晶闸管整流变压装置在湿式静电除尘器中的应用

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

晶闸管整流变压装置在湿式静电除尘器中的应用 吕 罄。等晶闸管整流变压装置在湿式静电除尘器中的应用Application of Thyristor Transformer and Rectifier Setin W et Electrostatic Precipitator吕 馨 邪含 先(中国天辰工程公司上海分公司’，上海 200233；上海顺朝信息技术有限公司 ，上海 200335)摘 要：简要介绍了具有专利技术的湿式高压静电除尘装置IWS的工作原理、工艺流程和具体结构。根据多依奇集尘效率公式，详细阐述了NWL公司生产的晶闸管自动控制装置控制高压硅变压整流装置的原理，以及控制 IWS湿式静电除尘器的方法。最后分析了对设备进行检修时的一些常用方法和进行维修保养时应该注意的有关事项。实践证明，该静电除尘器具有除尘效率高、无二次污染等优点，值得在国内推广和应用 。

关键词 ：整流变压 电除尘(ESP) 晶闸管 控制器 控制系统中图分类号 ：TH13 文献标志码 ：AAbstract：The principle，technological process and structure of the high voltage wet electrostatic precipitator IWS with patented technology arcintroduced briefly．In accordance with the Deutsch dust removal eficiency equation，the principle of the thyristor automatic control devicemanufactured by NWL for controling high vohage silicon transformer rectifer，and how it to control IWS wet electrostatic precipitous aredescribed in detail．Some of the commonly used methods in operation and maintenance and the cautions are presented generaly．The practiceverifes that this precipitator features high eficiency and without secondary polution；it is worth to be promoted in domestic applications.

Keywords：Rectifer and transformer Electrostatic precipitator(ESP) Thyristor Controlor Control system0 引言IWS(ionizing wet scrubber)是 美 国 Ceilcote AirPolution Control公司具有专利技术的湿式高压静电除尘装置。该公司采用了美国 NWL公司生产的电除尘(electrostatic precipitator，ESP)晶闸管整流变压控制装置 该装置主要通过控制器内的微处理器。根据反馈的变压器二次侧的电压电流值和事先设定的一些参数范围．及时调整晶闸管的导通角；进而调整二次侧电压．即除尘器的集尘极和电晕极之间的电压，从而达到最佳的除尘效率。

1 IWS的基本结构及工艺流程IWS为双区湿式静电除尘设备，由高压电场区和集尘区(即Telerete填料塔)组成，后部有引风机。整套设备密封性能好。始终处于负压状态，保证了工业废气不外泄。在设备的荷电区中，由外部引入的380 VAC电源经晶闸管整流变压装置转换成最高值达一30 kv的直流电，电晕极为阴极。在电场作用下，空气中的自由离子要向两修改稿收到 日期：2012—08—27。

第一作者吕馨(1973一)，女，2004年毕业于大连海事大学环境科学专业，获硕士学位，工程师；主要从事自动控制系统的工程设计工作。

极移动，电压、电场强度愈高，离子的运动速度愈快。由于离子的运动．极间形成了电流。开始时，空气中的自由离子少，电流较小；电压升高到一定数值后，放电极附近的离子获得了较高的能量和速度，它们撞击空气中的中性原子，中性原子分解成正、负离子，这种现象称为空气电离空气电离后．由于联锁反应．在极问运动的离子数大大增加，表现为极间的电流(称之为电晕电流)急剧增大，使空气变成了导体。放电极周围的空气全部电离后，在放电极周围可以看见一圈淡蓝色的光环，这个光环称为电晕因此。这个放电的导线被称为电晕极。在电晕极的周用.

当含有粉尘的废气经过这个高压电场时，电晕区内的空气电离后，正离子很快向负极移动，只有负离子才会进入电晕外区向阳极移动。

当含尘空气通过电除尘器时，由于电晕区的范围很小l1]，只有很少量的尘粒通过电晕区，获得正电荷并沉积在电晕极上。另外一部分粉尘吸附在阳极板上.

而大部分粉尘随气流进入 Telerete填料塔，在惯性碰撞及镜象力作用下吸附在循环水小液滴及填料表面.

