一．靜電除塵器面臨的形勢

在工業(yè)塵源治理的多種除塵裝備中，上世紀(jì)初發(fā)展起來的靜電除塵器，由于其除塵效力較高、運(yùn)行費(fèi)用低、保護(hù)管理簡略便利等長處，使其在除塵范疇中得到普遍的利用，國內(nèi)外大范圍的除塵幾乎都采取了電除塵，據(jù)早期統(tǒng)計(jì)水泥窯用的除塵裝備80％以上為電除塵器。但由于當(dāng)時(shí)的排放尺度請求較低，設(shè)計(jì)排放尺度為50～100mg/Nm3，已不能滿足環(huán)保新請求，即一般地域水泥窯粉塵排放請求降到30mg/Nm3以下,重點(diǎn)地域請求降到20mg/Nm3以下。據(jù)2010年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，水泥工業(yè)產(chǎn)業(yè)的粉塵排放占到全國工業(yè)生產(chǎn)總排放量的31.7%，給生態(tài)環(huán)境帶來宏大壓力。而且，目前電除塵所用的高壓電源一般為工頻電源、高頻電源或恒流電源，其不僅能耗大，還發(fā)生火花放電對除塵器本體造成電腐化，衰減除塵效力，縮短應(yīng)用壽命。所以，水泥廠窯頭窯尾除塵器的提效改革勢在必行。

二．靜電除塵器技巧計(jì)劃

隨著環(huán)境意識和排放尺度的大幅度進(jìn)步，原靜電除塵器性能難以滿足環(huán)保請求，一時(shí)代曾呈現(xiàn)由靜電除塵轉(zhuǎn)為布袋或電袋除塵方法的偏向。布袋及電袋除塵器雖然能基礎(chǔ)滿足目前環(huán)保達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)須要，但由于其阻力大、電耗高、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高、故障率高、保護(hù)管理不便利、二次污染等弱點(diǎn)，只能作為必定范疇內(nèi)的不得已的選擇。而且，由于其難以濾掉微細(xì)粉塵和后果難以長期穩(wěn)固的固有缺點(diǎn)，已滿足不了重點(diǎn)地域的≤10mg/Nm3及“超低排放”的≤5mg/Nm3的粉塵排放新請求。

煙溫對裝備的影響

煙溫高于160℃時(shí)會明顯下降濾袋壽命，如連續(xù)則濾袋將短時(shí)光內(nèi)銷毀并破損。當(dāng)鍋爐呈現(xiàn)爆管時(shí)由于前級沒有電除塵器，濾袋影響較大。尤其是不容許除塵器采取旁路，將對濾袋壽命帶來較大考驗(yàn)。

煙溫高于160℃時(shí)會明顯下降濾袋壽命，如連續(xù)則濾袋將短時(shí)光內(nèi)銷毀并破損。當(dāng)鍋爐呈現(xiàn)爆管時(shí)由于前級有電除塵器，濾袋影響較小。尤其是不容許除塵器采取旁路，將對濾袋壽命帶來較大考驗(yàn)。

高煙溫對除塵效力略有影響，但裝備整體對高溫?zé)煔饷墒懿拍軓?qiáng)，同時(shí)對除塵器應(yīng)用壽命沒有影響。

可以看出，在阻力、電耗、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用、故障率、保護(hù)管理、二次污染等方面，“靜電除塵”遠(yuǎn)優(yōu)于“布袋除塵”。近年興起的“濕式電除塵”、“超凈電袋”、“旋轉(zhuǎn)陽極板”、“徑流式電除塵器”、“煙氣調(diào)質(zhì)或微顆粒凝集”、“本體擴(kuò)容”等技巧，由于空間、成本、運(yùn)行保護(hù)費(fèi)用、安全穩(wěn)固性、二次污染、實(shí)用條件、實(shí)際后果等局限，難以普及，不合適水泥行業(yè)應(yīng)用。所以，除塵電源及其把持體系的技巧性能突破就成為除塵范疇等待的聚焦點(diǎn)。

三．除塵電源的選擇

近年，在改良電源供電方法的進(jìn)程中，設(shè)計(jì)思路不斷創(chuàng)新，電源性能不斷晉升。市場上除了正在淘汰的“工頻電源”及其過渡性的“三相電源”外，有“高頻”、“脈沖”、“臨界脈沖”等新型電源。

