CN101369785B

CN101369785B - 大功率发电厂烟气脱硫脱氮脉冲电晕等离子体直流电源

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Publication number: CN101369785B
Application number: CN2008101372754A
Authority: CN
Inventors: 袁晓欧; 袁宝君; 袁宝春
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-10-07
Filing date: 2008-10-07
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2028-10-07
Also published as: CN101369785A

Abstract

大功率发电厂烟气脱硫脱氮脉冲电晕等离子体直流电源，它包括整流电路、滤波电路、脉冲开关电路、充放电电路、脉冲变压器和脉冲调制电路，滤波电路的正输入端和负输入端分别与整流电路的正输出端和负输出端相连，脉冲开关电路的输入端与滤波电路的正输出端相连，脉冲开关电路的输出端与充放电电路的正输入端相连，充放电电路的正输出端和负输出端分别与脉冲变压器一次侧的两端分别相连，脉冲调制电路的两输入端分别与脉冲变压器二次侧的两端分别相连，脉冲开关电路由至少两个门极关断晶闸管开关电路相并联构成。它具有功率大，使用寿命长的优点，它可以使国内燃煤发电厂烟气干法脱硫脱氮能力大为增强，从而促进国内干法脱硫脱氮技术的发展。

Description

大功率发电厂烟气脱硫脱氮脉冲电晕等离子体直流电源

技术领域

本发明涉及电源，具体涉及一种发电厂用烟气脱硫脱氮脉冲电晕等离子体直流电源。

背景技术

燃煤发电厂排放的二氧化硫(SO₂)和氮氧化物(NO_x)是大气污染的主要物质，二氧化硫(SO₂)和氮氧化物(NO_x)是形成“酸雾”和“酸雨”的主要原因之一，严重危及人体健康，对自然环境造成严重损害，脱硫、脱氮是中国治理燃煤污染改善大气环境的最主要目标，目前国内发电厂脱硫、脱氮的方法主要有湿法和干法两种，湿法脱硫、脱氮是用石灰石石膏法湿式脱二氧化硫(SO₂)和选择性催化还原法脱氮氧化物(NO_x)组合的技术，据资料介绍，德国、日本、美国等国家多数采用这种方法，该方法的问题是耗水量大，而且必须进行污水的深度处理，生成的大量副产品石膏应用也有限，烟气在进入烟囱前需要加热提高温度，该组合技术中氨选择性催化剂还原法的缺点是，脱氮的催化剂寿命维护比较麻烦，工艺中生成的胺化合物有堵塞系统的弊病等，因此使该组合法的推广应用受到影响。干法克服了湿法脱硫、脱氮的上述缺点，它用一个过程能同时脱硫脱氮，且去除效率高，能够生成的副产品硫酸氨和硝酸氨可作化肥用，没有废弃物，没有废水及其处理设施，因为不用催化剂，所以不存在催化剂中毒，影响使用寿命的问题，设备结构简单，对烟气条件变化适应性强，容易控制，目前国内燃煤发电厂烟气干法脱硫脱氮使用的脉冲电晕等离子体直流电源的脉冲形成开关为旋转火花开关，它存在使用重复率低、寿命短的缺点，导致目前国内燃煤发电厂烟气干法脱硫脱氮所使用的脉冲电晕等离子体直流电源的功率不够大，无法满足发电厂大容量发电机组烟气脱硫脱氮的需求，制约了国内干法脱硫脱氮的发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对目前国内燃煤发电厂烟气干法脱硫脱氮所使用的脉冲电晕等离子体直流电源的上述缺点，提供一种大功率发电厂烟气脱硫脱氮脉冲电晕等离子体直流电源。

本发明的技术解决方案是：它包括整流电路、滤波电路、脉冲开关电路、充放电电路、脉冲变压器T和脉冲调制电路，滤波电路的正输入端和负输入端分别与整流电路的正输出端和负输出端相连，脉冲开关电路的输入端与滤波电路的正输出端相连，脉冲开关电路的输出端与充放电电路的正输入端相连，滤滤波电路的负输出端与充放电电路的负输入端通过防回流电路相连，充放电电路的正输出端和负输出端分别与脉冲变压器T一次侧的两端分别相连，脉冲调制电路的两输入端分别与脉冲变压器T二次侧的两端分别相连，脉冲开关电路由至少两个门极关断晶闸管开关电路相并联构成，门极关断晶闸管开关电路由门极关断晶闸管VT、均流电阻R和均流电感Ls构成，均流电阻R和均流电感Ls相并联后与晶闸管VT相串联，脉冲调制电路由若干级磁压缩电路相串联构成。

