流（ mA）1 142 6 31 57 1+2 158 13 35 1231+2+3 179 28 42 247 1+2+3+4 196 44 43 3731+2+5 209 61 46 493 1+2+6 221 79 49 614 1+2+7 232 101 51 744 1+2+8 243 125 54 870 1+2+9 254 150 56 994 1+2+10 266 175 58 1129 83.4 湿式电除尘器使用电压源导致电场失效的案例 90 年代玻璃钢湿式除尘器在冶炼行业由国外引进时，采用电压源，后因除尘效率不高并导致安全事故，改
15、为使用恒流源，高效安全运行 20 余年，得到行业一致认可，并作为湿式除尘器的电源选型标配。图 1、图 2 为某厂家在玻璃钢湿式除尘器上使用电压源发生事故的照片。 图 1 电压源在玻璃钢材质湿法除尘器失效照片 1 图 2 电压源在玻璃钢材质湿法除尘器失效照片 2 94.更新型的电源-高频恒流电源简介 我公司研制的 HLG 高频恒流源除了具有工频恒流的一切优点之外，还有其特殊功能和作用： 从研发至今已有十年历史，在中科院国家项目多个激光核聚变工程中可靠运行，包括出口项目，技术成熟； 目前国内唯一一家生产水冷的高频电源，以保护绝缘油的使用寿命和避免IGBT 的早期失效； 高频恒流电源采用以太网光纤直
16、接接入主控板，可同时接入 9 台终端设备对其访问（ 8 台以太网设备和 1 台 485 设备） ，标准协议，组态方便； 与工频恒流源一样具备保障玻璃钢除尘器的运行安全，其他公司的高频电源不是恒流源； 与工频恒流源相比，高频恒流源具有更好的输出特性，电流提升 50%，电压提升 5 千伏，排放降低 30%； 与工频恒流源相比，高频恒流电源三相供电平衡，效率高达 95%，节能提高15%以上； 与工频恒流源相比，高频恒流电源体积小、重量轻，节约控制室的场地，改善操作室内的噪声和温度。 5.结语 电厂和钢铁厂脱硫烟气的深度处理已成为不可或缺的大气污染治理的有效手段，湿式电除尘器在环境保护方面的作用越来越
17、突出、应用越来越广，而切实保证湿式电除尘器的正常、高效的运行状态则是高压供电装置的基本要求，恒流高压直流电源可轻松满足湿式电除尘器的工作要求。对大功率湿式电除尘器，以及清灰闪络频繁的使用场合，带火花控制功能的恒流源可以更快的灭弧。高频恒流电源把恒流供电的优势进一步提升，又兼三相供电平衡、占地少、节能显著、控制精度更高等突出优点， 不久将成为湿式电除尘器及其他电除尘器高压供电装置的首选。 2014年 6 月 18 日 10参考资料： 1. 邱关源主编的电路 ，人民教育出版社， 1982 2. 上海激光电源设备厂，上海企业标准，智能恒流高压直流电源 3. 陈宇渊， 恒流高压直流电源的外特性 4. 黎在时编著： 静电除尘器 ，冶金工业出版社， 1993，6 5. 电除尘用恒流高压直流电源标准 JB/ T 11074-2011
