電除塵遠(yuǎn)程節(jié)能系統(tǒng)研究與應(yīng)用

鄭國強(qiáng)

(福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建龍巖364000)

電除塵遠(yuǎn)程節(jié)能系統(tǒng)研究與應(yīng)用

鄭國強(qiáng)

(福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建龍巖364000)

在分析電除塵器運(yùn)行時(shí)節(jié)能需求的基礎(chǔ)上，討論了電場工況分析診斷模型、節(jié)能控制策略的研究，介紹了遠(yuǎn)程節(jié)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)及其在電廠的應(yīng)用和效果。

電場工況分析;節(jié)能控制策略;軟硬件設(shè)計(jì);應(yīng)用

0 引言

“節(jié)能減排”是我國的一項(xiàng)重要決策，是國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的必然選擇。加強(qiáng)節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展，是生態(tài)文明建設(shè)的重要內(nèi)容，是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)提質(zhì)增效升級的必由之路。《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223－2011)的實(shí)施和國務(wù)院《節(jié)能減排低碳發(fā)展行動(dòng)方案》的發(fā)布對我國節(jié)能減排指標(biāo)做出了具體部署，各行各業(yè)都在狠抓落實(shí)。

1 電除塵器節(jié)能運(yùn)行需求

在燃煤電廠，電除塵器是廣泛使用的環(huán)保設(shè)備，用于收集燃燒后的飛灰，其作用就是高效除塵，減少粉塵排放。在運(yùn)行中它是電廠的耗電較大設(shè)備之一，其廠用電率約占0.3%～0.5%。但近年來的研究與實(shí)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。

實(shí)際上電除塵器是一個(gè)多參數(shù)的復(fù)雜系統(tǒng)，它既是一臺機(jī)電設(shè)備(含有機(jī)械殼體、陰陽極系統(tǒng)、高壓電源、低壓振打等)，也可看成一臺流體動(dòng)力設(shè)備(有氣流分布和調(diào)節(jié)等)，還可看成是一臺化工設(shè)備(煤種、灰特性和煙氣調(diào)質(zhì))。因此要實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行，應(yīng)充分考慮相關(guān)因素:

(1)電除塵器原始設(shè)計(jì)參數(shù)，如本體大小、陰陽極間距、電場數(shù)量、電源容量等。

(2)燃燒煤種的變化、負(fù)荷的變化，導(dǎo)致運(yùn)行工況特性的經(jīng)常性變化，也影響著除塵效率和運(yùn)行電耗。一般情況下電暈功率越高，除塵效率越高。但實(shí)際上也有相反的情況，電暈功率增加越多，效率反而變差。比如在燃用低硫煤、高比電阻粉塵條件下，由于存在反電暈現(xiàn)象，若過分增加高壓供電功率，反而會(huì)加重反電暈、引起除塵效率降低。理論和實(shí)踐均表明在這樣的條件下，間歇脈沖供電可克服反電暈，這樣既可以節(jié)能又能夠提高除塵效率。

(3)在傳統(tǒng)的運(yùn)行過程中，有時(shí)采用手工設(shè)定運(yùn)行參數(shù)或者采用停電場的方式來降低電耗、實(shí)現(xiàn)節(jié)能，這種方式不僅要時(shí)時(shí)刻刻進(jìn)行人工干預(yù)，而且不能保證電除塵器的高效率運(yùn)行，其效果顯然較差。

(4)當(dāng)電除塵器運(yùn)行工況發(fā)生較大變化或者出現(xiàn)故障的情況下，其性能將發(fā)生較大變化。此時(shí)大多需要技術(shù)工程師趕往現(xiàn)場分析后處理，否則僅僅依靠用戶與廠家之間電話式的技術(shù)交流無法及時(shí)有效解決。

因此，在當(dāng)前電除塵的控制性能和節(jié)能要求越來越高的情況下，掌握電除塵器各種重要參數(shù)，利用遠(yuǎn)程通訊技術(shù)獲取電除塵器運(yùn)行信息，及時(shí)分析研究工況特性的變化，并以工況分析結(jié)果為基礎(chǔ)，選擇正確的方法，研究開發(fā)一個(gè)以鍋爐負(fù)荷、濁度、煙氣溫度等多參量為反饋信號的電除塵器遠(yuǎn)程節(jié)能控制系統(tǒng)，不僅自動(dòng)監(jiān)視和控制電除塵設(shè)備，而且自動(dòng)準(zhǔn)確地判斷電廠工況變化，自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行方式和運(yùn)行參數(shù)，來保證電除塵器性能不降低、節(jié)能可靠有效，滿足節(jié)能減排和市場競爭的需求。