3.1工頻電源技巧特色

單相工頻整流電源采取單相380V交換輸入、工頻變壓器升壓、高壓硅堆整流成100Hz的脈動直流電源。由于單相電源輸入功率因數(shù)低、諧波大、輸出脈動成分大、除塵后果差、電能耗費(fèi)高，逐步被淘汰。

1）工頻電源供電情勢的長處：

（1）工頻電源構(gòu)造簡略技巧成熟；

（2）造價(jià)低。

2）工頻電源供電情勢的毛病：

（1）諧波大、輸出脈動成分大（理論為57.11％），除塵效力低；

（2）功率因數(shù)低，電耗高；

（3）單相整流造成供電不平衡；

（4）由于火花放電，對本體造成電腐化，除塵效力衰減快，應(yīng)用壽命短縮。

3.2三相電源技巧特色

三相整流電源是采取三相380V交換輸入、工頻變壓器升壓、高壓硅堆整流成300Hz的脈動直流電源。三相電壓經(jīng)過一個(gè)同步檢測電路后輸出同相位的三雷同步波形，主電路可控硅的六路觸發(fā)脈沖就是通過該同步波形過零點(diǎn)的斷定發(fā)生的。三相電源用到了6個(gè)反向并聯(lián)可控硅進(jìn)行調(diào)壓，這6個(gè)可控硅依照1→2→3→4→5→6→1觸發(fā)信號依次相差60°，三相電源采取寬于60°的寬脈沖或雙窄脈沖觸發(fā)，采取各雷同步信號的“過零點(diǎn)”作為把持角盤算的基準(zhǔn)點(diǎn)。三相電源屬于過渡性電源，由于其除塵效力不高且在減排模式下電耗過高，以逐步淘汰。

1）三相工頻電源供電情勢的長處：

（1）三相平衡，對電網(wǎng)污染減少；

（2）電壓脈動小（電壓時(shí)理論為4.74％），平均場強(qiáng)有所進(jìn)步；

（3）功率因數(shù)接近90%，在同樣二次電壓、電流的輸出情形下，比工頻電源節(jié)電。

2）三相工頻電源供電情勢的毛病：

（1）三相電源閃絡(luò)沖擊大，閃絡(luò)后要關(guān)斷多個(gè)半波，除塵效力低；

（2）為進(jìn)步除塵效力，電流很大，電耗大幅度增添；

（3）由于火花放電，對本體造成電腐化，除塵效力衰減快，應(yīng)用壽命短縮。

3.3高頻電源技巧特色

高頻電源輸入三相380v/50Hz交換電源，經(jīng)三相整流濾波和IGBT模塊構(gòu)成的高頻逆變（20～50KHz）、高頻變壓整流后，經(jīng)限流電阻R0供應(yīng)ESP極板。輸出電流、電壓、反饋至把持體系轉(zhuǎn)變脈沖工作頻率或脈沖寬度經(jīng)隔離驅(qū)動器送給IGBT全橋高頻逆變器以對輸出電流輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。

1）高頻電源的長處：

（1）電場擊穿后恢復(fù)快，工頻電源從電場擊穿到電場恢復(fù)約須要80ms，高頻電源從電場擊穿到電場恢復(fù)約須要20ms；

（2）由于采取高頻電力電子技巧，使功率因數(shù)大幅度進(jìn)步，在不斟酌減排的情形下，可實(shí)現(xiàn)大幅度節(jié)能；

（3）把持方法機(jī)動、體積小、重量輕。

2）高頻電源的毛病：

（1）高頻高壓電源的把持模式是以檢測火花為前提的。在檢測到火花后，通過較大幅度降壓供電或較短時(shí)光內(nèi)結(jié)束供電的方法打消火花，超過分花電壓的部分電能全體揮霍，低于火花電壓的部分無法全體荷電，“無效”比例較大；

（2）平均有效場強(qiáng)遠(yuǎn)低于火花始發(fā)點(diǎn)的臨界電壓，荷電與驅(qū)進(jìn)才能較差；

（3）為減排，盡可能地向電場輸入更多能量，造成電能揮霍；

（4）由于火花放電對極線和極板發(fā)生電腐化，使電除塵器效力衰減較快，不僅影響除塵后果，也造成除塵器本體保護(hù)費(fèi)用的增添。

3.4脈沖電源技巧特色

脈沖電源是混雜供電模式，即是指在靜電除塵器直流供電的基本上疊加高頻脈沖電壓。重要由基本電壓調(diào)節(jié)電路、脈沖發(fā)生電路、維護(hù)電路、脈沖幅值調(diào)節(jié)電路等組成。由脈沖電路構(gòu)成的脈沖電源通過耦合電容一同輸出到靜電除塵器的電場進(jìn)行除塵。瞬間高電壓輸出，進(jìn)步了電場場強(qiáng)和電暈功率，進(jìn)步了除塵效力。而且，由于作為基本直流電壓設(shè)定在火花始發(fā)點(diǎn)以下，也下降了除塵時(shí)電能耗費(fèi)。