本发明的技术效果是：它具有功率大，使用寿命长的优点，它可以使国内燃煤发电厂烟气干法脱硫脱氮能力大为增强，从而促进国内干法脱硫脱氮技术的发展。

附图说明

图1为本发明实施例方框图；

图2为本发明实施例电路原理图；

图3为本发明实施例晶闸管VT1和VT2伏安特性差异图；

图4为本发明实施例晶闸管VT1和VT2伏安特性原理图；

图5为本发明实施例静态均流电路原理图；

图6为本发明实施例动态均流电路原理图；

图7为本发明实施例门极关断晶闸管GTO驱动控制电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，它包括整流电路、滤波电路、脉冲开关电路、充放电电路、脉冲变压器T和脉冲调制电路，滤波电路的正输入端和负输入端分别与整流电路的正输出端和负输出端相连，脉冲开关电路的输入端与滤波电路的正输出端相连，脉冲开关电路的输出端与充放电电路的正输入端相连，滤波电路的负输出端与充放电电路的负输入端通过防回流电路相连，充放电电路的正输出端和负输出端分别与脉冲变压器T一次侧的两端分别相连，脉冲调制电路的两输入端分别与脉冲变压器T二次侧的两端分别相连，脉冲开关电路由至少两个门极关断晶闸管开关电路相并联构成，门极关断晶闸管开关电路由门极关断晶闸管VT、均流电阻R和均流电感Ls构成，均流电阻R和均流电感Ls相并联后与晶闸管VT相串联，脉冲调制电路由若干级磁压缩电路相串联构成。

如图2所示，防回流电路由二极管VD₇构成。脉冲调制电路由两级磁压缩电路相串联构成。磁压缩电路由磁压缩电容C₃和磁压缩电感Li构成，磁压缩电容C₃的正极与磁压缩电感Li的一端相连。

整流电路为三相桥式整流电路，它包括整流二极管VD₁、VD₂、VD₃、VD₄、VD₅和整流二极管VD₆，整流二极管VD₁的负极、整流二极管VD₃的负极和整流二极管VD₅的负极相连构成三相桥式整流电路的正输出端，整流二极管VD₂的正极、整流二极管VD₄的正极和整流二极管VD₆的正极相连构成三相桥式整流电路的负输出端，整流二极管VD₁的正极与整流二极管VD₂的负极相连构成三相桥式整流电路的第一输入端，整流二极管VD₃的正极与整流二极管VD₄的负极相连构成三相桥式整流电路的第二输入端，整流二极管VD₅的正极与整流二极管VD₆的负极相连构成三相桥式整流电路的第三输入端。

滤波电路由滤波电容C₁和滤波电感L₁构成，滤波电容C₁的正极与滤波电感L₁的一端相连。充放电电路由充放电电容C₂和放电电感L₂构成，充放电电容C₂的正极与放电电感L₂的一端相连。

三相桥式整流电路的正输出端与滤波电容C₁的正极与滤波电感L₁的相连端相连，三相桥式整流电路的负输出端与滤波电容C₁的负极和二极管VD₇的正极相连，各门极关断晶闸管开关电路的晶闸管VT的正极与滤波电感L₁的与滤波电容C₁的正极相连的另一端相连，均流电阻R和均流电感Ls与晶闸管VT的负极相连的另一端分别与充放电电容C₂的正极与放电电感L₂的相连端相连，放电电感L₂与充放电电容C₂的正极相连的另一端与脉冲变压器T一次侧的一端相连，二极管VD₇的负极、充放电电容C₂的负极和脉冲变压器T一次侧与放电电感L₂相连的另一端相连，第一级磁压缩电路的磁压缩电感Li与磁压缩电容C₃的正极相连的第一端与脉冲变压器T二次侧的一端相连，第二级磁压缩电路的磁压缩电感Li与磁压缩电容C₃的正极相连的第一端与第一级磁压缩电路的磁压缩电感Li的不与同级磁压缩电容C₃的正极相连的第二端相连，各级磁压缩电路的磁压缩电容C₃的负极分别与脉冲变压器T二次侧的另一端相连，第二级磁压缩电路的磁压缩电感Li的第二端与反应器的一端相连，各级磁压缩电路的磁压缩电容C₃的负极和脉冲变压器T二次侧的另一端分别与反应器的另一端相连。

