電除塵節(jié)能控制系統(tǒng)在百萬機(jī)組的應(yīng)用

廣東惠州平海發(fā)電廠有限公司 廖淼軍 劉建利 陳 實(shí)

某電廠2×1000MW機(jī)組配置了雙列三室四電場干式靜電除塵器，電源系統(tǒng)由24套高壓硅整流設(shè)備(GGAJ02K型)、4臺(tái)低壓控制柜DDPX系列、6臺(tái)振打柜（AZD型）及1套上位機(jī)控制系統(tǒng)（iFiX）組成，上述設(shè)備由福建龍凈環(huán)保股份有限公司設(shè)計(jì)供貨及安裝。上位機(jī)控制系統(tǒng)通過RS422串口通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓整流柜、低壓控制柜（振打器、灰斗加熱）等設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程和手動(dòng)控制。

1 設(shè)備運(yùn)行工況

2號(hào)爐電除塵高壓整流設(shè)備和低壓系統(tǒng)功率參數(shù)見表1，電除塵系統(tǒng)的電能消耗主要是高壓整流電源，占總功率的86.33%，而其他低壓設(shè)備只占13.67%。低壓設(shè)備是保證整個(gè)電除塵系統(tǒng)正常運(yùn)行必要的設(shè)備，能耗所占比例不大，因此把能耗分析的重點(diǎn)集中在高壓整流電源上。

表1 電除塵設(shè)備功率統(tǒng)計(jì)

經(jīng)過分析，電除塵上位機(jī)控制系統(tǒng)無法對(duì)高壓整流設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，只能通過手動(dòng)限壓、限流運(yùn)行，是造成電除塵能耗高的主要原因，且設(shè)備長期高功率運(yùn)行還造成有以下問題：

電除塵控制系統(tǒng)無自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)，電除塵高壓整流設(shè)備都設(shè)定在90%額定功率下運(yùn)行，機(jī)組負(fù)荷低時(shí)電除塵系統(tǒng)能耗反而更高，在電除塵排放達(dá)標(biāo)的前提下，白白浪費(fèi)大量電能。電除塵高壓整流設(shè)備的運(yùn)行方式主要靠運(yùn)行人員手動(dòng)調(diào)整，如果通過人工調(diào)節(jié)降低電除塵器高壓整流設(shè)備運(yùn)行功率方式進(jìn)行節(jié)能，在機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)較大時(shí)所需調(diào)整的工作量大，電除塵系統(tǒng)無法保證最佳的運(yùn)行方式和運(yùn)行參數(shù)，還有可能因人工調(diào)整不當(dāng)造成煙塵排放超標(biāo)，而受到環(huán)保部門考核。

電除塵配電設(shè)備長期運(yùn)行在大電流、高功率方式下，造成了電除塵配電變壓器、進(jìn)線開關(guān)及母排嚴(yán)重發(fā)熱（長期處于80~100℃，最高時(shí)甚至到110℃左右）。電除塵段進(jìn)線開關(guān)多次因設(shè)備高溫造成潤滑失效導(dǎo)致儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障。母排長期運(yùn)行在高溫環(huán)境下導(dǎo)致外表的絕緣熱縮套融化、支撐絕緣件受熱老化，絕緣性能降低。

2 節(jié)能改造實(shí)施

據(jù)上述電除塵電源系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題，經(jīng)充分分析和測試，對(duì)2號(hào)爐電除塵高壓整流設(shè)備及上位機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造以減低電除塵能耗，提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性。實(shí)施步驟如下：

更換24臺(tái)電除塵高壓整流控制器。將高壓控制柜的MVC196型控制器更換為能快速響應(yīng)運(yùn)行方式變化的QMVC型節(jié)能控制器；增加機(jī)組鍋爐負(fù)荷信號(hào)輸入通道，使電除塵上位機(jī)控制系統(tǒng)獲取鍋爐負(fù)荷信號(hào)；在電除塵上位機(jī)iFiX控制系統(tǒng)上擴(kuò)展增加IPC節(jié)能控制系統(tǒng)。IPC節(jié)能控制系統(tǒng)能以機(jī)組負(fù)荷、煙道出口濁度或煙氣溫度作為反饋信號(hào)構(gòu)成閉環(huán)控制，由于現(xiàn)場未安裝有濁度儀，因此采用了機(jī)組負(fù)荷為主因的控制方式，節(jié)能控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的電場運(yùn)行參數(shù)，在機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)生成最佳運(yùn)行方式并分配給各電場高壓控制器。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降低時(shí)減少高壓整流設(shè)備的出力，從而降低電除塵系統(tǒng)的能耗。

