電除塵器節(jié)能改造方案及效果分析

薄伏龍

（中國(guó)水利電力物資有限公司 北京 100040）

1 前言

電除塵器是火力發(fā)電廠必備的配套設(shè)備，它的功能是將燃灶或燃油鍋爐排放煙氣中的顆粒煙塵加以清除，從而大幅度降低排入大氣層中的煙塵量，這是改善環(huán)境污染，提高空氣質(zhì)量的重要環(huán)保設(shè)備。它的工作原理是煙氣通過電除塵器主體結(jié)構(gòu)前的煙道時(shí)，使其煙塵帶正電荷，然后煙氣進(jìn)入設(shè)置多層陰極板的電除塵器通道。由于帶正電荷煙塵與陰極電板的相互吸附作用，使煙氣中的顆粒煙塵吸附在陰極上，定時(shí)打擊陰極板，使具有一定厚度的煙塵在自重和振動(dòng)的雙重作用下跌落在電除塵器結(jié)構(gòu)下方的灰斗中，從而達(dá)到清除煙氣中的煙塵的目的。大唐黃島發(fā)電有限責(zé)任公司5、6號(hào)機(jī)組鍋爐為上海鍋爐廠生產(chǎn)的超臨界直流燃煤鍋爐。汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機(jī)。兩臺(tái)機(jī)組分別于2006年6月和2007年8月投產(chǎn)，電廠上游行業(yè)主要為煤炭行業(yè)，下游對(duì)應(yīng)主要為工業(yè)及民用用電、用熱產(chǎn)業(yè)。

2 擬改造系統(tǒng)設(shè)備基本情況

6號(hào)機(jī)組鍋爐為上海鍋爐廠生產(chǎn)的超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、采用四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)П型、露天布置燃煤鍋爐。制粉系統(tǒng)為冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺(tái)爐配六臺(tái)中速磨煤機(jī)，五臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)能帶額定負(fù)荷。風(fēng)煙系統(tǒng)配置兩臺(tái)動(dòng)葉可調(diào)軸流送風(fēng)機(jī)、兩臺(tái)動(dòng)葉可調(diào)軸流一次風(fēng)機(jī)。送風(fēng)機(jī)和一次風(fēng)機(jī)將鍋爐燃料燃燒所需的一、二風(fēng)送入爐膛，燃料燃燒后產(chǎn)生的煙氣，從爐膛出口依次流經(jīng)上爐膛的屏式過熱器、末級(jí)過熱器、高溫再熱器、低溫再熱器、低溫過熱器、省煤器，經(jīng)兩臺(tái)三分倉(cāng)容克式空氣預(yù)熱器，經(jīng)各受熱面冷卻后進(jìn)入兩臺(tái)雙室四電場(chǎng)靜電除塵器除塵，最后經(jīng)兩臺(tái)靜葉可調(diào)的引風(fēng)機(jī)送入高度240m的煙囪。

6號(hào)鍋爐配置有西安重型機(jī)械研究所生產(chǎn)的雙室四電場(chǎng)靜電除塵器。電除塵器配置由浙江佳環(huán)電子有限公司生產(chǎn)微機(jī)自動(dòng)控制的高壓供電裝置。機(jī)組自投產(chǎn)以來(lái)運(yùn)行平穩(wěn)，機(jī)組平均負(fù)荷率為78.25%，機(jī)組運(yùn)行小時(shí)數(shù)約為8201h。目前6號(hào)鍋爐配置靜電除塵器電場(chǎng)供電方式采用持續(xù)直流供電方式，即火花率整定方式。電除塵器運(yùn)行的二次電壓和二次電流較大，有時(shí)部分參數(shù)接近于額定值，其除塵器處在一種“大功率高能耗”的工作方式下。目前電除塵器高壓整流設(shè)備功率消耗平均在800kW～1000 kW左右。