然后采用加碱(按照工业废气的成分不同)的高压水流对填料进行连续冲洗 J，洗去吸附的颗粒；同时，有毒和恶臭的气体也被吸收到填料塔 中．它们和粉尘一起被冲刷掉 ，最终达到废气除尘和除臭的目的。

82 PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION Vo1．34 No．9 September 2013晶闸管整流变压装置在湿式静电除尘器中的应用 吕 馨，等2 晶闸管自动控制系统多依奇集尘效率公式为【3]：叼=1-e- ~w (1)= 式中：田为集尘效率 ；A为收尘面积；Q为废气流量；A／Q为单位气流量对应的集尘面积，又称为比集尘面积；为粉尘颗粒的趋进速度；q为尘粒所带的电荷 舭为气体的内摩擦系数，即气体黏度，温度越高，黏度越大，0℃时，／x=1．8xlO ks／(m·s)；口为尘粒的直径；E 为收尘电场的强度。

从式(1)可以看出，对于集尘面积一定的静电除尘装置来说，粉尘的趋进速度 越高，则集尘效率 田越高 J。从式(2)可以看出，在粉尘颗粒荷电量 q一定的情况下，集尘极和电晕极之间的场强E 越高，颗粒的趋进速度越高[3 ]。由此可以看出，静电除尘器的效率 叼主要取决于集尘极和电晕极之间的场强E 。面对不断变化的废气负荷，晶闸管整流装置不断调整变压器二次电压的值，以达到尽可能高的值[5]，但不能高于变压器的额定最高电压。而是应接近最佳电火花率时的电压，同时略低于发生电弧时的电压。这是因为发生电火花时，集尘极和电晕极之间的电压会降低，而电极间电压越高，越容易发生电火花，所以在高压除尘设备的额定电压下有一个最佳电火花率。

电火花率和除尘效率曲线如图 1所示。由于电弧会对电极板造成物理损坏，所 以要尽量避免电弧的产生。同时，电压还受废气中颗粒 比电阻、温度、湿度、成分、浓度、电极间距、电极形式、电压波动和电极板上沉积的粉尘厚度等因素的影响_5 。为了达到最佳的运行效率，控制器就要根据废气的情况迅速准确地调整集尘极和电晕极间的电压 E _7 J。

电火花翠／f次·rain )图 1 电火花率和除尘效率曲线Fig．1 Curve of spark rate and dust removal eficiency由图 1可以看出，在每分钟发生 50次左右的电火花的情况下。除尘效率最佳。

2．1 控制系统组成NWL公司的晶闸管自动控制硅整流变压控制系统(thyristor transformer and rectifier set，TR—set)由晶闸《自动化仪表》第 34卷第9期 2013年 9月管电压 自动控制系统、电流限制因子(current limitingreactor，CLR)和高压硅变压整流器三部分组成。ESP电源组成如图2所示。电流限制因子电感器，位于变压器的一次回路中，它的主要作用是减少整流变压器一 次回路的电压和电流的脉动。对于小型的静电除尘装置来说 ．电流限值因子电感器通常安装在控制柜 内部或变压整流设备内部，不作为一个单独的部件来安装，所以从外部看系统只有控制柜和变压整流设备两部分。晶闸管自动控制系统的主要设备是控制器。用户在控制器的面板上可以对各参数进行设置，如变压器二次电流、二次电压和晶闸管的导通角范围等。同时，变压器的一次侧和二次侧各有一个电压变送器和电流变送器。

高压电极琶蓬i麟 l电礴器 蛊■■电压控制柜图2 ESP电源的组成部件Fig．2 Compositions of the power supply in ESP晶闸管是控制器的主要元件 ，它由两个极性相反的晶闸管和 1个电容、电感 、电阻并联组成。在一个全波周期内，两个晶闸管轮流导通。控制器通过调整晶闸管的导通角来调整变压器的一次侧电压的有效值。

