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水泥廠窯頭窯尾好新靜電除塵高壓電源技術
臨界脈沖電源技術特點
臨界脈沖電源是將380V三相交流電經(jīng)整流濾波成直流,再逆變?yōu)楦哳l交流,經(jīng)高頻變壓器升壓后,再經(jīng)“臨界柔性模塊”變?yōu)閹в形⑿∶}動的平穩(wěn)直流。國際首次提出“空間自由離子密度對除塵效率的影響遠大于場強”的理論并進行了量化,國際首次提出“臨界區(qū)”的概念并量化應用。臨界脈沖電源全面突破了現(xiàn)有工頻(單相、三相)、高頻及脈沖除塵電源增效節(jié)能的瓶頸,實現(xiàn)了大幅度(70%以上)減排的同時大幅度(30~80%)節(jié)能,并避免了火花放電產(chǎn)生的電腐蝕從而使本體性能長期高效穩(wěn)定運行。
臨界脈沖電源的應用案例
水泥行業(yè)
我國水泥廠的窯頭窯尾除塵器后面是沒有脫硫裝置的,靜電除塵沒有“脫離洗塵”的“兜底兒”,真實穩(wěn)定減排,成了不容含糊的硬指標。在行業(yè)除塵器本體普遍遠劣于火電廠的基礎上,只改三級電源,就要使粉塵濃度從55mg/Nm3左右減為15mg/Nm3左右,穩(wěn)定在20mg/Nm3以下,其它除塵電源都望而卻步。臨界脈沖電源目前已在中聯(lián)、中材、山水、天山等集團完成了多個改造工程,并已進入大規(guī)模推廣階段。
典型案例一:棗莊中聯(lián)水泥有限公司
棗莊中聯(lián)3#5000t/d生產(chǎn)線窯頭設有型號為“31/15/3×9/0.45”的靜電除塵器,電場數(shù)為三級,截面積為215.5㎡,通風量為≤25萬m3/h。高壓供電系統(tǒng)采用3臺1.8A/72KV的常規(guī)工頻電源。
除塵器進口濃度為10.1g/m3,煙氣溫度通常為110~130℃,高溫度為250℃,出口排放為52.6mg/m3。
2014年9月18日、10月10日,棗莊市中區(qū)環(huán)保局進行了項目驗收環(huán)境檢測,測試數(shù)據(jù)為14.9mg/Nm3,遠低于國家環(huán)保要求排放限值。
采用“臨界脈沖電源”進行了電改電,與原電除塵相比電耗減少41.8KW,按運轉(zhuǎn)率300天、0.59元/kWh計算,每年節(jié)約電費19.7萬元。與電改袋方案相比,每年節(jié)約電費67.87萬元。
典型案例二:臨朐山水水泥有限責任公司
臨朐公司一期5000t/d熟料生產(chǎn)線窯頭收塵器使用的是西安礦山機械廠生產(chǎn)的電收塵器,型號為32/12.5/3×10/0.45。處理煙氣量580000m3/h,電場有效面積176.1m2,入口含塵濃度≤20g/m3,出口含塵濃度≤50mg/Nm3,正常煙氣溫度余熱發(fā)電投運時:120-165℃,余熱發(fā)電關閉時:230-350℃,瞬時高煙氣溫度≤400℃,設計壓力-2000Pa,壓力損失≤200Pa,電場風速0.91m/s。
2015年5月15日,臨朐縣環(huán)保局進行了項目驗收環(huán)境檢測,多點檢測數(shù)據(jù)分別為15mg/Nm3、17mg/Nm3、18mg/Nm3,低于國家環(huán)保要求排放限值。
采用“臨界脈沖電源”的電改電,與原電除塵相比電耗減少了47.54KW,節(jié)能率為49.2%。按運轉(zhuǎn)率300天、0.59元/kWh計算,每年節(jié)約電費20.2萬元。與電改袋方案相比,每年節(jié)約電費68.37萬元。
臨界脈沖電源的基本原理
臨界脈沖電源采用“硬件儲能與限能、軟件監(jiān)視電壓變化趨勢”的控制方式,從能量梯度控制入手,使工作點保持在空氣放電特性曲線的高點及其的右側(cè)很小的區(qū)域內(nèi)。體現(xiàn)“可變內(nèi)阻”特性,即,“限能”抑制流注生長,避免產(chǎn)生火花放電。同時,“儲能”以保持高電壓。
臨界脈沖電源的技術優(yōu)點
(1)具有高效節(jié)能和長期穩(wěn)定的本質(zhì)
① 臨界脈沖(柔)特性:
