董守錄

（山西大唐國(guó)際云岡熱電有限責(zé)任公司，山西 大同 037000）

節(jié)能控制系統(tǒng)在220MW機(jī)組電除塵上的應(yīng)用

董守錄

（山西大唐國(guó)際云岡熱電有限責(zé)任公司，山西 大同 037000）

介紹了新型電除塵節(jié)能技術(shù)的原理及技術(shù)特點(diǎn)，以及該節(jié)能技術(shù)在山西某熱電公司1、2號(hào)爐220MW機(jī)組電除塵器上的改造與應(yīng)用情況。

電除塵;電控設(shè)備;提效節(jié)能;應(yīng)用

前言

電除塵器是火電廠煙氣實(shí)現(xiàn)環(huán)保達(dá)標(biāo)排放的重要輔助設(shè)備，也是火電廠耗能較高的設(shè)備之一，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，電除塵器的耗電量占整臺(tái)機(jī)組發(fā)電容量的0.3%～0.6%。在保證靜電除塵器正常運(yùn)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(huì)給發(fā)電廠帶來很好的經(jīng)濟(jì)效益。本文介紹了靜電除塵器的節(jié)能原理，并對(duì)山西大唐國(guó)際云岡熱電有限責(zé)任公司220MW機(jī)組電除塵器實(shí)施節(jié)能改造的效果進(jìn)行了分析。

1 電除塵器的節(jié)能原理

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

理論分析和實(shí)踐證明，采用間歇脈沖供電技術(shù)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(jī)組負(fù)荷變化比較大，經(jīng)常在50%～100%區(qū)間波動(dòng)。機(jī)組負(fù)荷下降，導(dǎo)致電除塵器的進(jìn)口煙氣量下降，電場(chǎng)風(fēng)速降低，如果電除塵一直運(yùn)行在某一固定模式（火花跟蹤模式）下，在保證電除塵排放達(dá)標(biāo)的前提下，將會(huì)白白浪費(fèi)大量電能。

同時(shí)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(huì)影響電除塵器的運(yùn)行、影響電除塵器的電耗。

因此，電除塵器在運(yùn)行過程中有許多電能被浪費(fèi)。多年實(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[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(yùn)行電耗，有手動(dòng)的、自動(dòng)的。但如果簡(jiǎn)單采用降低電除塵器運(yùn)行功率和人工設(shè)定運(yùn)行方式進(jìn)行節(jié)能運(yùn)行，其途徑仍主要是靠運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)，但由于受運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)水平、責(zé)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(yùn)行方式，同時(shí)也不能跟蹤工況變化自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)，因而會(huì)導(dǎo)致除塵效率顯著降低、排放超標(biāo)。

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(jì)分析大量電除塵器現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，經(jīng)過對(duì)這些數(shù)據(jù)分析、歸納、總結(jié)，結(jié)合電除塵器性能測(cè)試對(duì)比和電除塵器的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過多次改進(jìn)，建立了最新的工況特性分析診斷的數(shù)學(xué)模型，基于該模型不僅可以準(zhǔn)確地分析電場(chǎng)運(yùn)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(jì)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(tái)電除塵器的工況狀態(tài)和變化趨勢(shì)，同時(shí)根據(jù)大量最佳運(yùn)行參數(shù)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果和工業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，自動(dòng)選擇各電場(chǎng)的最佳運(yùn)行參數(shù)和節(jié)能工作方式。

同時(shí)以現(xiàn)場(chǎng)工況分析為基礎(chǔ)，節(jié)能控制系統(tǒng)以鍋爐負(fù)荷、濁度、煙氣溫度、吹灰信號(hào)等多種信號(hào)為反饋，根據(jù)系統(tǒng)全方位獲取的設(shè)備運(yùn)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(nèi)部工況的實(shí)際變化情況，結(jié)合鍋爐負(fù)荷、煙氣溫度、濁度信號(hào)等多種信號(hào)，使高壓硅整流設(shè)備根據(jù)工況的變化自動(dòng)選擇運(yùn)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(shù)的改造應(yīng)用

