電除塵器節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)在電廠的應(yīng)用

鄭國強，謝小杰

(福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000)

電除塵器節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)在電廠的應(yīng)用

鄭國強，謝小杰

(福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000)

介紹了電除塵器節(jié)能的基本原理及一種新型電除塵器節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)，以及該節(jié)能技術(shù)在電廠的應(yīng)用實例。

電除塵器;節(jié)能;控制系統(tǒng);應(yīng)用

1 前言

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民生活水平的提高，環(huán)境保護日益受到重視。節(jié)能減排已成為國家實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式的必然要求，國家不斷加大對企業(yè)節(jié)能減排的監(jiān)督檢查力度，鼓勵使用節(jié)能設(shè)備和采用節(jié)能模式，以提高資源的利用率。近年來由于電煤供應(yīng)形勢緊張，電煤價格一直高位運行，使得發(fā)電企業(yè)成本居高不下，因此挖掘內(nèi)部潛力、降低發(fā)電成本、已經(jīng)成為發(fā)電企業(yè)的首選。

電除塵器是火電廠實現(xiàn)環(huán)保達標排放的重要輔助設(shè)備，也是一個能耗很高的設(shè)備。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前電除塵器的耗電量為電廠發(fā)電量的2‰～5‰。如果能夠在保證電除塵器正常運行、除塵效率不降低或有提高的前提下，降低電除塵器的電耗、提高電除塵器的運行經(jīng)濟性，對于發(fā)電廠來說，將可獲得巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。

2 電除塵器的能耗情況

近年來，國內(nèi)新上電廠電除塵器的設(shè)備容量情況為：百萬千瓦機組為5000～6000kW；60萬千瓦機組為3000～4000kW；30萬千瓦機組為2000～2500kW。電除塵器的耗電主要由高壓硅整流設(shè)備和電加熱系統(tǒng)兩部分組成，其中高壓系統(tǒng)的耗電約占電除塵器總耗電量的80%。近兩年新上電廠電除塵器典型用電負荷見表1。由表1可見，如果能大幅度降低電除塵器高壓硅整流設(shè)備的耗電，則電廠的效益顯著。

表1 近兩年新上電廠電除塵器典型用電負荷

3 電除塵器的節(jié)能原理

另外，現(xiàn)階段國內(nèi)火電廠機組負荷經(jīng)常會在50%～80%區(qū)間波動，可以說負荷變化比較大。當(dāng)機組負荷變化時，如果電除塵器一直運行在某一固定模式下，在保證電除塵排放達標的前提下，將會白白浪費大量電能。在這種條件下可以采取降低運行功率的方式來實現(xiàn)保效節(jié)能。

鍋爐燃燒的煤種、煙氣量、煙氣溫度以及人員操作因素等都是不斷變化的，都會對電除塵器的運行產(chǎn)生影響，在一定的條件下也都具有節(jié)能潛力，因此也都是電除塵器節(jié)能控制應(yīng)該考慮的方面。

總之，在滿足排放要求或除塵效率有所提高的前提下，電除塵器具有很大的節(jié)電潛力，經(jīng)濟效益明顯。

對于排放達標的電除塵器，節(jié)能必須建立在滿足達標排放、保證除塵效率的基礎(chǔ)上，充分挖掘其節(jié)能空間；對排放未達標的設(shè)備則應(yīng)優(yōu)先考慮提效，在提效的基礎(chǔ)上再考慮節(jié)能?？傊仨毟鶕?jù)電除塵器的實際工況條件綜合考慮節(jié)能，正確地識別與控制，以達到良好的節(jié)能效果。

4 新型節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)

如果簡單采用降低電除塵器運行功率和人工設(shè)定方式進行節(jié)能運行，不僅不科學(xué)、不精確，而且由于運行人員的經(jīng)驗、技術(shù)水平、責(zé)任心等多種因素的影響，可能導(dǎo)致電除塵系統(tǒng)無法保證最佳的運行方式和運行參數(shù)，同時不能隨工況變化自動調(diào)節(jié)，就有可能導(dǎo)致除塵效率顯著降低、排放超標。

