CN205587153U - 一种静电除尘用脉冲电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电源电路领域。本实用新型公开了一种静电除尘用脉冲电源，包括间歇脉冲产生电路和窄脉冲产生电路，所述间歇脉冲产生电路包括三相可控硅和三相升压整流电路，所述三相可控硅的控制端与控制器连接，所述三相升压整流电路的输入端通过三相可控硅与三相交流电源的三相连接，所述三相升压整流电路的输出端与窄脉冲产生电路的输出端串联后接在电除尘器的收尘极和放电极之间，所述电除尘器的收尘极接地，从而将间歇脉冲产生电路产生的间歇脉冲电源的脉冲同步串联叠加在窄脉冲产生电路产生的窄脉冲电源的脉冲上施加在电除尘器的收尘极和放电极之间。本实用新型除尘效率高，能耗少，电路易于实现，成本低。

Description

一种静电除尘用脉冲电源

技术领域

本实用新型属于电源电路领域，具体地涉及一种高效节能的静电除尘用脉冲电源。

背景技术

近几年，全国大面积雾霾天气事件频发，治理雾霾已成为国家战略和全社会热点问题。其中燃煤电厂、钢铁冶炼、水泥窑炉等工业烟尘是大气污染物主要源头之一。国务院2013年9月10日公开发布《大气污染防治行动计划》，环境保护部办公厅2015年12月11日印发《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》，全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造，是推进煤炭清洁化利用、改善大气环境质量、缓解资源约束的重要举措。

静电除尘器具有除尘效率高、运行阻力小、维护费用低、使用寿命长等特点。是燃煤电厂、钢铁冶炼、水泥窑炉等工业烟尘实现超低排放和节能改造的首选除尘设备。现役静电除尘器受当时污染物排放限值较为宽松和市场无序竞争的因素影响，静电除尘器原设计的集尘面积普遍偏小，现场扩容空间受到极大限制，依靠本体增加电场的扩容方法几乎不可能。实施超低排放和节能改造方案，主要以高效电源提效改造+本体内部极配优化为主，静电除尘器高效电源提效改造具有投资少、工期短、见效快，受到业界的普遍关注和重视。

根据多依奇电除尘效率公式，静电除尘器的除尘效率与电除尘比集尘面积和粉尘驱进速度成正比。当比集尘面积(S＝总集尘面积A/烟气量Q)一定时(本体大小不变)，提高除尘效率主要取决于粉尘驱进速度，粉尘驱进速度与电场平均场强和峰值场强成正比，即与高压电源的平均电压和峰值电压大小成正比。特别是后级电场的粉尘颗粒更细，主要以PM2.5为主，粉尘比电阻更高，更难以被荷电和捕集。常规直流高压电源：如常用单相可控硅高压整流电源、三相可控硅高压整流电源、高频开关高压整流电源，最大峰值电压都受电除尘电场粉尘闪络击穿电压限制，无法有效提高微细粉尘和高比电阻粉尘的荷电和捕集效率。

根据除尘原理，当烟气粉尘在放电极附近被荷电后，在电场力的作用下，朝着收尘极板迁移，并最终吸附在收尘极板上。正常迁移时间大致需要150uS。如果高压电源输出的脉冲电压宽度≤100uS时，粉尘在放电极附近被荷电后，尚未达到收尘极板时，脉冲电压将提前关断，就不会发生闪络击穿放电现象。基于上述理论，长期以来大家一直希望通过微秒级窄脉冲电压超越常规高压电源受闪络击穿电压的限制，实现大幅度提高粉尘荷电峰值电压，大幅提高微细粉尘和高比电阻粉尘的荷电捕集效率。

现有电除尘用脉冲电源技术方案。主要以丹麦史密斯公司的技术方案为主，如图1所示，左边为叠加脉冲电压部分2′，最大额定脉冲电压值为80kV，二次输出脉冲电压通过高压耦合电容Cc施加到静电除尘器放电极；右边为基础电压部分1′，最大额定基础电压值为65kV，通过直流电感Lc施加到电除尘器放电极。两者采用并联耦合方式。由于电除尘本体是一个典型的容性负载，等效电容与集尘面积成正比。采用电容并联耦合方式，施加到电除尘负载的脉冲电压值等于脉冲电流对负载等效电容两端的瞬态充电值，脉冲电流越大，获得的瞬态电压峰值越高。依据电容充电理论，1C的充电电流，一个时间周期结束，电容两端的电压等于0.63额定输出电压值；3C的充电电流，一个时间周期结束的电压值为0.95额定输出电压值。由于负载等效电容大，脉冲电压高，脉冲电源输出功率和瞬态脉冲电流很难做到3C以上。现有的脉冲电源输出的脉冲电流≤0.5C，施加到负载等效电容的脉冲电压只有额定输出电压≤40％，两者叠加后脉冲电压峰值＝基础电压65kV+窄脉冲电压80Kv*40％＝97kV，跟常规直流高压电源最大峰值电压值100kV基本相当，无法发挥脉冲电源的技术优势，实际应用后，也没有明显提高现役电除尘器的除尘效率。这种脉冲叠加电源方案的还存在以下问题：

