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摘 要：青岛钢铁有限公司城市钢厂环保搬迁工程2×240 m2烧结系统工程机头电除尘项目2台2BY284/2-4大型除尘器，配套32套高频电源设备、8套低压设备及IPC控制系统，其中32套高压控制系统都应用新型高频电源，投运后除尘效率99.86%、99.88%，出口排放浓度28.86 mg/m3、26.95 mg/m3，达到及超过除尘效率99.77%的设计指标要求；青岛钢铁环保搬迁工程1号、2号烧结系统机头电除尘高压控制系统应用高频电源与青岛钢铁老厂3号、4号烧结系统采用常规工频电源出口排放浓度43.95 mg/m3提高到28.86 mg/m3、26.95 mg/m3、除尘效率由99.62%提高到99.86%以上，树立大型烧结系统成功应用、满足低排放标准的典范工程。
关键词：高频电源；脉宽调制；节能；电除尘
中图分类号：TF805.3 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）30-0039-03
1 工程介绍
青岛钢铁烧结机头2台大型除尘器为2BY284/2-4电除尘设备为2×240 m2烧结系统工程机头配套的烟气除尘净化设备，主要由本体设备和电控设备两大部分组成，如图1所示。
本体部分为双列双室四电场电除尘器，水平进风，水平出风。电控设备由高频电源、低压控制系统及IPC控制系统组成，如图2所示。
高频电源的优点：
①工频电源采用单相输入，输出电压纹波可达到35%～45%，对电网有直接污染；高频电源采用三相输入，输出电压纹波小不到5%，且对电网无污染，为绿色环保电源。
②高频电源能提供更大的输出电流，可达工频电源的2倍。
③高频电源能提供更高的输出电压，可达工频电源的1.3倍。
④高频电源安装在除尘器顶部，电缆用量显著减少，同时，不占用控制室空间，可节省土建成本。
⑤采用高频电源，与采用常规电源相比，在同样电除尘器规格条件，对驱进速度的改善系数在5%左右，又减轻了进入后电场的粉尘负担，并使整台除尘器除尘效果增强。
⑥在青岛钢铁城市钢厂环保搬迁工程机头电除尘所以电场全部采用高频电源，节能提效效果显著。
2 对青岛钢铁使用的高频电源主体结构，主电路的 工作原理，及控制电路的工作原理作了简要的 论述
近年来，伴随着电力电子技术的飞速发展，特别是新一代功率电子器件如IGBT，MOSFET等的应用，高频逆变技术越来越成熟，各种不同类型和特点的电路广泛地被应用于DC/DC与DC/AC等场合。在这一前提下，设计一种高频电源代替常规高压电源，达到减小高压电源装置的体积与重量的目的已成为可能。同时其使用效果、输出特性和成本等也都比常规高压电源装置具有明显的优势，系统效率也得到了一定程度的提高。
2.1 电源主体结构
高压逆变电源的电路组成框图，如图3所示。它主要包括主电路及控制电路两部分。主电路主要包括配电开关、工频整流器、斩波器、滤波器、IGBT桥式逆变器、保护电路、高频高压变压器、高频高压硅堆（高频整流器）等部分。控制电路主要包括电流、电压、火花率采样及其处理单元，PWM信号产生和驱动电路，单片机控制器，参数输入键盘及液晶显示，通信接口等部分。
2.2 主电路的工作原理
主电路的工作原理，如图4所示，高频逆变器中的功率开关管采用IGBT（绝缘栅双极晶体管）。它是将MOSFET和GTR的优点集于一体的新型复合器件，具有MOSFET的高输入阻抗、可用电压驱动，GTR的通态功耗低等优点。