測試高壓整流設(shè)備運(yùn)行方式低限。將電除塵高壓整流設(shè)備的運(yùn)行方式由全波供電改為間歇供電方式，并在不同機(jī)組負(fù)荷段，根據(jù)每個(gè)電場的情況選擇合適的間歇供電的占空比。為保證電除塵出口煙塵排放不超標(biāo)，需對(duì)高壓整流設(shè)備的間歇方式、電流極限及電壓上限進(jìn)行深度調(diào)整測試，并記錄每個(gè)電場在不同負(fù)荷區(qū)間的最佳運(yùn)行參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)保效最優(yōu)化和節(jié)能最大化。

IPC節(jié)能控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定如下：

設(shè)定負(fù)荷區(qū)間及負(fù)荷系數(shù)。設(shè)定≤500MW、500~700MW、700~850MW及850~1000MW共5個(gè)負(fù)荷區(qū)間，調(diào)整不同負(fù)荷的內(nèi)控節(jié)能強(qiáng)度等級(jí)，再啟用“負(fù)荷區(qū)間切換”功能。為防止鍋爐負(fù)荷在兩個(gè)區(qū)間短時(shí)間內(nèi)大幅波動(dòng)時(shí)，節(jié)能控制系統(tǒng)頻繁調(diào)整高壓整流設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，影響煙塵排放，可在節(jié)能控制系統(tǒng)上對(duì)負(fù)荷系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，其值越大節(jié)能控制系統(tǒng)變化的靈敏度越大、相同的負(fù)荷變化產(chǎn)生的節(jié)能量更大，值越小對(duì)負(fù)荷的變化越不靈敏。

啟用節(jié)能故障模式。節(jié)能系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，同一物理通道的1臺(tái)高壓出現(xiàn)故障時(shí)，為防止高壓設(shè)備出力低、造成粉塵排放超標(biāo)，需要自動(dòng)控制將處于同一物理通道內(nèi)與之相鄰的兩臺(tái)高壓整流設(shè)備出力增大；設(shè)定節(jié)能等級(jí)和節(jié)能系數(shù)。節(jié)能控制系統(tǒng)共有三個(gè)節(jié)能等級(jí)：普通、增強(qiáng)及超級(jí)，每個(gè)節(jié)能等級(jí)都有相應(yīng)的節(jié)能系數(shù)或稱偏侈量，普通節(jié)能偏移量為0.3~1,增強(qiáng)節(jié)能偏移量固定為、超級(jí)節(jié)能偏移量為1~1.8，普通節(jié)能=增強(qiáng)節(jié)能×普通節(jié)能偏移量，超級(jí)節(jié)能=增強(qiáng)節(jié)能×超級(jí)節(jié)能偏移量。

在節(jié)能控制系統(tǒng)上設(shè)定每個(gè)高壓整流設(shè)備運(yùn)行方式路線圖（TR路線圖），其有1~100步，每一步設(shè)置一種運(yùn)行方式，其運(yùn)行方式是從大到小，即第1步最大可設(shè)置為全波供電方式0或間歇供電1:2，最后100步到1：20，每臺(tái)高壓整流設(shè)備的最后的運(yùn)行步=基本步+節(jié)能強(qiáng)度變化步+負(fù)荷變化步，此項(xiàng)參數(shù)需在機(jī)組運(yùn)行中進(jìn)行調(diào)整及測試后整定；增加電除塵節(jié)能控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)存取、參數(shù)處理、越限報(bào)警、制表打印、聲光報(bào)警等功能。完善的設(shè)備控制和數(shù)據(jù)管理功能，實(shí)現(xiàn)各種曲線、圖表、操作的記錄與歷史查詢。

