水泥行業(yè)靜電除塵器高壓電源技術(shù)考察

  一、水泥廠除塵面臨的形勢(shì)

  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，還產(chǎn)生火花放電對(duì)除塵器本體造成電腐蝕，衰減除塵效率，縮短使用壽命。新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求，一般地區(qū)水泥窯粉塵排放要求降到30mg/Nm³以下，重點(diǎn)地區(qū)要求降到20mg/Nm³以下。水泥廠窯頭窯尾除塵器的提效改造勢(shì)在必行。

  二、除塵技術(shù)方案的對(duì)比

  隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的大幅度提高，原靜電除塵器性能難以滿足環(huán)保要求，一時(shí)期曾出現(xiàn)由靜電除塵轉(zhuǎn)為布袋或電袋除塵方式的傾向。布袋及電袋除塵器雖然能基本滿足目前環(huán)保達(dá)標(biāo)的基本需要，但由于其阻力大、電耗高、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高、故障率高、維護(hù)管理不方便、二次污染等弱點(diǎn)，只能作為一定范圍內(nèi)的不得已的選擇。

  布袋、電袋與靜電除塵的對(duì)比：

  在阻力、電耗、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用、故障率、維護(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(yáng)極板”、“徑流式電除塵器”、“煙氣調(diào)質(zhì)或微顆粒凝聚”、“本體擴(kuò)容”等技術(shù)，由于空間、成本、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用、安全穩(wěn)定性、二次污染、適用條件、實(shí)際效果等局限，難以普及，不適合水泥行業(yè)使用。所以，除塵電源及其控制系統(tǒng)的技術(shù)性能突破就成為除塵領(lǐng)域期待的聚焦點(diǎn)。

  三、除塵電源的選擇

  近年，在改進(jìn)電源供電方式的過(guò)程中，設(shè)計(jì)思路不斷創(chuàng)新，電源性能不斷提升。市場(chǎng)上除了正在淘汰的“工頻電源”及其過(guò)渡性的“三相電源”外，有“高頻”、“脈沖”、“臨界脈沖”等新型電源。

  3.1新一代臨界脈沖電源技術(shù)特點(diǎn)

  3.1.1 臨界脈沖電源的基本原理

  臨界脈沖電源采用“硬件儲(chǔ)能與限能、軟件監(jiān)視電壓變化趨勢(shì)”的控制方式，從能量梯度控制入手，使工作點(diǎn)保持在空氣放電特性曲線的最高點(diǎn)及其的右側(cè)很小的區(qū)域內(nèi)。體現(xiàn)“可變內(nèi)阻”特性，即，“限能”抑制流注生長(zhǎng)，避免產(chǎn)生火花放電。同時(shí)，“儲(chǔ)能”以保持高電壓。

  3.1.2 臨界脈沖電源的技術(shù)特點(diǎn)：

  （1）具有高效節(jié)能和長(zhǎng)期穩(wěn)定的本質(zhì)

  ① 臨界脈沖（柔）特性：

  臨界脈沖電源具有“硬件儲(chǔ)能與限能”和“微脈沖” 式供電特性，輸出的電壓隨著工況(電場(chǎng)內(nèi)溫度、濕度、壓力、粉塵濃度、粒度、比電阻以及市電波動(dòng))的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)適應(yīng)，使輸出電壓值穩(wěn)定位于火花始發(fā)點(diǎn)以下臨界區(qū)。

  無(wú)須大幅降壓或關(guān)斷以熄滅火花，連續(xù)輸出臨界電壓，可實(shí)現(xiàn)最理想的也是運(yùn)行中最高的場(chǎng)強(qiáng)（荷電場(chǎng)強(qiáng)、驅(qū)進(jìn)場(chǎng)強(qiáng)）。

  使電場(chǎng)保持在“二次電子崩”與“流注初期”狀態(tài)，空間自由離子密度最大，荷電效率最高。

  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(qū)的同時(shí)，避免了大量的無(wú)效電耗，實(shí)現(xiàn)小電流供電。而且，采用高頻技術(shù)功率因數(shù)高。

  ③ 避免電腐蝕：由于臨界脈沖電源技術(shù)在供電過(guò)程都處于無(wú)深度火花放電狀態(tài)，避免了對(duì)除塵器本體極線、極板的電腐蝕。

  臨界脈沖電源的提效節(jié)能示意圖如下：

  （2）高效集塵

  ① 場(chǎng)強(qiáng)：平均輸出電壓越高，電場(chǎng)越強(qiáng)，則荷電場(chǎng)強(qiáng)和驅(qū)進(jìn)（集塵）場(chǎng)強(qiáng)越大。使輸出電壓一致保持在“臨界區(qū)”（靜態(tài)火花始發(fā)臨界線及其下面的3%以內(nèi)的區(qū)域），可實(shí)現(xiàn)最理想的也是運(yùn)行中最高的場(chǎng)強(qiáng)。

