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浅谈恒流源在电除尘器中的应用

作者：杨加路

单位：云南云天化国际化工股份有限公司红磷分公司合成氨厂

2012年7月20日

目录

[摘要] .............................................................................................................................................. 3 [关健词]........................................................................................................................................... 3 一、电除尘器概述 ........................................................................................................................... 3 二、我公司三废炉电除尘器存在的问题 ....................................................................................... 4 三、技改情况 ................................................................................................................................... 4 四、运行情况 ................................................................................................................................... 8 五、效益评价 ................................................................................................................................... 8 六、结论........................................................................................................................................... 9 [谢辞] ................................................................................................................................................ 9 [参考文献] ...................................................................................................................................... 10

浅谈恒流源在电除尘器中的应用

[摘要] 本文介绍了云天化国际红磷分公司（以下简称我公司）三废炉电除尘器1-4#电场供电电源改造和改造后效果的情况，分析了恒流源的技术特点及其在电除尘器上使用的优点，实践使用表明，恒流源在电除尘器上的应用是成功的，在工作中，我们应该推广使用新技术，来降低生产成本。

[关健词] 恒流源 电晕电流 火花放电

一、电除尘器概述

电除尘器（简称ESP）是冶金、电力和化工等行业回收有用资源、净化气体、保护环境的重要设备。其工作原理是：在ESP的阳极板和阴极线之间施加数万伏的直流高压电，在强电场的作用下，阴阳两极间的气体发生充分电离，使得ESP空间充满带正、负电荷的离子；随烟气进入ESP内的灰尘粒通过高压静电场时与这些正、负离子相碰撞而荷电，带电灰尘粒由于受到高压静电场库仑力的作用，分别向阳、阴极运动；到达两极后，分别将各自的电荷释放掉，尘粒本身则由于其固有的黏性而附着在阳极板和阴极线上，然后通过阴、阳极振打装置使电极上的灰尘落入收集灰斗中，使通过电除尘器的烟气得到净化，达到保护环境的目的。

1、建立强电场，与ESP内的正负离子相碰撞使尘粒荷电。 2、在库仑力作用下，荷电尘粒向阳阴运动而附在极板上。 3、通过振打装置清灰。

ESP具有除尘效率高、阻力小、耐高温、处理气量大、操作简单等优点，因

此我厂三废炉就在使用。

二、我公司三废炉电除尘器存在的问题

我公司三废炉电除尘器1-4#电场的电源采用的是可控硅电源，可控硅电源加到电场本体上去的是电压源,它的输出电压是“恒定”不变的。经过四年多运行和随着生产工艺条件的不断改变，该类型的电源已不能适应三废炉装置的稳定运行，存在以下问题：

1、当粉尘浓度较大、收尘极积尘较厚、电晕极肥大时，电晕电流很小，出现“电晕闭塞”，影响除尘效果；

2、供电电源的核心部件DSP-Ⅰ智能控制器属于单片机控制（电子线路、专利产品），1.3万元/台，需较好的使用环境,而电除尘器操作室紧靠造气炉下灰处，周围环境很差，造成控制器故障率高：新控制器最长运行六个月就要更换，时常出现变压器油温高、偏励磁等故障信息，检查核实变压器油的温度在正常范围内、可控硅也是好的，更换一只新的控制器后就正常运行，从而增加了电除尘器的运行维护费用。

上述问题严重制约电除尘器的正常运行，一旦电除尘器出问题，出口烟囱里就会有大量的灰排往大气中，影响周围环境，导致环保事故的发生，经分厂技术人员、公司电气主管部门公用工程部和电除尘器供电电源生产厂家讨论拟定 ，对电除尘器1-4#电场供电电源进行技改，选用由上海申嘉变压器厂生产的L-C恒流电源控制柜整套更换.

