电除尘用复合式高频电源.doc

电除尘用复合式高频电源关键节能技术的开发及产业化可行性报告2012年4月一、背景和意义1、高压静电除尘器在工业环保治理设备中具有明显的不可替换的优点随着人类生产规模的扩大，空气污染日趋严重。粉尘是造成空气污染的主要污染物之一，据统计全世界每年向大气中排放的人为污染物的总重量估计为6亿多吨，其中粉尘约占16%。煤炭加工、采矿、电力、冶金、炼油、化工、造纸等工业都是粉尘的排放源。工业粉尘的大量排放，不仅会污染空气、危害人体健康，在某些情况下还会造成大量贵重材料的流失。为了减少工业生产中粉尘的排放量，保护大气环境，人们采用各种除尘装置来控制污染源排放的颗粒物对大气的污染。在各类除尘器中用得最多的是利用高压静电场力来除尘的各种高压静电除尘器（ESP），它具有除尘效率高、阻力损失小、耐高温、烟气处理量大、操作自动化程度高等特点，广泛应用。尽管目前许多场合采用了布袋除尘或电袋符合式除尘器，但由于维护费用高、滤袋二次污染的问题，使其发展的方向收到限制。根据国外大量使用更多级电场的电除尘器和极少采用布袋除尘器的实践，可以肯定，开发高效的电除尘器是工业烟气污染治理设备的方向。2、提高供电电源技术是提高电除尘器性能的关键目前电除尘器的数量占国内市场总量的75%，中国已成为世界电除尘器生产、应用大国。随着我国实施新的火电厂国家允许排放标准（30mg/m3）的颁布，使绝大多数现有的新、老电除尘器难以达到新的烟尘允许排放标准。其主要原因是后级电场中微细粉尘收集效率低的问题。要使电除尘器达到新的标准，通过更换电源来提高电除尘器效率是目前国际上提高电除尘器性能的主要手段。3、高频电源是电除尘电源的一个发展方向高压供电电源是静电除尘器的核心部分，其供电方式、运行方式及其控制方式的不同，对静电除尘器的除尘效率和运行稳定性具有重要的影响。传统的工业用高压电源一般采用交流调压，再升压整流的办法，其开关电路大多采用硅堆或者GTO来运行，频率不可能升的太高。这种电源控制简单，使用方便，但也存在电源效率低、变压器体积大、成本高、输出纹波大等缺点。随着功率电子器件大功率化、高频化的发展，为了解决传统静电除尘用电源的体积大、效率低的问题，人们开始提高静电除尘电源的工作频率，使其工作在较高的频率下。在高频条件下升压，将大大减小升压变压器的体积，同时还采用合适的变换技术使电源的开关损耗得到降低。其使用效果、输出特性和成本等也都比常规高压电源装置具有明显的优势。ESP用高频逆变电源是电除尘器领域标志性的配套供电设备，是典型的环保节能节材产品，高频逆变电源取代传统静电除尘电源是必然的趋势。4、常规工频电源的缺点传统的工频（50Hz）高压开关电源技术，在国内已经使用了二十几年，但具有以下的缺点：a.工作频率低，转换效率低至75%以下，耗费电能。b.变压器和滤波器体积大，重量重，耗费大量的铜和铁。c.电源输入为两相380V交流工频电源，又是工频相位调节，致使输入功率因数低至0.7以下，对电网造成很大的电磁干扰，电磁兼容性差。d.体积庞大的电源控制调节机箱和隔离升压用的工频变压器分居两处，耗费空间，增加基建费用。e.输出纹波大，致使电晕电压低下，波形又是单一的工频波，使得无法适应高比电阻的工况，达不到环保领域粉尘排放标准的新要求（2012 年我国火力电厂粉尘排放标准由90年代的200毫克/立方米降至30毫克/立方米）。5、其他厂家对高频电源的探索上述常规工频电源的缺点使其远远不能满足当今环境保护的发展要求。随着电力电子技术和高频开关技术的发展，特别是新一代功率电子器件如IGBT，MOSFET等的应用，高频逆变技术越来越成熟，各种不同类型和特点的电路广泛应用于直流直流变换、直流交流逆变等场合，使得电除尘用高频电源供电方式进入商业化应用已成为可能。由于开关集成电源应用了比常规变压/整流器更高的频率，变压器体积可以大为减小。另外，同常规的T/R相比，高频逆变电源提供了几乎无波动的直流输出，这使得静电除尘器能够在火花发生点电压下运行。