節(jié)能控制系統(tǒng)在220MW機組電除塵上的應用

董守錄

（山西大唐國際云岡熱電有限責任公司，山西 大同 037000）

節(jié)能控制系統(tǒng)在220MW機組電除塵上的應用

董守錄

（山西大唐國際云岡熱電有限責任公司，山西 大同 037000）

介紹了新型電除塵節(jié)能技術的原理及技術特點，以及該節(jié)能技術在山西某熱電公司1、2號爐220MW機組電除塵器上的改造與應用情況。

電除塵;電控設備;提效節(jié)能;應用

前言

電除塵器是火電廠煙氣實現(xiàn)環(huán)保達標排放的重要輔助設備，也是火電廠耗能較高的設備之一，據(jù)不完全統(tǒng)計，電除塵器的耗電量占整臺機組發(fā)電容量的0.3%～0.6%。在保證靜電除塵器正常運行、除塵效率不降低或有提高的前提下，如果能夠降低除塵器的電耗，會給發(fā)電廠帶來很好的經(jīng)濟效益。本文介紹了靜電除塵器的節(jié)能原理，并對山西大唐國際云岡熱電有限責任公司220MW機組電除塵器實施節(jié)能改造的效果進行了分析。

1 電除塵器的節(jié)能原理

在電除塵器運行的過程中，除塵效率與電暈功率有著直接的關系，一般情況下，電暈功率越高，除塵效率越高。但在燃煤品質低下、灰分含量高的條件下，由于灰分比電阻值大，在電場內部經(jīng)常存在反電暈現(xiàn)象，這時若過分增加電除塵器高壓供電功率，反而會加重反電暈、引起除塵效率降低，如圖1所示。

理論分析和實踐證明，采用間歇脈沖供電技術可以克服高比電阻粉塵引起的反電暈，不但可減少電除塵功率消耗，而且還可以提高除塵效率。間歇供電的示意圖如圖2所示。

圖1 反電暈曲線圖

圖2 電除塵高壓柜供電方式波形圖

另外，現(xiàn)階段火電廠機組負荷變化比較大，經(jīng)常在50%～100%區(qū)間波動。機組負荷下降，導致電除塵器的進口煙氣量下降，電場風速降低，如果電除塵一直運行在某一固定模式（火花跟蹤模式）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。

同時鍋爐燃燒煤種、煙氣量、煙氣溫度以及人員操作因素等都是不斷變化的，這些也都會影響電除塵器的運行、影響電除塵器的電耗。

因此，電除塵器在運行過程中有許多電能被浪費。多年實踐表明，在滿足排放要求的前提下，電除塵器具有很大的節(jié)電潛力[3]。

2 新型電除塵器節(jié)能控制系統(tǒng)

近年來，出現(xiàn)了一些方法來降低電除塵器的運行電耗，有手動的、自動的。但如果簡單采用降低電除塵器運行功率和人工設定運行方式進行節(jié)能運行，其途徑仍主要是靠運行人員的經(jīng)驗，但由于受運行人員的經(jīng)驗、技術水平、責任心等多種因素的影響，并不能保證電除塵系統(tǒng)維持在最佳的運行方式，同時也不能跟蹤工況變化自動調節(jié)運行參數(shù)，因而會導致除塵效率顯著降低、排放超標。

目前，已有成功的電除塵器新型節(jié)能控制系統(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)基礎上，經(jīng)過對這些數(shù)據(jù)分析、歸納、總結，結合電除塵器性能測試對比和電除塵器的現(xiàn)場運行經(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)學模型，基于該模型不僅可以準確地分析電場運行工況，而且能夠量化反電暈和常電暈的狀況，即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)，然后通過這些分析數(shù)據(jù)反映整臺電除塵器的工況狀態(tài)和變化趨勢，同時根據(jù)大量最佳運行參數(shù)實驗研究結果和工業(yè)應用經(jīng)驗，自動選擇各電場的最佳運行參數(shù)和節(jié)能工作方式。

同時以現(xiàn)場工況分析為基礎，節(jié)能控制系統(tǒng)以鍋爐負荷、濁度、煙氣溫度、吹灰信號等多種信號為反饋，根據(jù)系統(tǒng)全方位獲取的設備運行信息（二次電流、二次電壓、連續(xù)波形和火花波形及V/I曲線族等），從電除塵的電氣參數(shù)分析出電除塵內部工況的實際變化情況，結合鍋爐負荷、煙氣溫度、濁度信號等多種信號，使高壓硅整流設備根據(jù)工況的變化自動選擇運行參數(shù)，在保證除塵效率的條件下最大限度地節(jié)約電除塵的耗電量。

