高压电源能耗问题研究告报090101.doc

逆变电源与可控硅电源在电除尘中能耗与效率分析报告1：功率因数与能耗 一般来说，功率因数高低对电源的效率有很大影响。可控硅电源的功率因数受到多种条件限制；一方面在设计制造时要考虑电场短路或火花放电时原边电流不能有过大浪涌，以防对电网及可控硅造成危险，其初次级间藕合系数比较低。当升压比较大时（1:100以上），这种结构大大降低了功率因数。要达到一定输出功率，铜损和铁损十分惊人。另一方面，电场的比电阻，温度，粉尘浓度变化较大时，可控硅导通角也大幅度摆动，电流波形严重畸变，变压器功率因数进一步下降，系统损耗迅速增大。实际上，电场参数稍有变化就足以造成控硅电源功率因数急剧下降，能效比按指数规律衰减，电场稳定性变差。逆变电源从原理上克服了以上以上缺点，其电路结构示意如下图： 当电场的温度，粉尘浓度，比电阻等参数变化时逆变电路将以50khz高频调节脉宽，十微秒的调整周期能轻松满足各种电场状态，即使火花放电或短路也不会给电网造成电流冲击和畸变。低压侧采用三相平衡输入，满功率输出时，功率因数大于93%，逆变效率可达95%。2：粉尘荷电效率与能耗0Iv 可控硅电源受单相工频电网的限制，其高压输出电流以10毫秒周期作不规则波动。在电压的峰值段，电流较高，往往超出电晕放电状态进入负阻抗区（v-I曲线如右图）。电能主要以沙状放电的形式转变为热量；当电压处于低谷段时（正弦波的1/4电晕放电区以下及3/4以上），电流较小直至沙状放电区接近零，此时电场工作在封闭区，电场封闭区火花放电区粉尘难以荷电。我们从电源显示仪 表上看到的电流及功率是平均值，往往高得惊人，但收尘效果不理想。多年来，可控硅电源对电场瞬态响应适配不好，必需运行在火花状态，依赖火花放电来调整导通角。尤其是导通角较大时问题显得十分突出，常常造成工作不稳定甚至无法开机。 逆变电源工作频与波形不受电网限制，50khz的逆变方波经高频高压整流后形成平稳的直流恒流源。正常情况下，进入沙状放电前，VI关系有明显拐点，电路以千倍的工频速度精确调整。几年来，我们在的多个行业进推广，使用情况与理论分比较吻合。绝大多数情况下可以做到无火花运。逆变电源动态极宽，在0V至80KV范围内，其输出电流都能做到（微秒级）快速精准的响应，保证每个瞬时值处于最佳荷电区，粉尘荷电效率成倍提高。实践证明一台150mA/80kv逆变电源多数场合能直接代替一台800mA/100kv可控硅电源,而且收尘效果显著改善。从逆变电源的显示仪表上可以看到，工作电流小了，电压稳定度远高于可控硅电源。3：电源自身变换损耗 可控硅电源采用单相供电模式，需要庞大的变压器，电抗器和控制柜。如果将线圈和主回路展开，其长度可达数公里总重达几吨。变换过程中铜损和铁损是惊人的。从实际工况来看，其效率一般低于50%。逆变电源变换链总长度不过几百米，总重不足百公斤，整个运行过程是柔性软开关变换，满功率时其效率达94%（实测值）。在电场不理想的情况下，电源常常以半功率运行，此种情况下测试效率一般也在85%以上。4：实例介绍华新水泥阳新分厂日产5千吨生产线窑头电除尘器，原设计中采三台1600mA/72kv可控硅整流器，经过一年运行，因极板轻微变形导致除尘器无法正常工作，其中一台整流器烧毁。厂方决定改用三台300mA/80kv逆变高压电源替代原来配置的可控硅整流器，结果，第一级电场因短路不能运行，后两级可以运行在5万伏左右，出口排放浓度底于100毫克。如果对第一进行适当修复，除尘器的排放可控制在50毫克以内。河南灵宝新凌铅业有限公司，主要从事有色金属开采。多年来，烟尘处理是个难题。因粉尘成份复杂，颗粒极其微小，出口温度高，湿度变化大，导致袋除尘无法使用，传统电除尘不能达标，一般排放只能维持在500毫克上下。该公司尝试用一台300mA/80kv逆变高压电源替代原来第一级800mA/72kv可控硅电源，第二，三两级不变。结果出人意料，排放浓度降低到30毫克上下。有时竟低至十几毫克。原先不稳定的二三级也变得很稳定。逆变高压电源对电场动态捕抓能力强，粉尘荷电效率高，在这种场合得到体现。近一年多来，我们对旧除尘器维修的同时，选择一些有代表性的电场用逆变高压电源替代可控硅电源，除尘效率显著提高。通过对比测试，节电普遍超过50%。示范工程有：萍钢九江分公司第一，二期工程电除尘器；湖北宜化集团福瑞德化工有限公司电除尘器；湖北华新水泥有限公司阳新分公司5000吨线窑头电除尘器；河南灵宝新凌铅业有限公司电除尘器；黄石柠檬酸厂电除尘器；湖北新冶钢东方管业有限公司电除尘器；小结 电除尘过程中，高压