電除塵器控制系統(tǒng)改造優(yōu)化節(jié)能技術(shù)研究與應(yīng)用

李聰

（內(nèi)蒙古大唐國際托克托發(fā)電有限責(zé)任公司 呼和浩特市托克托縣 010206）

摘要：根據(jù)現(xiàn)階段火電廠除塵器控制系統(tǒng)的調(diào)查研究，對已安裝除塵器的電廠及生產(chǎn)廠家進(jìn)行實(shí)例和經(jīng)驗(yàn)的考察，察看電廠使用電除塵器、電袋除塵器控制系統(tǒng)節(jié)能措施使用運(yùn)行情況，得出影響電除塵器能耗運(yùn)行的因素。

關(guān)鍵詞 ：火電廠； 電除塵器 ；節(jié)能

1、 前言

新的《環(huán)保法》頒布實(shí)施，對大氣污染防治提出更高的要求，2014年國家三部委又發(fā)布了關(guān)于環(huán)保超低排放的最新要求，對火電企業(yè)的三項(xiàng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)要求更加嚴(yán)苛，尤其是電力行業(yè)的二氧化硫、氮氧化物大氣污染物排放是個重點(diǎn)，粉塵的排放要求粉塵排放必須小于10mg/nm3，這要求除塵器和脫硫塔搞笑除霧器必須進(jìn)行科學(xué)的改造，為此很多電廠做了大量的工作。如舊電除塵器的電源系統(tǒng)改造；改造電除塵器高低壓控制系統(tǒng)；以最大限度的提高除塵效率，減少對環(huán)境的污染，在保證效率和排放達(dá)標(biāo)的情況下，除塵器的節(jié)能提上議程。

在這些電除塵器中無論舊電除塵器、改造后的電除塵器及新投產(chǎn)電除塵器運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)除塵器耗電量成倍上升的問題，因此有必要降低電除塵器運(yùn)行耗電量，找出造成電除塵器除塵耗電量的原因并加以改進(jìn)提高。

托電公司自高頻電源改造以來，電除塵電場二次電流一直是固定模式，運(yùn)行調(diào)節(jié)只能是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，電除塵耗電量居高不下。

2 鍋爐運(yùn)行對電除塵器的影響

電除塵器是鍋爐配套的附屬設(shè)備，電除塵器的設(shè)計(jì)選型參數(shù)是根據(jù)鍋爐的設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)而確定，如果鍋爐燃用煤種及運(yùn)行工況發(fā)生變化，則影響其下游電除塵器設(shè)備的高效運(yùn)行。

2.1 鍋爐燃用煤種的影響

由于現(xiàn)在電廠燃煤采購主要考慮價(jià)格因素，現(xiàn)在多數(shù)電廠實(shí)際煤種比設(shè)計(jì)煤種灰分、硫分偏高，造成除塵器設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)行產(chǎn)生一定的偏差，超出電除塵器收集粉塵能力，為了提高電除塵粉塵捕捉能力不得不提高電流和電壓。

飛灰中比電阻及化學(xué)成份是影響電除塵器收塵的主要因素，由于飛灰比電阻影響因素在目前設(shè)計(jì)選型時(shí)基本考慮最惡劣情況，因此這個影響因素屬已考慮范圍。托電公司燃用準(zhǔn)格爾煤，煤不僅灰份含量高，而且飛灰中AL2O3和SiO2這兩種成份的和較高，電除塵器難以收塵。其中AL2O3相對大時(shí)，飛灰粘附性大，飛灰不易從極線、極板上脫落，造成電除塵器二次電壓、電流難以在額定工況下工作。電除塵器的熱態(tài)伏安特性差。

由于上述問題，這就要求有關(guān)燃料部門進(jìn)煤時(shí)盡可能滿足鍋爐及電除塵器的性能要求，對于燃用準(zhǔn)格爾煤的電廠現(xiàn)在基本上是通過控制電壓和電流的變化適應(yīng)煤種的變化，大唐托電一至四期機(jī)組對電除塵電源部分和控制部分進(jìn)行升級改造，使電除塵電壓和電流有所提高。