三、技改情况

1、L-C电源的选型

为了方便操作人员随时监控各个电场的运行情况，需把各个电场的二次电压、二次电流信号引入DCS，通过对多家电除尘器L-C恒流电源性能和价格的对比，选用上海申嘉变压厂生产的HL-4-72KV/1000 mA-N 型恒流电源进行更换比较适合。型号含义如下所示：

HL－□－□ / □－□

户内（N）或户外（W）

额定输出电流（平均值 mA） 额定输出电压（平均值 kV）

设计序号（3:手动操作型；4:手动增强型；6:PLC控制

型；7:DCS控制型）

恒流电源

1.1 HL-4 L-C恒流电源的工作原理 1）、L-C恒流电源的原理示意图如图1所示：

I11电网输入U2 恒流变换器3恒流输出I25升 压整 流电源输出U14U26沉积电场 图1 L-C电源原理示意图 电网输入的交流正弦电压，通过L-C恒流变换器，转换为交流正弦电流，经变流、整流后成为恒流直流电流向沉积电场供电。此电流与电场的等效阻抗乘积形成二次高压U2。

恒流变换器可以用通常的具有二个输入端(1、2)和二个输出端(3、4)表达，经推导可得：

AI（1） IjU1 （2） U2112L..由（1）式可知输入电压与输入电流同相，功率因数高，接近1。由（2）式可知供给负载的电流与负载本身的大小无关，这就是本电源“恒流”的含义。

作为电流源的一种，恒流电源在静电沉积中的应用，使供电水平上升到一个新的高度。

2）、恒流源高压电控装置在电除尘器中的电气控制原理如下图所示：

电除尘器的电气控制电路包括自控恒流电源，恒流调节控制电路，过电压保护电路，过氧跳闸电路，高压变压器和整流桥六部份组成，其中还包括检电路和运行电路。其控制原理可简述为:电网输入的交流正弦电压，通过L-C恒流转换器，转换为交流正弦电流，经升压、整流后成为恒流高压直流电流经阻尼电阻供给沉积电场供电，供给负载的电流与负载本身的阻抗大小无关。其中L-C恒流源是电除尘器电控装置中的核心，恒流电源是否稳定运行关系着电除尘器的除尘效果。

1.2 HL-4 L-C恒流源技术特点

1）、恒流源供电能显著提高除尘器的运行电压，抑制火花放电，对机械缺陷不敏感。如表1所示：

放电 发生 等效电阻 ↓ 电场电压 ↓ 输出功率 ↓ 效果 抑制火花放电 表1

电场某一局部由电晕放电向火花击穿过渡是需要时间和功率的，对于恒流源来说，向放电区馈送的功率为I2R，火花放电时等效电阻R减小，由于I不变，I2R也减小，这样就抑制了放电的进一步发展，这相当于一个负反馈的物理过程，因此火花击穿的临界电压明显提高。

2）、恒流源供电能保证足够的电晕电流，不容易转化为贯穿性的火花击穿，实现电压自动跟踪，使得沉积效率大大提高。如表2所示：

浓度 ↑ ↓ 等效电阻 ↑ ↓ 电场电压 ↑ ↓ 输出功率 ↑ ↓ 效率 ↑ 不变 表2

电流源供电可以轻而易举地实现电压自动跟踪，而不需要任何反馈控制电路。当电场中的粉尘浓度增加时，宏观体现为放电区的等效电阻增大，由于恒流源输出电流不变，所以电场中的电压会自动上升，电场获得更多的电能，净化效果好。此外，能克服由振打而引起的二次扬尘，有效克服电晕电流“闭塞”现象，对阴极肥大的适应性也较强。

3）、运行稳定，可靠性高，能长期保持沉积效率，能承受瞬态及稳态短路。当电场由于某种原因产生火花放电时，由于电源输出电流是“恒流”的，电场中的电流不会增加，而电网输入电流却大大减少，仅为额定值的10%，确保了电源设备的安全，同时，由于“恒流”，使得放电通道自行消失，不过渡到弧光放电，保护了电晕线和阳极板。