门极关断晶闸管开关电路：

单个门极关断晶闸管GTO的额定电流是有一定限度的，难满足发电厂大容量发电机组烟气脱硫脱氮脉冲电晕等离子体直流电源的需求，门极关断晶闸管GTO并联时各GTO的正向特性不可能完全一样，既使选择同一厂家、同一型号、同一批次、特性较一致的GTO，GTO在导通状态和开通过程中电流分配不均匀，使长期通过电流大的门极关断晶闸管GTO因过载可能烧坏，因此GTO并联使用时要采取动态和静态均流措施。

均流电阻R用于静态均流，均流电感Ls用于动态均流。

导通状态下的静态均流：

GTO并联使用，在导通状态，正向压降小的GTO通过较大电流，如图3、图4所示，流过VT1的电流I_VT1大于流过VT2的电流I_VT2，因此要进行静态均流。在并联的各GTO中各串入一个阻值较小的电阻R，就可以达到均流的目的，如图5所示。

均流电阻R(Ω)按下式决定，

R＝(0.5～2)U_T(AV)/I_T(AV)

式中U_T(AV)为GTO的通态平均电压，串入均流电阻R原电流分配不均程度可改善。

导通状态下的动态均流：

两个并联的GTO电路中均流原理，是利用电抗器中感应电动势的作用达到均流，GTO导通后，若diV_T1/dt＝diV_T2/dt，均流电抗器中没有感应电动势产生，此时I_VT2＝I_VT1。如果diV_T2/dt>diV_T1/dt，此时I_VT2>I_VT1，在均流电抗器中要产生如图6所示极性的感应电动势，使diV_T2/dt下降，diV_T1/dt上升，直到相等达到均流目的。

电感值要使GTO导通进的电流上升率di/dt(A/as)被限制在允许值下，因此Ls(Uh)可以按下式计算。

Ls＝1.1√2U₂/di/dt

磁压缩电路：

烟气脱硫、脱氮对脉冲电源要求是上升时间Tp＝10～100ns，拖尾时间Tr＝10～500ns，频率＝20～200Hz纳秒级电源，磁压缩电路可达到烟气脱硫、脱氮的纳秒级电源，磁压缩电路原理，先用传统开关器件(如GTO等)产生一个长脉冲，然后将这个长脉冲部输入到多级磁压缩电路中，磁压缩电路的每一级都将减少脉冲的持续时间，使数十纳秒内产生高功率脉冲电源。

磁压缩电路的每一级都有是由电容和可饱和电抗器构成，可饱和电抗器的作用就是一个开关，在不饱和时对应于断开，而饱和时对应于闭合，如图2所示。

当VT关断时，充放电电容C₂、放电电感L₂脉冲变压器T向C₃和L_i1充电。L_i1电抗器受励磁一级磁压缩，使长脉冲上升时间拖尾时间接近纳秒级脉冲电源，C₃和L_i1电抗器磁饱和后的电能向C₄和L_i2放电，C₄和L_i2受到C₃和L_i1放电而充电，L_i2电抗器受到励磁电流增强到磁饱和时，对前级磁后的接近纳秒级脉冲在经二级磁压缩而达到烟气脱硫脱氮需要的纳秒级脉冲电源。