2 關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 工況分析與診斷模型研究

電除塵器運(yùn)行時(shí)利用強(qiáng)電場將氣體電離即產(chǎn)生電暈放電，使粉塵荷電，并在電場力的作用下，將粉塵從氣體中分離出來。由于燃燒煤種、負(fù)荷經(jīng)常發(fā)生變化，進(jìn)入電除塵器的煙塵及工況也隨之不斷變化，有時(shí)電場會(huì)發(fā)生反電暈，嚴(yán)重影響著除塵效率。

反電暈是電流感應(yīng)現(xiàn)象，表現(xiàn)在電場伏安曲線上的特點(diǎn)是:低電壓和大電流，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)電流上升、電壓下降的負(fù)斜率情況，通常稱為拐點(diǎn)現(xiàn)象，此時(shí)除塵效率反而出現(xiàn)下降，輸入的功率完全無效。因此一般通過研究電場伏安曲線來判斷電場是否發(fā)生反電暈，并通過調(diào)整參數(shù)來減少或避免反電暈的發(fā)生，從而節(jié)約電耗。

過去，伏安曲線僅僅是一條關(guān)于二次電壓平均值與電流的關(guān)系曲線，包含的信息量比較有限，因而僅能簡單、定性地反映電場工況。隨著技術(shù)的進(jìn)步，在電除塵器工作時(shí)，可以動(dòng)態(tài)獲得電場伏安曲線族，它包含電壓平均值、電壓峰值、電壓谷值分別與電流的三條關(guān)系曲線，能夠更準(zhǔn)確地反映電場工況狀態(tài)。通過收集眾多不同煤種條件、不同工況條件、不同負(fù)荷條件下的各種電場動(dòng)態(tài)伏安曲線族，對其進(jìn)行詳盡的分析，發(fā)現(xiàn)伏安曲線中均值電壓、峰值電壓、曲線斜率、曲線有無拐點(diǎn)、曲線彎曲程度等因素綜合起來可以比較全面反映電場是否發(fā)生反電暈及其程度，準(zhǔn)確地判定電場的工況狀態(tài)。為此，定義了反電暈指數(shù)和常電暈指數(shù)，并研究建立其數(shù)學(xué)模型。

當(dāng)電場發(fā)生反電暈現(xiàn)象時(shí)，用反電暈指數(shù)Y來表征反電暈及程度。它是多個(gè)因素的函數(shù)值，其中有工作電壓因素，由均值曲線的拐點(diǎn)電壓或直線段電壓值來反映反電暈程度;也有電場閃絡(luò)因素，由均值曲線的電流最大值來反映電場是否出現(xiàn)閃絡(luò)現(xiàn)象;還有斜率變化因素，由均值曲線從起暈點(diǎn)到拐點(diǎn)或電壓直線斷處的斜率大小來反映反電暈程度;還有曲線彎曲因素，由谷值曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)后的彎曲程度來反映反電暈程度。

當(dāng)反電暈指數(shù)計(jì)算值小于25時(shí)表示電場未發(fā)生反電暈現(xiàn)象，此時(shí)用常電暈指數(shù)G來表示場處于正常電暈狀態(tài)。它也是因素的函數(shù)值，其中有均值曲線中運(yùn)行電壓因素;也有斜率因素，由均值曲線電流初升階段的斜率大小來表示;還有峰值曲線中運(yùn)行電壓因素。

通過分析，反電暈指數(shù)Y由4個(gè)因素來檢測并加權(quán)綜合計(jì)算得出，計(jì)算模型為:

反電暈指數(shù)計(jì)算結(jié)果為0～100，其值越大，代表越嚴(yán)重，分為六個(gè)級別，詳見表1。

表1 反電暈級別

而常電暈指數(shù)采用三個(gè)因素來檢測并加權(quán)綜合計(jì)算得出，計(jì)算模型為:

G=F(G1，G2，G3)

常電暈指數(shù)計(jì)算結(jié)果為0～100，其值越小代表電場工作狀況佳，易收塵，值越大說明收塵越難。

然后采用該模型研發(fā)設(shè)計(jì)了工況分析診斷的算法和軟件，對眾多現(xiàn)場采集的伏安曲線進(jìn)行工況分析、驗(yàn)證、優(yōu)化、完善，使得分析結(jié)果與伏安曲線表現(xiàn)的實(shí)際工況較為吻合。因此通過對伏安曲線族中電壓、斜率等多種因素的檢測與加權(quán)綜合計(jì)算，反電暈指數(shù)與常電暈指數(shù)不僅可以準(zhǔn)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)，而且能夠量化其反電暈程度或電暈情況，即能夠可靠地計(jì)算出電除塵器的反電暈指數(shù)或常電暈指數(shù)，可以正確地反映整臺電除塵器的運(yùn)行工況狀態(tài)和變化趨勢，進(jìn)而為改善電除塵運(yùn)行參數(shù)、提高除塵效率、節(jié)約電耗提供基礎(chǔ)幫助和指導(dǎo)。