3 改造后設(shè)備狀況、經(jīng)濟(jì)效益

電除塵實(shí)施節(jié)能控制系統(tǒng)改造后，節(jié)能系統(tǒng)能以電場運(yùn)行工況為依據(jù)、機(jī)組負(fù)荷信號(hào)為反饋實(shí)施閉環(huán)控制，計(jì)算在不同工況下的最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)，并合理分配給各電場高壓整流控制器，減低電場輸出功率。通過優(yōu)化和調(diào)整，電除塵配電段電流大幅下降，電除塵節(jié)能控制系統(tǒng)得以充分發(fā)揮節(jié)能優(yōu)勢。節(jié)能改造前后電除塵配電段電流分別如下：負(fù)荷800~1000MW電流4567.5/3071.3A，600~800MW電流4504.5/2772.1A，400~600MW電流4756.5/2457.4A。

通過改造，電除塵高壓整流設(shè)備的運(yùn)行方式全部由節(jié)能控制系統(tǒng)完成，大大減少了運(yùn)行人員操作的工作量，降低了人為因素對(duì)電除塵設(shè)備運(yùn)行的影響，提高了電除塵運(yùn)行的可靠性和安全性。電除塵節(jié)能改造完成后電除塵配電段電流大幅下降，節(jié)能效果明顯，進(jìn)線開關(guān)及母排溫度也降至50~80℃之間，減少了設(shè)備損耗，提高了設(shè)備運(yùn)行的安全性，解決了電除塵進(jìn)行開關(guān)及母排超溫運(yùn)行的老大難問題。

改造完成后，委托某電力科學(xué)研究院對(duì)2號(hào)爐電除塵在節(jié)能運(yùn)行模式下進(jìn)行了性能試驗(yàn)，試驗(yàn)在900MW和500MW兩種工況下分別測試電除塵器6個(gè)室的進(jìn)、出口的煙氣溫度、煙氣流速、煙氣流量、含塵濃度、漏風(fēng)率、阻力和除塵效率，試驗(yàn)結(jié)果均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求（煙氣煙塵濃度及折算值穩(wěn)定不超標(biāo)）。對(duì)2號(hào)爐電除塵在節(jié)能系統(tǒng)在投用/不投用連續(xù)運(yùn)行30天的電量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)：發(fā)電量（億kWh）4.2413/4.3067，機(jī)組負(fù)荷率（%）59.10/59.82、電除塵占廠用電率（%）0.40/0.21，除塵系統(tǒng)變總電量（萬kWh）174.22/91.99。

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的機(jī)組及電除塵變電表讀數(shù)分析和計(jì)算，在發(fā)電量接近的情況下：投運(yùn)節(jié)能運(yùn)行方式后電除塵設(shè)備電耗占廠用電率下降了0.19%，節(jié)能效果明顯；投運(yùn)節(jié)能運(yùn)行方式后30天可節(jié)電82.23萬kWh，平均每天節(jié)電2.74萬kWh；節(jié)電率為：（174.22萬kWh~91.99萬kWh）/174.22萬kWh= 47%；每kWh按0.4元計(jì)算，每天可節(jié)約電費(fèi)2.74萬kWh×0.4元/kWh=1.09萬元。機(jī)組每發(fā)1億kWh電可節(jié)約電費(fèi)7.6萬元，2號(hào)機(jī)組發(fā)電量按25億kWh計(jì)算，1年可節(jié)約電費(fèi)約190萬元，節(jié)能系統(tǒng)運(yùn)行半年即收回成本，經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。

綜上，2號(hào)爐電除塵實(shí)施控制系統(tǒng)節(jié)能改造后，節(jié)能控制系統(tǒng)和高壓整流控制器等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好，除塵設(shè)備電耗大幅降低，電除塵設(shè)備占廠用電率下降了0.19%，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到了預(yù)期效果。為1號(hào)爐電除塵控制系統(tǒng)節(jié)能改造積累了成熟、實(shí)用的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，具有良好的推廣、借鑒作用。