電除塵節(jié)能技術(shù)在600 MW超臨界機(jī)組上的應(yīng)用

沈 迎，張 偉，林令智

（1.國電費(fèi)縣發(fā)電有限公司，山東 臨沂 273425；2.國核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100094）

0 引言

隨著國家節(jié)能減排力度的加強(qiáng)，以及煤炭市場價(jià)格的高漲，火電企業(yè)面臨著嚴(yán)峻的形勢，自身的節(jié)能降耗成為發(fā)電企業(yè)降低生產(chǎn)成本、增強(qiáng)贏利能力的重要手段。電除塵器是火力發(fā)電廠重要的環(huán)保設(shè)備，其工作狀況的好壞，對機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)性有著重要影響。電除塵器的收塵機(jī)理是在陰陽極間建立高壓靜電場，通過氣體電離及粉塵荷電達(dá)到收塵目的，因而電除塵器在運(yùn)行過程中將消耗大量電能。目前，超臨界600MW機(jī)組電除塵器的收塵耗電量約占整臺機(jī)組發(fā)電容量的0.2%～0.25%之間。因此在保證電除塵效率不降低的情況下，最大限度地減少電能消耗對火電企業(yè)的節(jié)能增效具有重要意義。

1 電除塵器的能耗節(jié)能原理和特點(diǎn)

費(fèi)縣電廠600 MW超臨界機(jī)組煙氣量約為2 600 t/h，鍋爐出口配套雙室四電場電除塵器兩臺。電除塵器每個電場的高壓供電設(shè)備額定電壓72 kV，額定電流為2.0 A，每臺爐電除塵器的實(shí)際運(yùn)行功率一般在850～1 200 kW。

根據(jù)懷特研究的理論，電除塵捕集粒子所需的能量可以根據(jù)氣流塵粒的粘滯力和粒子向集塵極運(yùn)動的距離計(jì)算出來，電除塵器處理600MW機(jī)組煙氣量所需的理論電功率僅800～1 000 W；上述功率是理想狀態(tài)下計(jì)算所得，實(shí)際情況下由于本體狀況、燃煤煤種等原因，所消耗的功率會偏大。但電除塵器凈化煙氣所需的理論功率消耗和目前電除塵的實(shí)際運(yùn)行能耗偏差極大，說明電除塵器的實(shí)際運(yùn)行能耗過大，電能利用率較低。

通常情況下，為了使電除塵器的除塵效率盡量高，煙塵排放濃度盡量低，電除塵一般工作在火花整定工作方式下，使其運(yùn)行二次電壓盡量接近火花閃絡(luò)電壓，二次電流盡量大。目前，我國所有燃煤電廠的電除塵器幾乎都運(yùn)行在這一工作方式下。

通過理論分析發(fā)現(xiàn)，在火花整定狀態(tài)下雖然能取得較好的除塵效果，但電除塵器運(yùn)行過程中的電能利用效率很低，大量的電能不是用于收塵，而是被白白浪費(fèi)掉。一方面，為了提高電場場強(qiáng)，增強(qiáng)電暈放電效果，需要盡量提高運(yùn)行電壓，直到接近火花閃絡(luò)電壓，以產(chǎn)生盡可能多的自由電子和離子。這樣雖然能夠達(dá)到提高除塵效率的目的，但是由于實(shí)際上產(chǎn)生的大量自由電子和離子中僅有一小部分用于煙塵荷電，絕大部分自由電子和離子并未與塵粒進(jìn)行荷電，而是直接從陰極到達(dá)陽極，最終以光能或熱能的形式消耗，客觀上造成電能的浪費(fèi)。另一方面，當(dāng)煙塵比電阻較高時(shí)，運(yùn)行電壓、電流達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，電場內(nèi)將出現(xiàn)反電暈現(xiàn)象。在反電暈工況下，繼續(xù)增加運(yùn)行電壓、電流會加深反電暈的程度，導(dǎo)致電除塵器的能耗不斷增加，而除塵效率反而大幅下降。

因此，如何確定最優(yōu)的電除塵器運(yùn)行電參數(shù)，改善荷電效果，克服電除塵運(yùn)行過程中的反電暈工況，提高電除塵器運(yùn)行過程的電能利用效率，是實(shí)現(xiàn)電除塵器節(jié)能運(yùn)行的關(guān)鍵。

針對上述問題，開發(fā)出了脈沖供電方式。該供電方式相對于常規(guī)火花整定供電方式，能夠有效改善粉塵的荷電效果，克服電除塵運(yùn)行方式過程中的反電暈工況，具有良好的節(jié)能特性。脈沖供電方式的機(jī)理是，電除塵器與硅整流變等效為電容與電感，控制系統(tǒng)通過對每個半波可控硅導(dǎo)通角的合理控制，并充分利用變壓器和本體的儲能特點(diǎn)使高壓電源輸出脈沖幅度、寬度及基準(zhǔn)電壓成為靈活可變的脈沖供電波形，達(dá)到既提高放電極與收塵極之間的單位荷電場強(qiáng)，又節(jié)省電能目的。該供電方式具有良好的節(jié)能提效特性，能有效克服電除塵器的反電暈工況，提高除塵效率。

