高效電除塵器高壓電源設(shè)計及節(jié)能優(yōu)化控制.pdf

1、電除塵器作為大氣污染防治的主要設(shè)備，目前已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程的煙塵治理。由于電除塵器電能消耗較大，運(yùn)行成本較高，隨著國家對企業(yè)煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，企業(yè)對降低成本的需求將更為迫切。而改進(jìn)電除塵器設(shè)計、優(yōu)化電除塵過程控制則是企業(yè)提高電除塵器除塵效率、降低電除塵過程能耗的有效途徑。
　　電除塵器由多個級聯(lián)除塵區(qū)組成，各除塵區(qū)的電場特性是影響除塵效率的關(guān)鍵，而電場特性又主要由各除塵區(qū)的工作電壓及放電極幾何形狀決定。目前，由于對不同

2、放電極對應(yīng)的電場特性不明確，容易導(dǎo)致放電極與高壓電源配置不合理，使得除塵效率受到嚴(yán)重影響。同時，各除塵區(qū)所需要的負(fù)高壓直流電由高壓電源提供，現(xiàn)有的單相工頻高壓電源因脈動系數(shù)較大、電源效率較低，難以獲得較高平均電壓，限制了除塵效率的提高，而且電能浪費(fèi)嚴(yán)重;三相工頻高壓電源盡管可提高輸出電壓，但控制復(fù)雜，對同步信號精度要求苛刻，可控硅觸發(fā)順序需與輸入相序嚴(yán)格對應(yīng)，換相時容易產(chǎn)生電壓尖峰造成硅堆損壞，存在較大安全隱患;高頻高壓電源較工頻高壓電

3、源能夠獲得更高平均電壓，但工作頻率高、功率器件通斷損耗大，難以實(shí)現(xiàn)大功率輸出，無法滿足中大型電除塵器應(yīng)用需要。此外，具有不同能效比的各級聯(lián)除塵區(qū)，因缺乏有效協(xié)調(diào)，只能以最大功率輸出，也造成了大量不必要的電能浪費(fèi)。為此，本文將以提高電除塵器除塵效率、降低電除塵過程能耗為目標(biāo)，針對高效電除塵器高壓電源設(shè)計及電除塵過程的節(jié)能優(yōu)化控制問題開展研究，主要工作概述如下:
　　1.針對長期以來由于芒刺類電極電場特性不明確只能依靠經(jīng)驗(yàn)選取芒刺電極

4、，從而易導(dǎo)致電除塵器高壓電源與芒刺電極的配置不合理使得除塵效率不高的問題，通過對具有不同幾何形狀的芒刺電極的放電原理及電場特性的詳細(xì)實(shí)驗(yàn)分析與比較，給出了合理選擇芒刺類電極以及確定相應(yīng)高壓電源額定電流的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同芒刺電極對應(yīng)的收塵極電流密度均呈非均勻分布，當(dāng)用于粉塵比電阻適中或較低的場合可獲得較高除塵效率;BS芒刺電極電暈?zāi)芰ψ顝?qiáng)，應(yīng)優(yōu)先用于前級除塵區(qū)，以增強(qiáng)除塵能力;當(dāng)采用芒刺電極時，按0.7 mA/m2～0.8 m

5、A/m2的電流密度來確定高壓電源額定二次電流對提高除塵效率將更有利。
　　2.為了給各除塵區(qū)提供較高工作電壓，提高除塵效率，分別針對三相工頻高壓電源和高頻高壓電源進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計。針對三相工頻高壓電源容易產(chǎn)生電壓尖峰的問題，通過對三相調(diào)壓方式的分析，提出了一種采用線電壓同步的可控硅觸發(fā)控制方法，并利用在不同導(dǎo)通角下所建立的輸出電壓瞬時值、平均值、峰值的數(shù)學(xué)表達(dá)式，完成了三相工頻高壓電源的詳細(xì)設(shè)計，不僅有效避免了換相時的電壓尖峰，提高

6、了設(shè)備可靠性，而且實(shí)現(xiàn)了可控硅觸發(fā)順序的自動調(diào)整，降低了控制復(fù)雜度，現(xiàn)場應(yīng)用也更加方便;針對高頻高壓電源功率器件通斷損耗大的問題，提出了基于串聯(lián)諧振的固定脈寬變頻軟開關(guān)控制方法，實(shí)現(xiàn)了功率器件的零電流開通與關(guān)斷，有效降低了其通斷損耗。通過對諧振回路工作模態(tài)的分析，給出了不同模態(tài)下的工作電路和等效電路，獲得了諧振回路電壓與電流的完整狀態(tài)方程描述，并在此基礎(chǔ)上，研制了1200mA/80 kV大功率高頻高壓電源。通過三種高壓電源的對比實(shí)驗(yàn)表明

7、，所研制的高壓電源較單相工頻高壓電源，能夠顯著提高平均電壓，增大除塵效率，可滿足不同容量電除塵器應(yīng)用需要。
　　3.為降低電除塵過程中火花放電給除塵效率帶來的不利影響，提出了基于火花放電時二次電壓與二次電流的變化特征，采用軟硬件并行檢測火花放電的方法，并給出了火花檢測的理論判據(jù)，實(shí)現(xiàn)了火花放電的準(zhǔn)確檢測，避免了火花漏檢與誤檢;通過對火花放電能量的分類處理，有效提高了電壓恢復(fù)過程中的供電電壓;而且針對能量較大的火花放電，進(jìn)一步提出了

8、動態(tài)跟蹤控制方法，可根據(jù)工況變化自動調(diào)整火花頻率及電壓恢復(fù)速度。與采用傳統(tǒng)火花跟蹤控制方式的實(shí)驗(yàn)比較結(jié)果表明，所提出的動態(tài)跟蹤控制方法能夠獲得更高平均電壓，增強(qiáng)了除塵能力，從而降低了電除塵過程中火花放電對除塵效率的消極作用。
　　4.針對實(shí)際多區(qū)級聯(lián)電除塵系統(tǒng)的優(yōu)化控制問題，提出了以電除塵器總電耗最小為目標(biāo)、以滿足出口煙氣濃度要求為約束條件的電除塵系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化控制方法;分別采用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和多項(xiàng)式擬合方法建立了U2-C0模型以及各除