软稳电源除尘技术简介教材

1、文档来源为 :从网络收集整理 .word 版本可编辑 .欢迎下载支持软稳电除尘技术简介张胜尊一、前言 在工业粉尘污染治理的多种除尘设备中，上世纪初发展起来的电 除尘器，由于它的除尘效率高、运行费用低、维护管理简单方便等特 点，使其在除尘领域中成了佼佼者，称强将近一个世纪，国内外大规 模或特大规模的除尘几乎都是采用了电除尘。但是，由于它的供电电 源及本体结构方面还存在着一些缺点，受到环保要求日益严格的排放 标准及节约能源的严峻挑战。 2004年 1月国家环保局发布的新标准要 求对空排放粉尘浓度不得超过 50mg/Nm 3。目前广泛使用的电除尘普 遍都达不到这个标准。早先布袋除尘由于它的阻力大、电

2、耗高、运转 费用高、故障率高、维护管理不方便等原因，一直被拒之于大规模和 特大规模除尘大门之外。但是，由于它能够比较容易达到排放浓度不 超过50mg/Nm3的标准，近几年来正向电除尘积极挑战，有些企业正 采用“电布袋”技术对旧设备进行改造。也就是对正在使用但排放不 达标的电除尘保留前面部分，而把后面部分改为布袋除尘。这种改造 虽然有效降低了粉尘的排放浓度，但是其阻力加大，势必加大风机和 电机，否则将影响通风量，也就是影响产量，可是更换风机、电机的 投资是相当可观的，更主要的是系统电耗增大、运转费用增高，此外， 维护管理也比较麻烦，破袋、脱袋时有发生，换袋费用也比较高。在 这种情况下，我们提出一

3、个全新的电除尘技术“软稳”电除尘技 术。它的新首先新在思路和理念上面，新在技术路线上面。它首先是 电除尘，保持了原来电除尘的除尘效率高、省电、维护管理方便等优 点，同时还能达到国家规定的排放标准。软稳电除尘技术，可以说是 在国际已经实施近 100 年常规电除尘技术的延伸和发展，它将使电除 尘在除尘领域中继续成为佼佼者，为环保节能、减排作出新贡献。二、“软稳”静电除尘技术节能减排原理（一）电除尘原理众所周知，电除尘的基本原理是利用高压电晕放电，使粉尘带上 了电荷，在静电引力的作用下，被集尘所捕集，从而达到废气净化的 目的。它的放电特性如图一所示。它属非线性，也正是气体导电的一 个特点。当放电电极

4、和集尘极之间加上电压，电压比较低的时候，也就是 V0 以下，气体没有被击穿，回路没有电流，电场没有功率的消耗，也 没有除尘效果，此区为非击穿区；当电压升高至 V0 时，回路开始有了 电流，这个电流叫起晕电流，这个电压叫做起晕电压。当电压继续升 高时，回路电流呈曲线迅速上升，直至 Vf 开始火花放电，这个点叫做 火花始发点，从 Vo至Vf之间的放电叫做电晕放电，这一区间叫做电 晕放电区，也就是围绕着放电极周围的气体被局部击穿。当两极间的 电压到达Vf以后，开始火花放电，这区为火花放电区，在这一区间气 体全路被击穿。电场能耗对除尘毫无作用，纯属于浪费。真正能起到 除尘作用的是在 Vo至Vf之间的电

5、晕放电区，并且接近火花始发点 Vf 临界处效果最佳。（二）常规电除尘 国际上，上世纪初发展起来的常规电除尘，其供电的高压电源的 技术路线， 是采用工频 22oV 或 38oV 通过铁芯变压器直接一次升压至 几万伏，再经整流成为硬特性的脉动直流，其特点：一、电源性能属 硬特性；二、电源的波形属于脉动性。其电压波形如图二所示，它所 沿用的学术观点是美国学者科特雷尔和怀特先生等人的观点： 一是“脉 动直流比稳定直流优越” ；二是“电源工作电压最佳点是在火花始发点 以上某一处”，关于电压波形对除尘效率影响的问题， 国际电除尘权威 怀特先生曾经有这样一段论述： “科特雷尔在其早期的试验中， 曾就未 滤波

6、的整流机组所得到的脉动电压与整流机输出电路上增加一个滤波 电容器所得到的稳定直流进行了比较。结果证明，脉动电压肯定地优 于稳定直流电压，这主要是因为稳定直流电压的火花特性不好，脉动 直流的峰值能提高除尘效率，而谷值则能抑制火花放电。长期以来的 经验肯定了这个结论。在单区电收尘中，普遍采用未过滤的电压。 ” 关于火花放电的问题， 怀特先生有这样一段论述： “电收尘的操作 电压最好是提高到发生火花放电，但又不太严重的境界。电收尘 每个电场都有一个火花放电速率的最佳值，这个值一般为每分钟 100 次左右，这时，由于电压提高所取得的效益，恰能抵偿电收尘火花放 电所造成的烟尘损失。如再提高电压，那么由火

