水泥行業(yè)超低排放電除塵器電源改造【圖】
2019-08-0916:13:26
ESP高壓電源的選型對(duì)于ESP性能是至關(guān)重要的，高壓電源應(yīng)為ESP電場(chǎng)提供足夠的電暈功率，以獲得佳排放水平。
表明，一個(gè)或兩個(gè)電場(chǎng)的小型ESP的電源解決方案是選擇一種佳的電源類型。對(duì)于大的ESP，要獲得佳的技術(shù)/商業(yè)解決方案，計(jì)算會(huì)復(fù)雜。本文中案例表明，對(duì)于具有多個(gè)電場(chǎng)的ESP，不同電源類型的組合才是對(duì)用戶來(lái)說(shuō)佳的配置。
前言
由于環(huán)保的要求越來(lái)越高，許多在投運(yùn)中的靜電除塵器（ESP）的性能不能滿足實(shí)際排放水平的要求。因此，許多安裝ESP的工廠需要進(jìn)行升級(jí)。
改造項(xiàng)目被認(rèn)為是一個(gè)非常復(fù)雜和昂貴的過(guò)程。由于停止過(guò)程而導(dǎo)致的收入損失以及雇用承包商和用于處理重物的重型車(chē)輛是通常與高成本相關(guān)的后果。
ESP的智能來(lái)自控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)管理和監(jiān)控ESP中煙氣的清潔過(guò)程。控制系統(tǒng)控制高壓電力系統(tǒng)（HVPS），該系統(tǒng)在ESP的鋼結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生電場(chǎng)，并且是設(shè)計(jì)的重要部分。
以下表明，不是重新設(shè)計(jì)并開(kāi)始重新構(gòu)建ESP的鋼結(jié)構(gòu)，而是可以通過(guò)查看高壓電力系統(tǒng)和控制器來(lái)提高ESP的效率。
1.簡(jiǎn)介
ESP電源類型的選擇對(duì)于ESP性能是至關(guān)重要的，高壓電源應(yīng)為ESP電場(chǎng)提供足夠的電暈功率，以獲得佳排放水平。
表明，具有一個(gè)或兩個(gè)電場(chǎng)的小型ESP的電源解決方案是選擇一種佳的電源類型，即：傳統(tǒng)單相電源，三相電源，高頻電源或脈沖電源。對(duì)于大的ESP，要獲得佳的技術(shù)/商業(yè)解決方案，計(jì)算會(huì)復(fù)雜。本文中案例表明，對(duì)于具有多個(gè)場(chǎng)的ESP，不同電源類型的組合才是對(duì)用戶來(lái)說(shuō)佳的配置。
2.影響電除塵器性能的主要因素
目前中國(guó)排放標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)是世界上嚴(yán)格的之一，為了達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，生產(chǎn)廠家不可避免的要使環(huán)保島中的每一個(gè)系統(tǒng)工作在佳狀態(tài)。在討論電源對(duì)靜電除塵器性能的影響之前，需要說(shuō)明的是靜電除塵器是一個(gè)系統(tǒng)工程，要使它工作在佳狀態(tài)或者說(shuō)符合排放要求的狀態(tài)，需要各個(gè)環(huán)節(jié)的配合和匹配。一臺(tái)機(jī)械狀況良好的靜電除塵器，如果采用不合適的高壓電源，則無(wú)法將ESP的性能發(fā)揮到大。反之，一臺(tái)ESP配備了優(yōu)化的高壓電源和控制系統(tǒng)，如果機(jī)械方面有重大故障，也會(huì)造成排放超標(biāo)的結(jié)果。
在下面本文會(huì)通過(guò)兩個(gè)方面，介紹影響ESP性能的主要因素，一是電源方面的因素，二是非電因素：
2.1ESP電源與ESP性能的關(guān)系
目前在全世界上應(yīng)用廣泛的ESP電源有四種：傳統(tǒng)單相電源，三相電源，高頻電源和脈沖電源，作為一家在ESP電源行業(yè)有超過(guò)80年歷史的廠家，我們認(rèn)為這四種電源各有各的特點(diǎn)，四種電源都有其適用的工況，不能說(shuō)某一種電源是或好的。
以下是電源方面對(duì)電除塵器性能的關(guān)鍵因素：
2.1.1ESP運(yùn)行電壓的峰值與均值的乘積，與電除塵器的效率成正比；
2.1.2ESP運(yùn)行電流的均值，在沒(méi)有發(fā)生反電暈的條件下，與電除塵器的效率成正比；
2.1.3ESP的火花響應(yīng)，在火花發(fā)生時(shí)關(guān)斷越快越好，火花熄滅時(shí)恢復(fù)電壓輸出越快越好；
2.1.4在經(jīng)濟(jì)性上，對(duì)于ESP電源的要求是設(shè)備效率越高越好；