2.2 節(jié)能控制策略研究

在工況特性分析與診斷模型研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合大量最佳運(yùn)行方式實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果和多年的工業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)、電除塵器調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)工況分析與最優(yōu)控制方式的關(guān)系，選擇以現(xiàn)場工況分析為基礎(chǔ)，以鍋爐負(fù)荷、濁度、煙氣溫度乃至煙氣量、吹灰信號等多種信號為反饋，制定有關(guān)節(jié)能方案與控制策略，開發(fā)設(shè)計(jì)節(jié)能控制軟件。該軟件以鍋爐負(fù)荷為控制主因素、濁度煙溫等多因素參與反饋，形成一個(gè)完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)。它能隨時(shí)響應(yīng)機(jī)組負(fù)荷、煙氣濁度等重要工況參數(shù)的變化，不斷進(jìn)行修正和調(diào)整，自動(dòng)選擇高壓供電最佳運(yùn)行方式和間歇供電占空比，使設(shè)備始終運(yùn)行在功耗最小、效率最高的理想狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能提效(見圖1)。

圖1 節(jié)能控制流程

2.3 遠(yuǎn)程電除塵優(yōu)化服務(wù)

設(shè)計(jì)建立統(tǒng)一的電除塵遠(yuǎn)程優(yōu)化服務(wù)平臺，在此平臺上實(shí)現(xiàn)電除塵節(jié)能系統(tǒng)核心分析優(yōu)化引擎及數(shù)據(jù)存儲，各電除塵設(shè)備現(xiàn)場通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊技術(shù)(3G/4G、Internet)接入電除塵優(yōu)化服務(wù)平臺，將就地自動(dòng)跟蹤檢測控制與遠(yuǎn)程檢測診斷分析、遠(yuǎn)程節(jié)能優(yōu)化服務(wù)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對電除塵設(shè)備的監(jiān)控、服務(wù)、預(yù)警、節(jié)能優(yōu)化功能，從而實(shí)現(xiàn)電除塵器的安全、節(jié)能、高效運(yùn)行。

3 軟硬件設(shè)計(jì)

3.1 遠(yuǎn)程服務(wù)中心硬件結(jié)構(gòu)

在遠(yuǎn)程服務(wù)中心部署電除塵節(jié)能控制優(yōu)化服務(wù)器及數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，在遠(yuǎn)程接入層，通過路由器和防火墻實(shí)現(xiàn)內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)的安全隔離及訪問控制策略。

3.2 現(xiàn)場控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

為保證現(xiàn)場控制系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行和高性能，硬件方面選用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，同時(shí)選配相應(yīng)的具有最新功能的智能通訊卡、網(wǎng)絡(luò)前端機(jī)等采集設(shè)備，并采用雙機(jī)冗余熱備功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而達(dá)到提高系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性的目的。

3.3 整體軟件體系設(shè)計(jì)

現(xiàn)場控制系統(tǒng)的軟件負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)各高低壓控制設(shè)備的運(yùn)行工況數(shù)據(jù)以及相應(yīng)信號的采集，在需要時(shí)將人工設(shè)定的有關(guān)參數(shù)送往下位機(jī)或根據(jù)反饋信號實(shí)施自動(dòng)控制，以獲得更好的控制效果。同時(shí)，現(xiàn)場控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)將現(xiàn)場關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)及待分析數(shù)據(jù)發(fā)往遠(yuǎn)程服務(wù)平臺，遠(yuǎn)程節(jié)能優(yōu)化服務(wù)平臺負(fù)責(zé)對現(xiàn)場運(yùn)行工況的分析、優(yōu)化，及時(shí)將優(yōu)化控制參數(shù)返回現(xiàn)場控制系統(tǒng)。體系結(jié)構(gòu)如下圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)體系

遠(yuǎn)程優(yōu)化服務(wù)的軟件結(jié)構(gòu)分為優(yōu)化界面、優(yōu)化服務(wù)層、數(shù)據(jù)庫服務(wù)三層。第一層負(fù)責(zé)優(yōu)化系統(tǒng)的配置和顯示界面;第二層實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場監(jiān)控的數(shù)據(jù)接口、現(xiàn)場節(jié)能分析與優(yōu)化控制核心引擎及數(shù)據(jù)庫存取接口;第三層用于現(xiàn)場關(guān)鍵數(shù)據(jù)及優(yōu)化專家?guī)斓拇鎯Α，F(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)也分為三層，即設(shè)備通訊，數(shù)據(jù)管理部分、與外部的數(shù)據(jù)連接接口、數(shù)據(jù)的封裝與分解;用戶界面。