7、花放电所造成的损失 就会增大。最佳火花放电速率的原理导致了自动调压系统的发展 和广泛的应用。 ”所以，迄今为止，国内外大规模或特大规模除尘的场合通常用的 常规电除尘，都是使用未滤波的脉动电源，并且设立火花自动跟踪、 自动抑制，把电除尘器的供电高压调整在所谓“最佳火化率”的状态 下运行。其实，怀特先生等人都是在常规电源的技术路线的情况下， 采用宏观的方法，在整个供电过程中，有高效、有低效和无效的综合 值得出这个结论。宏观方法是解决不了事情本质问题，也就不可能从 根本上解决电除尘目前电耗浪费问题，不久前的国际电除尘会议上， 国际专家普遍认为需增加输入到电场的能量，时下我国电除尘业内人 士也持同一看

8、法，其实如果不跳出输入到电除尘的传统理念，分不清 电场能耗哪部分属有效，哪部分属无效的话，盲目增加电场的输入能 量，它只是增加电场能耗的浪费而已，根本提不高除尘效率。正确的 方法，应该用微观的方法，抓住电除尘的本质，分清电场的有效功率 和无效用功，最大限度保留有效功，消除无效功。就目前的实际情况， 电场能耗 90%以上是属于浪费的，真正起到除尘作用的还不到10%，节能、减排的空间还很大，关键看是否能把无效功耗消除掉，保留其 有效的功耗。如果采用微观瞬时值的观念就会得出与传统观念相反的 结论：稳定直流比脉动直流优越和电源工作电压最佳点是在火花始发 点以下的临界处，不得进入火花放电，火花放电纯属于

9、浪费！ “最佳火 化率”实属于误导的概念。（三）软稳电源除尘技术 采用软特性准稳定直流电源简称为软稳电源，作为除尘器的供电 电源，在电除尘领域里是一个新的思路、新的技术路线。它能够给电 除尘带来了极大幅度的节能和减排。所谓软稳电源，“软”是指电源性质属于软特性， 它是针对常规电 源的硬特性来说的， “稳”是指电源的波形是一条稳定的直线，它是针 对常规电源的脉动性来说的。 “软稳”电源的技术路线是由工频 220V 或 380V ，经整流滤波成为直流电源，提供给振荡电路产生高频高压再 经几倍压整流迭加成为软特性准稳定直流作为除尘器的供电电源。它 的电压波形如图二所示。这种电源在 1979 年开始研

10、究， 1981 年开始 进入水泥厂实际使用， 1983 年通过技术鉴定以后至 1990 年在全国 200 多个厂家推广 700 多台的基础上，被国家科委列入第一批国家级推广 项目， 1992 年被国家环保局列为最佳环保实用推广技术 73项目之一。 2001 年以前实施这个项目的，全国有 22 个省市 500 多个厂家一共实 施 1500 多台套，都属于小型的，属第一代的软稳电源，其主振电路元 件采用晶体管。直至2001年5月21日第一台80川软稳电除尘在首钢 迁安矿投运成功才算进入大规模的除尘行列， 此时属第二代软稳电源， 其主振电路元件采用了可控硅。软稳电源的主振电路元件采用了 IGBT ，

11、应用于青岛双星热电厂 130T 炉配套的电除尘开始算进入了第 三代。如果从微观的瞬时值观点来说的话，通过图一的电晕放电特性图 可以看出，火花始发点以下的临界处是最佳。超过这个临界点进入了 火花放电，火花放电的实质是在电场中间正电荷和负电荷发生碰撞通 过光和热释放能量的物理现象，它并不是把电荷附给粉尘，所以对除 尘不起作用纯属于电能浪费。如何消除这种浪费？防止电压进入火花 放电区是至关重要，采用软特性准稳定直流就是一个有效的办法。稳 定直流是高效的前提。从图二可以看出常规电源的波形是脉动的，其 在一个周期里处于火花始发点以下的临界处只是a、b、c、 d4 个点，超过这 4 个点进入了火花放电区属

12、于无效，而远低于这 4 个点则属于 低效。但是稳定直流有可能在整个周期里每瞬间都处于火花始发点的 临界处，把所有这些点都集合起来，它就是平行时间轴的一条稳定直 线，能在整个周期都处于高效。所以，从这个意义上讲，应该是稳定 直流比脉动直流优越。由于电源工作实际环境不可能理想化了，废气 的温定、湿度、粉尘的浓度、颗粒度、市电的波动等都可能引起火花 始发点的偏移。因为常规电源特性属于硬特性，当要发生火花放电的 时候，它不能适应这种变化，其输出电压不跌落而导致火花放电的发 生，造成对除尘不起作用的浪费。但是软稳电源的软特性，当将要发 生火花放电时，相当于负载加重，而其输出电压马上跌落下来，抑制 了火花

13、放电的发生，而能适应这种不理想化的环境，这就是它的先进 之处。我们认为“稳定”是高效的前提，而“软特性”则是维持这种 高效的可能。软稳电除尘技术研究成果表明，火花放电对除尘不起作用，纯属 于浪费已经是不容置疑，就是肉眼看不见的属于超过火花始发点那部 分“脉动”波的消耗对除尘也是无效的浪费。下面进一步分析软稳电 源比常规电源极限除尘效率为什么高？通过图三，常规电源软稳电源 有效极限值比较图进行分析：如果确认火花始发点以下临界处是最佳点的极限值的话，那么常 规电源最佳点的极限值只是峰值a、b 两个点， 其有效值则是峰值的 1/V2,而软稳电源的最佳点是火花始发点以下临界处平行时间轴的一条 直线，每