驱动控制电路：

并联门极关断晶闸管GTO各门极关断，应同时得到触发脉冲，使各并联的GTO管门极关断，触发脉冲误差尽可能的小于0.2us，如图7所示。晶体管V₁构成的部分电路I用于门极的开通控制，当在开通信号作用下晶体管V₁导通时，在脉冲变压器T₁的二次侧感应出电压经二极管VD₉向门极提供触发电源，使GTO管开通，晶体管V₂构成部分电路II用于门极的关断控制，在关断信号作用下，晶体管V₂导通时，脉搏冲变压器T₂的二次侧感应出同名端为正极极性的电压es₂，并用此电压触发晶闸管VT，于是在GTO的门极与阴极之间渡过反向电流，迫使GTO关断。晶闸管VT₃和二极管VD₁₀起互锁隔离作用，防上电路I和电路II之间干扰。晶闸管VT防止门极开通电流流入T₂二次侧而不流入GTO门极，造成GTO不能开通的后果，二极管VD₃则阻止门极关断电流的一部分流入T₁二次侧，可能在T₁寄生电感中储存能量，一但门极关断电流消失，会使GTO再次触发而出现误导通的现象。

本产品的优点：

1、GTO的并联提高烟气脱硫脱氮脉冲电晕等离子体直流电源的功率；

2、采用GTO的并联使烟气脱硫脱氮脉冲电晕等离子体直流电源的寿命延长30000小时以上。

本产品最佳使用状态：

燃煤发电厂烟气脱硫脱氮脉冲电晕等到离子体直流电源，在东北电力大学试验室运行10000小时无故障，最高温度120度和最低温度45度下能正常运行，烟气脱硫脱氮率达到96％以上。

Claims

1.大功率发电厂烟气脱硫脱氮脉冲电晕等离子体直流电源，它包括整流电路、滤波电路、脉冲开关电路、充放电电路、脉冲变压器T和脉冲调制电路，滤波电路的正输入端和负输入端分别与整流电路的正输出端和负输出端相连，脉冲开关电路的输入端与滤波电路的正输出端相连，脉冲开关电路的输出端与充放电电路的正输入端相连，滤波电路的负输出端与充放电电路的负输入端通过防回流电路相连，充放电电路的正输出端和负输出端分别与脉冲变压器T一次侧的两端分别相连，脉冲调制电路的两输入端分别与脉冲变压器T二次侧的两端分别相连，其特征在于：脉冲开关电路由至少两个门极关断晶闸管开关电路相并联构成，门极关断晶闸管开关电路由门极关断晶闸管VT、均流电阻R和均流电感Ls构成，均流电阻R和均流电感Ls相并联后与晶闸管VT相串联，脉冲调制电路由若干级磁压缩电路相串联构成。

2.如权利要求1所述的大功率发电厂烟气脱硫脱氮脉冲电晕等离子体直流电源，其特征在于所述整流电路为三相桥式整流电路，它包括整流二极管VD₁、VD₂、VD₃、VD₄、VD₅和整流二极管VD₆，整流二极管VD₁的负极、整流二极管VD₃的负极和整流二极管VD₅的负极相连构成三相桥式整流电路的正输出端，整流二极管VD₂的正极、整流二极管VD₄的正极和整流二极管VD₆的正极相连构成三相桥式整流电路的负输出端，整流二极管VD₁的正极与整流二极管VD₂的负极相连构成三相桥式整流电路的第一输入端，整流二极管VD₃的正极与整流二极管VD₄的负极相连构成三相桥式整流电路的第二输入端，整流二极管VD₅的正极与整流二极管VD₆的负极相连构成三相桥式整流电路的第三输入端。

3.如权利要求1所述的大功率发电厂烟气脱硫脱氮脉冲电晕等离子体直流电源，其特征在于所述滤波电路由滤波电容C₁和滤波电感L₁构成，滤波电容C₁的正极与滤波电感L₁的一端相连。

4.如权利要求1所述的大功率发电厂烟气脱硫脱氮脉冲电晕等离子体直流电源，其特征在于所述充放电电路由充放电电容C₂和放电电感L₂构成，充放电电容C₂的正极与放电电感L₂的一端相连。

5.如权利要求1所述的大功率发电厂烟气脱硫脱氮脉冲电晕等离子体直流电源，其特征在于所述防回流电路由二极管VD₇构成。

6.如权利要求1所述的大功率发电厂烟气脱硫脱氮脉冲电晕等离子体直流电源，其特征在于所述磁压缩电路由磁压缩电容C₃和磁压缩电感Li构成，磁压缩电容C₃的正极与磁压缩电感Li的一端相连。