CN105944837B - 一种基于脉冲电源的新型高效湿式电除尘器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于脉冲电源的新型高效湿式电除尘器，所述湿式电除尘器包括正六边形蜂窝状导电玻璃钢阳极管、钛极放电线和高压脉冲电源装置，高压脉冲电源装置的输出端连接钛极放电线，将高压脉冲电源输入到钛极放电线，所述高压脉冲电源是基压叠加脉冲电压集成的高压电源，所述钛极放电线位于阳极管的中心。将叠加电压和钛极电极线应用到湿式电除尘器中，钛极放电线和阳极管合理的结构设计，提高了除尘效率，湿式电除尘器能够使颗粒物排放降低95％以上，能降低90％以上的SO3排放，显著降低湿烟囱排放的可见烟气混浊度，有脱汞的前瞻性；有效地解决了烟气颗粒物达标甚至超低排放的技术难题，大幅降低了投资成本，节约用地。
Description
技术领域
本发明涉及一种湿式电除尘器，具体为一种基于脉冲电源的新型高效湿式电除尘器
背景技术
湿式静电除尘技术在美国、欧洲、日本等发达国家已较为成熟，有近30年的燃煤电厂应用经验，已有近百套不同类型的WESP在电厂大型机组上成功运行。
日本的湿式电除尘技术起步较早，已经有30多年的应用史，仅三菱重工就有33台套应用于电厂。日本碧南电厂5台套湿式电除尘器投产20年来，烟尘排放浓度长期保持在2～5mg/m3的水平，并且湿式电除尘器本体和内部构件均未发生严重腐蚀.
美国在湿式电除尘方面研究也较早，与日本不同的是，美国应用较多的是垂直烟气流独立设计和与WFGD的整体式设计。如：2000年投运的美国NB电力公司Dalhousie电厂315MW机组；2002年投运的美国Xcel能源公司Sherburne电厂750MW机组等。典型工程有AES深水电厂，采用的是吸收塔后单独布置的垂直烟气流设计。整体式布置方案具有不用另外占用场地，减少了内部连接管道和土建，无单独支架，管道布置简单，投建成本和运行费用低的优点。缺点是：由于布置在WFGD的上方，使得烟气的流动阻力增加，同时高空布置也使得基础和钢结构负荷增加。
在国内，我国在湿式电除尘技术研究方面起步较晚，最早主要是硫酸和冶金工业中应用了一些中小型的湿式电除尘器，制定《煤气用湿式电除尘》(JB/T6409-2008)的行业标准。近两年随着环保要求的提高，逐步开展了针对燃煤电厂应用湿式电除尘器的研究和探索，并取得了多个项目的成功应用，据不完全统计已有近百台合同业绩，10余台投运业绩。
作为最新的除尘技术，基于脉冲电源的新型湿式电除尘器的研究，国内目前还主要在试验阶段，应用的实例的并不多，而且其技术潜力还远远没有发掘出来。目前，从现有资料看，湿式电除尘器的除尘效率取决于粉尘的荷电率和荷电粉尘的驱进速度，而荷电率与电场电压的峰值以及粉尘的粒径成正比，传统的高压直流电源受功率及电场闪络的限制，电除尘器的电场电压的峰值不能满足PM2.5以下粉尘除尘要求，是湿式电除尘器应当解决的技术问题之一，同时，也是湿式电除尘器系列化、产业化的基础工程。
另外，具体设计上如何使湿式电除尘与脱硫一体化；控制系统优化设计等等，都是湿式电除尘器发展中存在的问题。
在国内电力系统，华电淄博热电有限公司湿式电除尘工程，该项目充分考虑了老厂炉后场地有限的特点，采用了双层复式卧式结构，结构紧凑，但颗粒物去除率达不到如今国家标准要求；鞍钢第二发电厂燃气-蒸汽联合循环机组，引进日本三菱湿式电除尘器装置(平板式)，用于除尘净化进入煤气压缩机前高炉、焦炉煤气，除尘效果表现较为良好，但仍然达不到超低排放要求。
在国内燃煤电厂大量采用湿式电除尘器，八十年代初到九十年代中期我国燃煤电厂锅炉消烟除尘大多采用三电场电除尘器，除尘效率约99％左右，设计制造余度较少，受电除尘器布置场地的影响，扩容投资大，施工困难，简单的电除尘器技术已不能满足环保新标准的要求。大量的湿式电除尘器进行改造使除尘效率达到新标准要求已迫在眉睫。为此，国内已有同行及研究单位开始高效湿式电除尘器的试验和开发。