2.1.5其他方面，電源的控制系統(tǒng)要穩(wěn)定并能方便地與現(xiàn)場(chǎng)DCS對(duì)接，所有的警告和故障都有相關(guān)的故障信息顯示以方便用戶和廠家的作出判斷并解決故障。
以上是針對(duì)理想化工況的ESP，而實(shí)際ESP在運(yùn)行時(shí)存在與上述要求相悖的因素：
2.1.6ESP運(yùn)行電壓紋波低且電壓值高，這對(duì)灰量大，比電阻不高的前電場(chǎng)是的，但是對(duì)灰量小，比電阻高的后電場(chǎng)，這種運(yùn)行電壓造成反電暈的問(wèn)題是明顯的。
2.1.7ESP運(yùn)行電流并不是越大越好，運(yùn)行電流的大小不能超過(guò)陽(yáng)板粉塵釋放電荷的速度，否則也會(huì)造成反電暈的問(wèn)題；
2.1.8電源頻率并不是越高越好，頻率越高，對(duì)半導(dǎo)體本身和其控制系統(tǒng)的要求越高，而隨著頻率的升高，給電源性能帶來(lái)的提升是有限的。
所以在ESP電源選擇時(shí)，要根據(jù)實(shí)際工況選擇佳的類型，從ESP性能和經(jīng)濟(jì)性上多方面來(lái)考慮，用不同類型的電源進(jìn)行搭配，使得ESP具備合理的性能和能耗。
2.2影響ESP性能的非電因素：
2.2.1ESP的機(jī)械狀況是否良好，ESP作為一個(gè)長(zhǎng)期工作在惡劣環(huán)境的系統(tǒng)，內(nèi)部的板線等結(jié)構(gòu)會(huì)由于各種不同的原因發(fā)生問(wèn)題，比如閃絡(luò)，高溫，銹蝕等等。
2.2.2煙氣溫度：保持在ESP設(shè)計(jì)的允許范圍內(nèi)，因?yàn)镋SP的處理煙氣普遍溫度較高，比如水泥行業(yè)的窯頭除塵器來(lái)說(shuō)，如果沒(méi)有加裝篦冷機(jī)或余熱回收利用，經(jīng)常會(huì)有超過(guò)350度的煙氣進(jìn)入到除塵器，這將帶來(lái)很大的風(fēng)險(xiǎn)使除塵器中的板線變形。
2.2.3煙氣分布：煙氣分布不均勻帶來(lái)的結(jié)果就是煙氣量大的電場(chǎng)負(fù)荷高，煙氣量小的電場(chǎng)負(fù)荷低，如果ESP某部分電場(chǎng)(通道)的負(fù)荷超過(guò)設(shè)計(jì)負(fù)荷，終排放到出口的粉塵量會(huì)超標(biāo)。
2.2.4振打控制：不同的ESP運(yùn)行狀態(tài)，要有不同的振打控制來(lái)進(jìn)行匹配進(jìn)行收塵，終的目的是不造成過(guò)大的二次揚(yáng)塵，不能使線板積灰嚴(yán)重而造成相關(guān)問(wèn)題。
其他ESP本身的固定參數(shù)和煙氣參數(shù)及煙氣物理化學(xué)性質(zhì)在ESP電源改造項(xiàng)目中屬于不可變量，不在本文的討論范圍內(nèi)。
3.各種電源類型的比較
電除塵器經(jīng)過(guò)上的發(fā)展，到現(xiàn)代已經(jīng)是一個(gè)非常龐大的系統(tǒng)，而我們?cè)诜治鲆慌_(tái)電除塵器運(yùn)行性能時(shí)首先要看的卻是一些微觀的參數(shù)。要知道一臺(tái)電除塵器運(yùn)行的狀況是否良好，除了要檢查它各個(gè)電場(chǎng)的電壓電流值以外，還要檢查這些電壓電流的運(yùn)行時(shí)的波形和閃絡(luò)時(shí)的波形，這些波形都是在毫秒甚至是微秒級(jí)的，但是這些微觀的量卻是終決定ESP整體性能，每小時(shí)排放量，每天排放量，每年排放量的關(guān)鍵的因素。
所以我們要對(duì)各種電源類型進(jìn)行比較的時(shí)候，實(shí)際上我們要比較的是他們的電壓電流波形，這些是ESP收塵性能是否良好的關(guān)鍵點(diǎn)所在：
3.1傳統(tǒng)單相電源
輸出電壓紋波=40~50%,輸出電流為毫秒級(jí)脈沖。
適合灰量大，中低比電阻粉塵工況。
3.2三相電源
輸出電壓紋波=1~5%,輸出電流為持續(xù)直流電流，紋波低。
適合灰量大，低比電阻粉塵工況。
3.3高頻電源
輸出電壓紋波<1%,輸出電流為持續(xù)直流電流，紋波低。
適合灰量大，中低比電阻粉塵工況，的脈沖供電模式對(duì)中比電阻粉塵效果良好。
對(duì)于高頻電源，這里值得一提的是高頻電源主要存在三種不同的控制技術(shù)，包括調(diào)頻，調(diào)幅和脈寬控制，這三種高頻電源終輸出到ESP的電壓電流波形是不一樣的，本文不作詳細(xì)說(shuō)明，上圖是脈寬控制高頻電源的輸出波形，其特點(diǎn)是紋波低且不隨負(fù)載變化而變化，頻率不變。
3.4脈沖電源