目前，國內(nèi)企業(yè)已自主開發(fā)出新型的電除塵節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在統(tǒng)計分析大量電除塵器現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)、伏安曲線的基礎(chǔ)上，結(jié)合電除塵器性能測試對比和電除塵器工藝師的經(jīng)驗，經(jīng)過多次改進，建立了最新的工況特性分析診斷的數(shù)學(xué)模型，基于該模型能夠可靠地計算出電除塵器的反電暈指數(shù)和常電暈指數(shù)，準確地判斷電場工況是處于反電暈狀態(tài)還是正常電暈狀態(tài)，通過這些分析可以正確地反映出整臺電除塵器的工況狀態(tài)和變化趨勢。

該系統(tǒng)以現(xiàn)場工況分析為基礎(chǔ)，以鍋爐負荷、煙塵濁度、煙氣溫度、吹灰信號等多種信號為反饋，開發(fā)實現(xiàn)了新的電除塵器節(jié)能軟件。在節(jié)能軟件的控制下，節(jié)能系統(tǒng)根據(jù)工況分析和變化的情況自動調(diào)整運行參數(shù)、自動選擇間歇脈沖供電占空比，使電除塵器始終處于一個經(jīng)濟的運行模式和運行工況，從而達到在保證除塵效率的前提下最大限度地節(jié)約電除塵器的耗電量，實現(xiàn)提效最優(yōu)化和節(jié)能最大化。

5 節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用實例

5.1 中電投貴溪電廠6#爐節(jié)能改造

對所有胃部疾病患者實施口服速溶胃腸超聲助顯劑超聲造影檢查后發(fā)現(xiàn)，屬于胃十二指腸潰瘍、胃炎、胃間質(zhì)瘤、胃癌、胃下垂以及胃息肉患者例數(shù)分別為11例、61例、1例、9例、5例以及3例。對患者實施病理檢查后發(fā)現(xiàn)，屬于胃十二指腸潰瘍、胃炎、胃間質(zhì)瘤、胃癌、胃下垂以及胃息肉患者例數(shù)分別為9例、57例、1例、8例、5例以及3例。同病理檢查結(jié)果比較，表現(xiàn)出的診斷符合率顯著，最終結(jié)果為92.22%，具體見表。

貴溪電廠兩臺300MW機組，分別為5＃爐、6＃爐，兩臺機組電除塵器配置完全一樣，平時機組運行情況也基本相同，鍋爐負荷基本一致。其中6＃爐2008年3月利用大修時間實施了新型節(jié)能控制系統(tǒng)改造。改造完成后，節(jié)能系統(tǒng)以電場運行工況分析為依據(jù)，自動生成當(dāng)時情況下的最優(yōu)運行方式，同時根據(jù)工況的變化自動調(diào)整最佳方式并合理分配給各電場。當(dāng)負荷增加時，相應(yīng)的節(jié)電量小，負荷降低時，節(jié)電量大。通過對主要調(diào)節(jié)參數(shù)的調(diào)整，系統(tǒng)就能夠長期穩(wěn)定地“節(jié)能減排”運行。通過一段時間的調(diào)試，電除塵器不僅運行良好，而且節(jié)能效果很快就顯現(xiàn)出來。由于5＃、6＃爐的基本情況一樣，從兩爐運行的數(shù)據(jù)對比中，可以看出6＃爐有明顯的節(jié)能效果（見圖1、圖2），而且從煙塵濁度的變化趨勢來看（見圖3），6＃爐在節(jié)能運行過程中濁度基本保持穩(wěn)定，除塵效率始終保持在較高的水平上。

圖1 5＃爐A列電除塵器運行的檔案數(shù)據(jù)曲線（能量）

圖2 6＃爐A列電除塵器運行的檔案數(shù)據(jù)曲線（能量）

圖3 6＃爐A列電除塵器運行的檔案數(shù)據(jù)曲線（濁度）

從IPC系統(tǒng)檔案數(shù)據(jù)庫提取一段時間的檔案數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，結(jié)果表明6＃爐節(jié)能效果顯著。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，5＃爐統(tǒng)計時間段內(nèi)的平均功率為599kW，6＃爐統(tǒng)計時間段內(nèi)的平均功率為132kW，相比較而言，6＃爐比5＃爐節(jié)電達78%，詳見圖4。