臨界脈沖電源具有“硬件儲能與限能”和“微脈沖”式供電特性,輸出的電壓隨著工況(電場內(nèi)溫度、濕度、壓力、粉塵濃度、粒度、比電阻以及市電波動)的變化,自動調(diào)節(jié)動態(tài)適應,使輸出電壓值穩(wěn)定位于火花始發(fā)點以下臨界區(qū)。
無須大幅降壓或關斷以熄滅火花,連續(xù)輸出臨界電壓,可實現(xiàn)好理想的也是運行中高的場強(荷電場強、驅(qū)進場強)。
使電場保持在“二次電子崩”與“流注初期”狀態(tài),空間自由離子密度好,荷電效率高。
其工作電壓如下圖所示:
② 高電壓低電流:在使電壓保持在臨界區(qū)的同時,避免了大量的無效電耗,實現(xiàn)小電流供電。而且,采用高頻技術功率因數(shù)高。
③ 避免電腐蝕:由于臨界脈沖電源技術在供電過程都處于無深度火花放電狀態(tài),避免了對除塵器本體極線、極板的電腐蝕。
臨界脈沖電源的提效節(jié)能示意圖如下:
(2)高效集塵
① 場強:平均輸出電壓越高,電場越強,則荷電場強和驅(qū)進(集塵)場強越大。使輸出電壓一致保持在“臨界區(qū)”(靜態(tài)火花始發(fā)臨界線及其下面的3%以內(nèi)的區(qū)域),可實現(xiàn)好理想的也是運行中高的場強。
② 空間自由離子:煙塵通過的空間,自由離子越多,則荷電時間常數(shù)越短,荷電速度越快。使電場保持在“二次電子崩”與“流注初期”狀態(tài),可實現(xiàn)空間自由電荷好多,荷電效率高。
③ 抑制電暈封閉:高場強和高空間自由氣體離子密度,使電暈放電能力保持極高狀態(tài)而且,由于電流較小,減少了同量大顆粒粉塵的多余荷電量,抑制電暈封閉。
④ “Z”字型運動:低比電阻粉塵離開極板后,由于空間自由氣體離子密度高,迅速再次荷電,利于集塵。
(3)抑制反電暈
反電暈機理:當陽極板灰積到一定厚度時,比電阻高的灰在荷電后的負離子向除塵器陽極板趨近過程中,其荷電不容易釋放到陽極板,負離子逐漸積累到陽極板表面,與陽極板形成類似電容的電場,這個電場將抵消主電場,降低除塵效果;如果電場強度進一步加強后,這個電場將局部擊穿激發(fā)出反向正離子向陰極線遷移,造成除塵器電流增大,但消耗的電能沒有起到吸塵作用,這種現(xiàn)象就是反電暈現(xiàn)象。振打周期內(nèi)集塵層所帶的電荷是動態(tài)的,取決于釋放到陽極的電量與重新荷電電量的差值,供電電流越小,則越有利于抑制反電暈。所謂“脈沖式供電有效抑制反電暈”,其實質(zhì)就是平均電流較小。
解決方案:低電流
① 平均后續(xù)荷電電流小于荷電后的灰塵放電電流,使陽極板上粉塵積層的再次荷電量小于釋放電量,降低了粉塵層在極板上的電荷積累。
② 平均再荷電電流等于或略大于荷電后的灰塵放電電流,但到下次振打為止,粉塵層電量的積累不足以產(chǎn)生反電暈。
(4)減少二次揚塵
① 降低了粉塵層對極板的吸引力,易振打脫落,在振打力度可調(diào)(如電磁振打)的情況下,可適當降低振打力度,減少二次揚塵。
② 不必斷電或減壓振打,保持高場強集塵狀態(tài),則有效抑制二次揚塵。
③ 避免深度火花放電,減少因火花擊穿而造成的擾動二次揚塵。
(5)大幅度節(jié)能
一、二電場,粉塵濃度高,粒徑較大,粉塵荷電用電量也相應增加。但粉塵荷電用電量不足目前傳統(tǒng)電源耗電的2%,對電除塵總耗電量基本沒有影響。但高濃度的荷電粉塵會使電場電阻變小,其它電源,為實現(xiàn)較高場強,被迫輸出了較大電流。從表面現(xiàn)象看,確實注入了較多能量。但電流越大,造成局部火花放電越多,通過粉塵而傳導的電量也越大,形成浪費?;鸹ǚ烹?,時間占比很小,但消耗能量巨大?;鸹ǚ烹娛及l(fā)點與電場介質(zhì)相關,粉塵濃度高,更易閃落,這也是造成“一、二電場輸入很高能量”的原因。臨界脈沖電源避免了火花放電(全貫穿火花放電和局部火花放電),大幅度節(jié)電。
綜上所述,臨界脈沖電源為我國首創(chuàng),但已居國際領先地位。
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