图4中交流电压经整流—斩波器调压—滤波后得到直流电压U1，将U1加到全桥式高频逆变器上。D1～D4与功率开关管S1～S4反向并联，承受负载产生的反向电流以保护开关管。C1～C4及R3～R6以及D5～D8的引入是为了避免4个开关管在关断时过高的电压上升率和减少管子的关断损耗。当栅极脉冲信号轮流驱动S1、S4或S2、S3时，逆变主电路把直流电压U1转换为20kHz的高频矩形波交流电压送到高频高压变压器，经升压整流滤波后给除尘器供電。控制S1、S4和S2、S3两组IGBT的占空比，就可得到脉宽可调的矩形波交流电压。
2.3 控制电路的工作机理
2.3.1 单片机控制器
为了使整个电源系统具有自诊断和人机交换式的控制功能，该电源选用单片机80C196K，主要负责实时监控和与上位机进行数据通信的任务。
当除尘器处在工作状态时，单片机一方面定时采集其反馈的电流电压值，通过A/D转换通道将其读入，并通过一定算法得出控制量Uk，通过单片机输出控制量给脉宽调制控制器，进而改变调制脉冲宽度；另一方面可以实现根据用户的需求改变电源的外特性，如恒流，恒压，缓降等。
另外，单片机还定期地将本电源的输出电流、输出电压、火花率等信息传递给上位机，将故障信息由串口发向上位机，以示警告，同时接收来自上位机的控制命令，使自身投入或退出工作或改变工作参数。
2.3.2 脉宽调制控制器
脉宽调制控制器电路，如图5所示，它的作用主要是为驱动电路提供控制脉冲以实现PWM控制。其核心是产生PWM信号的专用集成芯片SG3525A。SG3525A是电压型PWM集成控制器，外接元器件少，性能好，具有外同步、软启动、死区调节、欠压锁定、误差放大以及关闭输出驱动信号等功能。其内部结构主要包括基准电压源、欠压锁定电路、锯齿波振荡器、误差放大器和脉宽调制比较器5部分。
3 投运情况
4号同等烧结系统配置电除尘设备采用常规工频的节能控制系统出口排放浓度43.95 mg/m3提高到28.86 mg/m3、26.95 mg/m3除尘效率由99.62%提高到99.86%以上。
4 经济效益
一般电除尘器的年运行成本包括设备的电耗费用、人工管理费及维护成本，而采用传统方案和常规运行模式的电耗费用占总费用80%以上。高压部分采用高频电源控制后，我们根据负荷和工况的变化，采用不同的运行模式做对比。在煤质稳定的情况下，经过一段时间的观察，发现排放浓度基本稳定。从现场调取的数据计算得出的电除尘器不同运行模式下的功率，见表1。表中非节能模式的功率已隐含了断电振打、间歇供电和其他本体配置等节能措施的节能效果。
从上表可得出，单台烧结生产线机头电除尘运行在高频超级节能模式与工频普通节能模式年节电量=381.62-247.83=
133.79（万度），节电率=133.79/381.62×100%=35%，节省电费133.79（万度）×0.4元/度电计算=53.52万元，2条烧结生产线机头电除尘年节省电费107.04万元。
2台2×240 m2烧结系统机头电除尘器在高频超级节能模式，与工频节能模式模式的运行节能35%；高频超级节能模式与在与非节能模式下相比节能达69%以上，经济效益非常明显。总体来说，采用高频电源后的新型的节能控制系统能在保证除尘效率的情况下运行在最佳节能状态，大大满足节能提效要求。
5 结 语
新型高频电源，通过先进的控制方式，使得高压除尘系统在面对复杂的除尘工况下达到最大限度的节能减排效果，必将取代过去落后的高压控制器，成为电控产品技术创新的又一重大成果，与其它电控技术成为电除尘控制领域的主流。
通过本项目的成功应用，树立大型烧结系统成功应用、满足低排放标准的典范工程，更加有利证明，高频电源，对于满足现今低排放标准和节能降耗方面有更加广阔的应用前景，具有较大的市场应用空间。
参考文献：
[1] 郭俊，廖增安，陈丽艳，等.集多项新技术的高效节能型电除尘器研究和 应用[A].第十三届中国除尘技术论坛文集[C].2009.