2.2 鍋爐空預(yù)器漏風(fēng)的影響

電除塵器在鍋爐空預(yù)器的下游，受空預(yù)器漏風(fēng)影響（主要是回轉(zhuǎn)式空預(yù)器），煙氣溫度、濕度會發(fā)生變化，主要表現(xiàn)有以下幾種情況：

1）由于鍋爐兩臺空預(yù)器漏風(fēng)的不同而造成進(jìn)入兩臺電除塵器的入口煙氣溫度不同，根據(jù)許多電廠測試結(jié)果，有的電廠兩條煙道最高溫差達(dá)30℃。

2）空預(yù)器的漏風(fēng)造成其下游的截面溫度場、濃度場不同，造成同一臺空預(yù)器兩個出口煙道煙氣溫度也不同。

2.3鍋爐燃燒影響

當(dāng)飛灰可燃物大于3%時(shí)，鍋爐應(yīng)進(jìn)行燃燒調(diào)整，降低飛灰中可燃物的含量，現(xiàn)在許多電廠均安裝了飛灰在線檢測裝置，鍋爐在運(yùn)行時(shí)可及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

2.4 鍋爐吹灰的影響

當(dāng)電除塵器設(shè)計(jì)容量無裕度、鍋爐爐膛及尾部煙道吹灰會瞬間造成煙氣中粉塵濃度較高，超出電除塵器設(shè)計(jì)范圍，造成除塵器除塵效率短時(shí)間下降。

對于這種情況，尾部煙道吹灰盡量時(shí)間間隔短一些，使每次由于吹灰跑到煙氣中的飛灰量相對小一些，降低粉塵的濃度。

2.5 電除塵器進(jìn)、出口煙道的積灰

電除塵器進(jìn)、出口煙道在長期運(yùn)行后煙道底部積灰嚴(yán)重，有的甚至達(dá)十幾厘米，這樣相對減小了煙氣的流通面積，造成煙氣流速增大及各個煙道煙氣量分配不均。煙道的積灰也增加了煙道的載荷及腐蝕，造成了安全隱患。

出現(xiàn)以上問題主要是電除塵器前面有氣流分布板，后面有槽型板，人員進(jìn)入煙道檢查比較困難，因此應(yīng)在內(nèi)部安裝檢修通道，隨時(shí)在停爐時(shí)檢查及清灰。

3、 煙氣量和煙氣溫度對電除塵器能耗的影響

現(xiàn)在由于電廠燃用煤種普遍較差，偏離電除塵器的設(shè)計(jì)、校核煤種，造成鍋爐的燃煤量、灰份、煙氣量及排煙溫度等相應(yīng)增加，造成電除塵器沒有裕度或出力不足。有個別新投產(chǎn)電廠也出現(xiàn)了類似情況。

火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程規(guī)定了電除塵器的處理煙氣量要考慮10%裕度及煙氣溫度增加10℃，從目前來看這是不夠的，要考慮煤種變化而造成的最惡劣工況，因此我們認(rèn)為電除塵器處理煙氣量應(yīng)考慮20%裕度左右。

3.1總收塵面積、比收塵面積、驅(qū)進(jìn)速度

由于電除塵器的粉塵排放濃度標(biāo)準(zhǔn)的提高，原有電除塵器總收塵面積和比收塵面積相對偏小，過去一般電除塵器設(shè)計(jì)除塵效率是98.0%～98.5%，根本不能滿足環(huán)保要求?，F(xiàn)在設(shè)計(jì)效率基本在99.00%～99.99%范圍內(nèi)，比收塵面積選取范圍由過去50～80m2/m3/s變成80～130m2/m3/s，關(guān)于比收塵面積具體選取數(shù)值要根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮。

