酈建國(guó)，劉含笑，楊濤，杜依倩

(浙江菲達(dá)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，浙江諸暨　311800)

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燃煤電廠(chǎng)電除塵器電耗調(diào)研及評(píng)價(jià)指標(biāo)研究

酈建國(guó)，劉含笑，楊濤，杜依倩

(浙江菲達(dá)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，浙江諸暨311800)

摘要：通過(guò)調(diào)研國(guó)內(nèi)200臺(tái)(套)燃煤電廠(chǎng)電除塵器電耗，按機(jī)組容量的不同，將其劃分為300 MW、600 MW和1000 MW三個(gè)等級(jí)，分別從鼓勵(lì)先進(jìn)和淘汰落后兩個(gè)角度研究了電除塵器電耗評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定了不同機(jī)組容量、煤種除塵難易性及出口煙塵濃度下的電除塵器能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值。以能效限定值來(lái)衡量電除塵器能耗是否超標(biāo)，以節(jié)能評(píng)價(jià)值來(lái)衡量電除塵器是否節(jié)能運(yùn)行，為強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《燃煤電廠(chǎng)電除塵器能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值》的研制提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：電除塵器；電耗；比電耗；能效限定值；節(jié)能評(píng)價(jià)值

電除塵器具有處理煙氣量大、除塵效率高、適用范圍廣、設(shè)備阻力低、使用簡(jiǎn)單可靠、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低且無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，一直以來(lái)都是我國(guó)電力行業(yè)消煙除塵的主流設(shè)備。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)燃煤電廠(chǎng)中電除塵器的使用裝機(jī)容量比例為80%以上?！痘痣姀S(chǎng)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223—2011)[1]出臺(tái)后，尤其是近年來(lái)隨著“超低排放”相關(guān)政策的實(shí)施，對(duì)我國(guó)電除塵技術(shù)的要求越來(lái)越高，對(duì)電除塵器的能耗也帶來(lái)了挑戰(zhàn)。盡管適應(yīng)我國(guó)新排放要求的電除塵技術(shù)層出不窮，但總體上來(lái)看，設(shè)備性能及能耗等仍參差不齊，且設(shè)備能耗評(píng)價(jià)缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

1電除塵器電耗

電除塵器單位時(shí)間電耗主要包括電除塵器阻力電耗(即電除未器壓力降引起的引風(fēng)機(jī)單位時(shí)間的電耗)、高壓供電設(shè)備單位時(shí)間電耗、低壓用電設(shè)備單位時(shí)間電耗。

本文調(diào)研了國(guó)內(nèi)主要電除塵器本體廠(chǎng)家和電源廠(chǎng)家所生產(chǎn)的200臺(tái)(套)燃煤電廠(chǎng)電除塵器的電耗，涵蓋10家本體廠(chǎng)家和12家電源廠(chǎng)家，這些廠(chǎng)家的產(chǎn)品占現(xiàn)役電除塵器總數(shù)的80%以上。機(jī)組容量涉及300～1 050 MW，其中300 MW級(jí)機(jī)組電除塵器78臺(tái)(套)，600 MW級(jí)機(jī)組電除塵器102臺(tái)(套)，1 000 MW級(jí)機(jī)組電除塵器20臺(tái)(套)。

不同機(jī)組的電除塵器本體壓力降差別不大，本文均按250 Pa計(jì)。在實(shí)際運(yùn)行中，由于電動(dòng)機(jī)發(fā)熱、傳動(dòng)部件間摩擦等引起的能量損失不能被忽略，因此在計(jì)算引風(fēng)機(jī)電耗時(shí)，需考慮引風(fēng)機(jī)效率系數(shù)和傳動(dòng)效率系數(shù)，本文按0.85計(jì)。計(jì)算公式如下：

(1)

式中，Wr為電除塵器阻力電耗，kW·h/h；Q為電除塵器單位時(shí)間處理的工況煙氣量，m3/h；ΔP為電除塵器壓力降，Pa；0.85為電除塵系統(tǒng)引風(fēng)機(jī)、傳動(dòng)設(shè)備等引起的綜合效率系數(shù)。