圖4 5＃爐、6＃爐電除塵器高壓運行平均功耗趨勢

該電廠有關(guān)管理部門對6#爐電除塵器2008年與2007年的電耗進行了對比，發(fā)電量基本相同的2008年5-9月與2007年同比共節(jié)電173.3萬kW?h，按該電廠上網(wǎng)電價0.42元/kW?h計算，可節(jié)約72.79萬元。按照2007年6#機組發(fā)電量157,578.6萬kW?h計算，每年可節(jié)約114.5萬元。由此可見，節(jié)能系統(tǒng)在當(dāng)年即可達到收回成本的2～4倍，經(jīng)濟效益可觀。

5.2 華能上安電廠1#、2#號爐電除塵器節(jié)能改造應(yīng)用

華能上安電廠1#、2#號爐電除塵器于2000年進行了整體改造，每臺爐采用兩臺電除塵器，每臺電除塵器分12個供電分區(qū)。改造后電除塵器運行穩(wěn)定，除塵效率很好。在保證除塵效果的前提下，每臺爐電除塵器經(jīng)常采用投運一半電場運行的方式，以此減少能耗。在此基礎(chǔ)上，該廠2008年又應(yīng)用了新型電除塵器節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)進行節(jié)能改造，以進一步挖掘節(jié)能降耗潛力。

改造完畢后從煙囪排煙的實際情況看，除塵器的除塵效率處于理想的狀態(tài)。

經(jīng)對電除塵器改造前后的運行數(shù)據(jù)進行調(diào)查，分別統(tǒng)計了電除塵器空載運行、熱態(tài)（負載運行，未節(jié)能）、改造前（人工節(jié)能，停一半電場）、改造后（自動節(jié)能，電場全開）等不同工況的功率情況，以及不同工況下電除塵器消耗的電量（按電廠每臺爐電除塵器全年280天可利用小時數(shù)＝6700小時計算），如圖5所示。

從電除塵器改造完成投運后一個月的實際耗電量來看，與上述數(shù)據(jù)基本吻合。本次節(jié)能改造后電除塵器運行良好，V/I特性曲線比較理想，系統(tǒng)能夠隨工況變化適時自動調(diào)整系統(tǒng)控制參數(shù)，在保證除塵效率沒有下降的情況下，節(jié)能自動控制運行與常規(guī)熱態(tài)運行相比，節(jié)電率達69%，同時還提高了設(shè)備的投運率，改造取得了一舉兩得的好效果。

圖5 不同工況功率及耗電量比較

5.3 華潤阜陽電廠1＃、2＃爐電除塵器節(jié)能改造應(yīng)用

阜陽華潤電力有限公司1＃、2＃爐為640MW超臨界燃煤機組，電除塵設(shè)備型號為2BEL486，每爐配20臺高壓硅整流設(shè)備。電除塵器日常運行穩(wěn)定，效果良好。為滿足公司節(jié)能降耗的要求，運行中有時采用手工調(diào)節(jié)方式調(diào)整各電場運行占空比，取得一定節(jié)能效果，但由于是人工操作，費時費力，且無法適應(yīng)工況的經(jīng)常變化，存在較大的局限性和不合理性。

2009年初，電廠對電除塵器的電控設(shè)備進行了節(jié)能改造，應(yīng)用新型電除塵器節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)，引入鍋爐負荷等信號，對電除塵器電控部分進行整體升級改造，使所有設(shè)備能夠根據(jù)運行工況及變化自動進行調(diào)節(jié)，所有參數(shù)運行在最佳狀態(tài)，實現(xiàn)節(jié)能提效，圓滿達到了改造目的。經(jīng)測試，改造后兩臺爐的除塵效率分別為99.76%、99.53%，均超過99.5%的保證效率，節(jié)能率在65%以上，除塵效率較改造前有一定提高，整個節(jié)能改造順利達到了節(jié)能增效的目的。

5.4 大唐韓城二電廠1～4＃爐電除塵器節(jié)能改造應(yīng)用

大唐韓城第二發(fā)電有限責(zé)任公司裝機容量2400MW，擁有4臺600MW亞臨界燃煤機組，其中一期1＃、2＃機組于2005年投產(chǎn)發(fā)電，二期3＃、4＃機組于2008年投產(chǎn)發(fā)電。4臺機組電除塵全部采用BE型臥式雙室四電場干式靜電除塵器，運行穩(wěn)定，滿足煙塵排放的環(huán)保要求。

為滿足節(jié)能降耗的要求，該廠應(yīng)用了新型電除塵器節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)對1～4＃機組電除塵器進行節(jié)能改造。4臺電除塵器在2009年初交叉進行改造，兩個月左右順利完成了整個改造工作。

