吳華明

摘 ?要：文章通過(guò)分析高頻電源原理與特點(diǎn)，以及在燒結(jié)機(jī)尾電除塵器的應(yīng)用情況，說(shuō)明鋼鐵行業(yè)燒結(jié)機(jī)尾除塵使用高頻電源可實(shí)現(xiàn)粉塵濃度長(zhǎng)期、穩(wěn)定低排放（出口含塵濃度≤30 mg/Nm3），達(dá)到國(guó)家2012年新出臺(tái)的《鋼鐵工業(yè)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》新要求，為日后鋼鐵行業(yè)燒結(jié)機(jī)尾電除塵器的電源選擇，或是老除塵設(shè)備的提效改造，提供借鑒意義。

關(guān)鍵詞：鋼鐵行業(yè);燒結(jié)機(jī)尾;電除塵器;高頻電源;低排放;30 mg/Nm3

中圖分類(lèi)號(hào)：TF805.34 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1006-8937（2015）36-0026-03

1 ?概 ?述

近幾年來(lái)，我國(guó)工業(yè)取得了高速發(fā)展，同時(shí)帶來(lái)的空氣污染也日益嚴(yán)重，越來(lái)越多的城市出現(xiàn)大面積的霧霾天氣，嚴(yán)重影響到人們的日常生活。鋼鐵工業(yè)是污染大戶(hù)，因此引起了國(guó)家環(huán)保部門(mén)的高度重視，為控制鋼鐵企業(yè)空氣污染，2012年國(guó)家環(huán)保部門(mén)針對(duì)鋼鐵工業(yè)出臺(tái)了新的排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

根據(jù)《GB 28662-2012鋼鐵工業(yè)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，燒結(jié)機(jī)機(jī)尾、帶式焙燒機(jī)機(jī)尾及其它生產(chǎn)設(shè)備，自2012年10月1日起，將執(zhí)行顆粒物新的排放標(biāo)準(zhǔn)，將顆粒物排放限值從早期的100 mg/Nm3、50 mg/Nm3，降低至30 mg/Nm3。

新標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行將對(duì)鋼鐵行業(yè)燒結(jié)機(jī)尾等環(huán)境電除塵器帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)，由于燒結(jié)機(jī)尾等環(huán)境除塵煙氣中含塵濃度較高（高時(shí)達(dá)30 g/Nm3以上），粉塵細(xì)，現(xiàn)有電除塵器所配的常規(guī)的單相工頻電源因其轉(zhuǎn)換效率低（一般在70%以下），電壓、電流平均值與峰值差異較大，電場(chǎng)電暈功率低，除塵效率提高受到很大限制。因此，常規(guī)工頻電源要達(dá)到≤30 mg/Nm3的粉塵排放相當(dāng)困難。鑒于此，迫切需要尋求一種高效電源以實(shí)現(xiàn)粉塵排放到達(dá)新標(biāo)準(zhǔn)的要求。

本文通過(guò)高頻電源原理與特點(diǎn)的分析，并結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用效果，來(lái)說(shuō)明高頻電源應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)燒結(jié)機(jī)尾電除塵器實(shí)現(xiàn)低排放的可行性。

2 ?燒結(jié)機(jī)尾除塵的特點(diǎn)與電源現(xiàn)狀

鋼鐵廠燒結(jié)機(jī)尾卸料端的除塵（簡(jiǎn)稱(chēng)燒結(jié)機(jī)尾除塵），機(jī)尾卸料端包括機(jī)尾卸礦處、單輥破碎、熱篩、冷卻設(shè)備的受料、卸料點(diǎn)。這些部位所產(chǎn)生的粉塵量較高，且受燒結(jié)工藝、吸塵點(diǎn)斷面風(fēng)速等因素的影響，粉塵濃度波動(dòng)很大?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)表明，機(jī)尾除塵入口煙氣粉塵濃度一般在20 g/Nm3左右，高時(shí)能達(dá)到34 g/Nm3以上;粉塵顆粒細(xì)，小于10微米以下的粉塵占7%～50%不等;煙氣平均溫度為60～160 ℃;粉塵比電阻在109～1 011 Ω cm之間。

