浅析高频直流电源在电除尘器上的应用前景

　　随着国家排放标准的趋严，以及节能减排国策的施行，大气粉尘污染治理应用行业也出现了新的特点。提高除尘效率，降低能耗，成为发电企业当前的一个主要问题。电除尘器高频直流电源的应用，为此开辟了一条新的道路。

　　1 高频直流电源的原理

　　随着电力电子技术的快速发展，电力电子器件从20世纪80年代，全控型器件开始取代晶闸管，伴随着双极晶体管、大功率晶体管、绝缘栅晶体管等等电子元件出现，还有软开关逆变技术以及新的控制技术（数字化和高频化提高系统的可靠性和提高设计灵活性）不断应用普及，我国电除尘器生产企业具备了完全自主研发高频直流电源设备的能力。

　　传统的由可控硅控制的硅整流设备， 工作频率为50赫兹，工作电压波形受到限制，对特殊工况显得适应性较差。火花熄灭时间长，使电场能量恢复能力较弱；输出电压能力低，约35%～45%，使平均电压低电晕功率小；因高比电阻粉尘易产生反电晕现象，降低收尘效率；设备功率因数低，电源效率低致使电除尘器耗电量较大、运行费用较高；单相供电会造成负荷经常不平衡，对电网干扰也比较严重。

　　由高频开关技术工作的新型电源，是与电网频率无关的高频开关式一体化电源，提供接近纯直流脉冲电压波形，工况适应性好，提高了除尘效率。在已建成的电除尘器上可以花很小的代价，获得较高的除尘效率。高频直流电源综合应用电力电子技术、微电子技术，实现对电能的高效能变换和控制，包括电压、电流、频率和波形的变换。

　　2 高频直流电源与工频电源对比

　　（1）高频直流电源输出电压逼近工频电源电压峰值，与工频电源相比：高频直流电源能提供更高的输出电压，可达工频电源的1.3倍。高频电源能提供更大的输出电流，可达工频电源的2倍。高频电源可有效增大电晕功率，提高除尘效率。高频电源与传统的可控硅控制工频电源相比性能优异，具有输出纹波小、平均电压电流高、体积小、重量轻、成套设备集成一体化、对高比电阻粉尘，它有更窄的脉冲、更宽的调节范围从而提高除尘效率。设备效率与功率因数均达到0.9以上（常规工频电源的设备利用率仅为0.7左右），而且高频电源采用三相电源，负载平衡等多项显着优点，不仅大大提高了电除尘器配套电源产品的整体控制水平，极大地拓展了电除尘器的适应范围，同等除尘效率条件下高频电源还比工频电源节能20%以上。

　　（2）高频直流电源较传统工频电源可以大幅度降低转换过程中的无功功率，在输入功率相同的情况下，高频电源的转换效率更高。

　　高频直流电源可以明显提高对电场的注入能量比常规整流变多150%-300%高压直流电能量， 对于中低比电阻，提高电场注入能量，可有效降低排放 。更高的输入电流，相同的峰值电压可以使粉尘荷电情况趋于最佳，更有利于电除尘器对粉尘的捕集。同时，更高的输入电流可以提高电场持灰力， 减少电除尘器出口部分的的二次扬尘现象的发生；输入电压的提高可以提高电除尘器积尘面的利用率，提高粉尘在电除尘器内部的趋进速度，增加电除尘器的烟气处理量。

　　3 高频直流电源的优势

　　（1）基于高频开关技术的高频电源是一个与线路频率无关的可变脉动电源，频率为25～50KHz，输出为纯直流。它给电除尘器提供了接近纯直流到脉动幅度很大的各种电压波形，针对各种特定的工况，可以提供最合适的电压波形，从而提高除尘效率。与工频50/60Hz高压电源相比，高频电源纯直流供电时的输出电压纹波通常小于5%，远小于工频电源35%～45%的纹波百分比，其闪络电压高，运行平均电压可达工频电源的1.3倍，运行电流可达工频电源的2倍，在同样的电场里，能够输入更多的功率，从而能够有效的提高收尘效率。高频直流电源间歇供电时可有效抑制反电晕现象，实现保效节能，特别适用于高比电阻粉尘工况。

　　（2）高频直流电源采用混合谐振拓扑结构的逆变器，功率器件关断损耗为零，不仅降低器件的关断能力，提高效率，也减少电磁干扰。同时，设计良好的串联谐振逆变器有恒流特性，在输出短路时有极好的限流能力，可以提高系统的可靠性，特别适合电除尘器火花冲击、短路频繁的现场工况条件。而局域并联谐振电路有利于轻载运行稳定性，有利于间歇供电方式下供电周期电流波形的稳定性，有利于改善二次电流波形，有利于提高设备功率因数，有利于提高设备效率。该逆变器是以全桥串联谐振为主，兼有局域并联谐振的混合型拓扑结构，可以有效抑制电场火花的电流冲击，可以迅速地熄灭火花并且快速恢复电场能量，能满足电除尘器持续火花放电和短路冲击的要求，适应负载的大范围变化，提高除尘效率。

　　（3）高频直流电源采用单片机为核心的微机控制器。火花检测与控制采用全新硬件检测，对各种火花检测特别可靠，对微弱火花也捕捉无遗。闪络电流无冲击波，电场电压恢复极快，损失极小。具有纯直流供电与间歇供电两种方式，纯直流供电采用调频方式调压，间歇供电Pon及Poff均可调节，针对各种特定的运行工况，可以提供各种合适的电压波形，特别适用于前电场及高比电阻粉尘，能有效抑制反电晕现象的发生。高频电源安装于第一电场能解决前电场电晕封闭最有效的手段，由于“空间电荷效应”的原因，第一电场电流通常很小，提高电流十分困难。为了提高电流，工频电源常常采用强行供电和高火花工作方式，但是仍然效果不佳。采用高频电源可以轻松地将电流提高一倍。增大荷电强度，减轻后电场的负荷，这种电源应用方案已在工业应用实践中得到验证。针对电除尘器负载变化的特殊性，高频电源充分展现了控制性能灵敏、电压恢复快、保护功能完善等优点。

　　（4）高频直流电源体积小、重量轻，只有常规工频电源的几分之一，占地空间小，便于安装。采用三相电源平衡输入，对电网无污染，无缺相损耗，属于绿色电源。效率与功率因数高，效率通常大于93%，功率因数通常也大于93%，比工频电源节能20%以上。高频电源安装在除尘器顶部，设备集成一体化，电缆用量明显减少，同时，不占用控制室空间，还可以节省土建施工成本。

　　（5）高频直流电源具有高低压一体化控制功能，包括振打控制和断电振打控制，高频电源还具有反电晕检测控制，采用大屏幕LCD中文显示控制终端作为人机接口，240×128点阵带背光，图形菜单操作，人机交流简洁明了。使用通讯协议与上位机接口，能够接受计算机的各种命令，并将高频直流电源的各种参数、故障状态、运行工况实时传送至计算机，实现远程软启动、软停机功能。

　　4 结语

　　目前电除尘器高频直流电源自主技术日渐完善，已广泛应用于火力发电的烟气粉尘治理。高频电源的广泛应用实现了电除尘器配套电源技术水平的飞跃，极大拓展了电除尘器的适用范围，同时，高频电源的应用，使很多已建成投产的电除尘器在较小的资金投入下，获得很高的除尘效率，降低排入，对环保节能减排有积极的作用。