1）脈沖電源的長處：

（1）脈沖電壓上升沿小，連續(xù)時(shí)光短，不易觸發(fā)閃絡(luò)，有效地進(jìn)步了場強(qiáng)；

（2）如果本體極配準(zhǔn)確，脈沖電壓幅值匹配，可進(jìn)步空間自由離子密度，進(jìn)步粉塵的荷電效力；

（3）采取間歇脈沖供電技巧來戰(zhàn)勝高比電阻粉塵引起的反電暈，依據(jù)工況條件變更主動選擇工作方法（選擇間歇脈沖供電的占空比）、主動選擇運(yùn)行參數(shù)，可以進(jìn)步除塵效力而且還可以較大幅度節(jié)儉電能。

2）脈沖電源的毛病：

（1）其在大功率持續(xù)工作狀況下，易損毀，抗浪涌電壓和耐久性有待商議，后續(xù)保護(hù)費(fèi)用很高；

（2）初期投資太高；

（3）在國內(nèi)尚無大型電廠利用實(shí)際勝利案例。

3.5臨界脈沖電源技巧特色

臨界脈沖電源是將380V三相交換電經(jīng)整流濾波成直流，再逆變?yōu)楦哳l交換，經(jīng)高頻變壓器升壓后，再經(jīng)“臨界柔性模塊”變?yōu)閹в忻煨∶}動的安穩(wěn)直流。航天電控公司在行業(yè)內(nèi)提出“空間自由離子密度對除塵效力的影響遠(yuǎn)大于場強(qiáng)”的理論并進(jìn)行了量化，國際提出“臨界區(qū)”的概念并量化利用。臨界脈沖電源全面突破了現(xiàn)有工頻（單相、三相）、高頻及脈沖除塵電源增效節(jié)能的瓶頸，實(shí)現(xiàn)了大幅度（70%以上）減排的同時(shí)大幅度（30～80%）節(jié)能，并避免了火花放電發(fā)生的電腐化從而使本體性能長期高效穩(wěn)固運(yùn)行。

3.5.1臨界脈沖電源的基礎(chǔ)原理

臨界脈沖電源采取“硬件儲能與限能、軟件監(jiān)督電壓變更趨勢”的把持方法，從能量梯度把持入手，使工作點(diǎn)堅(jiān)持在空氣放電特征曲線的較高點(diǎn)及其的右側(cè)很小的區(qū)域內(nèi)。體現(xiàn)“可變內(nèi)阻”特征，即，“限能”克制流注生長，避免發(fā)生火花放電。同時(shí)，“儲能”以堅(jiān)持高電壓。

3.5.2臨界脈沖電源的技巧特色：

（1）具有高效節(jié)能和長期穩(wěn)固的實(shí)質(zhì)

①臨界脈沖（柔）特征：

臨界脈沖電源具有“硬件儲能與限能”和“微脈沖”式供電特征，輸出的電壓隨著工況(電場內(nèi)溫度、濕度、壓力、粉塵濃度、粒度、比電阻以及市電波動)的變更，主動調(diào)節(jié)動態(tài)適應(yīng)，使輸出電壓值穩(wěn)固位于火花始發(fā)點(diǎn)以下臨界區(qū)。

無須大幅降壓或關(guān)斷以熄滅火花，持續(xù)輸出臨界電壓，可實(shí)現(xiàn)幻想的也是運(yùn)行中較高的場強(qiáng)（荷電場強(qiáng)、驅(qū)進(jìn)場強(qiáng)）。

使電場堅(jiān)持在“二次電子崩”與“流注初期”狀況，空間自由離子密度較大，荷電效力較高。

其工作電壓如下圖所示：

②高電壓低電流：在使電壓堅(jiān)持在臨界區(qū)的同時(shí)，避免了大批的無效電耗，實(shí)現(xiàn)小電流供電。而且，采取高頻技巧功率因數(shù)高。