當(dāng)前，電除塵器以其處理煙氣量大、效率高、阻力低、運(yùn)行維護(hù)成本低、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)布袋除塵器得到市場(chǎng)更多的青睞，但電除塵器的除塵效率受影響的因素較多，其中供電電源性能最為關(guān)鍵，其性能好壞直接影響到電除塵器效率的高低。根據(jù)電除塵多依奇公式可知，對(duì)于同一臺(tái)電除塵器本體，在煙氣工況相同的情況下，粉塵的驅(qū)進(jìn)速度越大，除塵效率越高。而驅(qū)進(jìn)速度與電場(chǎng)平均電壓與峰值電壓成正比，即電場(chǎng)電壓越高，除塵效率也越高。因此，為獲得更高的除塵效率，選擇一種更能提高電場(chǎng)運(yùn)行電壓的電源至關(guān)重要。

當(dāng)前用于電除塵上的電源種類(lèi)較多，主要有可控硅調(diào)壓?jiǎn)蜗嚯娫?、三相電源，還有恒流電源，高頻電源，脈沖電源等。一直以來(lái)，因早期環(huán)保要求不高（一般能滿(mǎn)足100 mg/Nm3以下即可），同時(shí)考慮到投資的經(jīng)濟(jì)性，機(jī)尾除塵電源幾乎全為可控硅調(diào)壓?jiǎn)蜗喙ゎl電源。

隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，加之機(jī)尾除塵入口濃度較高，粉塵較細(xì)，采用工頻電源往往電流較低，電壓不高，除塵效率很難有大的提升，粉塵排放達(dá)到50 mg/Nm3尚且能基本滿(mǎn)足，但要達(dá)到30 mg/Nm3以下的排放要求，工頻電源則很難實(shí)現(xiàn)。

鑒于此，為大力提高機(jī)尾電除塵器除塵效率，以滿(mǎn)足日益嚴(yán)格的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)要求，討論研究推廣一種高效電源用于機(jī)尾除塵很有必要。

3 ?高頻電源與提高除塵效率原理

3.1 ?高頻電源原理與特點(diǎn)

3.1.1 ?高頻電源工作原理

高頻電源工作原理，如圖1所示，380 V三相交流電源，經(jīng)整流器整流成直流電源后，再通過(guò)全橋串并聯(lián)諧振電路逆變成高頻交流（其工作頻率可達(dá)到40 kHz），之后經(jīng)過(guò)高頻變壓升壓與高頻整流器整流，輸出0～80 kV的直流高壓電源至電除塵器電場(chǎng)。

3.1.2 ?高頻電源特點(diǎn)

其特點(diǎn)主要有：

①高源電源輸出電壓高、電流大、頻率高，能大幅提高除塵效率，通常能提高除塵效率達(dá)30%以上，有時(shí)能達(dá)到70%。

②效率高電耗小，相比工頻電源節(jié)電20%以上。高頻電源的功率因素大于0.9，轉(zhuǎn)換效率在90%以上，而工頻電源效率一般不到70%。

③高頻電源為三相電源，相對(duì)單相工頻電源對(duì)電網(wǎng)影響很小，無(wú)缺相損耗，對(duì)電網(wǎng)不會(huì)造成污染，屬于綠色電源。

④高頻電源變壓器與控制柜為一體式，體積小、重量輕，不到工頻電源三分之一。

3.2 ?提高除塵效率原理

高源電源輸出電壓高、電流大、頻率高，能大幅提高除塵效率，通常能提高除塵效率達(dá)30%以上，有時(shí)能達(dá)到70%。其提高除塵效率的原因主要有三：

第一，高頻電源紋波系數(shù)很小，輸出電壓波形近似一條直線，因此大大提高了電除塵器的運(yùn)行平均電壓和電流，可有效抑制電暈封閉的發(fā)生，非常適合于比電阻較適中的粉塵和粉塵濃度較高的煙氣工況。高頻電源直流供電波形，如圖2所示，間歇供電二次電壓波形，如圖3所示。

由電除塵理論可知：

η=1-e■W=1-e-fw

w=kαΕ2/μ=βVPVAV

式中：η為除塵效率;

A為收塵極板面積;

Q為煙氣量;

f為比集塵面積，ω為粉塵驅(qū)進(jìn)速度;

E為塵粒所處的電場(chǎng)強(qiáng)度;

μ為滯-粘系數(shù);

k為系數(shù);

a為塵粒半徑;