高频开关电源提高了静电除尘器的供电电压和电流，对于细而低比电阻的灰尘，静电除尘器排放显著降低，提高了除尘效率多达30%。人们在常规工频其基础上做了许多改进，比如研制输入为三相相控整流以提高工作因素；在工频整流供电基础上研制调幅式LC恒流供电电源、间歇电源和脉冲电源以提高除尘器对某些粉尘或除尘环境的除尘能力。但基于晶闸管调压的低频工作方式的除尘电源，由于其低频工作的本质具有的许多缺点，已成为限制进一步提高除尘器除尘效果的瓶颈。静电除尘电源高频化的发展也成为国内外除尘行业的共识，这一方面国外走在了前列。 目前国际上的高频电源技术流派分二类，一类是以阿尔斯通为先导的直升式方案，另一类是以英国为先导的倍压式方案，二种方案各有优缺点，而且倍压式高频电源不能输出窄脉冲和充电比供电而影响除尘效率和节能（严格来说，倍压式高频不能算是真正意义上的高频电源），所以当前使用最多的是直升式方案。其容量最大的做到1.7A/70kV（119KW）（阿尔斯通产）。6、开发复合式高频电源的意义目前国内绝大多数主流静电除尘设备（1000MW火电机组）所配套的电源功率需要2.0A/72kV（输出功率为144kW）。因此需要开发更符合市场需要的高频静电除尘电源，本项目研发的正是大功率的高频静电除尘电源。综合目前国产高频设备在现场应用情况的调查，其稳定性是比较差的。我单位最为国内唯一掌握直升式和倍压式二种高频技术的厂家，如何结合直升式和倍压式的优点，开发出一款能够稳定可靠运行的大功率高频电源，用以替代进口产品，变的非常有必要。新的复合式高频电源，无论在单体规格、技术先进性和安全可靠性上，将处于国际先进的水平。二、国内外研究现状和发展趋势1、国内现状是设备故障率高，规格容量偏小我国是个电除尘器大国，我国电除尘器使用的电源过去和现在基本上都是工频50Hz的晶闸管相控整流供电。工频整流电源效率低、输出纹波大，不利于节能减排，消耗大量铜和铁，不利于可持续发展。而高频开关电源供电电源能够克服上述缺点，欧美发达国家都已经采用高频开关电源给电除尘器供电。近几年以来国内的电除尘企业也意识到节能减排和可持续发展的重要性，也已纷纷开展高频化电除尘电源的研制，并有也起开始小批量生产。武汉某公司研制的直升式高频电源采用三相整流后IGBT全桥软开关谐振逆变再经变压器升压和高压整流的基本拓扑，输出电压20-70kV，输出电流20-800mA，输出额定功率56KW，电源转化功率大于93%，开关频率为20kHz，因直升式高频的控制过于复杂，在实际使用中故障率偏高，市场推广极其困难。浙江某企业研制的128kW静电除尘用倍压式高频电源，其高压输出端采用升压变压器配合直流倍压电路来得到所需的高压。其产品输出额定电压为80kV，输出额定电流为1600mA，电源转化功率大于90%。在实际使用中，不能输出窄脉冲供电和进行真正的充电比供电而影响节能和除尘效率，特别具有代表性的内蒙古乌拉特电厂项目，一共采用4台倍压式高频电源，在3个月时间，因故障（变压器内电容爆炸和其他等原因）全部更换了一遍。另外，国内福建某企业也在从事高频化静电除尘电源的研制。整体来看国内与企业所研制的高频静电除尘电源输出功率都不高，直升式最高的容量是江苏某公司的产品输出额定功率115.2kW。因为功率越大，制造工艺和控制技术的难度也越大，因此国内研发的产品仅局限于中小功率等级的除尘电源。2、国外发展现状国外在高频静电除尘电源方面有比较大的技术优势，如美国的GE公司、丹麦的F.L.SMIDTH公司和法国的ALSTOM等公司都有相应的产品。法国ALSTOM公司的新产品开关集成整流器SIR（Switched Integrated Rectifier）是高频静电除尘电源的代表之作，具有业界较领先的水平，相对于传统的电源能够在相同的封装空间内传输大得多的功率。ALSTOM全球范围在役SIR电源有800多台（套），最大规格1.7A/70kV（119KW），在中国境内推广的实际规格只有0.4A/70kV至1.2A/70kV等几种规格。目前ALSTOM公司的这类产品单价约为人民币40多万元/套，是单相工频整流电源的5倍还多，相对较贵，因此应用也比较局限。