水泥廠窯頭窯尾好新靜電除塵高壓電源技術

臨界脈沖電源技術特點

臨界脈沖電源是將380V三相交流電經整流濾波成直流，再逆變為高頻交流，經高頻變壓器升壓后，再經“臨界柔性模塊”變為帶有微小脈動的平穩直流。國際首次提出“空間自由離子密度對除塵效率的影響遠大于場強”的理論并進行了量化，國際首次提出“臨界區”的概念并量化應用。臨界脈沖電源全面突破了現有工頻（單相、三相）、高頻及脈沖除塵電源增效節能的瓶頸，實現了大幅度（70%以上）減排的同時大幅度（30～80%）節能，并避免了火花放電產生的電腐蝕從而使本體性能長期高效穩定運行。

臨界脈沖電源的應用案例

水泥行業

我國水泥廠的窯頭窯尾除塵器后面是沒有脫硫裝置的，靜電除塵沒有“脫離洗塵”的“兜底兒”，真實穩定減排，成了不容含糊的硬指標。在行業除塵器本體普遍遠劣于火電廠的基礎上，只改三級電源，就要使粉塵濃度從55mg/Nm3左右減為15mg/Nm3左右，穩定在20mg/Nm3以下，其它除塵電源都望而卻步。臨界脈沖電源目前已在中聯、中材、山水、天山等集團完成了多個改造工程，并已進入大規模推廣階段。

典型案例一：棗莊中聯水泥有限公司

棗莊中聯3#5000t/d生產線窯頭設有型號為“31/15/3×9/0.45”的靜電除塵器，電場數為三級,截面積為215.5㎡，通風量為≤25萬m3/h。高壓供電系統采用3臺1.8A/72KV的常規工頻電源。

除塵器進口濃度為10.1g/m3,煙氣溫度通常為110～130℃，高溫度為250℃，出口排放為52.6mg/m3。

2014年9月18日、10月10日，棗莊市中區環保局進行了項目驗收環境檢測，測試數據為14.9mg/Nm3，遠低于國家環保要求排放限值。

采用“臨界脈沖電源”進行了電改電，與原電除塵相比電耗減少41.8KW，按運轉率300天、0.59元/kWh計算，每年節約電費19.7萬元。與電改袋方案相比，每年節約電費67.87萬元。

典型案例二：臨朐山水水泥有限責任公司

臨朐公司一期5000t/d熟料生產線窯頭收塵器使用的是西安礦山機械廠生產的電收塵器，型號為32/12.5/3×10/0.45。處理煙氣量580000m3/h，電場有效面積176.1m2，入口含塵濃度≤20g/m3，出口含塵濃度≤50mg/Nm3，正常煙氣溫度余熱發電投運時：120-165℃，余熱發電關閉時：230-350℃，瞬時高煙氣溫度≤400℃，設計壓力-2000Pa，壓力損失≤200Pa，電場風速0.91m/s。

2015年5月15日，臨朐縣環保局進行了項目驗收環境檢測，多點檢測數據分別為15mg/Nm3、17mg/Nm3、18mg/Nm3，低于國家環保要求排放限值。

采用“臨界脈沖電源”的電改電，與原電除塵相比電耗減少了47.54KW，節能率為49.2%。按運轉率300天、0.59元/kWh計算，每年節約電費20.2萬元。與電改袋方案相比，每年節約電費68.37萬元。

臨界脈沖電源的基本原理

臨界脈沖電源采用“硬件儲能與限能、軟件監視電壓變化趨勢”的控制方式，從能量梯度控制入手，使工作點保持在空氣放電特性曲線的高點及其的右側很小的區域內。體現“可變內阻”特性，即，“限能”抑制流注生長，避免產生火花放電。同時，“儲能”以保持高電壓。