同时 ，并联的电感和电容可以用来减少电压脉动。晶闸管组成及其电压波形如图3所示。

审晶闸管元件包f、 f、 —
输出电压图3 晶闸管组成及其电压波形图Fig．3 Compositions of thynstor and the curves of vohages随着晶闸管导通角的增大，输出电压的有效值也随之增加按照工艺的需要 ，用户可以采用两段式、3段式或4段式等多段式 IWS系统单元，每一段 IWS的结构都是相同的。这个单元可 以由用户的 DCS系统和每个IWS单元自带的控制柜共同控制：也可以完全由每个IWS单元自带的控制柜来控制。将一些重要的参数上传给用户的DCS系统，用于显示和报警。为此，NWL公司提供了两种控制柜，两种控制柜内都有相同的控制器．不同之处在于其 中一种内部带有一个小 型的83晶闸管整流变压装置在湿式静电除尘器中的应用 吕 馨 ，等PLC．另一种则不带。小型 PLC主要是用于控制不 同IWS单元之间的外部清洗连锁，保证在同一时刻只有一 个 IWS单元在清洗：以及控制单个 IWS单元内部的清洗连锁 ]，即按照工艺要求，关闭和打开两个循环清洗水的阀门。如果用户要求由DCS和每个 IWS单元自带的控制柜共同控制静电除尘系统，就可以选用 内部没有小型 PLC的控制柜。

NWL公司的晶闸管整流变压控制系统的原理框图如图4所示。电路分为全波整流和双半波整流两种电路。当电源电压有波动时，双半波整流电源的电晕电流的变化比较小 。所以这种整流电源除尘器的工作比较稳定。

fa、全波整流高压电极I电极(b1双半波整沉图4 TR—set整流 电路 图Fig．4 Rectifying circuit of TR—set2．2 控制原理晶闸管电压控制系统用于给 IWS的电晕极提供高压电源。当断路器合闸后，单相 380 VAC进入系统内；当电流通过晶闸管 SCR后，因为控制器将按照反馈的变压器的二次电压和二次电流的值不断调整晶闸管的导通角 ]，所以变压器一次侧交流电压的有效值也在不断发生变化；随后经过变压器升压后，二次侧高压也在不断发生变化，再经过二极管组成的整流电路，最终变成了直流电，其最高值为一3O V。

用户可以在控制器的键盘上对各参数设置正常范围。在系统运行过程中，当超过某些参数正常范围时，控制器并不需要切断高压系统的回路，其内置的微处理器将在事先设置的正常范围内自动调整晶闸管的导通角，以调节各参数到正常范围以内。这些参数包括电流值电压值等。

控制器同时具有报警功能。当出现以下情况时，控制器将立即报警、并将高压系统 自动关闭：①电流值或电压值超过变压器额定电流：②两个晶闸管的导通角不同；③变压器二次电压过低；④变压器温度过高；⑤变压器油液位过低；⑥晶闸管温度过高等。用户也可以根据自己的要求 自定义新的报警项 目。

2．3 控制特性控制器内的微处理器具有良好的火花跟踪特性。

通常情况下，变压器的平均二次电压越高，则除尘效率越高 ]。控制系统内的控制器打开后 ，将持续升高电晕极和集尘极之间的电压，直至以下情况发生：①有电火花或电弧发生：②超出电流的正常范围；③超出电压的正常范围；④超过晶闸管最大导通角。

面对不断变化的废气负荷，控制器按照事先设定的一些参数值。在变压器的额定电压和电流下，通过不断调整晶闸管的导通角，找到合适的最高电压，进而达到最佳的除尘效率。

当高压系统内发生电火花和电弧时，电压的波形将发生变化 ，电压变化曲线如图5所示。

(连】发生电火花时(bJ 发 生 电弧时图5 电压 变化 曲线Fig．5 Curves of voltage variation从图 5可以看出，电火花对高压波形的影响较小，电压可以很快恢复到打火前的水平：而电弧对波形的影响较大，电压下降到一个很低的水平，要相当长的时问才能恢复。因此，在设备运行期间，要尽量避免各种原因引起的电弧和的电火花的发生，尤其是电弧的发生3 常见故障分析晶闸管整流设备的各类故障和异常T况通常可以从控制器液晶面板的读数上反映出来，如电压 、电流超84 PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION Vo1．34 No．9 September 2013晶闸管整流变压装置在湿式静电除尘器中的应用 吕 馨，等限、晶闸管导通角超限等原因引起的静电除尘设备停车。用户可以根据这些数据对 IWS进行检查，以迅速、准确地找到故障原因。

根据多年的使用和维护经验，总结出一些对故障进行快速准确判断的方法。如在每个 NWL的控制柜上都安装两块电压表和两块电流表 。分别显示变压器的一次电压、一次电流值和二次电压、二次电流值。根据这四个表的读数，可以对控制系统的故障进行定性分析和判断。