国内以高频变压器技术为依托的高频高压电除尘器的研究起步较晚，对高效节能中高频变压器研发还处于比较空白的状态，目前通用的中高频变压器产品的实际输出效率一般只能达到40-60%，国内还没有成功的生产出大功率的高效节能的中高频变压器的生产厂家，中高频变压器的研发也没有重大技术突破。同时国际上这种技术也处于非普及的研究试用阶段，还没有全面的进行推广与应用，这个时候应该是我国进行这个领域研究的最佳的时期，学习在国际上的先进技术经验努力迎头赶上，我公司与浙江大学联合研制的规格2.0A/72kV（144KW）的高频电源已经取得突破性试验成功，有望今年能推向市场。3、发展趋势开关集成电源是以高频开关为基础的。该系统的电源由经过整流和滤波的供电电压供给。这个直流电流输给系统的核心是串联谐振变换器，它的输出接到升压高压变压器，然后经整流供给电除尘器的放电极。由于开关集成电源的“电流脉冲”频率是常规电源的几百倍，电压波动对它来说很小，即电压的算术平均值与电压的峰值、谷值相差无几，能对ESP投入更大的电流。因此开关集成电源具有在火花发生前提供更大的电流驱动能力，可以使供电功率成倍增长，从而提高了ESP的除尘效率。此外高频开关电源的功率因素高，对配电系统来说是一个很好的负载。它是一个与线路频率无关的可变脉动电源，可以给电除尘器提供一个接近从纯直流方式到脉动幅度很大的各种电压波形。这些特点都决定了高频开关电源是ESP供电的理想方式，在除尘、脱硫、净化烟气等方面都有应用前景，是一项具有广阔发展前途的技术产业。另外一个方面，从国内发展的情况和用户需求角度考虑，开发一款能够稳定可靠运行的大功率（144KW）高频电源，不仅将高频技术推向一个新的高度，而且也是有很好的市场潜力的。 三、项目主要研究开发内容、技术关键及主要创新点研发内容 1、电除尘用复合式高频电源采用模块化设计技术的研究 模块主要由主回路模块、逆变箱模块、控制箱模块、高频变压器模块组成，模块化的设计减小了体积和重量，提高了维护效率，方便操作和使用。 2、电除尘用复合式高频电源节能规律和自适应技术的研究优化电源主回路配电系统，高频变压器，控制系统等，减小电压波动，提高脉冲幅度、宽度、频率适应性，提高电压波形可调性，提高火花检测响应时间，提高电能利用率；在中试规模静电除尘器的实验研究，通过改变电压、波形、脉冲宽度、脉冲频率等电源参数研究静电除尘器性能的影响规律，掌握不同粉尘特性、烟气特性、极间距等条件下电源参数对能量输入规律、能耗规律及粉尘脱除效率的影响规律。3、电除尘用复合式高频电源大规格应用技术研究 提高高频电源规格、输出功率：主要通过IGBT模组并联技术，高频软开技术，大功率高频升压技术、非晶合金高压高频整流技术。 4、电除尘用复合式高频电源采用单电场分布式低压控制器的研究 控制器主要基于AVR单片机控制电场的振打电机、卸灰电机、瓷套加热/大梁加热、瓷轴加热、灰斗加热及显示进/出口温度、出口烟气粉尘浓度。 5、电除尘用复合式高频电源采用循环风冷技术的研究 循环风冷系统由高速离心风机、插片平板散热器、变压器波纹散热片控制器组成。主要是对高速离心风机及插片平板散热器组合形成有效风道的研究。6、电除尘用复合式高频电源在满载状态下突然开路的保护措施研究在满载状态下突然开路的条件下，高频变压器高压绕组和低压绕组匝间承受300kV以上冲击电压的绝缘措施研究，硬件快速保护电路的研究和软件快速保护的研究。7、运用IPAD作为操作终端IPAD作为苹果公司的产品，其操作系统IOS5.0.1相对比较封闭，采用IPAD提供的无线WIFI通讯，通过IOS5.0.1编程与IPAD无线网络连接，进行实时采集数据，效验参数，及远程监控。关键技术： 1、电除尘用复合式高频电源结合目前倍压式高频电源和直升式高频电源的优点，并将其很好的融合。 2、电除尘用复合式高频电源节能规律和自适应技术。