【摘要】本文通過對濕式電除塵器電氣工作環境的分析，揭示了濕式電除塵器對高壓供電裝置的基本要求。進而通過恒流供電裝置技術原理和工作特征以及應用案例的介紹，展示了恒流供電的功率輸出與電場正向需要的符合性。指出：恒流供電與WESP的協調工作必將充分展示濕式電除塵器在廢氣處理中的優勢。


【關鍵詞】濕式電除塵，電除霧，恒流，脫硫，PM2.5。

1.概述

目前，日趨嚴格的環保政策促進了煙氣凈化技術的進步。傳統電除塵器正面臨新的技術挑戰：燃燒廢氣經除塵、脫硫脫硝后，廢氣中殘留的微塵、脫硫脫硝劑及其生成物的逃逸以及液霧挾帶等對環境的破壞受到越來越多的關注并已成為環境控制的重要對象，脫硫脫硝尾氣的深度處理成為必需，煙囪出口污染物排放限制愈加嚴格。

濕式電除塵(下稱WESP)擬將成為火電、鋼鐵行業廢氣終級處理的首選設備，其基本原理與干式電除塵器、電除霧器相似，而構造方式更接近于電除霧器，主要特征是大型化、高流速、超低排放和腐蝕性。

濕式電除塵器形態及性能上的變化，同時對電除塵的高壓供電技術提出了更高的要求。恒流高壓電源，以其優異的供電性能在電除霧行業和特種電除塵場合得到廣泛使用，經技術提升后，同樣能夠全面滿足濕式電除塵器的各種需求。

2.濕法脫硫、脫硝后煙氣深度處理WESP的電氣工作環境

與電除酸霧和干式電除塵的工作環境相比較，WESP的工作環境更加復雜。工業燃燒廢氣經除塵、脫硫后進入WESP。當前廣泛應用的脫硫方式主要是石灰石石膏法和氨法脫硫兩種，尾氣的主要特征是：

煙氣溫度：<80℃

煙氣濕度：水飽和、過飽和，含大量液霧

煙氣組分：燃燒煙氣

塵霧成份：飽和水蒸汽，NOx，SOx，石灰槳液、石膏，氨、硫酸銨，電除塵器逃逸粉塵等微塵(PM10/PM2.5為主)

入口含塵濃度：≤150mg/Nm3

出口含塵濃度：≤30～20mg/Nm3

對傳統電除霧(塵)器來說，處理煙氣量大，工作環境惡劣，有害物含量低但卻極其細微，其有效去除既存在難度，更存在設備造價過高的問題。

通過全方位考察和大量試驗比對，優選出立式蜂窩狀濕式電除塵(霧)器模型作為脫硫尾氣終級治理的首選設備。這種設備除塵\霧效率高，并且不受粉塵比電阻范圍的影響。

由于是腐蝕性煙氣，除塵器主體材料必須具有良好的抗腐蝕性能;設備龐大，設備所選用的材料應當適用而經濟;過飽和濕煙氣、含塵，電極形狀應當利于形成均勻液膜并自行均勻流淌，為確保電極表面無污垢，需間斷對電極表面進行沖洗。

導電玻璃鋼成為陽極首選材料(也有選用經特殊處理的PVC塑料作陽極的，選用不銹鋼作陽極的投資成本及運行維護成本過高且不能實現液膜均勻自行流淌)，其持久耐溫70℃;陰極芒刺放電線選用C276哈氏合金。

煙氣在電場內的停留時間≤2s，出口含塵≤30～20mg/Nm3，除塵效率≥80%。

屆此，WESP的電氣工作環境已經明確：低溫，飽和濕煙氣，微塵，細霧，高濃度(指液霧+溶入性微塵，其比表總面積遠高于常規意義上的干粉塵)，高流速、高效率。據此，WESP對供電裝置有以下特殊要求：

起暈電壓和運行電壓高，平均線(或板)電流密度或電暈功率大并能持續保持;電源應能自行抑制火花放電向擊穿放電發展，一旦發生擊穿放電，電源應即時消減供給功率、不能引起電極的燒損，并能承受瞬態及穩態短路。水沖洗時，能自動切斷電源，沖洗過后，能自動恢復運行。

根據恒流高壓供電裝置的供電原理和工作特征，可輕松滿足WESP各項工作要求。

3恒流電源研制的歷史背景

上世紀九十年代，有色冶煉，硫酸等工業領域，開始使用導電玻璃鋼替代PVC和鉛作為電除霧器的陽極材料，用于制酸煙氣的凈化，提升了SO3霧滴的凈化率，同時使設備重量大大減輕，但帶來了陽極容易燒穿的弊病。這是由于電除霧的供電裝置是可控硅電源，為提高除霧效率，應提高運行電壓。