300 MW級(jí)、600 MW級(jí)和1 000 MW級(jí)機(jī)組電除塵器的工況煙氣量分別按200×104m3/h、360×104m3/h、500×104m3/h計(jì)。根據(jù)公式(1)可得，其引風(fēng)機(jī)電耗分別為163 kW、294 kW和408 kW。

根據(jù)上述調(diào)研及計(jì)算數(shù)據(jù)，可得300 MW級(jí)、600 MW級(jí)和1 000 MW級(jí)機(jī)組電除塵器總電耗，分別如圖1、圖2、圖3所示。其中，300 MW級(jí)機(jī)組電除塵器總電耗平均值為896 kW，最大值為1 600.7 kW，最小值為445.5 kW；600 MW級(jí)機(jī)組電除塵器總電耗平均值為1 341 kW，最大值為2 762 kW，最小值為470.2 kW；1 000 MW級(jí)機(jī)組電除塵器總電耗平均值為1 683 kW，最大值為2 928 kW，最小值為1 039.8 kW。

圖1　300 MW級(jí)機(jī)組電除塵器總電耗統(tǒng)計(jì)結(jié)果Fig.1　Statistical results of total power consumption of ESP in 300 MW unit

圖2　600 MW級(jí)機(jī)組電除塵器總電耗統(tǒng)計(jì)結(jié)果Fig.2　Statistical results of total power consumption of ESP in 600 MW unit

圖3　1 000 MW級(jí)機(jī)組電除塵器總電耗統(tǒng)計(jì)結(jié)果Fig.3　Statistical results of total power consumption of ESP in 1 000 MW unit

2電除塵器比電耗

2.1　比電耗的定義

為客觀、科學(xué)地表述電除塵器電耗情況，本文引入“比電耗”，對(duì)其電耗水平進(jìn)行評(píng)價(jià)。比電耗是指電除塵器處理單位工況煙氣量所消耗的電量，單位為kW·h/m3。計(jì)算公式如下：

(2)

式中，C為比電耗，kW·h/m3；W為電除塵器單位時(shí)間的總電耗，kW·h/h；Q為電除塵器單位時(shí)間處理的工況煙氣量，m3/h。

2.2　比電耗的影響因素及修正

電除塵器比電耗的影響因素十分復(fù)雜，不僅與機(jī)組容量、煤種除塵難易性、出口煙氣含塵濃度要求等有關(guān)，還與電除塵器的高壓電源型式及控制方式、運(yùn)行條件等有關(guān)，且不同電除塵器制造廠(chǎng)家采用的結(jié)構(gòu)型式和技術(shù)水平的差異也將直接影響電除塵器的比電耗。電源型式、控制方式及運(yùn)行條件等對(duì)電除塵器比電耗的影響無(wú)須修正或無(wú)法修正，因此，本文僅對(duì)機(jī)組容量、煤種除塵難易性以及出口煙氣含塵濃度三方面因素進(jìn)行修正，如公式(3)所示。

CX=C×K1×K2×K3

(3)

式中，CX為不同條件下的比電耗，kW·h/m3；C為某一基準(zhǔn)值下的比電耗，kW·h/m3；K1為機(jī)組容量修正系數(shù)；K2為煤種除塵難易性修正系數(shù)；K3為出口煙塵濃度修正系數(shù)。