通過改造，大唐韓城第二發(fā)電有限責(zé)任公司的4臺鍋爐電除塵設(shè)備整個控制過程全部由電除塵器節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)進行，大大減少了人為因素對電除塵設(shè)備運行的影響，提高了設(shè)備運行的可靠性和安全性。電除塵器節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)擁有監(jiān)控模式、節(jié)能模式；在節(jié)能模式下還有普通節(jié)能、增強節(jié)能、超級節(jié)能等多種運行模式可供操作人員選擇，從而保證了在不同煤質(zhì)時電除塵器既節(jié)能運行又達標排放。電除塵器的耗電量大幅降低，最大降幅在80%以上。有關(guān)節(jié)能效果詳見表1、表2（表中數(shù)據(jù)摘自本次節(jié)能改造項目驗收報告）。

表1 1＃爐在各種工作方式下煙塵濁度及電暈功率的對比

表2 2＃爐在各種工作方式下煙塵濁度及電暈功率的對比

經(jīng)過測試，與未改造前相比，改造后的電除塵器設(shè)備高壓控制柜的運行電壓、運行電流均大幅降低，電除塵能耗大幅下降，節(jié)能效果顯著。以電廠統(tǒng)計的1＃爐電除塵設(shè)備運行數(shù)據(jù)為例：在機組負荷為355MW時，未投運節(jié)能運行模式時的電除塵設(shè)備耗電量為1376kW；同樣負荷下，投運節(jié)能方式后電除塵設(shè)備的耗電僅為179kW，節(jié)電達1197kW，節(jié)能效率為87%。由于節(jié)能效率與機組負荷以及煤質(zhì)均有較大關(guān)系，只按照平均50%的節(jié)電率進行計算，1臺鍋爐電除塵設(shè)備每年可節(jié)約的電量為（按照機組年運行5000小時保守計算）：1376×0.5×5000＝345萬kW。按照電價為0.3元/ kW計算，一臺爐電除塵設(shè)備每年可以節(jié)約資金103.5萬元。保守計算，大唐韓城第二發(fā)電有限責(zé)任公司的4臺爐鍋爐電除塵設(shè)備每年節(jié)約資金可達414萬元，經(jīng)濟效益非常可觀。

6 結(jié)論

新型節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)先后在華電可門電廠、國電銅陵電廠、國華臺山電廠、華能汕頭電廠、南陽天益發(fā)電公司、大唐首陽山電廠等眾多電除塵設(shè)備上進行了改造應(yīng)用，均取得良好的效果，平均節(jié)電率大于60%，最高可達90%。這些改造成果表明，電除塵器節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)及節(jié)能改造能夠充分挖掘電除塵系統(tǒng)的潛力，在保證電除塵設(shè)備除塵效率不降低的前提下，大幅降低電除塵設(shè)備的電耗，降低廠用耗電率，減少企業(yè)發(fā)電成本，對企業(yè)節(jié)能減排工作和經(jīng)營工作都起到了極大的促進作用。通過改造，同時處理了電除塵系統(tǒng)存在的缺陷和隱患，優(yōu)化、提高了電除塵設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性，從而大大減少了設(shè)備損耗，延長了設(shè)備使用壽命，減少了設(shè)備的維修量，降低了設(shè)備的維護費用。

鄭國強，等.一種基于最優(yōu)控制和多參量反饋的節(jié)能系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用[C]. 11屆國際電除塵會議論文集,2008.

Application of Control System with Energy Saving and Optimization for Electrical Precipitator in Power Plant

ZHENG Guo-qiang, XIE Xiao-jie
(Fujian Longking Co., Ltd., Longyan Fujian 364000, China)

The paper introduces the basic principle of energy saving for electrical precipitator and one new control system with energy saving for electrical precipitator as well as the application example of energy saving technology in power plant.

electrical precipitator; energy saving; control system; application

X701.2

A

1006-5377（2010）09-0058-04

鄭國強(1966－)，男，福建龍凈環(huán)保股份有限公司電控事業(yè)部副部長、電控設(shè)計院院長，1987年畢業(yè)于湖南大學(xué)，高級工程師，碩士學(xué)位，主要從事電除塵管理控制系統(tǒng)及節(jié)能優(yōu)化控制的研究、開發(fā)與應(yīng)用等工作。