CN105207516A公开了一种电除尘用高频高压直流叠加高压脉冲电源，其特点在于：由高频高压直流电路、高压脉冲电路和耦合电路组成，所述的耦合电路由防反二极管、耦合电感、保护电阻和隔直电容构成，所述的高频高压直流电路输出的高频高压直流依次经所述的防反二极管、耦合电感、保护电阻施加到除尘器上，所述的高压脉冲电路输出的高压脉冲电流经所述的隔直电容施加到所述的除尘器上。该技术虽然公开了用高频高压直流电和高压脉冲电叠加作为高压脉冲电源，但是该电源是应用于电除尘而非湿式电除尘器，其应用效果是不一样的，对于含湿气体中的尘、酸雾、水滴、气溶胶、臭味、PM2.5的除尘效果也不一样。
CN204786476U公开了燃煤锅炉用双层并联高压湿式电除尘器，并具体公开了阴极线采用工业纯钛阴极线；所述阴极线采用厚1mm的板材制成，所述板材的左右两侧均布设有V形放电齿，所述左右两侧的V形放电齿的齿尖错开12.5mm设置。所述板材的V形放电齿在长度上每200mm扭转180°，使V形放电齿成为螺旋状的螺旋齿。所述吊锤的外壳采用U-PVC模压成型，所述吊锤下端为内部中空的半球形。所述吊锤包括吊锤合盖、吊锤盒，吊锤合盖上部设有吊耳，吊耳中间设有与阴极线连接的连接槽，吊锤合盖、吊锤盒通过螺纹连接，在内壁中空部分设有灰铸铁。所述阴极小梁采用高60mm、宽50mm矩形钛管；所述阴极线上端无齿部分通过锁片与阴极小梁连接，下端无齿部分通过锁片与吊锤的连接槽连接。所述锁片采用厚2mm的TA2钛板材制作，所述钛板材的外边长37mm、宽23mm，钛板材中间设有长17mm、宽3mm的矩形连接孔，阴极线的上端无齿部分、下端无齿部分与矩形连接孔配合。
上述技术中虽然分别公开了叠加电压和钛极作为阴极线在除尘器中的应用，但并没有公开将叠加电压和钛极作为阴极线共同应用在湿式电除尘器中，并没有公开将三者组合，并采用何种合理设置来提高脱尘效率。
发明内容
为了解决传统的高压直流电源受功率及电场闪络的限制，电除尘器的电场电压的峰值不能满足PM2.5以下粉尘除尘要求。本发明提供了一种基于脉冲电源的新型高效湿式电除尘器。具体技术方案如下：
一种基于脉冲电源的新型高效湿式电除尘器，所述湿式电除尘器包括正六边形蜂窝状导电玻璃钢阳极管、钛极放电线和高压脉冲电源装置，高压脉冲电源装置的输出端连接钛极放电线，将高压脉冲电源输入到钛极放电线，所述高压脉冲电源是基压叠加脉冲电压集成的高压电源，所述钛极放电线位于阳极管的中心。所述高压脉冲电源通过钛极放电线产生电晕放电；所述基压的电压量程为60kV；所述基压的电流量程为200-800mA。
优选的，所述脉冲电压的幅度为80kV；脉冲电流幅度为200A；脉冲电压宽度为75-200uS；脉冲重复频率为20Hz-400Hz。
所述高压脉冲电源是基压叠加脉冲电压集成的高压电源，所述高压脉冲电源装置包括三相整流滤波部分、基础电压部分、脉冲电压产生部分、电容耦合叠加部分、控制系统部分；
所述所述三相整流滤波部分将三相交流经整流、滤波成530V直流，为DC/AC逆变提供桥压。
所述基础电压部分经DC/AC高频逆变、高频升压、整流、产生负高压直流电压，供湿式电除尘器所需基础电压。
所述脉冲电压产生部分经DC/AC高频逆变、高频升压、整流、产生正直流电压，所述正直流电压小于2500V，给储能电容Cs充电。控制系统控制电子开关(IGBT)导通，储能电容Cs经脉冲变压器一次侧相连线圈谐振放电，通过脉冲变压器升压和高压电容的耦合在电除尘器电场基础直流电压之上进行加压充电，叠加高压脉冲，经半个谐振周期后谐振电流到零，关断电子开关，谐振电流反向后电子开关(IGBT)反并联二极管导通，将高压脉冲剩余能量回收到储能电容中，环保节能。同时电源继续给Cs充电至所需电压，等下个脉冲产生。通过改变电子开关的导通频率可以调整高压脉冲的重复频率(PRF)；用PFM方式控制脉冲充电电路来调节储能电容的充电电压，控制高压脉冲幅度，以满足不同的除尘工况要求，适用范围广。