1)如果脉冲电源输出功率和瞬态脉冲电流达到到3C以上，所需的初级瞬态开关电流可达10kA以上，在技术和工艺上难以实现。

2)脉冲高压端耦合电容耐压等级与体积成正比，高压端耦合电容的耐压等级和器件体积也存在工艺瓶颈。

3)基础电压为纯直流电压，提高基础电压，将增加电耗，不能充分体现脉冲电源能耗优势。

为此，公开专利：CN105080722A提出了将脉冲电源与基础直流电源进行串联叠加后在电除尘器的收尘极和放电极之间进行除尘，解决了上述并联叠加存在的问题，但由于其基础电源采用直流电源，能耗较大。且其窄脉冲变压器输出端直接采用交流叠加，而非整流后直接叠加。

发明内容

本实用新型目的在于为解决上述问题而提供一种除尘效率高，能耗少，电路易于实现，成本低的静电除尘用脉冲电源。

为此，本实用新型公开了一种静电除尘用脉冲电源，包括间歇脉冲产生电路和窄脉冲产生电路，所述间歇脉冲产生电路包括三相可控硅和三相升压整流电路，所述三相可控硅的控制端与控制器连接，所述三相升压整流电路的输入端通过三相可控硅与三相交流电源的三相连接，所述三相升压整流电路的输出端与窄脉冲产生电路的输出端串联后接在电除尘器的收尘极和放电极之间，所述电除尘器的收尘极接地，所述控制器输出控制信号控制三相可控硅通断使间歇脉冲产生电路产生与窄脉冲产生电路产生的窄脉冲电源同步的间歇脉冲电源，且间歇脉冲电源的脉冲宽度大于窄脉冲电源的脉冲宽度，从而将窄脉冲电源串联叠加在间歇脉冲电源的峰值上后施加在电除尘器的收尘极和放电极之间。

进一步的，所述三相可控硅由六个普通可控硅两两反并联后再并联组成。

进一步的，所述三相升压整流电路包括三相升压变压器和三相整流桥，所述三相升压变压器的初级端采用D型接法与三相可控硅的一端连接，所述三相可控硅的另一端连接三相交流电源的三相，所述三相升压变压器的次级端采用Y型接法与三相整流桥的输入端连接，所述三相整流桥的输出端为三相升压整流电路的输出端。

进一步的，所述窄脉冲产生电路包括开关器件、电容，脉冲变压器和脉冲整流桥。所述开关器件的输入端分别接输入电源和电容的一端，所述电容的另一端接脉冲变压器初级的其中一端，开关器件的输出端接脉冲变压器初级的另一端，所述开关器件的控制端与控制器连接，所述脉冲变压器次级输出端接脉冲整流桥的输入端，脉冲整流桥的输出端为窄脉冲产生电路的输出端。

更进一步的，所述开关器件为绝缘栅双极型晶体管。

进一步的，所述窄脉冲产生电路还包括滤波电感，所述输入电源通过滤波电感接开关器件的输入端和电容的一端。

本实用新型的有益技术效果：

1)施加到负载的电压高。采用高压整流后串联叠加方式，在三相高压整流电源的基础上串联叠加窄脉冲整流电压，直接100％施加到负载放电极，负载等效电容两端的瞬态脉冲电压值＝(间隙脉冲电压值+窄脉冲电压值)。

2)有效脉冲宽度可控。对于负载等效电容的作用为放电模式。1C的放电电流，一个时间周期后，在负载等效电容两端的瞬态电压值≥60％额定输出脉冲电压峰值，有效维持高脉冲电压粉尘电离能，有利于提高除尘效率。