3、电除尘用复合式高频电源采用模块化设计技术： 4、电除尘用复合式高频电源采用单电场分布式低压控制器技术 5、电除尘用复合式高频电源采用循环风冷技术 6、电除尘用复合式高频电源采用非晶合金等综合技术攻克单体2.0A/72kV（144KW）高频电源 。7、率先采用无线WIFI通讯，通过IOS5.0.1编程与IPAD无线网络连接，进行实时采集数据，效验参数，及远程监控。 8、电除尘用复合式高频电源在满载状态下突然开路的保护技术。创新点创新点1：复合式高频电源采用模块化设计，结构紧凑合理，更换方便，维护量极低。并且复合式高频电源联合“单电场分布式低压控制器”直接控制最多回路的低压设备，冗余组网简单可靠。复合式高频电源模块化结构分：主回路模块、逆变箱模块、控制箱模块、高频变压器模块。主回路模块：主要由断路器、交流接触器组成，主要完成配电功能；逆变箱模块：由整流桥、滤波电容器、IGBT、IGBT驱动板、平板散热器组成,完成三相整流、直流滤波、高频逆变过程；控制箱模块由高频控制器、控制电源模块、模拟量信号隔离转换模块、数字量信号隔离转换模块组成，完成对高频电源输入电流电压、二次输出电流电压、高频变压器温度、IGBT温度、排放浓度等信号采集，并根据反馈信号调节逆变器的频率、生成不同的工作方式，同时提供RS485接口、RJ45以太网接口、WIFI无线通讯接口完成系统组网及人机交互；高频变压器模块：由高频变压器、高频高压整流桥组成，逆变箱高频脉冲首先有高频变压器升压，经过高频高压整流桥整流，再由高压瓷瓶输出。创新点2：通过改变电压、波形、脉冲宽度、脉冲频率等电源参数研究静电除尘器性能的影响规律，掌握不同粉尘特性、烟气特性、极间距等条件下电源参数对能量输入规律、能耗规律及粉尘脱除效率的影响规律，形成单脉冲为200us、组合间歇脉冲波比为1-1000的自适应最佳供电技术。高频电源及控制系统，其独有的充电比供电模式，由控制系统根据工况的变化，对送入电除尘器本体内的运行电压，自动进行高、低能量脉冲的幅度比与高、低能量脉冲的个数比（宽度）闭环调整（不仅有高能量脉冲，而且有低能量脉冲，以维持除尘效率）。既为电除尘器本体提供较高的场强，又为电除尘器本体补充运行过程中消耗掉的能量，充分利用电感与电容的储能特性，最大限度地提高运行电压、降低运行电流。在维持或略有提升除尘效率的前提下，既避免了反电晕现象的出现，又可将以热能与光能的形式消耗掉的电能节省下来，从而实现节能创新点3：本项目采用非晶合金和大量的趋肤效应适应措施，使得变压器的温升35，提高了变压器长期运行的可靠性。变压器内部结构简单可靠，故障率极低。并且复合式高频电源主回路采用多处高效滤波，改善电源质量。主要信号全部采用线性隔离和光纤传输，通过电源雷击测试。电除尘高频变压器设计一般采用铁氧体，它的优点是铁氧体可做成各种形状的铁芯，可分离式的铁芯式结构方便设计，同时它的缺点也显而易见很低的最大电感量，很强的温度依赖特性，无法获得理想的磁特性和闭合磁路。采用超微晶的优点是其具有非常高的最大电感量，非常低的损耗，非常好的机械特性和温度稳定特性，缺点是目前只有环状封闭的铁芯形状，提高了设计和生产的难度表1：典型的电除尘高频变压器设计材料之比较材料铁氧体超微晶材料材料成分Mn Zn接近73.5 Fe磁导率150025002000030000铁损PFe,typ.(f=20kHz;B=200mT)9 W/kg1.4 W/kg铁损PFe,typ.(f=100kHz;B=200mT)110 W/kg35 W/kg饱和磁通密度B Sat.0.48 T1.2 T最高工作温度T max.100120图1：典型的电除尘高频变压器设计材料磁滞回线表2 典型的电除尘高频变压器设计材料，在室温和100下的饱和磁通密度比较名称25100偏离率铁氧体480mT375mT-22%超微晶1200mT1100mT-8% 本项目采用超微晶设计的主要优点：a、高效率低损耗：超微晶材料的磁导率比铁氧体高10倍以上（见表1数据），铁芯截面可以极大的减小，线包的直径可以减小，变压器可以做成更小的体积。线包的直径减小，在相同的变压器功率，相同的电流下，变压器的铜损更低。