3 電除塵器改造方案

3.1 主要應(yīng)用原理

高頻電源技術(shù)采用交-直-交-直的變換過程。三相380V/50Hz的交流電壓經(jīng)過EMI濾波器，三相不控整流及濾波后得到530V左右直流電壓。第二步的直-交變換采用中頻全橋逆變電路，所得中頻交流電經(jīng)中頻升壓變壓器升壓至所需的電壓等級(jí)，再經(jīng)高壓橋式整流電路完成最后的交-直變換，得到直流高壓送給負(fù)載。

高頻電源供電控制技術(shù)每個(gè)脈沖的時(shí)間很短，一旦檢測(cè)到火花發(fā)生可以立刻關(guān)閉供電脈沖，因而火花能量很小，克服了工頻電源的可控硅不能實(shí)現(xiàn)完全關(guān)斷，帶來(lái)電流沖擊較大，火花能量較大，能耗損失較高的弊端。電除塵器一電場(chǎng)，因需要較大的荷電能量，故要盡可能地提高電場(chǎng)電壓，由于工頻電源電場(chǎng)電壓是波動(dòng)的，其平均電壓比峰值電壓要低25%左右，這就影響了電場(chǎng)粉塵的荷電。高頻電源在連續(xù)工作時(shí)，其電場(chǎng)電壓為一直流，其運(yùn)行平均電壓基本上就是擊穿電壓，比工頻電源平均電壓要高大約20%，因而可以增加粉塵的荷電，從而提高除塵效率。在電除塵器的二、三、四級(jí)電場(chǎng)，隨著粉塵濃度的減少，需要的荷電功率就比較小了，采用間歇或脈沖供電方式，從而在保持電除塵器效率的同時(shí)，節(jié)約大部分的電能。

受投產(chǎn)初期技術(shù)水平限制，為了使電除塵器的除塵效率盡量高，煙塵排放濃度盡量低，電除塵其電場(chǎng)供電方式采用多采用持續(xù)直流供電方式，即電源往往工作在火花率整定方式下，電除塵運(yùn)行中的二次電壓和二次電流很大，有時(shí)部分參數(shù)接近于額定值，除塵器處在一種“大功率高能耗”的工作方式下。由于煤種變化、煙氣量變化、煙氣溫度變化、鍋爐操作因素都是影響電除塵器運(yùn)行的重要因素，也是節(jié)能控制必須考慮的重要因素。因此成熟的電除塵節(jié)能智能控制技術(shù)，要從分析大量不同煤種條件、不同工況條件、不同負(fù)荷條件下的各種運(yùn)行數(shù)據(jù)入手，總結(jié)分析出運(yùn)行與控制的規(guī)律，在燃燒煤種等條件變化的復(fù)雜條件下，運(yùn)用正確的技術(shù)手段和控制方法，為電除塵器保效節(jié)能提供潛能，在保證除塵效率基礎(chǔ)上節(jié)約電能。

3.2 實(shí)施方案

對(duì)電除塵器電源及控制裝置進(jìn)行改造，并加裝電除塵自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電除塵濁度分析儀和機(jī)組負(fù)荷與電除塵器運(yùn)行參數(shù)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，降低電除塵器能耗。將Ⅰ電場(chǎng)4臺(tái)工頻整流變壓器更換為四臺(tái)2.0A/72kV型高頻電源；對(duì)Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ電場(chǎng)原12臺(tái)高壓控制器進(jìn)行改造，使改造后設(shè)備達(dá)到具有自動(dòng)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)工況及手動(dòng)操作功能。整流變壓器及控制柜、柜內(nèi)主回路等設(shè)備保持原狀；用PLC系列產(chǎn)品替代原浙江佳環(huán)程控柜2臺(tái)，使之具有斷電/減功率振打功能；包括敷設(shè)一路鍋爐負(fù)荷信號(hào)電纜至工控機(jī)系統(tǒng)；更換一臺(tái)新的工控機(jī)，并重新設(shè)計(jì)IPC系統(tǒng)，增加斷電振打控制功能和節(jié)能模式控制系統(tǒng)，增加系統(tǒng)需要的控制電路板和模塊；包括敷設(shè)低壓振打控制柜到本臺(tái)爐對(duì)應(yīng)高壓控制柜的控制電纜；對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