在可控硅電源供電條件下，電場內的火花轉變成擊穿無可避免。火花擊穿的能量轉變成局部氣體溫度的急劇升高，致使導熱率低、熔點溫度很低的材料局部被燒穿。只有降低運行電壓(同時更大幅度地降低運行電流)才能可靠運行，除霧效率因而降低。

中科院上海精密光學機械研究所激光核聚變“神光”項目中的能源系統的單元技術——恒流源技術，由上海激光電源設備有限責任公司進行單元技術產業化，實現恒穩的電流輸出，開始廣泛應用于電除霧器的供電，使得工作電流大幅提高，工作電壓也有較大幅度的提高且非常穩定，除霧效率在使用恒流源供電后，一級除霧達到或接近兩級除霧的排放。自此，恒流源成為電除霧行業的首選電源。

4恒流供電原理與工作特征

4.1恒流供電原理

均勻、充足而又適當的板電暈功率是電除塵(霧)器高效工作的前提，從而確保塵霧荷電充足、遷移速率高。

恒流高壓直流電源利用L-C變換器，將電壓源轉換成電流源，電源向放電區饋送出穩定的電流I2。按照歐姆定律，電場電壓U2與電場等效阻抗Z關系式：U2=I2*Z。它的控制過程是通過對運行電壓變化趨勢的反饋與預置值進行比較，以決定L-C投入數量，控制目標是保持電場在較高的工作電壓下穩定運行。

與恒流供電相對，電除塵(霧)器普遍使用的可控硅電源是電壓源，其反饋控制過程是通過反饋信號綜合放大與預置值進行比較以確定輸出相位、并決定可控硅下一個半波的觸發角，以實現對負載的電壓跟蹤、控制輸出電流，當火花放電發展成弧光擊穿時，封鎖可控硅，以實現熄弧或閃絡封鎖、保護回路設備和器件。由于它的輸出電壓U2是恒定的，輸出電流I2隨電場等效阻抗Z變化：I2=U2/Z。

兩種電源的工作特性曲線見圖1、圖2。圖中電壓對電流的斜率du/di即電場等效阻抗Z。


圖1.恒流電源工作特性曲線   圖2.可控硅電源工作特性曲線

WESP是變阻抗負載，它的值Z隨含塵\霧濃度的增減而增減，又與煙氣溫度呈逆向變化，還與煙塵成分(由工藝條件決定)、電極幾何狀態(由本體構造設計制造安裝維護質量決定)密切相關，更重要的是：Z隨著電暈電流的增大和放電的發展呈下降趨勢，當火花放電發展成擊穿放電時，Z值銳減甚至接近于“0”，相當于電場短路。

由圖1和圖2可對兩種電源在電場阻抗Z變化(增大或減少)時的回饋作出全面、定性的分析：對任何變化的情況，恒流電源提供的供電功率符合電場阻抗變化的正向需求——電場負荷(濃度)增加即Z值增加供電功率自行增加，火花發展時Z值減小供電功率自行消減，并不需要人為設計的控制程序強行干預即能自行滿足電場需求，因此，電場運行電壓和電暈功率總能維護在較高的水平，故能持續保持較高的塵霧去除效率。

而可控硅電源在導通周期內提供的供電功率與電場阻抗變化的正向需求相背離，又通過程序干預的控制方式增加饋送或強行關斷則導致運行狀態的不穩定和平均電暈功率降低，塵霧去除效率因而降低。

4.2恒流源的供電特征

顯著提高電除塵(霧)器的運行電壓火花放電是電場高效工作過程中的常見現象【電場內沒有火花表明電場并沒有進入最佳工作狀態】。火花放電是狹窄、曲折路徑下的氣體擊穿?；鸹ǚ烹娨坏┬纬桑鸹ㄍǖ纼鹊碾x子濃度急劇增高，局部氣體成為良導體使得電場整體的等效阻抗Z大幅降低。

電場中的塵霧濃度高、濃度不均勻、局部風速過高或過低、極距偏移、電極變形、電極附灰等都會誘導局部火花放電和擊穿放電。

電流源供電時，L-C諧振回路輸出I1正弦全波，電源向放電區饋送的功率為I22Z，火花產生后，I2沒有改變，Z減小→I22Z也減小，電源提供的能量消減，抑制了放電的進一步發展，這是一個良性的能量衰減過程(對除塵工作有利)。