[2] 龙净环保.青岛钢铁烧结机头2×240 m2烧结系统配套机头电除尘器 使用维护手册.
[3] 龙净环保.青岛钢铁烧结机头2×240 m2烧结系统配套机头电除尘器 工程BOILER低压图纸DDJX10001.
关键词：高频电源；脉宽调制；节能；电除尘
中图分类号：TF805.3 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）30-0039-03
1 工程介绍
青岛钢铁烧结机头2台大型除尘器为2BY284/2-4电除尘设备为2×240 m2烧结系统工程机头配套的烟气除尘净化设备，主要由本体设备和电控设备两大部分组成，如图1所示。
本体部分为双列双室四电场电除尘器，水平进风，水平出风。电控设备由高频电源、低压控制系统及IPC控制系统组成，如图2所示。
高频电源的优点：
①工频电源采用单相输入，输出电压纹波可达到35%～45%，对电网有直接污染；高频电源采用三相输入，输出电压纹波小不到5%，且对电网无污染，为绿色环保电源。
②高频电源能提供更大的输出电流，可达工频电源的2倍。
③高频电源能提供更高的输出电压，可达工频电源的1.3倍。
④高频电源安装在除尘器顶部，电缆用量显著减少，同时，不占用控制室空间，可节省土建成本。
⑤采用高频电源，与采用常规电源相比，在同样电除尘器规格条件，对驱进速度的改善系数在5%左右，又减轻了进入后电场的粉尘负担，并使整台除尘器除尘效果增强。
⑥在青岛钢铁城市钢厂环保搬迁工程机头电除尘所以电场全部采用高频电源，节能提效效果显著。
2 对青岛钢铁使用的高频电源主体结构，主电路的 工作原理，及控制电路的工作原理作了简要的 论述
近年来，伴随着电力电子技术的飞速发展，特别是新一代功率电子器件如IGBT，MOSFET等的应用，高频逆变技术越来越成熟，各种不同类型和特点的电路广泛地被应用于DC/DC与DC/AC等场合。在这一前提下，设计一种高频电源代替常规高压电源，达到减小高压电源装置的体积与重量的目的已成为可能。同时其使用效果、输出特性和成本等也都比常规高压电源装置具有明显的优势，系统效率也得到了一定程度的提高。
2.1 电源主体结构
高压逆变电源的电路组成框图，如图3所示。它主要包括主电路及控制电路两部分。主电路主要包括配电开关、工频整流器、斩波器、滤波器、IGBT桥式逆变器、保护电路、高频高压变压器、高频高压硅堆（高频整流器）等部分。控制电路主要包括电流、电压、火花率采样及其处理单元，PWM信号产生和驱动电路，单片机控制器，参数输入键盘及液晶显示，通信接口等部分。
2.2 主电路的工作原理
主电路的工作原理，如图4所示，高频逆变器中的功率开关管采用IGBT（绝缘栅双极晶体管）。它是将MOSFET和GTR的优点集于一体的新型复合器件，具有MOSFET的高输入阻抗、可用电压驱动，GTR的通态功耗低等优点。
图4中交流电压经整流—斩波器调压—滤波后得到直流电压U1，将U1加到全桥式高频逆变器上。D1～D4与功率开关管S1～S4反向并联，承受负载产生的反向电流以保护开关管。C1～C4及R3～R6以及D5～D8的引入是为了避免4个开关管在关断时过高的电压上升率和减少管子的关断损耗。当栅极脉冲信号轮流驱动S1、S4或S2、S3时，逆变主电路把直流电压U1转换为20kHz的高频矩形波交流电压送到高频高压变压器，经升压整流滤波后给除尘器供電。控制S1、S4和S2、S3两组IGBT的占空比，就可得到脉宽可调的矩形波交流电压。
2.3 控制电路的工作机理