β為常數(shù);

Vp為二次電壓峰值;

VAV-二次電壓平均值。

從上述公式可知，電除塵器除塵效率與電壓峰值與平均值乘積成正比，因此，對(duì)于同一臺(tái)除塵器，在煙氣工況不變的情況下，電場(chǎng)運(yùn)行電壓峰值與電壓平均值越高，電除塵器效率越高。高頻電源工作時(shí)的諧振頻率一般在30～40 kHz之間，紋波系數(shù)小于3%，在直流供電的模式下，它的二次電壓波形近似一條直線，因此在同一個(gè)火花閃絡(luò)點(diǎn)，高頻電源輸出直流平均電壓比工頻電源平均電壓要高出許多（大約在30%），從而大大提高了運(yùn)行電壓和電流，提高了除塵效率。如圖4所示。

在出現(xiàn)電除塵器因入口煙塵濃度過(guò)大造成電暈封閉時(shí)，常規(guī)工頻電源提高二次電流非常困難，但采用高頻電源則很容易將運(yùn)行電流提高一倍以上，如此就有效抑制了電暈封閉的發(fā)生，提高了除塵效率。

第二，高頻電源可有效抑制反電暈發(fā)生，提高高比電阻粉塵的除塵效率。眾所周知，高比電阻粉塵因釋放電荷緩慢，極易因此發(fā)生發(fā)電暈，造成二次飛揚(yáng)嚴(yán)重，除塵效率下降。而抑制反電暈的有效方法之一就是采用間歇供電，并選擇合適的占空比。因高頻電源工作頻率在30～40 kHz之間，相對(duì)于工作頻率為50 Hz的常規(guī)工頻電源，其歇供電時(shí)開(kāi)通與關(guān)斷時(shí)間可調(diào)范圍大很多，脈沖寬度更窄、脈沖頻率選擇范圍更寬、電壓上升率更陡峭，因此更加有效抑制反電暈的發(fā)生，從而提高了高比電阻粉塵的除塵效率。

第三，高頻電源串并聯(lián)混和諧振逆變器具有良好的恒流特性，因此可以有效抑制電流的大幅波動(dòng)，以及電場(chǎng)火花電流的沖擊，并能快速熄滅火花，迅速恢復(fù)電場(chǎng)電壓，從而使電場(chǎng)能夠獲更高的電暈功率，提高除塵效率。

綜上所述，高頻電源的性能特點(diǎn)毫無(wú)疑問(wèn)能更好地適應(yīng)電除塵器粉塵入口濃度大與比電阻高的工況，能有效解決電暈封閉和克服反電暈現(xiàn)象，使除塵器效率更能得到保證。

4 ?高頻電源在機(jī)尾除塵的應(yīng)用情況

4.1 ?設(shè)備概況

安徽蕪湖新興鑄管有限公司一期265 m2燒結(jié)工程，配套240 m2雙室四電場(chǎng)電除塵器，設(shè)備于2012年5月份投運(yùn)。電除塵器有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，見(jiàn)表1。

4.2 ?運(yùn)行情況

機(jī)尾電除塵設(shè)備自2012年5月投運(yùn)至今已有三年時(shí)間，電場(chǎng)運(yùn)行電壓電流穩(wěn)定，除塵效率高，粉塵排放一直很平穩(wěn)，電除塵出口粉塵排放濃度近三年的測(cè)試結(jié)果均在30 mg/Nm3以下，見(jiàn)表2。

從上表可以看出，設(shè)備投運(yùn)的三年來(lái)，電除塵器運(yùn)行電壓比較穩(wěn)定，一直保持在60～75.3 kV之間;除塵效率良好，出口粉塵排放濃度在20.7～28.2 mg/Nm3之間。

5 ?結(jié) ?語(yǔ)

高頻電源功率因素高、效率高，輸出電暈電流電壓高，用于鋼鐵行業(yè)燒結(jié)機(jī)尾電除塵器供電電源，可實(shí)現(xiàn)出口粉塵濃度小于30 mg/Nm3的長(zhǎng)期、穩(wěn)定低排放要求。鑒于此優(yōu)點(diǎn)，高頻電源可在鋼鐵燒結(jié)機(jī)尾除塵提效改造上大力推擴(kuò)應(yīng)用。

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