用恒流源改造燒結機尾電除塵器
摘要：本文通過對一臺燒結機尾電除塵器進行高壓電控改造實施效果的情況介紹，分析了恒流源高壓電控裝置的工作特性及其對電除塵器工作性能的影響，提出了恒流高壓電控裝置的適用條件，呼吁業內人士大膽實踐，共同探索、挖掘和發揮包括恒流源在內的高壓電控裝置的潛在功能，把電除塵技術推向新的高度。
1 顯著的功效
平頂山電收塵器廠為某鋼鐵公司提供的2#燒結機機尾電除塵器自2001年3月底投運以來，電氣運行參數很不穩定，出口排放濃度明顯超標，據觀測,排放濃度在 500 mg/Nm3左右。經過多次摸索與試驗，在機尾對燒結塊進行噴水能夠收到令人滿意的效果，但業主發覺機尾噴水后影響燒結塊的質量和產量，因此要求我廠重新擬定技術改進方案，保證在不噴水的情況下電除塵器能夠排放達標的技術改進方案。為此我廠經對設備使用狀況及工藝情況的全面觀察、了解和分析，夠達標排放。為此我廠經過對設備使用狀況及工藝情況的全面觀察、了解和分析，并仔細研究了可控硅高壓電控的控制功能與恒流高壓電控的工作特性，決定采用恒流高壓電控 0.4A/72kV替代GGAJ02-0.4A/72kV-WE型高壓電控裝置。2002年7月初，3臺恒流源電控安裝就位并投入運行，該電除塵器的運行狀況當即得到極大改觀。目測煙囪出口幾乎看不到任何東西，仔細辨認方可隱隱約約看到一點煙塵。一個月后,某環境監測站對該電除塵器進行了排放監測，粉塵平均排放濃度為93mg/Nm3，合同要求為<100mg/Nm3。一年來，工作狀態穩定。
2 恒流源高壓電控的工作特性及其對電除塵性能的影響
恒流源電控在此能收到如此顯著的效果，就連恒流電控的供貨商也感到意外，按照以往的經驗，改用恒流電控之后，電除塵器的排放濃度約可降低三分之一以上，而這次卻降低了至少三倍！這正是我們所期盼的，但卻是由這臺電除塵器所處工藝條件的特殊性和恒流源電控的工作特點所決定的。
2．1 恒流電控改善了電場工作特性
燒結工藝決定了機尾煙氣的工況特點。煙溫200℃左右，水份低，在此溫度下，粉塵比電阻較高有可能出現反電暈；煙氣中的含塵濃度時高時低，意味著電場負載波動頻繁且變幅較大；陰極采用V15電暈線，放電尖端已經結球而球徑大小不均，導致電場各處放電性能差異大。以上幾種情況都引起電場頻繁閃絡。可控硅高壓電控對電場內出現的閃絡能夠自動改變導通角，或通過人工調整閃絡頻率、改變電壓上升斜率及最大火花能量等措施使電場工作特性得到緩解，卻無法根本改善其運行效果。恒流源高壓電控在保持恒穩電流輸入的前提下，能自動根據各種因素引起的電場阻抗的變化連續改變輸入電壓的大小而不致引起瞬間電壓的大幅度波動，從而根本解決了電控對工藝狀況及電場幾何性狀的適應性問題。
2．2 恒流電控提高了電場輸入功率
眾所周知,輸入到電場的電暈功率對電除塵器的運行效果有著直接的影響。以下是兩種電控條件下的運行數據：
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表一：可控硅電控條件下的運行參數
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注：二次電壓、二次電流表指針擺動頻繁，擺幅大，其平均值變化范圍更大。
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表二： 恒流源電控條件下電除塵器的運行參數
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注：二次電流表指針基本不動，二次電壓表指針擺動頻繁而擺幅很小，但電壓平均值變化范圍大。
從上表可以看出，兩種電控的電壓平均值變化范圍都很大，這是就整個時間座標而言的，也正反映了工藝參數變化范圍大，電場阻抗隨之改變；從表中還可看到，可控硅電控下的一次、二次電流低且不穩定，可知輸入到電場的平均有效電暈功率也很小。恒流源電控下的二次電流基本保持設定值不變故能維持塵粒荷電所需的空間電荷，粉塵驅進速度及除塵效率不隨電場負載急劇變化。再看表三和表四：
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表三：電壓源（可控硅電源）的負載跟蹤特性—負反
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注：電暈功率P=U2/Z，Z─電場等效阻抗
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表四：電流源負載跟蹤特性—正反饋
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我們知道，可控硅電控通過改變導通角來抑制電場內出現的閃絡，以保證電場的正常工作，在閃絡嚴重的情況下，必然會造成瞬時電壓電流的大幅度降低，這種被動的讓步所犧牲的是電暈功率和除塵效率；恒流源電控則是嚴格按照電場負荷情況來自動調整工作電壓，電流保持不變，輸入到電場的電功率根據負荷變化進行正跟蹤，因而反饋除塵效果總能維持良好的狀態。從控制方式來看，可控硅電源由于采用火花跟蹤進行反饋控制，當電場出現火花，無論這種火花是什么原因引起的，也不管電場需求的電暈功率是否足夠，控制電路都認為是應當處理的，從而改變波形加以“熄滅”，結果使本來就不大的電暈功率降到更低，加劇了工藝條件和內部狀況的不利影響；恒流電源是根據伏安特性即時跟蹤，當電場發生火花時，即使頻率很高，控制電路只認作電路阻抗發生了變化，電源供給的電壓隨電場阻抗相應變化但并不關閉導通角，電流基本保持平穩，注入電場的電暈功率也相對穩定[1][2]。
