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水城水泥窑尾电收尘高压供电系统的改造及其结果分析 |
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作者： |
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摘要：本文详述了600T华新窑窑尾电收尘器高压供电系统的改造。通过采用三种不同电源系统对电收尘器进行供电，最终使用恒流源供电系统使排放量从最初的879．5㎎/Nm3下降到75．1㎎/Nm3。
关键词：窑尾电收尘器 煤矸石 恒流源 反电晕
§1概述
贵州水城水泥股份有限公司共有三条φ3.5×145m的日产600t华新窑生产线，原1#、2#窑尾各选用一台55m2二电场电收尘器，3#窑尾选用一台85m2三电场电收尘器，自投运以来一直没有达到设计要求。98年平顶山电收尘器厂对其3#窑电收尘器进行了设计改造，99年达到了合同要求的650mg/N m3排放要求。99年平顶山电收尘器厂又对1#、2#窑尾电收尘器进行了更新改造，改造方案是在原55 m2电收尘器后面串联新安装一台24/10/3×8/0.4-90 m2电收尘器，原55 m2一般作为沉降室用，必要时也可投运进行一级收尘。
用户提供的工况参数是：
烟气量 250000m3/H
入口含尘浓度 80g/Nm3
烟气温度 160-190℃
要求排放浓度 100mg/Nm3
一般湿法窑尾利用电收尘器收尘效果是很理想的，ω值的取值范围为8-11.5，考虑到该厂在原料中添加有煤矸石，影响粉尘的静电捕集作用，所以这次选择了ω=8，电场风速为0.77m/S。但在实际投运后测试的工艺参数如下：
烟气量 200000m3/H
入口含尘浓度 45g/Nm3
烟气温度 160-190℃
按这一情况推算，如要达标排放，实际使用中的ω值为5.9，电场风速为0.62m/S,这个值已是大大低于设计值。从测试的实际收尘效率来看，如按排放800mg/Nm3计算，则目前运行中的ω计算值为3.9。现场曾将原55m2电收尘器通电进行工作，此时变成一个五电场的收尘系统，排放也在150mg/N m3左右。
§2高压供电系统改造
2#窑尾电收尘器的高压供电系统先后进行了两次改造，投运初期是使用的浙江、上海某厂生产的可控硅电源系统（以后简称电源系统1#），运行四个月以后，排放不能达标，可控硅电源的控制系统改用美国某跨国公司的产品（以后简称电源系统2#），但效果不尽理想；最后改用上海激光电源设备厂的3型恒流电源系统（以后简称电源系统3#），排放最终理想达标。在高压供电系统改造的过程中，平顶山电收尘器厂对收尘器进行了大量的改进工作。表一不同电源运行水平及测试结果
注：2#电源系统使用反电晕工作方式 以上是三种电源系统均经过四个月至半年的稳定运行，经多次测试的结果。应该认为使收尘器能够排放达标，高压供电系统的改造起到了至关重要的作用。
§3恒流供电
§3.1恒流供电的基本机理
“恒流供电”从供电本质来分析的话，在电路理论上，其本质是电流源供电【1】【2】。
在目前的电气领域中，我们所用的大部分是电压源的概念，也即电压是通过电源设备给出，如电网、电池等。它们均属于电压源的概念范畴，即给定的是额定输出电压，如72kV、380V，220V，1.5V等，其工作电流则是由负载决定，负载的阻抗高，则工作电流小，电源输出功率小；负载的阻抗低，则工作电流大，电源输出的功率大，最大工作电流不能超过电源的额定输出电流。作为可控硅电源供电，其输出特性也是满足电压源的输出特性，但在电压调节方面，使用可控硅的移相触发导通，使得输出电压波形为缺角正弦波，从而改变输出的平均电压，对除尘器进行供电，如图一所示，（图一忽略ESP的电容效应和平波电抗器,导通角为90o），因此从数学上分析为i=f(u)，电流是电压的函数，电压是主变量，电流是应变量，电压与电流是多值对应的关系，即一个电压值有多个电流值相对应【1】，如图二所示。 
作为电流源供电。电源设备给出的是额定输出电流，如50A，100mA，50mA等，其工作电压则由负载决定，负载的阻抗高，则工作电压高，电源的输出功率大；负载的阻抗低，则工作电压低，电源的输出功率小；最高工作电压不能超过电源的额定输出电压。作为目前上海激光电源设备厂生产的恒流源，是用电抗器和电容器完成电压源和电流源转换的，它们输出电流可以调节，3型是手动调节，目前已经能满足除尘器供电的技术要求；为了满足现代企业对设备自动化的要求，上海激光电源设备厂生产多种形式自动控制的恒流高压直流电源：C型是单片机双CPU控制，中文选择菜单；P型，PLC控制，中文触摸屏操作；D型，DCS系统控制，上位机操作。其供电波形如图一所示。供电的伏安特性如图三所示，因此从数学上分析则认为u=f(i),电压是电流的函数；电流是主变量，电流与电压是一一对应的关系，即一个电流值只有一个电压值相对应，如图三所示。
§3.2恒流供电的特征
§3.2.1具有相对于除尘器负荷的正反馈工作特性