因此之故，恒流供電可以在較高的電壓下穩定運行?？煽毓韫╇娬喾矗煽毓鑼ê?，電源輸出量為U2，電源向放電區饋送的功率為U22/Z，火花產生后，U2沒有改變，Z減小→U22/Z增大，電源提供的能量增加，助長了放電的進一步發展，這是一個惡性的能量倍增過程(對除塵工作不利并引起系統不安全)。因此之故，可控硅電源供電只能在較低的電壓下穩定運行。

恒流電源的火花響應波形見圖3，圖4為可控硅電源的火花響應與控制波形。


圖3.恒流源火花擊穿響應波形  圖4.可控硅電源火花【擊穿】響應與控制波形

沉積效率的提高使用中的電除塵(霧)器，總存在著各種放電不利因素：塵霧濃度過高，極線和極板嚴重附灰，極距偏移、電極松動，煙氣流速過快，等等。這些不利因素形成復雜的放電局面。表1給出了在不利條件下，兩種電源的供電響應及控制結果。

表6.放電不利條件下電源的供電響應及控制結果


大量實踐表明：采用恒流供電技術替換可控硅供電，注入到電場的有效電功率增加，塵霧去除效率顯著提高。

運行可靠性高恒流源的正常工作不依靠復雜的電子線路、插接件，允許高壓瞬態或持續短路(見表1)而不會出現過流，因而不會燒壞任何元件。瞬態短路過后，電場自動恢復(實為自行，無需程序控制)。對可控硅電源來說，無論是瞬態短路或是持久短路，只有下一個周波封鎖可控硅，不可避免地產生短路脈沖電流，這種脈沖電流會損壞導電玻璃鋼陽極，極端情況下，會導致導電玻璃鋼燃燒。

導電玻璃鋼畢竟不是金屬，在導電率上有數量級的差別，在形成穩定的電場能力上，恒流源有先天性的優勢。

具備其它必要的監測與保護功能。

節能省電恒流電源功率因素COSφ=0.9~1，它不隨運行的功率水平變化，可以顯著降低前級供電變壓器的容量并節能。

5恒流源在濕式電除塵(霧)器上的應用

巴陵石化動力事業部#1鍋爐(蒸汽量220t/h)環境污染問題，率先采用流光放電氨法脫硫脫硝技術進行改造，并于2011年3月投入運行。該項目首次采用以恒流電源供電的玻璃鋼蜂窩式電除霧器對火電廠脫硫脫硝尾氣進行深度凈化處理，成功解決了銨鹽夾帶、氣溶膠排放，不但減少了二次污染，同時實現了降低脫硫劑消耗、節約成本的收益，煙囪腐蝕也有所延緩。

WESP空載調試時，絕緣箱溫度控制在40～80℃之間，用水沖洗WESP內部，使之形成液膜?？蛰d調試及負荷運行測試數據見表7。

表2.脫硫脫硝后置WESP空載及運行供電數據


經湖南省環保局檢測，WESP出口側煙氣中的污染物含量(見表3)遠低于國家環保標準，煙囪排放無明顯白煙霧(氣溶膠)。

表3.：#1爐脫硫脫硝+WESP環保檢測數據


6結束語

恒流供電技術，它在為各種電除塵、電除霧器提供優質供電的同時，又通過自身的不斷完善，進一步提升性能。如目前要求的電源輸出電流較大，電源必須在無火花狀態下運行，同時在故障狀態下，出現異常放電時，電源能自動保護并報警，保障電除霧器的安全。

在環境政策日趨嚴格的氛圍之下，恒流電源與WESP的協調工作，必將進一步突顯WESP在電站鍋爐煙氣深度處理領域的優勢。

參考資料

1.陳宇淵，“電除霧器的高壓供電技術”【J】硫酸工業1998(6)：21-24

2.解廣潤、陳慈瑩合編，《高壓靜電除塵》，水利電力出版社，1993，6

3.陳宇淵，"恒流高壓直流電源的外特性"《電除塵與氣體凈化》1996，4，pp20-22

4.孫乃庚，"用于靜電沉積的新型恒流高壓直流電源"《第六屆全國電除學術會議論文集》1995，4pp251-25

(第二屆電站鍋爐優化運行與環保技術研討會論文集)

(來源：微信公眾號“清潔高效燃煤發電”ID：redianjishu)