3 恒流源電控的適用性
3．1 對工藝狀況的適應性
前面已經介紹了恒流電控對工況條件在某些方面的適應性。據分析，恒流電控對工藝狀況有著廣泛的適應性。其一是對宏觀工藝參數如溫度、濃度、煙氣量變化范圍的適應；其二是對這些參數在電場內的不均勻分布同樣有著較好的適應性，理由同上。在實際的電場內，各種物理參數的不均勻有時是相當可觀的。當入口含塵濃度很高或較高時，電場內沿高度和長度方向的濃度極不均勻，有時可能相差數倍。電場粉塵濃度差別大時，離子遷移率也有較大差異，導致陰極放電及粉塵荷電效果很不均勻，從而造成電場內出現大量閃絡。溫度和流速的不均勻到達一定程度都有可能引起電場閃絡。兩種電控對電場內出現閃絡的反應前已分別敘述，不再贅言。
3．2 對極板極線積灰及電除塵器幾何缺陷的適應性
在更換恒流源電源之前，我們曾進入電除塵器內部進行了檢查，發現陰極線放電尖端結球、極板積灰比較嚴重，用手去揉搓感到灰塵粘附性很強，不可能靠振打清除，但有的放電尖端沒有結球。顯然，沒有結球的部位放電強烈并產生火花。這種局部出現的火花對整個電場來說，其實電流很小，但可控硅電控卻同樣要“ 滅弧”，滅弧降壓后，工作電流更低。實際上，電場內部構件積灰相當于電場等效阻抗增加，恒流源電控在電場阻抗增加的情況下，為維持輸入電場的電流，電壓相應提高，即使局部區域出現火花或閃弧而整個電場的電流未達到設定電流時仍將繼續提高輸入電壓以與電場阻抗相制衡，這正是粉塵荷電并向陽極趨近所需要的應變。當電場內包括閃弧在內的總電流有超過設定值的趨勢時，恒流電控立即予以抑制，故無需擔心電流過載。
另外，電除塵器本體結構由于制造、安裝等原因，內部構件不可避免地存在毛刺、變形以及極間距不均等缺陷，工作狀態下，這些部位極易產生火花放電，對采取火花跟蹤控制方式的可控硅電源來說，只要發生火花即降壓予以消除，從而影響整個電場功能的發揮，也就是說可控硅電源對電場內部缺陷比較敏感。而恒流源電控對這些局部產生的火花同樣根據其對電場總阻抗的影響來調整輸入電場的電壓，只要電總阻抗不發生大的變化，鑒于L-C電路正反饋的特性，其降壓幅度和時間都很小。故局部的火花對整個電場的影響較小，電場仍保持著高的供電功率輸入，從而使整個電場的功能得以充分發揮。
3．3 恒流源電控最佳工作點選擇
應當注意，采用恒流電控必須選擇適當的運行參數才能獲得預期的最佳效果。請看下面三組運行參數：
i） I1=300mA，I2=300mA，I3=350mA;
ii）I1=150mA，I2=180mA I3=200mA;
iii）I1=50mA，I2=50mA，I3=70mA;
這是恒流電控投運后我們用于尋找最佳工作點所作的調試記錄。觀察煙囪排放結果的變化，發現第一組排放濃度高于第三組，第二組排放濃度最低；運行第三組參數時看到的閃絡較少，第一組參數閃絡頻率最高。可見，電流過大的情況下，除塵效果并非最佳。因此，使用恒流電控應通過調整運行參數以尋找最佳工作點。
3．4 兩種電控裝置的完善
應當說，恒流電控與可控硅電控各具優勢，但也都存在著各自的不足。
大部分可控硅高壓電控裝置都有著強大的控制管理功能，實踐中對每一臺設備如果都能在工作狀態時進行參數修改和模式選定，也完全能夠對一般工況且及內部狀況的惡化有一定的適應性。然而，要做到這一點，現場操作調試人員必須具備強的專業素質。遺憾的是，現場遇到電除塵故障或問題時，總是從本體方面找原因，除非電源方面存在明顯故障狀態，很少會而且能從控制入手查找原因和開展調整，以致連電控本身所具備的功能也無從發揮。如果在任何控制方式下都能通過對伏安特性變化趨勢的實時監控而自動選擇和切換適當的工作方式并聚焦于最佳工作點，上述問題將迎刃而解。
恒流高壓電控目前主要依賴控制電路自身的特點來適應電場阻抗的變化，而手動型產品最佳工作點的確定需要技術素質較高的專業人員來完成。微機、PLC和 DCS控制的產品能根據設備運行和節能需要通過對伏安特性曲線變化趨勢的實時監控自動完成最佳工作點的搜索與確定，具有完備的控制功能和運行模式，能滿足各類用戶對設備的要求。
4 結論
恒流高壓電控裝置較之可控硅高壓電控裝置有其獨特的工作特性，能夠適應工藝條件的大幅度波動，對電場內部存在的機械缺陷和長期運行造成的電極附灰所帶來的電場阻抗的變化反應不敏感。恒流源電控的面世，為我們解決許多實際應用難題提供了新的思路。進一步挖掘和發揮恒流高壓電控裝置的潛在功能必將對電除塵技術的發展和應用起到積極的推動作用。本人相信，在環保指標逐年提高、袋濾技術再度輝煌的今天，借助于恒流電控與本體結構的聯合開發，電除塵仍將以高效低耗之優勢在大型除塵領域獨占鰲頭。
參考文獻
1．The HVDC Current Source for ESP, Chen,Yuyuan, Proceedings of ICESPⅦ,1998 pp363-368
2．電流源供電對電除塵器的伏安特性的影響，陳宇淵，第八屆全國電除塵學術會議論文集.1999 Page291―292.(end)
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