3 新型電除塵節(jié)能技術的改造應用

山西大唐國際云岡熱電有限責任公司1、2號爐裝機容量為220MW，自2003年投產(chǎn)后電除塵器運行穩(wěn)定，基本滿足了煙塵排放的環(huán)保要求。由于1、2號爐電除塵器日常運行的電耗較高，電除塵電耗約占廠機組用電總量的3.8%。雖然電除塵器系統(tǒng)通過運行人員手動調節(jié)可實現(xiàn)部分節(jié)能功能。但由于機組在燃用煤種和運行負荷不同時，所需調整的幅度不同，調整工作量大，所以實現(xiàn)連續(xù)節(jié)能運行的可行性和可操作性不強。因此，需要對電除塵器電氣控制系統(tǒng)進行節(jié)能技術改造，以達到降低用電的目的。

3.1 改造方案的確定與實施

通過前期調研，決定采用新型電除塵節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)進行1、2號爐電除塵節(jié)能技術改造。在多次研究分析后，確定了電除塵器節(jié)能改造的內容：更換或升級高壓控制系統(tǒng)、低壓振打控制系統(tǒng)，增設機組負荷等反饋信號，新增自動節(jié)能控制功能、斷電振打控制功能等。具體如下：

（1）高壓柜、振打系統(tǒng)改造

對1、2號爐電除塵器的20臺高壓控制柜逐臺進行改造，更換新控制器，增加斷電振打繼電器及接線，升級電磁振打系統(tǒng)，新增電除塵器高壓柜斷電振打功能；改造后使所有的控制柜都具備“工況自動檢測”功能。該功能可使高壓硅整流系統(tǒng)在上位機系統(tǒng)的有效調度下，自動適應工況變化，調節(jié)控制系統(tǒng)運行方式。

（2）提供負荷控制信號源

從分散控制系統(tǒng)（DCS）敷設機組負荷信號（4～20mA）電纜至電除塵器程序控制（IPEC）臺，給IPEC系統(tǒng)提供負荷控制信號源；高、低壓控制柜之間敷設高低壓聯(lián)動控制信號電纜。

（3）IPEC控制系統(tǒng)改造

在1、2號爐電除塵器IPEC控制系統(tǒng)現(xiàn)有平臺上，進行系統(tǒng)軟件功能升級改造，針對控制器“工況自動檢測”，增設節(jié)能參數(shù)調節(jié)功能、節(jié)能數(shù)據(jù)處理功能、節(jié)電率統(tǒng)計功能等。

（4）對設備進行節(jié)能運行調試

在1、2號爐節(jié)能功能投運后，通過多次對鍋爐運行工況進行分析，參照在線除塵器出口粉塵濃度信號，逐步調節(jié)節(jié)能系數(shù)、負荷系數(shù)、高壓運行參數(shù)等節(jié)能控制設備參數(shù)設定值，最終完成系統(tǒng)的設置，滿足現(xiàn)場工況要求。

3.2 改造后的效果分析

（1）運行效果分析

該公司于2010年12月、2011年5月分別完成了對2號、1號機組電除塵器電控系統(tǒng)的節(jié)能改造。改造后，實現(xiàn)了以機組負荷、濁度、排煙溫度等參數(shù)作為閉環(huán)反饋控制信號，自動選擇高壓柜運行方式、調節(jié)各運行參數(shù)以及振打的模式。整個控制過程全部由電除塵器IPEC控制系統(tǒng)進行自動實現(xiàn)，減少了人為因素對電除塵器運行造成的影響，提高了設備運行的可靠性和安全性。節(jié)能控制系統(tǒng)有監(jiān)控模式、節(jié)能模式；在節(jié)能模式下還設有普通節(jié)能、增強節(jié)能、超級節(jié)能等多種節(jié)能運行模式可供運行人員選擇，以保證在鍋爐在燃用不同煤種時，電除塵器既節(jié)能運行，又保證排放達標，且運行穩(wěn)定。

本次節(jié)能改造另一項技術成果是增加了斷電振打功能。通過對電除塵器極板實施斷電振打，即除塵器的某一分區(qū)進行振打時，對本區(qū)域高壓柜斷電，降低粉塵黏附力，提高振打效果，減少積灰，并且可以保持電除塵器的極板、極線長時間在比較干凈的狀態(tài)下運行，為電除塵器節(jié)能運行拓展了更大的空間。斷電振打的實施對電除塵器的高效穩(wěn)定運行有良好的作用，且效果明顯。在1、2號鍋爐電除塵器實施斷電振打一個月后進行檢查，電除塵器極板原有的積灰絕大部分被清除掉，電場內部極板表面較以往檢修時要干凈很多。