3)运行电耗更低。三相基础电源采用间歇脉冲供电模式，窄脉冲电压可同步直接叠加在基础电压峰值之上。基础电源间歇脉冲占空比可调，与纯直流基础电源相比较，至少可降低电耗50％以上。

此外，在工艺和技术上易于实现，成本低。

附图说明

图1为背景技术的电源电路原理图；

图2为本实用新型实施例的电路原理图；

图3为本实用新型实施例的间歇脉冲电源与窄脉冲电源串联叠加示意图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图2所示，一种静电除尘用脉冲电源，包括间歇脉冲产生电路1和窄脉冲产生电路2，所述间歇脉冲产生电路1包括三相可控硅和三相升压整流电路，本实施例中，三相可控硅由六个普通可控硅Va1、Va2、Vb1、Vb2、Vc1和Vc2两两反并联后再并联组成，当然，在其它实施例，也可以是由3个双向可控硅并联组成，三相升压整流电路包括三相升压变压器CT和三相整流桥Qc，本实施例中，三相整流桥Qc为由六个二极管组成的三相硅整流全桥，窄脉冲产生电路2包括滤波电感Ls、开关器件、电容Cs、脉冲变压器PT和脉冲整流桥Qs，本实施例中，开关器件优选为绝缘栅双极型晶体管Ts,当然，在其它实施例中，也可以是可控硅或MOS管等开关器件，脉冲整流桥Qs为由4个二极管组成的单相硅整流全桥。

三相可控硅的一端分别与外部三相380V交流电网的三相L1、L2和L3连接，三相可控硅的另一端分别与三相升压变压器CT的初级端连接，三相可控硅的控制端与控制器(图中未示出)连接，三相升压变压器CT的次级端连接三相整流桥Qc的输入端，本具体实施例中，三相升压变压器CT的初级采用D型接法，次级采用Y型接法，以消除谐波，三相整流桥Qc的正输出端接地和静电除尘器ESP的收尘极，负输出端接脉冲整流桥Qs的正输出端，脉冲整流桥Qs的负输出端接静电除尘器SEP的放电极，脉冲整流桥Qs的输入端接脉冲变压器PT的次级端，脉冲变压器PT的初级端的一端接绝缘栅双极型晶体管Ts的发射极，绝缘栅双极型晶体管Ts的集电极分别接滤波电感Ls的输出端和电容Cs的一端，电容Cs的另一端接脉冲变压器PT的初级端的另一端，滤波电感Ls的输入端接输入电源Ups，绝缘栅双极型晶体管Ts的栅极与控制器连接，本实施例中，输入电源Ups由三相交流电源升压整流而来。

工作过程：控制器输出相应控制信号控制三相可控硅通断，使三相交流电源依次经过三相可控硅、三相升压变压器CT和三相整流桥Qc变换处理后输出与窄脉冲产生电路2产生的窄脉冲电源同步的间歇脉冲电源(如图3的11所示，脉冲宽度小于10ms，频率为50PPS)作为基础电源，间歇脉冲电源的脉冲宽度大于窄脉冲电源的脉冲宽度，输入电源Ups经过绝缘栅双极型晶体管Ts、电容Cs、脉冲变压器PT和脉冲整流桥Qs变换处理后输出窄脉冲电源(如图3的21所示，脉冲宽度小于100us，频率为50PPS)作为叠加电源，通过控制器输出相应的三相可控硅控制信号和绝缘栅双极型晶体管Ts的控制信号，使的窄脉冲电源的脉冲同步串联叠加在间歇脉冲电源的峰值上，如图3所示，再将其施加到电除尘器的收尘极和放电极之间驱动电除尘器进行除尘。