主要考慮環(huán)保的要求及未來的排放標(biāo)準(zhǔn)的提高、下游的脫硫設(shè)備、鍋爐燃用煤種的變化及停一個電場或供電分區(qū)的裕度。

已投運(yùn)400mm極間距的電除塵器的有效驅(qū)進(jìn)速度設(shè)計(jì)參數(shù)基本在7～10cm/s范圍內(nèi)，從我國目前的電除塵器本體和電氣控制系統(tǒng)的制造水平的角度來講是偏大的，達(dá)不到應(yīng)有的除塵效率。現(xiàn)在新投入及改造的電除塵器設(shè)計(jì)的有效驅(qū)進(jìn)速度基本上在6～7cm/s之間，有的燃煤電廠由于煤種原因（如燃用準(zhǔn)格爾煤），其值選取在6cm/s以下。

3.2電場數(shù)、極板高度、長高比

過去電除塵器的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)一般為三電場，極板有效高度為12米，單電場長度為3.5～4.5米，長高比在1～1.1，現(xiàn)在由于排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，電場數(shù)選取基本上是四至六電場，極板高度根據(jù)現(xiàn)場不同情況最高可達(dá)15～16米，長高比最大可達(dá)1.4以上。

3.3有效截面積、電場內(nèi)流速

現(xiàn)在由于環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)提高及煤種的變化，為了降低煙氣在電場內(nèi)的風(fēng)速，電除塵器的截面積選取比過去大了30%～50%。風(fēng)速由1.1～1.2m/s降至0.7～0.9m/s。

總之，現(xiàn)在無論是新建電除塵器還是改造電除塵器，要根據(jù)電廠的設(shè)計(jì)要求及改造場地實(shí)際情況來選取以上設(shè)計(jì)參數(shù)，要考慮未來環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，讓設(shè)計(jì)參數(shù)都在合理的范圍內(nèi)，在保證電除塵器有足夠的收塵面積來達(dá)到其設(shè)計(jì)效率的基礎(chǔ)上達(dá)到節(jié)能目的。

4、火花的檢測與控制

將火花可以簡單的理解成發(fā)生瞬間短路，發(fā)生短路時(shí)二次電流升高，二次電壓下降且電流、電壓同時(shí)變化。原控制器的火花檢測是通過檢測二次電壓，不檢測二次電流來判斷的。在電場正常的情況下，若電壓采樣回路有問題或出現(xiàn)干擾時(shí)，控制器會判斷出二次電壓異常，此時(shí)便會檢測到假火花。優(yōu)化后的控制器的是通過檢測二次電流和二次電壓兩種信號的方式來判斷的火花的產(chǎn)生。不僅能夠準(zhǔn)確的判斷出火花產(chǎn)生的時(shí)間，并能在小于10ms的時(shí)間內(nèi)對火花做出抑制，確保火花及時(shí)熄滅，以減少火花對電能的無效消耗及電除塵器本體的電蝕。

優(yōu)化后的控制器只需采用一種火花抑制模式：自動抑制模式。該模式在火花產(chǎn)生時(shí)將二次電流縮小到一定的程度，自動抑制火花；在火花熄滅后二次電流從電流步長處開始，根據(jù)火花率設(shè)置的大小，按照兩個不同的斜率上升，直至產(chǎn)生下一個火花。

5、反電暈的抑制原理

反電暈的危害：反電暈的產(chǎn)生對除塵效率有非常大的負(fù)面作用，如陽極板附近電離出了大量的陰、陽離子，陽離子會在電場的作用下向陰極線運(yùn)動，中和運(yùn)動中的荷電粉塵表面的陰離子，使粉塵顆粒的電性變?yōu)橹行?。因此粉塵飛向陽極板的有效驅(qū)進(jìn)力降低，驅(qū)進(jìn)速度降低，粉塵非常容易逃逸出電場，從而使電除塵的效率大大降低。