（2）2號機節(jié)能效果分析

1）經(jīng)過測試，改造后電除塵器高壓控制柜的運行電壓、運行電流與未改造前相比均大幅降低，電除塵器能耗大幅下降。2011年3月7日至3月11日對2號機組電除塵進行了節(jié)電測試，高壓設備常規(guī)運行和節(jié)能運行的參數(shù)表見圖3、圖4。

圖3 2號機組電除塵器高壓設備常規(guī)運行參數(shù)表

圖4 2號機組電除塵器高壓設備節(jié)能運行參數(shù)表

從圖3、圖4的參數(shù)表中可以得出，3月9日2號爐電除塵常規(guī)運行時的高壓整流設備運行功率為262.23kW，3月11日2號爐電除塵節(jié)能運行高壓整流設備運行功率為73.40kW，二者比較，節(jié)電功率＝262.23kW-73.40kW=188.83kW，節(jié)電率達72%；按每年運行280天估算，年節(jié)電約126.89萬度；按每度電0.35元估算，每年約可節(jié)省44.41萬元。

2）從6kV段測得常規(guī)運行和節(jié)能運行時2號爐電除塵的功率，見表1。

表1 2號爐電除塵功率

從表1可以計算得出，3月9日2號爐電除塵常規(guī)運行時平均每天有功功率為12.34MW·h，3月11日2號爐電除塵節(jié)能運行時平均每天有功功率為7.2MW·h，二者比較，每天節(jié)電功率＝12.34MW·h-7.2MW·h=5.14MW·h；按每年運行280天估算，年節(jié)電約143.92萬度；每年約可節(jié)省50.37萬元。

改造后，2號爐整體運行情況良好，預計一年左右即可以收回本次改造的投資成本。

（3）1號機節(jié)能效果分析

1）經(jīng)過測試，改造后電除塵器高壓控制柜的運行電壓、運行電流與改造前相比均大幅降低，電除塵器能耗大幅下降。2011年6月6日至6月9日對1號機組電除塵進行了節(jié)電測試，高壓設備常規(guī)運行和節(jié)能運行的參數(shù)表見圖5、圖6。

圖5 1號機組電除塵器高壓設備常規(guī)運行參數(shù)表

圖6 1號機組電除塵器高壓設備節(jié)能運行參數(shù)表

從圖5、圖6可計算得出，6月9日1號爐電除塵常規(guī)運行時高壓整流設備運行功率為419.26kW，6月8日1號爐電除塵節(jié)能運行高壓整流設備運行功率為153.28kW，二者比較，節(jié)電功率＝419.26kW-153.28kW=265.98kW，節(jié)電率達63%；按每年運行280天估算，年約節(jié)電178.74萬度；每年約可節(jié)省62.56萬元。

2）從6kV段測得常規(guī)運行和節(jié)能運行時1號機組電除塵功率如表2。

表2 1號機組電除塵功率

從表2可計算得出，6月9日1號爐電除塵常規(guī)運行時平均每天有功功率為16.14MW·h，6月8日1號爐電除塵節(jié)能運行時平均每天有功功率為10.40MW·h，二者比較，每天節(jié)電功率＝16.14MW·h-10.40MW·h=5.74MW·h；按每年運行280天估算，年節(jié)電約160.72萬度；每年約可省56.25萬元。

改造后，1號爐整體運行情況良好，預計一年左右即可以收回本次改造投資成本。

4 結論

山西大唐國際云岡熱電有限責任公司通過對電除塵器的控制系統(tǒng)進行改造，在保證電除塵器除塵效率不降低的前提下，大大降低了電除塵器的電耗，降低了用電率，取得了良好的節(jié)能效益。新型節(jié)能控制系統(tǒng)值得推廣應用。

[1]羅日平．湖南電煤調運困難的原因與對策[J]．電力技術經(jīng)濟，2008，20（5）：11-14．

[2]原永濤．火力發(fā)電廠電除塵器技術[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2004．

[3]陳作文．電除塵器節(jié)能控制技術在600MW機組上的應用[J]．電力環(huán)境保護，2008，24（6）：33-35．

[4]鄭國強．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)與應用[C]．第11屆國際電除塵器會議論文集．2008．

Application of Energy Saving Control System in Electrical Precipitator of 220MW Generating Set

DONG Shou-lu
(Shanxi Datang International Yungang Co-generation Co., Ltd, Datong Shanxi 037000, China)

The paper presents the principle and technical characteristic of new pattern electrical precipitation and energy saving technology and the reformation and application of the energy saving technology in No.1 and 2 furnaces of electrical precipitator of 220MW generating set in certain thermoelectricity company of Shanxi province.

electrical precipitation; electrical control equipment; efficiency-raising of energy saving; application

X701.2

A

1006-5377（2011）12-0031-04