所述高压脉冲电源装置还包括控制低压振打电机，能方便实现间功率或断电振打功能。
高压输出具有纯直流基压叠加高电压窄脉冲的供电特性，脉冲电压幅度稳定，上冲下落急峻；可自动调整基压幅度、脉冲宽度、高度及频度；通过调节脉冲产生的频度可以调整电晕电流；实现高电压、低电流，防止反电晕(逆电离)现象的产生；高峰值电压且不产生闪络，提高粉尘的荷电率，减少PM2.5的排放；能对脉冲加压时的充电能量在加压后进行回收，既避免了粉尘层的电荷积累，抑制反电晕，又环保节能；有效提高峰值电压和平均电压乘积，增加驱进速度，提高除尘效率。
优选的，所述钛极放电线的直径为10-40mm，所述阳极管的管壁厚度为1-10mm，所述正六边形阳极管的内切圆直径250-400mm。
优选的，所述钛极放电线的直径为20-30mm，所述阳极管的管壁厚度为5-10mm，所述正六边形阳极管的内切圆直径250-350mm。
优选的，所述钛极放电线的直径为25mm，所述阳极管的管壁厚度为8mm，所述正六边形阳极管的内切圆直径300mm。
钛极放电线采用上述设计与本发明的基压叠加脉冲电压作为电源相匹配，两者可以各自发挥优势性能，提高电除尘效果。
优选的，所述阳极管呈管式结构，立式布置。
本发明还提供上述新型高效湿式电除尘器的用途，所述用途为除去含湿气体中的尘、酸雾、水滴、气溶胶、臭味、PM2.5。
本发明还提供一种脱硫装置，所述脱硫装置包括上述新型高效湿式电除尘器和脱硫塔，所述新型高效湿式电除尘器的安装位置方式为以下方式的一种：(1)所述新型高效湿式电除尘器安装于脱硫塔的塔顶，脱硫塔的烟气从湿式电除尘器的下方进入；(2)所述新型高效湿式电除尘器安装于脱硫塔的塔侧，脱硫塔的烟气从湿式电除尘器的上方或者下方进入。
本发明的有益效果：
(1)本发明将叠加电压和钛极电极线应用到湿式电除尘器中，提高了除尘效率，湿式电除尘器能够使颗粒物排放降低95％以上，能降低90％以上的SO3排放，显著降低湿烟囱排放的可见烟气混浊度，有脱汞的前瞻性；有效地解决了烟气颗粒物达标甚至超低排放的技术难题，大幅降低了投资成本，节约用地。
(2)传统湿式电除尘器阴极线为铅电极，容易出现断线问题，影响湿式电除尘器运行，本发明采用放电性能更好的2205/钛作为电极电极；管式结构，立式布置，正六边形蜂窝状导电玻璃钢阳极管束，整体结构紧凑，不变形，防腐、阻燃、寿命长。
(3)本发明中针对叠加电压的特性设置了合理的钛极电离管结构，选择合理的钛极电极线粗细度以及阳极管的大小，使在以叠加电压电源作为钛极电极线的电源情况下，可以以更大效率的电离颗粒物和粉尘，能够高效出去0.01-100μm的气溶胶细微颗粒物，实现对延期中液态或固态颗粒物、气溶胶、SO3等的高效去除，确保颗粒物排放浓度低于10mg/m3的超洁净排放标准。
(4)择多种进气方式，气流均布防烟气短路。
附图说明
图1为基于脉冲电源的新型高效湿式电除尘器的示意图，其中1为高压脉冲电源装置，2为电除尘器；
图2为正六边形蜂窝状导电玻璃钢阳极管，其中3为钛极放电线，4为阳极管，5为放电线产生的电晕区；
图3为脱硫除尘工艺设备图，其中6为锅炉，7为除尘器，8为引风机，9为脱硫塔，10为湿式电除尘器，11为烟囱。
具体实施方式
下面结合图1-3对本发明的具体实施方式作进一步说明：
实施例1