③避免電腐化：由于臨界脈沖電源技巧在供電進(jìn)程都處于無深度火花放電狀況，避免了對除塵器本體極線、極板的電腐化。

臨界脈沖電源的提效節(jié)能示意圖如下：

（2）高效集塵

①場強(qiáng)：平均輸出電壓越高，電場越強(qiáng)，則荷電場強(qiáng)和驅(qū)進(jìn)（集塵）場強(qiáng)越大。使輸出電壓一致堅(jiān)持在“臨界區(qū)”（靜態(tài)火花始發(fā)臨界限及其下面的3%以內(nèi)的區(qū)域），可實(shí)現(xiàn)幻想的也是運(yùn)行中較高的場強(qiáng)。

②空間自由離子：煙塵通過的空間，自由離子越多，則荷電時(shí)光常數(shù)越短，荷電速度越快。使電場堅(jiān)持在“二次電子崩”與“流注初期”狀況，可實(shí)現(xiàn)空間自由電荷多，荷電效力較高。

③克制電暈封閉：高場強(qiáng)和高空間自由氣體離子密度，使電暈放電才能堅(jiān)持極高狀況而且，由于電流較小，減少了同量大顆粒粉塵的過剩荷電量，克制電暈封閉。

④“Z”字型活動：低比電阻粉塵分開極板后，由于空間自由氣體離子密度高，敏捷再次荷電，利于集塵。

（3）克制反電暈

反電暈機(jī)理：當(dāng)陽極板灰積到必定厚度時(shí)，比電阻高的灰在荷電后的負(fù)離子向除塵器陽極板趨近進(jìn)程中，其荷電不容易釋放到陽極板，負(fù)離子逐漸積聚到陽極板表面，與陽極板形成相似電容的電場，這個(gè)電場將抵消主電場，下降除塵后果；如果電場強(qiáng)度進(jìn)一步增強(qiáng)后，這個(gè)電場將局部擊穿激發(fā)出反向正離子向陰極線遷移，造成除塵器電流增大，但耗費(fèi)的電能沒有起到吸塵作用，這種現(xiàn)象就是反電暈現(xiàn)象。振打周期內(nèi)集塵層所帶的電荷是動態(tài)的，取決于釋放到陽極的電量與重新荷電電量的差值，供電電流越小，則越有利于克制反電暈。所謂“脈沖式供電有效克制反電暈”，其本質(zhì)就是平均電流較小。

解決計(jì)劃：低電流

①平均后續(xù)荷電電流小于荷電后的灰塵放電電流，使陽極板上粉塵積層的再次荷電量小于釋放電量，下降了粉塵層在極板上的電荷積聚。

②平均再荷電電流等于或略大于荷電后的灰塵放電電流，但到下次振打?yàn)橹梗蹓m層電量的積聚不足以發(fā)生反電暈。

（4）減少二次揚(yáng)塵

①下降了粉塵層對極板的吸引力，易振打脫落，在振打力度可調(diào)（如電磁振打）的情形下，可恰當(dāng)下降振打力度，減少二次揚(yáng)塵。

②不必?cái)嚯娀驕p壓振打，堅(jiān)持高場強(qiáng)集塵狀況，則有效克制二次揚(yáng)塵。

③避免深度火花放電，減少因火花擊穿而造成的擾動二次揚(yáng)塵。

（5）大幅度節(jié)能

一、二電場，粉塵濃度高，粒徑較大，粉塵荷電用電量也相應(yīng)增添。但粉塵荷電用電量不足目前傳統(tǒng)電源耗電的2%，對電除塵總耗電量基礎(chǔ)沒有影響。但高濃度的荷電粉塵會使電場電阻變小，其它電源，為實(shí)現(xiàn)較高場強(qiáng)，被迫輸出了較大電流。從表面現(xiàn)象看，確切注入了較多能量。但電流越大，造成局部火花放電越多，通過粉塵而傳導(dǎo)的電量也越大，形成揮霍。火花放電，時(shí)光占比很小，但耗費(fèi)能量宏大。火花放電始發(fā)點(diǎn)與電場介質(zhì)相干，粉塵濃度高，更易閃落，這也是造成“一、二電場輸入很高能量”的原因。臨界脈沖電源避免了火花放電（全貫串火花放電和局部火花放電），大幅度節(jié)電。

綜上所述，而臨界脈沖電源技巧在這些主要方面實(shí)現(xiàn)了革命性的突破，目前是世界上減排后果較強(qiáng)同時(shí)節(jié)能幅度較大的電源，是超凈排放中電源的幻想選擇。今后將引領(lǐng)除塵電源技巧發(fā)展方向。