同时超微晶具有更低的矫顽磁力Hc（见图1磁滞回线），更高的电阻和薄的带材使它的涡流损失更低，变压器的铁损更低。铜损、铁损更低，变压器具备高效率低损耗。b、高稳定低温升超微晶材料具备更高的温度稳定特性高温下仍可保持高的饱和磁通密度（见表2数据），温度偏离率低，稳定性好。同时铜损、铁损更低，变压器具备更低的温升。趋肤效应适应措施：针对高频变压器低压包线圈低电压、高频、大电流的特点，低压包线圈采用特殊高频多股励磁导线绕制，它的一根导线由几千根极细的漆包线组成，每根细导线之间相互绝缘，电流从每根细导线的表面流过，极大降低了采用单一导线产生的趋肤效应。针对高压包线圈高电压、高频、小电流的特点，采用宽铜箔绕制，同比漆包线，极大的增加了到电面积，提高了散热性能，降低趋肤效应。同时在IGBT高频逆变回路采用了层叠母排导电组装技术，将IGBT、滤波电容器、整流桥连接与同一个层叠母排，极大降低了趋肤效应。高效滤波：图2：EMC滤波器电除尘高频电源的主回路进线端设有EMC滤波器，在电源进线端，由电感和电容组成的低通滤波电路所构成，主要作用是减少和抑制变频器所产生的电磁干扰，它允许直流或50Hz电流通过，对频率较高的干扰信号则有较大的衰减。防止高频电源逆变时的高次谐波进入电网，也能阻止电网的高次谐波进入高频电源。在EMC滤波器之后设有输入电抗器，可以抑制谐波电流，限制电网电压突变和操作过电压引起的浪涌电流冲击，平滑电源电压中包含的尖峰脉冲，或平滑桥式整流电路换相时产生的电压缺陷,它既能阻止来自电网的干扰，又能减少整流单元产生的谐波电流对电网的污染。提高功率因数、削弱电源电压不平衡的影响。创新点4：率先采用无线WIFI通讯，通过IOS5.0.1编程与IPAD无线网络连接，进行实时采集数据，效验参数，及远程监控。这几年内，无线AP的数量呈迅猛的增长，无线网络的方便与高效使其能够得到迅速的普及。目前市场上超过70%的笔记本都具有WiFi通信功能.随着手持设备和消费类电子产品成为增长的新动力。WiFi以其通讯速度快、移动方便等诸多优越性，在民用产品中，越来越多。这几年随着我国工业控制的发展，WiFi应用在工业网络通讯中也占有一席之地。且应用越来越多的趋势。我公司在引进国外软件ProSoft i-View的基础上开发了应用于高频高压电源的无线手持操作设备。允许在以太网/ IP和/或的Modbus TCP / IP网络进行远程监控和控制的过程值，利用无线802.11（WiFi）及/或蜂窝网络连接。操作软件视图提供了用于访问和监测变量（标签）和高频电源控制系统的内存界面（HMI）。操作软件基于IPAD的IOS系统上开发，能够与单台高频电源或多台高频电源相通过WIFI进行高速通讯。可以实现电场实时数据的观察、校验，并可对工作参数进行调整与设定。 IPAD具有体积小，携带方便等诸多优点，是未来几年的流行趋势和发展方向。我公司高频电源控制系统基于Modbus TCP/IP通讯方式开发，Modbus TCP/IP信号送到MOXA无线路由器后转换成无线信号送到IPAD,另一路Modbus TCP/IP有线信号送至上位机与其通讯。操作软件查看数据直接连接到高频电源控制系统的路由，不通过服务器或个人电脑。使用的iPhone / iPod和控制系统之间直接以TCP / IP连接，以最小的配置。通过广泛使用的密码和加密和隧道的TCP / IP和802.11技术提供的选项，保证数据的安全。每台高频电源控制系统都有一个唯一的Salve_ID号，输入正确的Salve_ID号后即可与控制系统进行数据交换，操作软件完全集成的条形码阅读器，将让你与你的IOS相机捕捉条码（QR码还支持）和发送到一个特定的高频电源控制器的条码。即可连接到一个远程高频电源控制器。操作软件具有操作、管理、维护三个用户等级。分别分配不同用户权限。防止因无关人员的误操作影响设备运行而造成不必要的损失。