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

3.1 改造方案的確定與實(shí)施

通過前期調(diào)研，決定采用新型電除塵節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)進(jìn)行1、2號(hào)爐電除塵節(jié)能技術(shù)改造。在多次研究分析后，確定了電除塵器節(jié)能改造的內(nèi)容：更換或升級(jí)高壓控制系統(tǒng)、低壓振打控制系統(tǒng)，增設(shè)機(jī)組負(fù)荷等反饋信號(hào)，新增自動(dòng)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(duì)1、2號(hào)爐電除塵器的20臺(tái)高壓控制柜逐臺(tái)進(jìn)行改造，更換新控制器，增加斷電振打繼電器及接線，升級(jí)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(dòng)檢測(cè)”功能。該功能可使高壓硅整流系統(tǒng)在上位機(jī)系統(tǒng)的有效調(diào)度下，自動(dòng)適應(yīng)工況變化，調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)運(yùn)行方式。

（2）提供負(fù)荷控制信號(hào)源

從分散控制系統(tǒng)（DCS）敷設(shè)機(jī)組負(fù)荷信號(hào)（4～20mA）電纜至電除塵器程序控制（IPEC）臺(tái)，給IPEC系統(tǒng)提供負(fù)荷控制信號(hào)源；高、低壓控制柜之間敷設(shè)高低壓聯(lián)動(dòng)控制信號(hào)電纜。

（3）IPEC控制系統(tǒng)改造

在1、2號(hào)爐電除塵器IPEC控制系統(tǒng)現(xiàn)有平臺(tái)上，進(jìn)行系統(tǒng)軟件功能升級(jí)改造，針對(duì)控制器“工況自動(dòng)檢測(cè)”，增設(shè)節(jié)能參數(shù)調(diào)節(jié)功能、節(jié)能數(shù)據(jù)處理功能、節(jié)電率統(tǒng)計(jì)功能等。

（4）對(duì)設(shè)備進(jìn)行節(jié)能運(yùn)行調(diào)試

在1、2號(hào)爐節(jié)能功能投運(yùn)后，通過多次對(duì)鍋爐運(yùn)行工況進(jìn)行分析，參照在線除塵器出口粉塵濃度信號(hào)，逐步調(diào)節(jié)節(jié)能系數(shù)、負(fù)荷系數(shù)、高壓運(yùn)行參數(shù)等節(jié)能控制設(shè)備參數(shù)設(shè)定值，最終完成系統(tǒng)的設(shè)置，滿足現(xiàn)場(chǎng)工況要求。

3.2 改造后的效果分析

（1）運(yùn)行效果分析

該公司于2010年12月、2011年5月分別完成了對(duì)2號(hào)、1號(hào)機(jī)組電除塵器電控系統(tǒng)的節(jié)能改造。改造后，實(shí)現(xiàn)了以機(jī)組負(fù)荷、濁度、排煙溫度等參數(shù)作為閉環(huán)反饋控制信號(hào)，自動(dòng)選擇高壓柜運(yùn)行方式、調(diào)節(jié)各運(yùn)行參數(shù)以及振打的模式。整個(gè)控制過程全部由電除塵器IPEC控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，減少了人為因素對(duì)電除塵器運(yùn)行造成的影響，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性和安全性。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(shè)有普通節(jié)能、增強(qiáng)節(jié)能、超級(jí)節(jié)能等多種節(jié)能運(yùn)行模式可供運(yùn)行人員選擇，以保證在鍋爐在燃用不同煤種時(shí)，電除塵器既節(jié)能運(yùn)行，又保證排放達(dá)標(biāo)，且運(yùn)行穩(wěn)定。

本次節(jié)能改造另一項(xiàng)技術(shù)成果是增加了斷電振打功能。通過對(duì)電除塵器極板實(shí)施斷電振打，即除塵器的某一分區(qū)進(jìn)行振打時(shí)，對(duì)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(zhǎng)時(shí)間在比較干凈的狀態(tài)下運(yùn)行，為電除塵器節(jié)能運(yùn)行拓展了更大的空間。斷電振打的實(shí)施對(duì)電除塵器的高效穩(wěn)定運(yùn)行有良好的作用，且效果明顯。在1、2號(hào)鍋爐電除塵器實(shí)施斷電振打一個(gè)月后進(jìn)行檢查，電除塵器極板原有的積灰絕大部分被清除掉，電場(chǎng)內(nèi)部極板表面較以往檢修時(shí)要干凈很多。