  ② 空間自由離子：煙塵通過(guò)的空間，自由離子越多，則荷電時(shí)間常數(shù)越短，荷電速度越快。使電場(chǎng)保持在“二次電子崩”與“流注初期”狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)空間自由電荷最多，荷電效率最高。

  ③ 抑制電暈封閉：高場(chǎng)強(qiáng)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(tài)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(yùn)動(dòng)：低比電阻粉塵離開(kāi)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

  解決方案：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(yáng)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?yàn)橹?，粉塵層電量的積累不足以產(chǎn)生反電暈。

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  （4）減少二次揚(yáng)塵

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

  ② 不必?cái)嚯娀驕p壓振打，保持高場(chǎng)強(qiáng)集塵狀態(tài)，則有效抑制二次揚(yáng)塵。

  ③ 避免深度火花放電，減少因火花擊穿而造成的擾動(dòng)二次揚(yáng)塵。

  （5）大幅度節(jié)能

  3.6 三種新型電源的對(duì)比

  臨界脈沖電源，確保比工頻供電減排70%以上，實(shí)現(xiàn)節(jié)能50%；在確保比高頻、三相電源減25%以上的前提下，實(shí)現(xiàn)70%的節(jié)能；消除電腐蝕以使除塵器本體長(zhǎng)期穩(wěn)定高效運(yùn)行。

  五、臨界脈沖電源的應(yīng)用案例

  臨界脈沖電源目前已在中聯(lián)、中材、山水、中鋁等集團(tuán)完成了多個(gè)改造工程，并已進(jìn)入大規(guī)模推廣階段。

  典型案例一：棗莊中聯(lián)水泥有限公司

  棗莊中聯(lián)3#5000t/d生產(chǎn)線窯頭設(shè)有型號(hào)為“31/15/3×9/0.45”的靜電除塵器，電場(chǎng)數(shù)為三級(jí),截面積為215.5m²，通風(fēng)量為≤35萬(wàn)m³/h。高壓供電系統(tǒng)采用3臺(tái)1.8A/72KV的常規(guī)工頻電源。

  除塵器進(jìn)口濃度為8.8g/m³（10.1g/m³），煙氣溫度通常為110～130℃，最高溫度為250℃，出口排放為53.6mg/m³。

  2014年9月18日、10月10日，棗莊市中區(qū)環(huán)保局進(jìn)行了項(xiàng)目驗(yàn)收環(huán)境檢測(cè)，測(cè)試數(shù)據(jù)為14.9mg/Nm³，，遠(yuǎn)低于國(guó)家環(huán)保要求排放限值。

  典型案例二：臨朐山水水泥有限責(zé)任公司

  臨朐公司一期5000t/d熟料生產(chǎn)線窯頭收塵器使用的是西安礦山機(jī)械廠生產(chǎn)的電收塵器，型號(hào)為32/12.5/3×10/0.45。處理煙氣量580000m³/h，電場(chǎng)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(fā)電投運(yùn)時(shí)：120-165℃，余熱發(fā)電關(guān)閉時(shí)：230-350℃，瞬時(shí)最高煙氣溫度≤400℃，設(shè)計(jì)壓力-2000Pa，壓力損失≤200Pa，電場(chǎng)風(fēng)速0.91m/s。

  2015年5月15日，臨朐縣環(huán)保局進(jìn)行了項(xiàng)目驗(yàn)收環(huán)境檢測(cè)，多點(diǎn)檢測(cè)數(shù)據(jù)分別為11mg/Nm³、17mg/Nm³、18mg/Nm³，遠(yuǎn)低于國(guó)家環(huán)保要求排放限值。

  電源改造前后的輸出入功率：

  改造前后的輸入功率比較，改造后比改造前節(jié)能49%，每小時(shí)節(jié)省電耗50kwh；改造前后的輸出功率比較，改造后比改造前效率提高了44.7%。

  七、技術(shù)推廣及倡議

  新一代高效除塵臨界脈沖電源的問(wèn)世，很好的解決了工業(yè)塵源企業(yè)環(huán)保達(dá)標(biāo)壓力下的除塵器改造投資及運(yùn)行維護(hù)成本問(wèn)題。無(wú)需新增電場(chǎng)、僅更換除塵電源及其控制系統(tǒng)，就能夠滿足環(huán)保法排放要求，而且減低除塵電耗，并極大程度地消除了由于火花放電而對(duì)除塵器本體的電腐蝕。臨界脈沖電源將以其國(guó)際領(lǐng)先的減排節(jié)能性能，引領(lǐng)電除塵技術(shù)發(fā)展方向。