IPAD通过WIFI与高频电源控制系统进行数据交换可实现如下功能：a、实现高频电源的启停操作；b、实现高频电源一次电压/电流、二次电压/电流、IGBT运行温度、油温等 运行参数的监控c、实现高频电源一次电压/电流、二次电压/电流等参数的校验；d、实现高频电源故障信息的查看；e、实现高频电源一次电压/电流、二次电压/电流、IGBT报警温度、工作频 率等设定。在我国以往使用的高频电源（无论从国外引进还是国内自主开发）的就地操作设备都是使用触摸屏或者电源厂家自主开的文本显示器，此类就地操作设备与高频电源相连接都要采用硬接线方式。而高频电源为户外设备，外壳密封的比较严实。因此连接就地操作设备时必须停运设备后拆除高频电源外壳。不仅工作量大、危险性高且必须为晴天。给用户造成了很大的困扰。采用IPAD的ProSoft i-View软件后，很好的解决了此类问题。操作方便且安全性高。创新点5：在满载状态下能承受突然开路的冲击，并且能开路运行保护。目前所有的高频电源都明确提出，禁止突然开路及开路运行，其原因是：高频电源一次侧IGBT为实现软关断，采用串联谐振原理，串联谐振具有恒流特性，当二次侧突然开路时，在很短的时间内产生极高的电压（额定值数倍），如保护不及时或变压器高低压绕组耐高压工艺不过关，会直接导致高频变压烧毁。而在实际使用过程中，并不能绝对避免突然开路或由于操作失误的开路运行。为克服这个关键性的困难，我们请某空军雷达学院协助，参考了雷达高频变压器的系统设计，在变压器高低压绕组耐高压工艺、硬件电路快速判断、软件综合判断方面做了很多的研究的实验，彻底解决该问题。最终达到在满载状态下能承受突然开路的冲击，并且能开路运行保护。最终达到技术指标为：2.0A/72kV（144KW）在100%满载状态下能承受物理外力突然断开二次输出的开路的冲击（即瞬间I2为0），在拉弧的条件下，系统在10ms内产生保护，连续试验20次，不对设备造成损坏。在二次开路的条件下，设备开启，系统能识别并自动关断保护，不产生异响、击穿，连续试验20次，不对设备造成损坏。四、项目预期目标（主要技术经济指标、社会效益、技术应用和产业化前景以及获取自主知识产权的情况）。主要技术指标：1、 电除尘用复合式高频电源可以在200次/min的高闪络频率下长期运行。2、 电除尘用复合式高频电源具备单脉冲为200us、组合间歇脉冲波比为1-1000的自适应最佳供电技术。3、电除尘用复合式高频电源采用模块化设计，2.0A/72kV（144KW）规格的重量小于720KG，仅为常规电源的1/4。 4、电除尘用复合式高频电源联合“单电场分布式低压控制器”直接控制单个电场15个回路的低压设备，TCP/IP冗余组网简单可靠。5、电除尘用复合式高频电源采用循环风冷技术，风量达到1200m3/h，故障率低。摒弃油冷和水冷方案，减少了漏油（水）点，杜绝变压器油在高速循环中对油品质的影响。得益于风冷技术，IGBT逆变箱和控制箱是全密封的，解决一般高频电源的空气中异物堵塞过滤网造成风机损坏和腐蚀IGBT逆变箱和控制箱内元器件的缺陷。 6、电除尘用复合式高频电源率先采用非晶合金和大量的趋肤效应适应措施，单体规格（输出功率）达到2.0A/72kV（144KW），变压器的温升35，提高变压器长期运行的可靠性。变压器内部结构简单可靠，故障率低。6、电除尘用复合式高频电源主回路采用多处高效滤波措施，改善电源质量，其中3、5、7、9、11次谐波达到国家标准。主要信号全部采用线性隔离和光纤传输，控制系统通过电源雷击测试。7、2.0A/72kV（144KW）在100%满载状态下能承受物理外力突然断开二次输出的开路的冲击（即瞬间I2为0），在拉弧的条件下，系统在10ms内产生保护，连续试验20次，不对设备造成损坏。在二次开路的条件下，设备开启，系统能识别并自动关断保护，不产生异响、击穿，连续试验20次，不对设备造成损坏。完成经济指标：本项目共计累计投资资金达1120万元，累计销售收入4000万元，创税收共计1750万元，新增就业人数22人。社会效益因环保标准的不断提高，目前仍使用常规单相电源的电除尘器粉尘排放大多数已达不到新标准的要求（新的国家环保排放要求30mg），须进行技术改造。