静电除尘器是利用高压电晕放电，使粉尘荷电，带电粉尘在静电场中定向迁移进行工作的，所产生的电流是位移电流，在电晕放电，粉尘荷电或荷电粉尘迁移发生困难时用电压源供电，均会产生二次工作电流减小，这相当于电除尘器本体的等效阻抗升高，在实际使用时，如粉尘浓度高，发生电晕闭塞，电晕线肥大，气流量增大，振打产生二次扬尘等，使电晕电流减小，虽然可控硅电源可以通过控制升高电压，但有半个工频周波的延时（10mS），日积月累以后，均会使得二次电流减小，最终使除尘效率下降。而作为恒流源供电，由于本体的等效阻抗升高，符合欧姆定律的原则，立即产生二次电压升高，增加驱进速度，克服和抑制电晕闭塞及二次扬尘等现象，保证收尘效率，正是这种正反馈特性，用电流源供电后，明显提高收尘效率，有效延缓电晕线肥大的发生，而且能保证电除尘器长期的除尘效率，详见表二。表二不同电源供电时的ESP工作状态
 §3.2.2提高电除尘器二次电压和电流的运行水平
§3.2.2.1有效抑制火花放电
火花放电是电除尘器工作运行和验收的标志，在多少电压下产生火花放电，是与除尘器极配和工况有关，产生火花放电标志注入到除尘器的功率已经到达极限水平，过高的火花放电率则会使除尘器失去除尘功率，过低则注入到除尘器的电功率未达到最大值。因此抑制火花放电的发生，能有效提高除尘器的供电水平，从而提高除尘效率。
火花放电即意味着电晕极与收尘极之间形成了放电通道，放电通道的发展，均需要不断地增加注入功率，其特征是放电通道的等效阻抗Rs不断减小，因此用电压源和电流源供电会产生不同的效果，如表三所示。表三不同电源供电时的火花放电通道的发展
Ps：注入到放电通道内的功率；Us：放电通道上的压降；Is：流过放电通道的电流。 因此在本体有机械缺陷的情况下，用恒流源供电能提高除尘器二次电压和电流的运行水平。
§3.2.2.2有单值对应的伏安特性曲线
如图三所示，以电流i为主变量，每一个电流值只有一个电压值相对应；而以电压u为主变量（如图二所示），每一个电压值有二个以上电流值相对应。在饱和区和最大值附近，电压有一个微小的变化，则会引起电流较大的变化，特别在饱和区电流值容易发生跃变，一般只能控制在饱和区以下工作。而用电流源供电时，可以在饱和区和最大值上稳定工作，而且电晕电流增加30％以上，电压略有增高，从而使电晕功率增加50％以上（含波形系数）。
§4恒流供电结果分析
从不同电源供电的排放测试结果分析（如表一所示），恒流供电后，其粉尘排放量分别是其他两种电源系统的八分之一和十二分之一，其测试结果好得难以使人置信，首先分析测试结果的可信性：
测试是由水城水泥股份有限公司环保安全处完成，其测试系统和测试方法与当地政府环保监测部门进行过比对，其测试误差在允许范围内。测试分别在13/04/2001和17/04/2001进行了五次，详细数据如表四所示。 表四恒流供电情况下1＃窑尾烟气排放测试
 注：13-04/01的1＃组测试时，三个电场的二次电压不够稳定，一电场尤甚，数次电压大幅下跌不起，经减小电流后又能恢复，所以在2组及17-04/01的测试中，均减小二次电流，以降低二次电压，避免出现二次电压大幅下跌的现象。
表四的数据来自水城水泥股份有限公司的测试报告和本厂的调试报告，从该数据分析，有四组数据在运行水平和排放量上都具有重复性，可以认为是可信的，作为13/14/01的1＃组数据的出现可以认为有两种原因引起，一种是除尘器内部的高压绝缘系统不能承受较高的电压，出现了可恢复性击穿，导致了这样一种结果，因可控硅电源的运行水平也较高，在二次表头上并没有出现这样的现象，因此可以排除；第二种原因则可以认为是出现了反电晕，反电晕的宏观电气特征是二次电流急剧增加，而二次电压急剧下降，工作在伏安特性的负阻区du/di﹤0，作为电流源供电，电流不能增加，只能电压下降作为最后的结果，由于电流不能增加，不能助长反电晕的进一步发生，此时只要减小二次电流，使除尘器稳定地工作在伏安特性的非负阻区du/di﹥0【1】，由于是电流源具有单值对应的电压，工作点稳定，在后面的四组测试中有效地避开了反电晕工作区，使得排放量大幅度降低。
根据图四，可以明显看出恒流电源的工作点是在1＃和2＃电源系统之间，由于1＃和2＃电源系统均是可控硅电源，属电压源供电，同一电压值有几个电流值相对应，一但工况有所变化，电流即会发生大的波动，而可控硅的工作有10mS的延时，因此要完全避开反电晕的工作状态有难度，总是会在运行中偶尔进入反电晕工作区，然后再退出来，这样就出现了1＃电源系统的情况，运行水平高，但排放量也高；而2＃电源系统则彻底避开了反电晕区和电流多值对应区，则出现了电晕功率不够，排放量还是不能达标。
由以上分析可以看出恒流源供电具有单值对应的电压，使除尘器工作点稳定，能有效地避开反电晕区，使得排放量大幅度降低。
致谢
感谢贵州水城水泥股份有限公司为本次改造提供了全面配合和测试工作！
感谢平顶山电收尘器厂为本次改造提供了详实的除尘器工作和设计参数！
感谢上述两单位有关部门和个人为本次改造所做的工作！
参考文选：
【1】 电流源供电对电除尘器伏安特性的影响，陈宇渊，第八届电除尘学术会议论文集，PP291-292
【2】 《电路》（下册），邱关源主编，人民教育出版社，1982，PP175，195(end)
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(11/10/2008) |
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