脈沖電源作為一種的電源系統(tǒng)，是專門(mén)針對(duì)高比電阻粉塵設(shè)計(jì)的電源解決方案，簡(jiǎn)單的說(shuō)，在同等電暈電流的運(yùn)行狀況下，其他電源會(huì)有反電暈的問(wèn)題，但脈沖電源不會(huì)發(fā)生反電暈。
輸出電壓為直流基壓疊加微秒級(jí)脈沖電壓，直流基壓的作用為形成靜電場(chǎng)，使荷電粉塵在ESP中向收塵移動(dòng)，脈沖電壓的作用是產(chǎn)生瞬態(tài)大電流，給粉塵荷電。由于每個(gè)脈沖電流峰值高，時(shí)間短，對(duì)高比電阻粉塵的荷電效果好而又留有足夠的時(shí)間讓吸附在收塵上的粉塵釋放電荷。
上圖為脈沖電源的輸出電流，正如圖所示，這里的輸出電流也有兩部分組成，一是電暈電流為純直流，二是脈沖電流，脈沖電流不再是直流而是交流，在前半段脈沖電源向ESP輸入瞬態(tài)大電流給粉塵荷電，在后半段電場(chǎng)電容由于充電造成的高壓，開(kāi)始反向向脈沖電源內(nèi)的電容進(jìn)行充電，將電能傳送回到電源內(nèi)部。
正是因?yàn)檫@個(gè)特性，使得脈沖電源有從電場(chǎng)回收能量的功能，脈沖電源本身也是四種電源中運(yùn)行的電源。
4.水泥廠ESP電源改造案例
KP在對(duì)水泥ESP進(jìn)行電源改造時(shí)，通常是按照以下流程來(lái)進(jìn)行，以便于給用戶提供佳的電源解決方案并進(jìn)行終驗(yàn)證：
1)現(xiàn)有ESP初步數(shù)據(jù)分析
2)現(xiàn)場(chǎng)勘察
3)電源改造方案提交
4)現(xiàn)場(chǎng)施工指導(dǎo)和運(yùn)行調(diào)試
5)改造后性能驗(yàn)證
在近十幾年市場(chǎng)實(shí)施多個(gè)水泥ESP電源改造項(xiàng)目后，KP積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，除了給客戶推薦佳的電源搭配以外，由于長(zhǎng)期與ESP廠家合作，包括FLSth，GE(ALSTOM)，Hamon等，我們的現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)和運(yùn)行調(diào)試也是世界水平的。由于KP擁有所有的ESP電源類型，我們是給客戶推薦合理的電源搭配，而不會(huì)強(qiáng)調(diào)某一種電源類型是好的。
以下是部分案例的介紹：
4.1鄰水紅獅水泥-窯尾除塵器
改造后伏安曲線
從上面數(shù)據(jù)可見(jiàn)，通過(guò)將單相工頻電源換為三相電源后，除塵器的運(yùn)行電壓電流均有大幅的增加，從伏安曲線上可以確認(rèn)沒(méi)有反電暈的問(wèn)題發(fā)生，改造后9#和10#電場(chǎng)的收塵能力了大幅的提高。
由于此項(xiàng)目只換了一個(gè)通道的末尾兩個(gè)電場(chǎng)的電源，用于考核換電源以后的運(yùn)行電壓電流數(shù)據(jù)，所以沒(méi)有考核改造前后的粉塵排放數(shù)據(jù)。
4.2浙江紅獅水泥-窯頭除塵器
改造前后排放對(duì)比：
改造前的排放典型值在20mg/Nm3左右，末電場(chǎng)振打時(shí)的瞬時(shí)峰值會(huì)達(dá)到70mg/Nm3。
改造后的窯頭粉塵保持在10mg/Nm3以下，上圖中顯示值為7.8mg/Nm3。
從上面的數(shù)據(jù)可見(jiàn)，用三相電源換調(diào)頻高頻電源，會(huì)可以高的除塵器運(yùn)行電壓。但從1#和2#電場(chǎng)改造前后的輸出電流來(lái)看有一些問(wèn)題，實(shí)際輸出電壓有所升高但輸出電流卻降低不少，需要進(jìn)一步調(diào)查。從3#和4#改造前后的運(yùn)行電壓電流來(lái)看，KP的高頻電源在替換三相電源后使得運(yùn)行電壓電流大幅增加，而從改造前后的排放數(shù)據(jù)來(lái)看，粉塵排放量了很大的降低。
4.3案例，印度Narmada水泥廠-窯頭篦冷機(jī)除塵器
改造前ESP運(yùn)行數(shù)據(jù)
改造后ESP運(yùn)行數(shù)據(jù)
5.結(jié)論
對(duì)于和社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求，現(xiàn)有水泥生產(chǎn)工藝中煙氣的粉塵治理可以通過(guò)電除塵器電源的改造來(lái)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，而不需要對(duì)除塵器本體進(jìn)行大的改造甚至增加電場(chǎng)數(shù)。而對(duì)于不同的ESP，要達(dá)到超低排放的要求可以通過(guò)不同的電源類型搭配來(lái)達(dá)到效果，而不是越大的電源越好或者某一種電源好。