4）、电源结构新颖简单，去掉了复杂的电子线路，无接插件，多组L-C采用并联的设计，调试和检修都十分方便，故障率低。

5）、快速过电压保护，其响应时间≤1ms能自动报警和跳闸。 6）、由于输入电压与输入电流同相,功率因数高（COSφ≥0.95），而且不随运行功率水平变化,节电效果明显，比可控硅电源节电40%左右。

7）、电流波形好，不干扰电网，而且除尘塔内不易闪络。 8）、输出电压、电流可在10-100%的范围内连续调节。 1.3 工作条件

大气压力：80-110KPa； 环境介质湿度：-10--+50℃； 环境介质湿度：85%RH 1.4 外形尺寸

800㎜（宽）×800㎜（深）×2200㎜（高），具有防尘功能，下进线、

下出线。

2、设备安装

1-4#电场的硅整流变压器仍用原来的，只是把1-4#电场可控硅调压的控制柜更换为恒流源控制柜，新更换的恒流源控制柜与原硅整流变压器相匹配，电除尘器操作室内有足够空间安装新柜在原控制柜位置处， 1-4#电场辅助设备的（如：振打电机、瓷套加热器等）控制柜、动力、控制电缆用原来的；为了方便操作人员随时监控各个电场的运行情况，把各个电场的二次电压、二次电流信号引入DCS。

四、运行情况

1、通过技改后，二次电压、二次电流上DCS显示，这样就能让操作人员及时的了解各个电场的运行情况，还可以通过DCS上二次电压显示是否大于60KV，来调整“输出电流”，通过二次电压显示是否为0KV，来判断出每个电场是否有故障。

2、通过技改后，由于恒流源使用的是多组L-C并联设计，无电子线路和插件，能很好的适应周围的环境，降低了因环境因素引起的故障。

3、通过技改后，由于是恒流源的，输入电压与输入电流同相，所以功率因数高（COSφ≥0.95），每个电场比原来节电40%左右。

4、通过技改后，恒流源柜内的接触器、电抗器和电容，若损坏，更换方便且成本也低，从而大大的降低了日常维护费用。

5、通过技改后，由于恒流源柜内有备用的L-C组，不会由于某一组L-C损坏引起某个电场停运而影响电除尘的整体除尘效果。

五、效益评价

本改造项目不直接产生经济效益，但通过技改后,有以下几个方面的益处: 1、显著提高1-4#电场的运行电压到60KV及以上，抑制火花放电，除尘效

果大大增强了。

2、操作简单明了。开机时，操作人员只需先按“自检”按钮，看一次电压表和二次电压表有指示，接着按“开机”按钮，然后逐档合上“输出电流选择键”，直至二次电压值达到60KV就行了；停机时，依次拔下“输出电流选择键”，再按下“关机”按钮就行了。

3、维护简单。维修人员只需了解安装、更换接触器和电抗器即可维护恒流源控制柜的正常运行，降低维修难度，减少故障检修时间，提高设备运转率。

4、故障率低，运行稳定，除尘效果好，不会因电除尘器故障，污染周围的环境，引发环保事故。

六、结论

经过近两个月的运行，电除尘器正常运行。电除尘器为环保设备，通过对电除尘器1-4#电场电源的改造，提高了电除尘器的运行水平，当工艺条件发生变化、烟尘浓度大时，开四个电场，增强除尘效果，杜绝环保事故的发生，对装置的稳定运行起到很好的作用，因此我公司对电除尘器的电源改为恒流源是成功的。

[谢辞]

本课题论文在选题和写作过程中得到了单位领导和学校辅导老师的细心指导，他们严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。在此谨向他们致以诚挚的谢意和崇高的敬意。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！

[参考文献]

[1]、源供电对电除尘器的伏安特性的影响，陈宇渊，第八届全国电除尘学术会议论文集.1999 Page291―292

[2]、http://huanbao.gongye360.com/paper_view.html?id=254489 [3]、上海恒流特种除尘电源设备使用说明书 [4]、《环保装备技术丛书》中国电力出版社2011出版