14、时每刻都等于常规电源的峰值，即为常规电源有效值的2倍，即V稳=V 2V常规有效值。由于粉尘有效驱进速度3与两极间电压有下 列关系：3 =K V2式中K是一个常数，有效驱进速度3与两极间的电压平方成正比，由于V稳=V2V常规有效值，所以软稳电源的粉尘有效驱进速度3稳= V2稳=K（V2V 常规有效值 ）2=2KV2 常规有效值 =2 3 常规由式可以看出两种电源都处于最佳点的极限值的时候，软稳电源 有效驱进速度等于常规电源有效驱进速度的两倍，根据除尘效率多依 奇公式：q =1-e-3a/Q可以看出一级软稳电源供电能等于二级常规电源 供电的除尘效果，这就是软稳电源替代常规电源给除尘器供电能够减 排

15、的原理。软稳电源替代常规电源供其原来电除尘器供电，在青岛双 星热电厂130T/h发电锅炉配套的电除尘已充分展示出它的节能减排的 效果，通过当地的环保部门的测示， 用常规电源， 电场总功耗为 100kw， 排放浓度为130.4 mg/Nm3,改用软稳电源时，电场总功耗降至 24kw, 节电76%,排放浓度降至93.4 mg/Nm3,减排28.4%。如果减少一些节 电量，也就是给电场多增加一些功率，其排放浓度还将进一步降低。 这就为现在正在运行中的排放超标不太严重电除尘，采用更换电源简 单的方法实施排放达标成为可能。超标如果比较严重，通常都是采用 对本体进行加宽或加高或加长(增加电场数)的方法。此

16、法不仅大幅 度增加投资，而且也往往受到空间尺寸限制造成无法实施。然而软稳 电除尘技术，除其采用软稳电源供电以外，其本体的长、宽、高尺寸 不变的情况下，只对其内部结构进行适当调整，也能实现排放达标的 目标。软稳静电除尘技术主要包含除尘本体及供电电源两个主要部分。 除尘本体包含最新专利技术燃煤发电锅炉静电除尘装置( ZL36585 )，它是在软稳电除尘技术在社会广泛实践了20 多年设计了九个专利基础上新设计的第十个专利，它是比较系统、全面归纳前面 技术出来的新专利。它是通过供电电源的性质、波形、工作点和本体 电极结构、安装方式、气流走向及振打清灰方式的改变而达到节能减 排，粉尘排放不超过 50mg

17、/Nm 3的目标。三、技术特点及效益分析1、除尘效率高。采用“软稳”电源并配合于燃煤电锅炉静电除 尘装置，保证除尘效率达到 99.85%以上，在入口浓度不超过 25g/Nm 3的情况下，粉尘排放浓度不超过 50mg/Nm3。2、节电。 和常规电除尘相比，电场能耗节约 6080% 与布袋除尘相比，主要因布袋阻力大，引凤机配用电动机功耗 大。3、设备运行除尘效率衰减缓慢 常规电除尘新的时候，除尘效率比较高，但是随着运行时间的增 长，其除尘效率将下降明显，而软稳电除尘的除尘效率衰减缓慢。原 因是：常规电除尘在“最佳火花率”状态下运行，不仅是费电，而且 火花放电将对放电极的尖端产生电腐蚀，影响到放电效

18、果，因而降低 除尘效率。由于软稳电除尘技术，在整个过程中不产生火花放电，从 而不会造成电腐蚀，保证良好的放电状态。4、电除尘的安装，目前分为“户内式”和“户外式”两种，本来 安装在户内对维护管理比较方便， 户内安装是把高压变压器放在户内， 通过充油高压电缆把高压送到除尘器本体内， 早期大都采用这种方式， 但是高压电缆价格很贵暂且不说，严重的问题是高压电缆被击穿的事 故频频发生，所以后来被迫改为“户外式”安装，把高压变压器放到 电除尘本体顶部，不通过高压电缆而直接用裸线送到本体内部，从而 回避电缆被击穿的事。但这种方式存在着很大的安全隐患，必须给高 压变压器设立戒备森严的安全区隔离。除了除尘器的自重压在除尘器 顶部以外，还得为变压器检修在除尘器顶部设立小天吊，所有这些都 增加土建投资。但是软稳电除尘技术输电很安全很方便，高压电就和 控制柜一体，放在电控室，通过价格不高的普通高压电缆直接送至本 体内部。它之所以会有这么大的差别，是在于供电电源的特点和理念 的不同上，常规供电要在“最佳火花率”状态，可是这个“火花”发 生的瞬间将产生约 10 倍于其工作电压， 这么高的瞬态电压击穿电缆是 不足为奇的。软稳电源的“稳” ，它不会产生那种瞬态高压，也就