臨界脈沖電源的技術優點

（1）具有高效節能和長期穩定的本質

① 臨界脈沖（柔）特性：

臨界脈沖電源具有“硬件儲能與限能”和“微脈沖”式供電特性，輸出的電壓隨著工況(電場內溫度、濕度、壓力、粉塵濃度、粒度、比電阻以及市電波動)的變化，自動調節動態適應，使輸出電壓值穩定位于火花始發點以下臨界區。

無須大幅降壓或關斷以熄滅火花，連續輸出臨界電壓，可實現好理想的也是運行中高的場強（荷電場強、驅進場強）。

使電場保持在“二次電子崩”與“流注初期”狀態，空間自由離子密度好，荷電效率高。

 其工作電壓如下圖所示：

② 高電壓低電流：在使電壓保持在臨界區的同時，避免了大量的無效電耗，實現小電流供電。而且，采用高頻技術功率因數高。

③ 避免電腐蝕：由于臨界脈沖電源技術在供電過程都處于無深度火花放電狀態，避免了對除塵器本體極線、極板的電腐蝕。

臨界脈沖電源的提效節能示意圖如下：

（2）高效集塵

① 場強：平均輸出電壓越高，電場越強，則荷電場強和驅進（集塵）場強越大。使輸出電壓一致保持在“臨界區”（靜態火花始發臨界線及其下面的3%以內的區域），可實現好理想的也是運行中高的場強。

② 空間自由離子：煙塵通過的空間，自由離子越多，則荷電時間常數越短，荷電速度越快。使電場保持在“二次電子崩”與“流注初期”狀態，可實現空間自由電荷好多，荷電效率高。

③ 抑制電暈封閉：高場強和高空間自由氣體離子密度，使電暈放電能力保持極高狀態而且，由于電流較小，減少了同量大顆粒粉塵的多余荷電量，抑制電暈封閉。

④ “Z”字型運動：低比電阻粉塵離開極板后，由于空間自由氣體離子密度高，迅速再次荷電，利于集塵。

（3）抑制反電暈

反電暈機理：當陽極板灰積到一定厚度時，比電阻高的灰在荷電后的負離子向除塵器陽極板趨近過程中，其荷電不容易釋放到陽極板，負離子逐漸積累到陽極板表面，與陽極板形成類似電容的電場，這個電場將抵消主電場，降低除塵效果；如果電場強度進一步加強后，這個電場將局部擊穿激發出反向正離子向陰極線遷移，造成除塵器電流增大，但消耗的電能沒有起到吸塵作用，這種現象就是反電暈現象。振打周期內集塵層所帶的電荷是動態的，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，則越有利于抑制反電暈。所謂“脈沖式供電有效抑制反電暈”，其實質就是平均電流較小。

解決方案：低電流

① 平均后續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，降低了粉塵層在極板上的電荷積累。

② 平均再荷電電流等于或略大于荷電后的灰塵放電電流，但到下次振打為止，粉塵層電量的積累不足以產生反電暈。

（4）減少二次揚塵

① 降低了粉塵層對極板的吸引力，易振打脫落，在振打力度可調（如電磁振打）的情況下，可適當降低振打力度，減少二次揚塵。

② 不必斷電或減壓振打，保持高場強集塵狀態，則有效抑制二次揚塵。

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塵。

（5）大幅度節能

一、二電場，粉塵濃度高，粒徑較大，粉塵荷電用電量也相應增加。但粉塵荷電用電量不足目前傳統電源耗電的2%，對電除塵總耗電量基本沒有影響。但高濃度的荷電粉塵會使電場電阻變小，其它電源，為實現較高場強，被迫輸出了較大電流。從表面現象看，確實注入了較多能量。但電流越大，造成局部火花放電越多，通過粉塵而傳導的電量也越大，形成浪費。火花放電，時間占比很小，但消耗能量巨大。火花放電始發點與電場介質相關，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（全貫穿火花放電和局部火花放電），大幅度節電。

綜上所述，臨界脈沖電源為我國首創，但已居國際領先地位。