優(yōu)化后的控制器抑制反電暈的原理：為了抑制反電暈，優(yōu)化后的控制器需采用半脈沖間隔充電方式，即電除塵器的電源控制系統(tǒng)不是每個半波都觸發(fā)可控硅，而是在供給整流變壓器一個半波電之后，會屏蔽幾個半波，然后再給整流變壓器供電。這就需要考慮合適的充電比 （1：X， 其中X 為設(shè)置的屏蔽半脈沖數(shù)加1）和脈沖電流（即給整流變壓器供電的這個半波的二次電流值）。在充電比1：X中，僅有第1個波形的時(shí)間段是給陰極線供電，使電暈區(qū)的空氣電離產(chǎn)生負(fù)離子，負(fù)離子向陽極板運(yùn)動黏附在陽極板上，從而抑制反電暈。

6、獨(dú)特的減電壓振打方式及多套定時(shí)器設(shè)置

優(yōu)化后的控制器，既可以控制整流變壓器的運(yùn)行，也可以控制振打和加熱系統(tǒng)，是真正意義上的高低壓一體的綜合電除塵控制器。而且集成的5路DO輸出可以定義為陽打控制、陰打控制、槽板振打控制、大梁加熱、灰斗加熱。這樣配置就相當(dāng)于每個電場設(shè)備均采用獨(dú)立的單元來進(jìn)行控制，不會對其他電場帶來影響。相比優(yōu)化前低壓設(shè)備統(tǒng)歸一臺PLC控制的方式，可以大大降低因PLC故障帶來的隱患，比如全部低壓振打、加熱無法自動控制等。

優(yōu)化后的控制器引入了獨(dú)特的減電壓振打控制功能，在陽極集塵板振打時(shí)將高壓整流停運(yùn)1～3分鐘，停止高壓靜電對集塵板粉塵的吸附力，可以有效的防止反電暈和火花的產(chǎn)生，使電場工作在最佳狀態(tài)。具有8套可供設(shè)置的定時(shí)器，每個定時(shí)器均有起始和結(jié)束時(shí)間，可以對單日內(nèi)不同時(shí)間段的振打方式進(jìn)行靈活設(shè)置。

7、采取的節(jié)能措施

對一至四期電除塵電場二次電流進(jìn)行優(yōu)化。將三四五工頻電場依次電流極限分別進(jìn)行限制為：310A、290A、280A，并根據(jù)機(jī)組負(fù)荷的實(shí)時(shí)變化，設(shè)置電除塵電場二次電流運(yùn)行區(qū)間電流，實(shí)現(xiàn)二次電流隨負(fù)荷變化實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，參考以下區(qū)間進(jìn)行設(shè)置：

8、節(jié)能情況

經(jīng)過一年左右試驗(yàn)，并與未優(yōu)化之前的電除塵電量對比，電量成倍下降，從而有效降低電除塵用電量，以7號機(jī)組為例：

7號機(jī)組高頻電源優(yōu)化前后電量對比：

年節(jié)約電費(fèi)約81.3萬元。8臺機(jī)組年節(jié)約電費(fèi)81.3×8=650.4萬元

9、結(jié)論

通過剖析電除塵控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀、存在的問題，從理論上定性和定量地加以論證，對設(shè)備進(jìn)行改造和優(yōu)化，提高了電除塵控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，同時(shí)在節(jié)能方面取得了顯著效果。通過系統(tǒng)優(yōu)化后有效提高設(shè)備的健康水平和自動化水平，在理論與實(shí)踐相結(jié)合的設(shè)備治理過程中大膽創(chuàng)新， 使電除塵控制系統(tǒng)可靠性提高及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行， 通過可行性和經(jīng)濟(jì)性分析， 可以看出除灰系統(tǒng)提高可靠性和節(jié)能工作不但可行， 而且具有很強(qiáng)的可操作性， 對電除塵控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試具有指導(dǎo)和借鑒意義。

作者簡介：：李 聰，（1974---），男，籍貫：山西省渾源縣，學(xué)歷：大專學(xué)歷，助理工程師，研究方向：電力工程