一种基于脉冲电源的新型高效湿式电除尘器，所述湿式电除尘器包括正六边形蜂窝状导电玻璃钢阳极管4、钛极放电线3和高压脉冲电源装置1，高压脉冲电源装置的输出端连接钛极放电线，将高压脉冲电源输入到钛极放电线，所述高压脉冲电源是基压叠加脉冲电压集成的高压电源，所述钛极放电线位于阳极管的中心。所述高压脉冲电源通过钛极放电线产生电晕放电。
所述高压脉冲电源是基压叠加脉冲电压集成的高压电源，所述高压脉冲电源装置包括三相整流滤波部分、基础电压部分、脉冲电压产生部分、电容耦合叠加部分、控制系统部分；所述所述三相整流滤波部分将三相交流经整流、滤波成530V直流，为DC/AC逆变提供桥压。所述基础电压部分经DC/AC高频逆变、高频升压、整流、产生负高压直流电压，供湿式电除尘器所需基础电压。所述脉冲电压产生部分经DC/AC高频逆变、高频升压、整流、产生正直流电压，所述正直流电压小于2500V，给储能电容Cs充电。控制系统控制电子开关(IGBT)导通，储能电容Cs经脉冲变压器一次侧相连线圈谐振放电，通过脉冲变压器升压和高压电容的耦合在电除尘器电场基础直流电压之上进行加压充电，叠加高压脉冲，经半个谐振周期后谐振电流到零，关断电子开关，谐振电流反向后电子开关(IGBT)反并联二极管导通，将高压脉冲剩余能量回收到储能电容中，环保节能。同时电源继续给Cs充电至所需电压，等下个脉冲产生。通过改变电子开关的导通频率可以调整高压脉冲的重复频率(PRF)；用PFM方式控制脉冲充电电路来调节储能电容的充电电压，控制高压脉冲幅度，以满足不同的除尘工况要求，适用范围广。
所述高压脉冲电源装置还包括控制低压振打电机，能方便实现间功率或断电振打功能。
高压输出具有纯直流基压叠加高电压窄脉冲的供电特性，脉冲电压幅度稳定，上冲下落急峻；可自动调整基压幅度、脉冲宽度、高度及频度；通过调节脉冲产生的频度可以调整电晕电流；实现高电压、低电流，防止反电晕(逆电离)现象的产生；高峰值电压且不产生闪络，提高粉尘的荷电率，减少PM2.5的排放；能对脉冲加压时的充电能量在加压后进行回收，既避免了粉尘层的电荷积累，抑制反电晕，又环保节能；有效提高峰值电压和平均电压乘积，增加驱进速度，提高除尘效率。
所述钛极放电线的直径为25mm，所述阳极管的管壁4厚度为8mm，正六边形蜂窝状导电玻璃钢阳极管的内切圆直径300mm。所述阳极管呈管式结构，立式布置。以高压直流叠加脉冲高压电送至湿式电除尘装置中，在电晕线机钛极放电线3(阴极)和阳极管4阳极之间形成强大的电场，放电极产生电晕区5放电，使空气分子被电离，瞬间产生大量的电子和正、负离子。烟气中的微粒通过该空间时，被强制荷电，粒子间产生凝并，在电场力的作用下作定向运动，达到捕集目的。
本发明技术方案先后在中石化巴陵石化分公司动力事业部在#1锅炉(220t/h)实施烟气脱硫治理改造、乌石化热电厂4#炉烟气脱硫改造湿式电除雾器项目、北海炼化催化装置脱硫项目应用，客户反映该设备运行良好，性能超过传统湿式电除尘器。
锅炉烟气脱硫除尘工艺路线图如图3所示，锅炉6产生的烟气先经过除尘器7初步除尘，通过引风机8进入脱硫塔，烟气在脱硫塔9内部经过水洗喷淋后进入改造后的湿式电除尘器10进行除尘，最后从湿式电除尘器出来的尾气由烟囱11排出。
各项技术指标如下：
(1)除尘效率：≥99.9-99.95％；
(2)出口固体颗粒物排放浓度：≤10mg/Nm3，实现超低排放；
(3)设备能耗：0.2-0.4kW.h/1000m3烟气；
(4)本体阻力：800-1500Pa；
(5)采用高频电源作为直流基压电源
基压电压量程Ud：60kV；
基压电流量程Id：200-800mA；
(6)脉冲电压幅度Up：80kV；(@115nF pure capacitive load)，脉冲电流幅度Ip：200A；(@115nF pure capacitive load)，脉冲电压宽度Wp：75-200uS；脉冲重复频率Fp：20Hz-400Hz；
(7)高低压一体，可控制振打电机，能实现减功率或断电振打；