如采用扩大电除尘器容量或者增加电除尘器数量的方法，不仅要花费大量资金，而且可能还要停产，还要占用新的空间，相当数量的企业已经不具备扩容的硬件基础。电除尘用复合式高频电源由于在结构和工艺上与常规单相电源完全一致，操作和使用方法更加简单，产品成熟性和可靠性也基本一样，直接用高频电源替换现有单相电源，就能大幅提高排放标准。既不需要另加空间，对生产的影响也较小，是一个达到环保标准的理想选择。电除尘用复合式高频电源与传统的SCR（可控硅调压工频电源）相比性能优越，具有输出波纹小、平均电压电流高、工况适应性强、体积小、重量轻、一体化结构、转换效率高、功率因素高、三相平衡等多项显著优点。是传统SCR的革命性的更新换代产品。实现了电除尘器供电电源技术水平的质的飞跃。实践证明，1台330MW火电机组，使用高频电源采用前级电场增大供电功率，后级电场充电比节能模式运行，可以在不改变电除尘器本体的情况下，比采用SCR减少烟尘排放，具有明显的环保效益。使用复合式高频电源，采用前级电场增大供电功率，后级电场充电比节能模式运行，可以在不改变电除尘器本体的情况下，比采用SCR减少烟尘排放，具有明显的环保效益。使用复合式高频电源，供电损耗可减低30-80%，以300MW机组计，节电比例60%，年运行时间7200h，每年可节电597万kW，节电效益190万元。高频电源以其技术上的先进性和应用上的可靠性，能使电除尘排放符合国家环保新标准的要求，另一方面，通过对现有单相电源的改造来达到新的排放标准，避免了企业的重复投入，大大节约了社会资源，具有积极而广泛的社会效益。技术应用及产业化前景1、产业化前景新的环保要求给电除尘器和供电电源提出了新的课题。十多年来我国环保形势发生了巨大的变化，作为大气污染治理的主战场-火力发电厂装机容量增加了4倍，单机机组由300、600MW发展到1000MW，粉尘允许排放浓度由200mg/Nm3降低到30mg/Nm3，电站脱硫技术迅速发展，尤其是干法脱硫后要处理的粉尘浓度高达800-2000g/Nm3，这就要求电除尘器的除尘效率在99.99%以上，这些都给电除尘器本体和供电电源提出了新的课题。据统计，全国已建的1000MW机组76台，未来5年内在建和已审批的1000MW机组125个，这些机组均需输出功率为144KW以上的高频电源，市场蕴含量为4000套左右，产值将超过8亿。如果包括原1000MW以下机组的改造，市场蕴含量为20亿左右。我公司在多年的产品销售中，积极拓展市场渠道，积累了大批客户资源，并建立起品牌效应，目前我公司的生产能力为1000套/年，工装设备和内部管理系统均处于优良状态，储备用地充足，为高频电源的推广和产业化提供了保障，市场前景和潜力非常巨大。本项目还可以对市场上现役电除尘器高压供电装置进行升级，不仅提高了除尘器的工作效率，缓解了部分企业因环保排放标准的提高无法满足现行标准而面临的环保压力，并且大大节约了社会资源，避免了企业的重复投入，提高了整个行业的应用水平。2、技术应用前景ESP是国际上公认的高效率除尘设备，具有运行可靠、维护方便、电耗低、无二次污染等优点。过去、现在和将来，在火力发电、钢铁、冶金、造纸、水泥、轻纺、化工等领域都是以ESP除尘为主要手段。高频电源是电除尘器电源发展的必然趋势。正如上世纪八十和九十年代电子计算机、通信、电力电子等领域开关电源取代了可控硅电源那样，高频电源也将取代传统的SCR电源。高频电源作为新建电除尘器的首选电源配套设备，可使电除尘器供电技术保持先进性。如果新建的电除尘器仍选用原SCR电源，由于节能环保的要求，很快面临电源的改造局面而事倍功半、造成浪费。环保标准在不断提高，已建电除尘器粉尘排放大多达不到环保标准，必须进行技术改造。在一定的条件下，进行电源改造相对于本体改造，具有投资低、见效快、成本回收期短的明显优点。产品知识产权状况1、现有知识产权情况我公司在本项目上已申请发明专利一项，实用新型专利四项，外观专利四项，软件著作权二项。