（2）2號(hào)機(jī)節(jié)能效果分析

1）經(jīng)過測(cè)試，改造后電除塵器高壓控制柜的運(yùn)行電壓、運(yùn)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(duì)2號(hào)機(jī)組電除塵進(jìn)行了節(jié)電測(cè)試，高壓設(shè)備常規(guī)運(yùn)行和節(jié)能運(yùn)行的參數(shù)表見圖3、圖4。

圖3 2號(hào)機(jī)組電除塵器高壓設(shè)備常規(guī)運(yùn)行參數(shù)表

圖4 2號(hào)機(jī)組電除塵器高壓設(shè)備節(jié)能運(yùn)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(hào)爐電除塵常規(guī)運(yùn)行時(shí)的高壓整流設(shè)備運(yùn)行功率為262.23kW，3月11日2號(hào)爐電除塵節(jié)能運(yùn)行高壓整流設(shè)備運(yùn)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(dá)72%；按每年運(yùn)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(cè)得常規(guī)運(yùn)行和節(jié)能運(yùn)行時(shí)2號(hào)爐電除塵的功率，見表1。

表1 2號(hào)爐電除塵功率

從表1可以計(jì)算得出，3月9日2號(hào)爐電除塵常規(guī)運(yùn)行時(shí)平均每天有功功率為12.34MW·h，3月11日2號(hào)爐電除塵節(jié)能運(yùn)行時(shí)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(yùn)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(hào)爐整體運(yùn)行情況良好，預(yù)計(jì)一年左右即可以收回本次改造的投資成本。

（3）1號(hào)機(jī)節(jié)能效果分析

1）經(jīng)過測(cè)試，改造后電除塵器高壓控制柜的運(yùn)行電壓、運(yùn)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(duì)1號(hào)機(jī)組電除塵進(jìn)行了節(jié)電測(cè)試，高壓設(shè)備常規(guī)運(yùn)行和節(jié)能運(yùn)行的參數(shù)表見圖5、圖6。

圖5 1號(hào)機(jī)組電除塵器高壓設(shè)備常規(guī)運(yùn)行參數(shù)表

圖6 1號(hào)機(jī)組電除塵器高壓設(shè)備節(jié)能運(yùn)行參數(shù)表

從圖5、圖6可計(jì)算得出，6月9日1號(hào)爐電除塵常規(guī)運(yùn)行時(shí)高壓整流設(shè)備運(yùn)行功率為419.26kW，6月8日1號(hào)爐電除塵節(jié)能運(yùn)行高壓整流設(shè)備運(yùn)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(dá)63%；按每年運(yùn)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(cè)得常規(guī)運(yùn)行和節(jié)能運(yùn)行時(shí)1號(hào)機(jī)組電除塵功率如表2。

表2 1號(hào)機(jī)組電除塵功率

從表2可計(jì)算得出，6月9日1號(hào)爐電除塵常規(guī)運(yùn)行時(shí)平均每天有功功率為16.14MW·h，6月8日1號(hào)爐電除塵節(jié)能運(yùn)行時(shí)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(yùn)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(hào)爐整體運(yùn)行情況良好，預(yù)計(jì)一年左右即可以收回本次改造投資成本。

4 結(jié)論

山西大唐國(guó)際云岡熱電有限責(zé)任公司通過對(duì)電除塵器的控制系統(tǒng)進(jìn)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(yīng)用。

[1]羅日平．湖南電煤調(diào)運(yùn)困難的原因與對(duì)策[J]．電力技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2008，20（5）：11-14．

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

[3]陳作文．電除塵器節(jié)能控制技術(shù)在600MW機(jī)組上的應(yīng)用[J]．電力環(huán)境保護(hù)，2008，24（6）：33-35．

[4]鄭國(guó)強(qiáng)．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(yīng)用[C]．第11屆國(guó)際電除塵器會(huì)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