本实用新型的间歇脉冲产生电路采用三相交流电源同步输入，三相可控硅同步移相调压，可输出纯直流电源或各种占空比间歇脉冲电源(如图3的11所示)，间歇脉冲电源的额定电压值，可根据静电除尘器的本体极间距，对应的高压直流电源额定电压值选型，常规400mm同极距静电除尘器，基础额定电压值优选90kV，间歇脉冲电压宽度小于10毫秒，由于本实用新型可以实现间歇脉冲供电模式，即便提高25kV(原来最大为65kV)，实际运行的电耗可较前者降低30％以上；其次是当叠加的窄脉冲电源关闭或停止输出时，间歇脉冲产生电路额定输出90kV的基础电源，仍可保证常规三相高压直流电源的最佳性能，保证较高的除尘效率；窄脉冲产生电路采用绝缘栅双极型晶体管Ts作为开关器件，通过储能电容Cs和脉冲变压器PT，可输出小于100微秒的窄脉冲电源(如图3的21所示)，优选窄脉冲宽度为75uS，为了提高窄脉冲瞬态输出电流，窄脉冲额定输出电压优选40kV，采取降低窄脉冲额定电压值，从最大80kV降低到40kV，因为负载所需的能量，相同窄脉冲电源输出功率，脉冲电压降低50％，瞬态脉冲电流提高一倍，即脉冲额定电流可以从0.5C提高到1C以上，确保一个脉冲周期后，等效电容两端的电压值≥60％峰值电压，两者串联叠加后(如图3所示)的脉冲电压峰值≥130kV，大大提高了除尘效率。与丹麦史密斯并联耦合脉冲电源相比较，脉冲电源初级开关电流和输出功率相同的条件下，本实用新型叠加后脉冲电压峰值至少提高30kV以上，有效克服了高压耦合电容和耦合电感的技术工艺瓶颈，实现一种新型电除尘用宽脉冲同步串联叠加窄脉冲高效节能电源。

经过发明人大量实验发现，电除尘器的除尘效率主要取决于电源电压峰值，则采用脉冲电源串联叠加基础直流电源的电源方式，其基础直流电源的大部分电能浪费掉，因此，实用新型人采用将窄脉冲电源同步串联叠加在间隔脉冲电源的峰值上，其电源电压峰值可以达到采用脉冲电源串联叠加基础直流电源的电源电压值，即除尘效率基本不变，但其耗费电能大大降低。

以300MW机组配套电源为例，设定基础电源的电压为60kV，基础电源的电流为1.2A，则基础直流电源输出功率＝60*1.2＝72kW；本实用新型的占空比设定为1:2，则其间歇脉冲电源输出功率＝(60*1.2)/3＝24kW。通过两者相比较可知，在基础电源电压同为60kV的条件下，本实用新型可节省电耗75％。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种静电除尘用脉冲电源，其特征在于：包括间歇脉冲产生电路和窄脉冲产生电路，所述间歇脉冲产生电路包括三相可控硅和三相升压整流电路，所述三相可控硅的控制端与控制器连接，所述三相升压整流电路的输入端通过三相可控硅与三相交流电源的三相连接，所述三相升压整流电路的输出端与窄脉冲产生电路的输出端串联后接在电除尘器的收尘极和放电极之间，所述电除尘器的收尘极接地，所述控制器输出控制信号控制三相可控硅通断使间歇脉冲产生电路产生与窄脉冲产生电路产生的窄脉冲电源同步的间歇脉冲电源，且间歇脉冲电源的脉冲宽度大于窄脉冲电源的脉冲宽度，从而将窄脉冲电源串联叠加在间歇脉冲电源的峰值上后施加在电除尘器的收尘极和放电极之间。

2.根据权利要求1所述的静电除尘用脉冲电源，其特征在于：所述三相可控硅由六个普通可控硅两两反并联后再并联组成。

3.根据权利要求1或2所述的静电除尘用脉冲电源，其特征在于：所述三相升压整流电路包括三相升压变压器和三相整流桥，所述三相升压变压器的初级端采用D型接法与三相可控硅的一端连接，所述三相可控硅的另一端连接三相交流电源的三相，所述三相升压变压器的次级端采用Y型接法与三相整流桥的输入端连接，所述三相整流桥的输出端为三相升压整流电路的输出端。

4.根据权利要求1或2所述的静电除尘用脉冲电源，其特征在于：所述窄脉冲产生电路包括开关器件、电容，脉冲变压器和脉冲整流桥；所述开关器件的输入端分别接输入电源和电容的一端，所述电容的另一端接脉冲变压器初级的其中一端，开关器件的输出端接脉冲变压器初级的另一端，所述开关器件的控制端与控制器连接，所述脉冲变压器次级输出端接脉冲整流桥的输入端，脉冲整流桥的输出端为窄脉冲产生电路的输出端。

5.根据权利要求4所述的静电除尘用脉冲电源，其特征在于：所述开关器 件为绝缘栅双极型晶体管。

6.根据权利要求4所述的静电除尘用脉冲电源，其特征在于：所述窄脉冲产生电路还包括滤波电感，所述输入电源通过滤波电感接开关器件的输入端和电容的一端。