高频电源及脉冲电源在烧结机头电除尘器改造中的应用.doc

高频电源及脉冲电源在烧结
机头电除尘器改造中的应用研究

摘要：随着国家环保要求对排放指标的提高，烧结机头电除尘器面临着升级改造的问题。本文介绍了机头电除尘器改造的几种思路，着重介绍了高频电源及脉冲电源对烧结机头电除尘器降低排放的理论依据及实际应用。
关键词：烧结，机头电除尘器，高频电源，脉冲电源

1引言
随着当前大气污染形势日趋严峻，国家出台了新的环保排放标准。《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》中规定，烧结机头排放标准提高至50mg/m3，限值地区为40mg/m3，部分地方规定甚至达到30mg/m3。由此可见国家的环保标准提高到了一个更高的水平。新标准对排放值要求的指标提高幅度较大，因此新标准发布之前建成的大部分烧结机头电除尘器均面临技术升级改造问题。
2几种电除尘器改造思路
为提高电除尘器的排放指标，目前的改造方案总体上可分为三类，第一类为除尘器本体改造，第二类为除尘器电源改造，以及根据实际情况将二者结合进行改造。除尘器本体改造包括增加电场方案、加高电场方案、末电场采用旋转极板方案、采用电袋方案等。除尘器本体改造方案普遍存在工期长、投资大，且受场地制约等不利因素。而电源改造方案的工期短甚至可以在线改造，投资也相对较低，且不受场地制约。因此，从电源改造入手为电除尘器的改造提供了另一种思路。
3高频电源及脉冲电源在机头电除尘器改造中的应用
3.1烧结机头电除尘器的特点
1）工况稳定性差导致烟气温度变化范围大，使电除尘器工况处于剧烈变化状态，除尘效果不稳定；
2）烟气粉尘中碱金属氧化物含量高，比重轻，粘度大，粉尘颗粒细。粉尘被吸附在阳极板、阴极线上后，难以清除，造成板、线积灰严重，易造成电晕闭塞及反电晕现象发生，影响除尘效率；
3）粉尘比电阻高。由于粉尘比电阻高，尤其产生高碱度烧结矿时，比电阻值甚至达到1012Ω·cm以上，造成荷电困难，同时粉尘被吸附在阳极板、阴极线上后，很难释放电荷，在电场力的作用下很难被振打力清除，从而极易产生“反电晕”现象，降低除尘效率；
4）烟气含湿量大。水分与硫反应生成的酸性物质腐蚀设备，同时增加粉尘附着力，造成清灰困难；
5）粉尘粒径小。粒度＜5μm的粉尘占30%以上；
6）烟气负压高。达到近20Kpa，易使设备漏风，造成气流分布不均，且漏风处温度下降，造成局部结露积灰，绝缘降低，产生爬电，导致除尘效率下降。
烧结机机头电除尘器使用高频电源的必要性
由于前级电场烟气中粉尘量较大，导致荷电粉尘在电场中互相阻碍彼此受到电场作用力，减缓了荷电粉尘趋向极线、极板的速度，大大增加了空间电荷数量，从而使电场的电晕电流降低；而大量粉尘进入电场后，还必然导致电场击穿电压降低，火花闪络频繁，从而又降低了电晕电压平均值Vai；针对这种工况，一方面必须提高电场内部的可流通、供荷电的离子数量，即提高电晕电流，以更多的离子数量与粉尘碰撞荷电；另一方面必须提高平均电晕电压，增强电场强度，使电除尘电场出力增加，以有效提升除尘效率。然而当前单相工频电源由于控制理念与控制技术的局限性，使之受供电的正弦波的波峰、波谷影响很大，峰值电压来临时，可能引起电场火花闪络，而谷值电压来临时，又降低了电场的平均电晕电压。总之，无论是电场火花闪络，还是碰遇谷值电压，都会降低电场的平均电晕电压，降低电场作用力，降低除尘效率。如图3-1：

图3-1单相电源与高频电源比照图
而技术先进的高频电源采用三相供电，先将输入的三相工频交流电源整流，然后采用纯直流电源给IGBT供电，不仅可以输出的更高的电晕电压，而且波形还非常平稳，可以有效杜绝单相工频电源由正弦波波峰、波谷带来的影响。相同工况下，高频电源相对单相电源可以提高30%的二次电压以及50%-100%的二次电流，输出更大的电晕功率，更多的供荷电用电子，使电场拥有更大的出力，从而大大提高了除尘效率。高频电源波形如图3-2：

图3-2高频电源波形图
烧结机机头电除尘器采用基波叠加脉冲电源的优势
电除尘器的工作原理主要是首先使空气电离，电离后使粉尘荷电，荷电后的粉尘在电场力的作用下向极板移动并吸附于其上，最后使用振打装置将其震落并收集，完成了一个电除尘器的收尘过程。在其中粉尘荷电的过程中，主要分为两种荷电类型：电场荷电和扩散荷电，两种荷电方式适应的粉尘颗粒有所不同，如图3-3所示：

图3-3粉尘荷电类型
根据多依奇-安德森除尘效率公式，可以看出烧结烟气对电除尘效率的影响因素：

ω:驱进速度（m/s）
η:除尘效率（%）
V:烟气量（m3/s）
A:收尘极板面积（m2）
由上式得出，要提升除尘效率，有三种途径：
1)减少烟气量。在维持正常的烧结矿生产过程中，此途径很难实现；
2)增大收尘面积。要增大收尘面积，要么增加电场数量，要么增高电场高度。但无论采用哪