2.3.1 单片机控制器
为了使整个电源系统具有自诊断和人机交换式的控制功能，该电源选用单片机80C196K，主要负责实时监控和与上位机进行数据通信的任务。
当除尘器处在工作状态时，单片机一方面定时采集其反馈的电流电压值，通过A/D转换通道将其读入，并通过一定算法得出控制量Uk，通过单片机输出控制量给脉宽调制控制器，进而改变调制脉冲宽度；另一方面可以实现根据用户的需求改变电源的外特性，如恒流，恒压，缓降等。
另外，单片机还定期地将本电源的输出电流、输出电压、火花率等信息传递给上位机，将故障信息由串口发向上位机，以示警告，同时接收来自上位机的控制命令，使自身投入或退出工作或改变工作参数。
2.3.2 脉宽调制控制器
脉宽调制控制器电路，如图5所示，它的作用主要是为驱动电路提供控制脉冲以实现PWM控制。其核心是产生PWM信号的专用集成芯片SG3525A。SG3525A是电压型PWM集成控制器，外接元器件少，性能好，具有外同步、软启动、死区调节、欠压锁定、误差放大以及关闭输出驱动信号等功能。其内部结构主要包括基准电压源、欠压锁定电路、锯齿波振荡器、误差放大器和脉宽调制比较器5部分。
3 投运情况
4号同等烧结系统配置电除尘设备采用常规工频的节能控制系统出口排放浓度43.95 mg/m3提高到28.86 mg/m3、26.95 mg/m3除尘效率由99.62%提高到99.86%以上。
4 经济效益
一般电除尘器的年运行成本包括设备的电耗费用、人工管理费及维护成本，而采用传统方案和常规运行模式的电耗费用占总费用80%以上。高压部分采用高频电源控制后，我们根据负荷和工况的变化，采用不同的运行模式做对比。在煤质稳定的情况下，经过一段时间的观察，发现排放浓度基本稳定。从现场调取的数据计算得出的电除尘器不同运行模式下的功率，见表1。表中非节能模式的功率已隐含了断电振打、间歇供电和其他本体配置等节能措施的节能效果。
从上表可得出，单台烧结生产线机头电除尘运行在高频超级节能模式与工频普通节能模式年节电量=381.62-247.83=
133.79（万度），节电率=133.79/381.62×100%=35%，节省电费133.79（万度）×0.4元/度电计算=53.52万元，2条烧结生产线机头电除尘年节省电费107.04万元。
2台2×240 m2烧结系统机头电除尘器在高频超级节能模式，与工频节能模式模式的运行节能35%；高频超级节能模式与在与非节能模式下相比节能达69%以上，经济效益非常明显。总体来说，采用高频电源后的新型的节能控制系统能在保证除尘效率的情况下运行在最佳节能状态，大大满足节能提效要求。
5 结 语
新型高频电源，通过先进的控制方式，使得高压除尘系统在面对复杂的除尘工况下达到最大限度的节能减排效果，必将取代过去落后的高压控制器，成为电控产品技术创新的又一重大成果，与其它电控技术成为电除尘控制领域的主流。
通过本项目的成功应用，树立大型烧结系统成功应用、满足低排放标准的典范工程，更加有利证明，高频电源，对于满足现今低排放标准和节能降耗方面有更加广阔的应用前景，具有较大的市场应用空间。
参考文献：
[1] 郭俊，廖增安，陈丽艳，等.集多项新技术的高效节能型电除尘器研究和 应用[A].第十三届中国除尘技术论坛文集[C].2009.
[2] 龙净环保.青岛钢铁烧结机头2×240 m2烧结系统配套机头电除尘器 使用维护手册.
[3] 龙净环保.青岛钢铁烧结机头2×240 m2烧结系统配套机头电除尘器 工程BOILER低压图纸DDJX10001.