电除尘器高压脉冲电源研究与应用

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我国工业领域广泛采用电除尘器(Electrostatic Precipitators,ESP)进行烟尘治理,高压电源作为关键设备,其运行参数及控制策略是影响电除尘器性能的主要因素之一。为进一步降低烟尘排放及电能消耗,对先进高压电源系统进行研究成为电除尘器行业的工作重点。近年来,随着我国电力电子技术的飞速发展,高压脉冲电源以其输出电压峰值高、微秒级窄脉冲供电等优点,已经成为电除尘器高压设备的重点研究对象,极大地提高了电除尘器的能效水平,很好地满足了我国超低排放标准要求。本文主要研究了高压脉冲电源的结构组成及其运行原理,对其主电路结构和控制系统进行了设计和研究,并通过现场试验对高压脉冲电源的除尘效率、能耗水平、关键器件温升等一系列指标进行了严格论证。(1)高压脉冲电源基于电压叠加技术设计,由一个直流高压源和一个脉冲源组成。直流高压源采用高频逆变技术设计,具有动态响应速度快、转换效率高等优点;脉冲源选取串联双模块结构,可以显著降低后级电路器件的电压应力,提高了设备可靠性。在除尘器已存在直流高压源供电的基础上,脉冲源输出的脉冲高压同时加在电除尘器上,此时电除尘器电场电压可以达到140k V,瞬时功率达到30MW,脉冲宽度只有75μs,保证了电场超高的电荷浓度,从而可以大幅提高除尘效率,实现PM10、PM2.5等微细颗粒物及高比电阻烟尘的深度净化。(2)高压脉冲电源采用TI公司DSP芯片TMS320F28335构建控制系统,负责数据处理与逻辑算法的实现,具有运算速度高、控制方式灵活等特点。本文研究了高压脉冲电源的运行控制模式及闪络控制策略,选取脉冲间歇供电方式,可以自动调整输出电压和输出电流,实现参数动态优化。同时根据电除尘器系统特点,设计开发了数据采集及安全保护机制,数据采集速率达10MHz,实现了电压电流波形的实时采集存储及工作过程的实时监控,能够对变压器超温、过流、二次短路等异常情况进行快速响应,提高了系统可靠性,满足恶劣工况下的稳定运行要求。(3)搭建高频高压脉冲电源试验平台,验证设备安全性及性能试验,运行结果表明高压脉冲电源的各项运行参数均达到了设计指标要求。相比较于常规高压电源,高压脉冲电源的瞬态输出峰值电压≥120k V,在额定功率下关键器件温升(IGBT、脉冲变压器)不超过35℃,可减少微细颗粒物排放20%~70%,节约电能30%~80%,适合电除尘器的后级电场配套,很好地满足了从300MW到1000MW不同容量机组的运行需求。
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