2 費(fèi)縣電廠一期1號、2號爐電除塵器節(jié)能改造

2.1 概況

費(fèi)縣電廠一期工程兩臺650 MW超臨界機(jī)組，1號、2號機(jī)組分別于2007年1月和2007年8月投入運(yùn)營，電除塵器本體采用蘭州電力設(shè)備有限公司雙室四電場干式除塵器，電控設(shè)備為浙江佳環(huán)電子有限公司配套，投產(chǎn)以來，運(yùn)行平穩(wěn)，除塵效率在99.60%以上，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。但電除塵器還存在以下問題：

1）電除塵器能耗高，雖然電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)有節(jié)能供電模式，但由于煤質(zhì)、負(fù)荷等變化較大，人工頻繁調(diào)節(jié)不具有可操作性，造成電除塵的廠用電率一直在0.2%以上。

2）電除塵器配電室電氣設(shè)備發(fā)熱嚴(yán)重，設(shè)計(jì)上每臺機(jī)組用于給電除塵供電的變壓器為兩運(yùn)一備，由于電除塵能耗高，正常運(yùn)行時(shí)兩臺在運(yùn)的變壓器發(fā)熱嚴(yán)重，變壓器出線銅排溫度達(dá)到110℃以上，嚴(yán)重威脅設(shè)備安全運(yùn)行。

3）電除塵配電室內(nèi)的空調(diào)常年滿負(fù)荷運(yùn)行，尤其夏天室內(nèi)溫度溫度高達(dá)40℃以上，造成電氣設(shè)備壽命縮短，故障概率增大，曾經(jīng)發(fā)生過高壓控制柜由于發(fā)熱嚴(yán)重造成短路故障。

2.2 改造方案的選取和實(shí)施

電除塵節(jié)能改造通常有兩種方案：一是拆除高壓電場控制系統(tǒng)的所有一、二次設(shè)備，更換為高頻電源型控制系統(tǒng)，此種方案投資很大，且需要在機(jī)組檢修時(shí)實(shí)施；二是保留原來整流變，更換新型高壓控制柜，并且優(yōu)化控制系統(tǒng)，此種方案投資適中，也需要在機(jī)組檢修時(shí)實(shí)施。

最初生產(chǎn)廠家提出的改造方案是在某臺機(jī)組檢修時(shí)更換16臺高壓控制柜，這是一個比較通用可靠的改造方案，但費(fèi)縣電廠一期工程兩臺機(jī)組是新投產(chǎn)機(jī)組，設(shè)備較新，大拆大換資產(chǎn)浪費(fèi)比較大，并且改造只能在機(jī)組檢修時(shí)進(jìn)行，時(shí)效性差。

為了盡快實(shí)現(xiàn)改造后的節(jié)能效益，在保證節(jié)能效果和電除塵效率的前提下，通過反復(fù)分析電除塵高壓控制系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)在裝的高壓控制柜和要新改裝的高壓控制柜在原理和結(jié)構(gòu)上基本相同，尤其是柜內(nèi)的電氣一次設(shè)備全部通用，只是控制面板和控制原理有所區(qū)別，控制系統(tǒng)的抗干擾措施略有不同。

經(jīng)過和廠家進(jìn)一步的深入探討和分析，費(fèi)縣電廠大膽提出保留原有的16臺高壓控制柜和柜內(nèi)的電氣一次設(shè)備，只更改高壓控制器及其部分二次線的方案。該方案具有投資更少，可以不停機(jī)改造，改造工作量很小，節(jié)能效益實(shí)現(xiàn)快的特點(diǎn)。每臺機(jī)組投資比一般改造方案節(jié)省100萬元以上。

此方案在設(shè)備到貨后，1個月內(nèi)完成了兩臺機(jī)組共32臺電除塵控制系統(tǒng)不停機(jī)改造，經(jīng)過1年多的運(yùn)行考驗(yàn)，設(shè)備穩(wěn)定，節(jié)能效果明顯。

2.3 改造后的效果

通過改造，兩臺600MW超臨界機(jī)組電除塵耗電率大幅下降，廠用電率僅0.09%左右。節(jié)電率分別為82.27%和84.53%。通過山東電力研究院試驗(yàn)，兩臺機(jī)組電除塵效率均達(dá)到了99.60%的設(shè)計(jì)值以上。表1、表2、表3為1號機(jī)組電除塵改造前后的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性能對比。

表1 1號爐號1除塵器改造前后技術(shù)參數(shù)對比

表2 1號爐2號除塵器改造前后技術(shù)參數(shù)對比

表3 兩種運(yùn)行方式的經(jīng)濟(jì)性能對比

備注：1）火花整定控制方式數(shù)據(jù)采集于2009年9月9日運(yùn)行日志。2）脈沖供電方式數(shù)據(jù)采集于2009年10月10日下午14：00，負(fù)荷520 MW。3）以上結(jié)果按設(shè)備年連續(xù)運(yùn)行330天，上網(wǎng)電價(jià)按0.40元/度計(jì)算。

脈沖供電方式無論在技術(shù)層面還是經(jīng)濟(jì)指標(biāo)方面都要優(yōu)于火花整定方式，以一期兩臺機(jī)組的改造結(jié)果來看，全年節(jié)能增效在400萬元以上，并且電除塵配電室內(nèi)的溫度大大降低。

3 結(jié)論

在保證電除塵效率不降低的前提下，結(jié)合電廠的實(shí)際運(yùn)行情況，實(shí)施了有效的改造，大大降低了電除塵的能耗，有效降低了廠用電率，延長了設(shè)備使用壽命，降低了維護(hù)費(fèi)用，為火電企業(yè)的節(jié)能降耗工作探索出了一條新路。