变压整流设备TR．set在不同故障状况下，两个电压表、电流表的显示情况如图 6所示。

VA C AAC kDVC n“uJ0fd)状况4图6 不同故障状况下两个电表的显示情况Fig．6 Displays of two of the voltmetersunder diferent faults图6(a)所示为 ，l、 、 、 都指示为零。这可能是TR．set的电源没有接通，可以按照以下步骤查找故障。

首先检查控制器是否能够按照电火花的情况 自动调整电压，如果控制器能够调压，再检查电火花或电弧是否确实发生。接着将电源ESP和现场高压回路部分断开，检查 ESP电源内部是否发生了电火花。如果没有．检查SCR晶闸管的保险管是否烧断。最后检查 电流限制因子是否开路，检查控制器的电源回路是否接通。

图6(b)所示为 U，、 、 分别指示为零、正常、零、正常。这可能是变压器的直流侧有短路 ，可以按照以下步骤查找故障。先把 TR—set的高压回路和 ESP电源控制器断开，如果这时电流为零，则说明 ESP电源中有短路；如果电流不为零，则说明现场高压回路TR．set部分有短路。如果是 ESP电源内部有短路，检查电极和短路部分的绝缘情况；如果是 TR．set短路，检查现场高压刷和外部的开关是否有短路。

图6(c)所示为，l、 、 、 分别指示为零、正常、《自动化仪表》第34卷第9期 2013年9月零、零。这可能是变压整流设备 TR-set有短路，可以按照以下步骤查找故障。先检查整流二极管是否有短路，然后在断开二极管整流电路的情况下运行 TR-set，如果变压器一次侧电流AAC仍旧很高，那么说明变压器发生故障。

图6(d)所示为 ，l、 、厶、 分别指示为正常、零、正常、零 这可能是有开路的情况，可以按照以下步骤查找故障。在高压刷外部接地的情况下，运行变压整流装置 TR．如果有 电流通过。说明高压电路现场部分有开路的情况；如果没有电流通过，说明变压整流设备TR有开路的情况。如果要确认电源ESP开路，需要检查所有的高压电路和电极的连接情况是否良好。如果要确认 TR_set开路 ，需要检查整流二极管是否开路，以及整流变压器外部容器的密封情况是否良好。

为了确保变压器正常工作，变压器每年需要检测一 次，主要检测的参数有变压器的绝缘性能、pH值、表面张力及水分含量等 。¨。

4 结束语静电除尘器电源是除尘装置提高收尘效率的关键。

NwL公司的静电除尘器电源 ESP内设微处理器，能够按照负荷的情况及时调整电压有效值．使高压除尘装置在安全的情况下达到尽可能高的电压，从而在达到最佳的除尘效率。同时，ESP还具有显示高压系统状态参数，自动绘制过程参数曲线，进行参数设置、安全报警和高压装置保护等功能，方便了设备的运行监测操作和维护等工作。

参考文献[1]赵志斌，张国权．静电收集理论的研究[J]．环境工程，1992，10(3)：35—38.

[2]陈鹏 ，唐大成 ，于英华．新型湿式静电除尘器研究[J]．辽宁工程大学学报 ：自然科学版，2003，22(4)：522—523.

[3]解广润，陈慈萱．高压静电除尘[M]．北京：水利电力出版社 ，1993.

[4]王艳琴．影响高压静电除尘器除尘效率的因素[J]．电子科技，2008，21(12)：87.

[5]刘军，石健．将静电除尘电源的发展[J]．环境工程，2008，26(5)：44—47.

[6]朱向龙．晶闸管自动控制高压硅整流设备在生产锅炉除尘器上的应用[J]．西部煤化工，2008(1)：56—62.

[7]刘艳菊，郭岩冰．湿式高压静电除尘器的原理及应用[J]．电气技术，2008(10)：83，87.

[8]周儒勋，朱仲尼．静电除尘用大功率高压电源研制中的几个问题[J]．电源世界，2006(7)：49—51.

[9]田贺忠．利用湿式静电除尘器(ESP)脱除汞[J]．国际电力，2005，9(6)：61—64.

[10]赖梦兰，黄笑英．高压静电除尘用整流变压器的结构与工艺[J].

静电，1998，13(2)：23—24，26.

85一圜一 一 圆～㈨圊～∞