4 應(yīng)用案例

4.1 華電蕪湖2號機(jī)組電除塵節(jié)能改造

華電蕪湖2號機(jī)組進(jìn)行節(jié)能系統(tǒng)改造，實(shí)現(xiàn)了以機(jī)組負(fù)荷信號、出口濃度等多參量為閉環(huán)反饋，系統(tǒng)根據(jù)機(jī)組工況變化自動(dòng)選擇高低壓設(shè)備的最佳運(yùn)行參數(shù)，減少人為因素對電除塵運(yùn)行造成的影響，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性和安全性。

經(jīng)性能測試，蕪湖電廠2號爐電除塵器電耗由590(kW·h)降為380(kW·h)，除塵效率由改造前99.83%提高到改造后99.90%，出口煙塵排放濃度由改造前37.97mg/m3下降為25.23mg/m3。

4.2 華潤阜陽電廠1號爐電除塵節(jié)能應(yīng)用

該廠電除塵器平時(shí)運(yùn)行良好，有時(shí)采用手動(dòng)方式調(diào)節(jié)各電場的占空比，處于相對節(jié)能狀態(tài)。但是由于是人工設(shè)定，不能根據(jù)設(shè)備工況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，存在局限性和不合理性。所以應(yīng)用節(jié)能系統(tǒng)進(jìn)行改造，使所有設(shè)備能根據(jù)運(yùn)行工況的變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，所有參數(shù)運(yùn)行在最佳狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能提效。通過對比，改造前后的廠用電量有很大變化，節(jié)能效果明顯。表2是1號爐除塵段用電量改造前后各18d的統(tǒng)計(jì)，計(jì)算得出節(jié)能率達(dá)67%。

表2 節(jié)能改造前后電除塵段電量統(tǒng)計(jì)情況萬(kW·h)

從多個(gè)現(xiàn)場的應(yīng)用情況來看，每萬kW機(jī)組電除塵器日平均節(jié)約電耗200～400(kW·h)左右。若按機(jī)組一年運(yùn)行280d(40W)、每萬kW機(jī)組每天節(jié)電300(kW·h)、電費(fèi)0.35元/(kW·h)計(jì)算，每萬kW機(jī)組一年可節(jié)電8.4萬(kW·h)、節(jié)省2.94萬元，1臺300MW機(jī)組電除塵器一年節(jié)電252萬(kW·h)、節(jié)省電費(fèi)88.2萬元;1臺600MW機(jī)組電除塵器一年節(jié)電504萬(kW·h)、節(jié)省電費(fèi)176.4萬元;經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。

5 結(jié)語

實(shí)施以電除塵工況分析診斷和遠(yuǎn)程智能控制為基礎(chǔ)的電除塵器遠(yuǎn)程節(jié)能系統(tǒng)控制，有效地解決了電除塵器高效除塵、低耗運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)問題，并能遠(yuǎn)程在線解決處理電除塵運(yùn)行中出現(xiàn)的各種異常問題，保證設(shè)備始終處于良好的、高效的、節(jié)能的運(yùn)行狀態(tài)，不僅能提高設(shè)備運(yùn)行水平，還能保證在達(dá)標(biāo)排放的基礎(chǔ)上降低電除塵運(yùn)行電耗，降低了生產(chǎn)成本，對企業(yè)節(jié)能減排工作起到極大的促進(jìn)作用。由于許多電廠都比較重視節(jié)能減排，節(jié)能系統(tǒng)在多家電廠進(jìn)行應(yīng)用，取得較好的節(jié)能效果。因此可大力推廣該節(jié)能控制系統(tǒng)，以創(chuàng)造更多的節(jié)能效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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Research and application of ESP remote energy－saving system

It had discussed the study of electric field operating condition diagnosis model，energy－saving control strategy，introduced the realization，application and effects of remote energy－saving system in power plants，which is based on the needs of ESP energy－saving while operating.

electric field operating condition diagnosis;energy－saving control strategy;software and hardware design;application

X701.2

B

1674－8069(2016)04－028－04

2016-01-22;

2016-02-17

鄭國強(qiáng)(1966-)，男，碩士，高級工程師，主要從事電除塵提效節(jié)能控制及管理控制系統(tǒng)的研究、開發(fā)與應(yīng)用等工作。E－mail:13906977613@139.com