我国电除尘器脉冲电源与国外先进技术的差距

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我国电除尘器脉冲电源与国外先进技术的差距

文_覃绍亮 大唐环境产业集团股份有限公司

摘要：文章在介绍电除尘器脉冲电源与常规直流电源的区别及其技术特点的基础上，从电除尘器脉冲电源的设计及应用、配置方式、装配形式、质量对比等四个方面，阐述了我国电除尘器脉冲电源与国外先进技术的差距，提出国产电除尘器脉冲电源除了在核心技术方面有待改进之外，制作脉冲电源的元器件与材料，特别是影响整机性能的玻璃钢片材料和IGBT芯片方面也需要提高。

关键词：电除尘器；脉冲电源；技术差距

The Gap between Pulse Power Supply of ESP in China and Advanced Technology

in Foreign Countries

Qin Shao-liang

[ Abstract ] On the basis of introducing the difference and technical characteristics between pulse power supply of ESP and conventional DC power supply, this paper expounds the gap between pulse power supply of ESP in China and foreign advanced technology from four aspects of design and application, configuration mode, assembly form and quality comparison of pulse power supply of ESP, and points out that domestic pulse power supply of ESP is not only in core technology. In addition to technical improvements, the fabrication of components and materials of pulse power supply, especially FRP sheet materials and IGBT chips, which affect the performance of the whole machine, is also an important part to be improved.

[ Key words ] ESP; Pulse power supply; Technical gap

1 简介

电除尘器脉冲供电电源按照脉冲宽度分类，可分为ns级的短脉冲电源和µs级的长脉冲电源。按照是否具有脉冲变压器进行分类，可分为不带脉冲变压器的脉冲电源和带脉冲变压器的脉冲电源。

2 脉冲电源的优点

脉冲电源较常规电源具有两个优点。一是脉冲电压上升时间短，电场内电压dV/dt高，使电场内易产生高能低温等离子体。二是脉冲电压持续时间短，使电场在同样的工况下能获得更高的峰值电压。

3 电除尘器脉冲供电技术的特点

3.1 具有更高的除尘效率

工频电源和高频电源电晕电压与收尘电压是同一个电压，并且是直流连续电压，一般不能升得很高，通常在50～70kV之间，否则就会发生火花放电。脉冲电源收尘用的基础电压较低，通常在50kV以下，电晕主要依靠宽度100µs左右以及上升时间小于50µs的脉冲电压形成，所以脉冲电源可在有效控制火花放电的前提下，使得脉冲电压可以达到较高的数值，粉尘荷电效果更好，电除尘器的收尘效率也更高。

3.2 避免高比电阻粉尘收尘时产生的反电晕

高比电阻粉尘在直流供电模式下，收尘极很容易产生反电晕和二次扬尘现象。但反电晕的产生通常需要一定时间，脉冲电源电压脉冲宽度仅为100µs左右，远远小于形成反电晕的时间，而且重复频率低，消除了反电晕的可能。

在高比电阻粉尘的工况下，脉冲电源可以通过减小脉冲频率降低供电电流，进而避免电场内部的反电晕现象。

3.3 相对于其他电源更节能

脉冲电源基础电压在电场起晕电压附近运行，电流较小，重复频率在25～400pps左右，仅为电场提供必要的电场力，从而大幅减少无效电能，提高电能利用效率。脉冲电压部分采用能量回馈机制，虽然脉冲瞬时功率大，但大部分能量在脉冲下降时又回馈到了系统中，实际脉冲部分的平均功率非常小，因此脉冲部分消耗电量也很小。

实践证明，脉冲电源较普通工频电源节电率高达80%～90%，比高频电源也可节电约30%～50%。

3.4 节省钢材

脉冲电压的独特供电方式使电除尘器在运行时，大幅度降低粉尘排放，这相当于增加了电除尘器收集面积。有关的应用研究表明，电除尘器采用脉冲电源供电，可比普通直流电源供电减少近50%的收尘板面积。

3.5 实现排放达标

由于脉冲电源可使电场内极易产生高能低温等离子体，且脉冲电源激发的电荷浓度为常规电源的几百倍，这就极大提高了粉尘的荷电量，在同等工况下，能够减少粉尘排放30%以上，

科 技·TECHNOLOGY 70

减少PM

2.5

排放50%以上。

4 国产脉冲电源与国外先进技术的差距

纵观现今国内外脉冲电源的应用情况不难发现，我国自主研发的脉冲电源技术与国际先进水平仍有一定的差距，具体体现在如下几个方面：

4.1 设计及应用

由脉冲电源的原理可知，脉冲电源是由一个基础电压和一个脉冲电压叠加而成。在保证排放要求的前提下，国外脉冲电源在设计和实际运行时，往往采用较低的基础电压和较高的脉冲电压，比如丹麦史密斯公司的脉冲电源，基础电压通常不高于40kV，脉冲叠加电压达60kV以上，最高可到100kV，这样基础电压能够使除尘设备保持一个较低的耗电率，而较高的脉冲则可使粉尘荷电性能提高。国内大多数厂家在基础电压和脉冲叠加电压的关系介绍上比较模糊，但实际在脉冲电源设计和运行时，往往选择较高的基础电压和一个较高的脉冲电压，比如国电南环的脉冲电源，基础电压60～80kV，脉冲叠加电压60～80kV，此种配置可使除尘效率达到较高的水平，但在节能方面就要逊于如丹麦史密斯的产品。