详细情况如下：序号专利名称专利类型专利号进展情况专利范围1电除尘用大功率高频高压整流变压器发明专利201010106864.3已授理中国2电除尘用高频高压变压器实用新型201120120570.6已授权中国3电除尘用大功率高频高压整流变压器实用新型201020109775.X已授权中国4电除尘用高频变压器实用新型201120120576.3已授权中国5新型高频变压器实用新型201120076449.8已授权中国6高频变压器外观专利201130051350.8已授权中国7电容板（一）外观专利201130050098.9已授权中国8电容板（二）外观专利201130050102.1已授权中国9高频除尘变压器外观专利201130050104.0已授权中国10电除尘用上位机软件软件著作权2010SR002577已授权中国11除尘器动态优化控制高频EHC软件软件著作权2011SR035026已授权中国2、预计新增知识产权预计新增专利4项，提交国内期刊论文二篇，EI收录论文一篇。五、 项目实施方案、技术路线、组织方式与课题分解。1、实施方案复合式高频电源的开发借鉴了STOCK模块式高频电源，ALSTOM高频电源和英国产倍压式高频电源的优点，得益于某大学能源工程学系、某环境保护燃煤大气污染控制工程技术中心和某省级环保装备科技创新服务平台的合作开发和帮助支持下，由我公司承担，公司由九名工程师和某大学教授级博士生导师、某职业技术学院某教授级高级工程师合作开发、制做、试验、鉴定的条件，完成该项目。 具体技术路线：通过对现有常规高压整流变压器存在的缺陷进行分析研究，结合高频高压整流变压器专利和设计思路，利用1：1试验模型得出具体分析数据，理论结合实际，提出重大改进措施，克服常规高压整流变压器的主要缺陷，以取得重大创新突破。2、 技术路线A、路线图调研立项、问题分析、查阅文献制定研发计划收集国内外电除尘运行工况参数高频电源变压器设计模拟试验及系统软硬件设计的改进现场试验、性能检测及改进规模生产及工艺确定建立高频电源优化控制模型高频电源控制系统分析和研究产品检测与控制建立生产线项目总结B、路线说明研发复合式高频电源，优化电源主回路配电系统，高频变压器，控制系统等，减小电压波动，提高脉冲幅度、宽度、频率适应性，提高电压波形可调性，提高火花检测响应时间，提高电能利用率；新型复合式高频电源在中试规模静电除尘器的实验研究，通过改变电压、波形、脉冲宽度、脉冲频率等电源参数研究静电除尘器性能的影响规律，掌握不同粉尘特性、烟气特性、极间距等条件下电源参数对能量输入规律、能耗规律及粉尘脱除效率的影响规律。调整和掌握复合式高频电源在批量生产条件下的技术和工艺改进。C、取长补短，优势融合倍压式高频电源的优点是控制简单可靠，缺点是变压器寿命短且结构复杂，由于倍压式高频电源大量采用电容倍压，并不能输出窄脉冲和进行真正的间隙供电，对于大部分电除尘器的收尘效果是不利的，严格意义上来说，其并不是真正的高频电源；直升式高频电源的优点是能够丰富的输出真正的窄脉冲和间隙（充电比）供电，其变压器寿命长且可靠，缺点是控制过于复杂和故障率高。电除尘用复合式高频电源完全结合目前倍压式高频电源和直升式高频电源的优点，并将其很好的融合。3、组织方式本项目采取我企业和某大学（国家重点实验室）合作研发的组织方式，由课题组人员进行软硬件控制系统设计、制作工艺的研究、试验，由企业组织批量生产销售。4、课题分解A、设计复合式高频电源-第一申请单位，合作单位共同完成B、试制样机-第一申请单位完成C、优化电源主回路配电系统，高频变压器，控制系统等，减小电压波动，提高脉冲幅度、宽度、频率适应性，提高电压波形可调性，提高火花检测响应时间，提高电能利用率。-第一申请单位完成D、复合式高频电源在中试规模静电除尘器的实验研究，通过改变电压、波形、脉冲宽度、脉冲频率等电源参数研究静电除尘器性能的影响规律，掌握不同粉尘特性、烟气特性、极间距等条件下电源参数对能量输入规律、能耗规律及粉尘脱除效率的影响规律。-合作单位共同完成E、工业现场试用的改进-第一申请单位，合作单位共同完成F、调整和掌握复合式高频电源在批量生产条件下的技术和工艺改进。-第一申