(8)具有输出开路和短路、轻重瓦斯、临界和危险油温、IGBT温度等报警和保护功能；
(9)通讯接口为RS485，采用标准Modbus RTU通讯协议；具有与DCS系统的硬接线联机接口；
(10)供电效率：≥90％，节能效果：节能≥50％，提效：≥45％。
实施例2
在中石化巴陵石化分公司动力事业部在#1锅炉(220t/h)实施烟气脱硫治理改造，改造方式及改造后的除尘效果如表1所示：
表1
| 改造方式 | 颗粒物排放去除率 | SO2排放去除率 | 烟尘排放浓度 |
| 采用实施例1的方式改造 | 99％ | 99％ | ＜10mg/m3 |
| 只采用直流电压电源作为湿式电除尘器的电源 | 72％ | 88％ | ＞10mg/m3 |
| 采用铅极放电线 | 80％ | 85％ | ＞10mg/m3 |
| 钛极放电线的直径为5mm(小于本发明范围) | 75％ | 82％ | ＞10mg/m3 |
从实施例1和实施例2可以得知，将叠加电压和钛极电极线应用到湿式电除尘器中，钛极放电线和阳极管合理的结构设计，提高了除尘效率，湿式电除尘器能够使颗粒物排放降低95％以上，能降低90％以上的SO3排放，显著降低湿烟囱排放的可见烟气混浊度，有脱汞的前瞻性；有效地解决了烟气颗粒物达标甚至超低排放的技术难题，大幅降低了投资成本，节约用地。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (6)
1.一种基于脉冲电源的新型高效湿式电除尘器，其特征在于，所述湿式电除尘器包括正六边形蜂窝状导电玻璃钢阳极管、钛极放电线和高压脉冲电源装置，高压脉冲电源装置的输出端连接钛极放电线，将高压脉冲电源输入到钛极放电线，所述高压脉冲电源是基压叠加脉冲电压集成的高压电源，所述钛极放电线位于阳极管的中心,所述基压的电压量程为60kV；所述基压的电流量程为200-800mA；
所述高压脉冲电源包括三相整流滤波部分、基础电压部分、脉冲电压产生部分、电容耦合叠加部分、控制系统部分；
所述三相整流滤波部分将三相交流经整流、滤波成530V直流，为DC/AC逆变提供桥压；
所述基础电压部分经DC/AC高频逆变、高频升压、整流、产生负高压直流电压，供湿式电除尘器所需基础电压；
所述脉冲电压的幅度为80kV；脉冲电流幅度为200A；脉冲电压宽度为75-200uS；脉冲重复频率为20Hz-400Hz；
所述钛极放电线的直径为10-40mm，所述阳极管的管壁厚度为1-10mm，所述正六边形阳极管的内切圆直径250-400mm。
2.根据权利要求1所述的新型高效湿式电除尘器，其特征在于，所述钛极放电线的直径为20-30mm，所述阳极管的管壁厚度为5-10mm，所述正六边形阳极管的内切圆直径250-350mm。
3.根据权利要求1所述的新型高效湿式电除尘器，其特征在于，所述钛极放电线的直径为25mm，所述阳极管的管壁厚度为8mm，所述正六边形阳极管的内切圆直径300mm。
4.根据权利要求1所述的新型高效湿式电除尘器，其特征在于，所述阳极管呈管式结构，立式布置。
5.根据权利要求1-4任一项所述的新型高效湿式电除尘器的用途，其特征在于，所述用途为除去含湿气体中的尘、酸雾、水滴、气溶胶、臭味、PM2.5。
6.一种脱硫装置，其特征在于，所述脱硫装置包括权利要求1-4任一项所述的新型高效湿式电除尘器和脱硫塔，所述新型高效湿式电除尘器的安装位置方式为以下方式的一种：(1)所述新型高效湿式电除尘器安装于脱硫塔的塔顶，脱硫塔的烟气从湿式电除尘器的下方进入；(2)所述新型高效湿式电除尘器安装于脱硫塔的塔侧，脱硫塔的烟气从湿式电除尘器的上方或者下方进入。
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