4 節(jié)能效果分析

4.1 試驗(yàn)項(xiàng)目

4.1.1 檢驗(yàn)電除塵高頻及控制系統(tǒng)改造后運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性。

4.1.2 鑒定電除塵高頻及控制系統(tǒng)改造后運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。6號(hào)機(jī)組電除塵器在原火花跟蹤整定方式下，能耗較高。此次改造將Ⅰ電場(chǎng)4臺(tái)工頻整流變壓器更換為4臺(tái)1.8A/80kV型高頻電源。并對(duì)Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ電場(chǎng)原12臺(tái)高壓控制器進(jìn)行改造，即實(shí)現(xiàn)工頻方式下脈沖供電方式，并通過對(duì)上位機(jī)的程序進(jìn)行自動(dòng)控制，根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)控制各電場(chǎng)的供電方式和參數(shù)，達(dá)到電除塵的除塵效率和節(jié)能目的。

4.2 試驗(yàn)工況

4.2.1 電除塵高頻及控制系統(tǒng)改造后電耗功率測(cè)試。

4.2.2 機(jī)組不同負(fù)荷（350 MW、400 MW、450 MW、500 MW、550 MW、600 MW、630MW）。

4.3 試驗(yàn)步驟

4.3.1 通過調(diào)取歷史數(shù)據(jù)，對(duì)機(jī)組不同符合運(yùn)行工況下，分別計(jì)算出電除塵功耗。

4.3.2 6號(hào)機(jī)組電除塵原工作方式為火花率整定,通過調(diào)取歷史數(shù)據(jù),機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)電除塵二次電壓運(yùn)行在45 kV～60kV，二次電流運(yùn)行在800mA～1200 mA。經(jīng)計(jì)算原電除塵總電暈功率，即功耗在800至850kW。機(jī)組負(fù)荷630MW，電除塵在火花跟蹤方式下，電暈功率為855 kW。機(jī)組負(fù)荷570MW，電除塵在火花跟蹤方式下，電暈功率為802.4 kW。

4.3.3 各負(fù)荷試驗(yàn)工況電除塵耗電率測(cè)試結(jié)果

機(jī)組350MW工況下，改造后電除塵能耗382kW，電除塵耗電率降低52.4%；機(jī)組400MW工況下，改造后電除塵能耗399kW，電除塵耗電率降低50.4%；機(jī)組450MW工況下，改造后電除塵能耗429kW，電除塵耗電率降低46.6%；機(jī)組500MW工況下，改造后電除塵能耗440kW，電除塵耗電率降低45.3%；機(jī)組550MW工況下，改造后電除塵能耗442kW，電除塵耗電率降低45.1%；機(jī)組600MW工況下，改造后電除塵能耗444kW，電除塵耗電率降低44.8%；機(jī)組630MW工況下，改造后電除塵能耗449kW，電除塵耗電率降低44.2%。

5 結(jié)語(yǔ)

6號(hào)爐電除塵高頻及控制系統(tǒng)變頻后，機(jī)組負(fù)荷在350至630MW負(fù)荷區(qū)間，電除塵在節(jié)電方式下電暈功率在382kW～450kW區(qū)間變化。按照6號(hào)機(jī)組年平均負(fù)荷率75%，原電除塵電暈功率805kW計(jì)算，電除塵高頻及控制系統(tǒng)改造后在節(jié)電方式下運(yùn)行比原火花跟蹤整定方式，電除塵耗電率降低46.6%，如機(jī)組年運(yùn)行小時(shí)按7200 h測(cè)算，預(yù)計(jì)年節(jié)電量270×104kW·h。

[1]原永濤.火力發(fā)電廠電除塵技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.

[2]柴祖運(yùn).孫東新.李立志.梁俊斌.600MW發(fā)電廠電除塵器控制系統(tǒng)的改造.