另外，国内有研究表明，电除尘器脉冲供电电源的基础电压，并不是越接近起晕电压越好，而是越接近关断电压越好，因为关断电压通常是反电晕现象的断开点，而脉冲电源基础电压的建立原则，首先就是要避开反电晕，所以脉冲电源基础电压的确定，应该是依据关断电压，而非起晕电压。依据这个研究结果，可以得到电除尘器脉冲供电电源的最佳基础电压应在20～30kV之间，而国内脉冲电源厂家在技术设计时，仍不能达到国外同类产品的水准。

实际就国内外两种电除尘器脉冲供电电源的差别来看，采用较低基础电压的脉冲电源更有利于电除尘设备的长期运行。应该说国内没有采用较低基础电压的原因，主要是在核心技术方面还有待改进。

4.2 配置方式

在脉冲电源基础电压选择方面，国外通常选择成本较高的三相工频电源。三相工频电源功率因数和效率相对较高，输入到电除尘器电场的电压纹波较小（5%左右），其平均值和峰值只有5%的差别，所以电压及电能输入的平均值较高。而国内通常采用成本较低的单相工频电源或高频电源。究其原因，除了市场低价竞争的成本因素外，还有用户的接受程度。国内火力发电厂超低排放改造后，大多数电除尘器将原有的工频电源改为高频电源，高频电源技术相对成熟且运行较稳定，因此在基础电源的选择上，用户更愿意选择国内使用较多的高频电源。

对于上述现状，从电除尘器进一步挖掘节能潜力的角度分析，未来国内电除尘器脉冲电源发展方向，不排除选择基础电压低；电能输入平均值高；稳定性好；故障率低；综合费用低，但

相对投资成本较高的三相工频电源作为脉冲电源的基础电源，实际从长远来看，以三相工频电源为基础电源的脉冲电源电除尘器，仅节能方面的经济效益，就远远大于其较高的投资成本。

4.3 装配形式

国外的脉冲电源，比如丹麦史密斯公司，是将基础电源和脉冲电源在制造时融合为一个整体，其电源参数调整，需要按照用户手册以及较丰富的实践经验进行。而国内的大部分脉冲电源厂家则是在基础电源上加装脉冲电源，其参数的调整相对比较随意。可以这样简单的比喻，国外的脉冲电源是一个电源，而国内的脉冲电源是两个组装在一起的电源。因此在运行时，使用国内电源的用户可以随时关闭脉冲电源部分，只运行基础电源（单相工频、高频电源），这样就无法更好地体现脉冲电源在节能、高效方面的优势。

4.4 质量对比

通过了解国内一些配套了脉冲电源的电除尘器运行情况得知，国内脉冲电源的故障率也明显高于国外产品。其中，除了脉冲电源控制部分的常规元件质量以外，脉冲变压器内的玻璃钢绝缘材料以及IGBT芯片的质量问题，是导致产品故障率高、质量品质不高的重要因素。

变压器玻璃钢套管将变压器内部高、低压引线引到油箱外部，不但作为引线对地绝缘，而且还担负着固定引线的作用。变压器套管也是变压器载流元件之一，在变压器运行中，长期通过负载电流，当变压器外部发生短路时通过短路电流。因此，变压器玻璃钢套管是具有绝缘、隔断和支持作用的重要器件，也是保障变压器安全运行的重要部件。

IGBT芯片是能源变换与传输的核心器件，俗称电力电子装置的CPU。目前，国际上耐压高、电流大、速度高、饱和压降低、可靠性好、低成本的IGBT芯片主要采用1µm以下制作工艺，这种精度的制作工艺方面，我国与国外先进水平还有较大的差距，但是作为国家战略性的新兴产业，已经越来越受到重视。

因此，从产品质量上看，国产电除尘器脉冲电源除了在核心技术方面有待改进之外，制作脉冲电源的元器件与材料，特别是影响整机性能的玻璃钢片材料和IGBT芯片方面，也需要提高。

5 结语

尽管目前我国电除尘器脉冲电源与国外先进水平还存在着差距，但在国家倡导的节能、高效、绿色发展的时代主题下，伴随国内对关键技术的突破以及元器件质量的提高，我国电除尘器脉冲电源技术必将会达到甚至超过国际先进水平。

参考文献

[1]王娜.电除尘器脉冲供电电源及其应用中的几个问题[J].通风除尘,1993(2):6-12.