(1)機(jī)組容量修正系數(shù)K1的確定

對(duì)于機(jī)組容量而言，大容量機(jī)組單位耗煤量和排污量比小容量機(jī)組小，處理單位煙氣量所需的電耗也較低，因此電除塵器機(jī)組容量越大，相對(duì)比電耗越小。根據(jù)國(guó)務(wù)院《關(guān)于加快關(guān)停小火電機(jī)組若干意見(jiàn)的通知》中提出的“上大壓小”的要求，小容量機(jī)組應(yīng)占被淘汰的高能耗機(jī)組的絕大多數(shù)。機(jī)組容量對(duì)應(yīng)的比電耗系數(shù)不應(yīng)修正，但考慮到目前我國(guó)300 MW級(jí)小容量機(jī)組較多，本文中將對(duì)此系數(shù)作適當(dāng)修正。300 MW級(jí)、600 MW級(jí)、1 000 MW級(jí)機(jī)組容量對(duì)應(yīng)比電耗修正系數(shù)可分別定為1.05、1.0、0.97。

(2)煤種除塵難易性修正系數(shù)K2的確定

電除塵器對(duì)煤種的除塵難易性是指在給定的煤、飛灰及煙氣成分、煙氣溫度、飛灰粒度等條件下，電除塵器達(dá)到性能指標(biāo)的難易程度。其評(píng)價(jià)可分為“容易”、“較容易”、“一般”、“較難”、“難”。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，本文按煤、飛灰成分將其劃分為“較易”、“一般”、“較難”。

電除塵器的電耗水平與其性能密切相關(guān)，而影響電除塵器性能的因素很復(fù)雜。對(duì)燃煤電廠(chǎng)而言，大體上可分為三大類(lèi)：工況條件、電除塵器技術(shù)狀況、電除塵器運(yùn)行條件，工況條件為主要影響因素，其中煤、飛灰成分對(duì)電除塵器性能的影響最大。在達(dá)到相同除塵效率的前提下，煤質(zhì)越差，所需比集塵面積越大，即所需電除塵器容量越大，比電耗也越大。例如，當(dāng)電除塵器出口煙氣含塵濃度限值為30 mg/m3時(shí)，對(duì)于除塵難易性為“較易”的煤種，電除塵器所需比集塵面積約為130 m2/(m3·s-1)；對(duì)于除塵難易性為“一般”的煤種，電除塵器的容量約需增加10%；對(duì)于除塵難易性為“較難”的煤種，電除塵器所需比集塵面積還約需再增加10%。結(jié)合多年電除塵器選型設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及《電除塵器選型設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》[1]相關(guān)內(nèi)容，煤種除塵難易性為“較易”、“一般”、“較難”對(duì)應(yīng)的比電耗修正系數(shù)可分別定為0.9、1.0、1.1。

(3)出口煙氣含塵濃度修正系數(shù)K3的確定

對(duì)于出口煙氣含塵濃度而言，在其他條件相同的情況下，出口煙氣含塵濃度限值越低，所需電除塵器容量越大，電除塵器比電耗越大。例如，對(duì)于除塵難易性為“較好”的煤種，當(dāng)電除塵器出口煙氣含塵濃度限值為30 mg/m3時(shí)，所需比集塵面積約為130 m2/(m3·s-1)；當(dāng)電除塵器出口煙氣含塵濃度限值為20 mg/m3時(shí)，電除塵器容量約需增加20%；電除塵器出口煙氣含塵濃度限值達(dá)到15 mg/m3時(shí)，電除塵器容量還約需再增加20%。根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)及《電除塵器選型設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》[2]相關(guān)內(nèi)容，出口煙塵濃度為30 mg/m3、20 mg/m3、15 mg/m3時(shí)對(duì)應(yīng)的比電耗修正系數(shù)可分別定為1.0、1.2、1.4。

3電除塵器電耗評(píng)價(jià)指標(biāo)

3.1　電除塵器能效限定指標(biāo)

為淘汰落后產(chǎn)品，引入“能效限定值”，即在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下，且性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，電除塵器所允許的最大比電耗。本文將其作為能耗限定指標(biāo)。比電耗超過(guò)此指標(biāo)的屬高能耗產(chǎn)品。

本文選取各機(jī)組容量在煤種除塵難易性為“一般”、出口煙氣含塵濃度為30 mg/m3(簡(jiǎn)稱(chēng)“一般條件”)時(shí)的能效限定值為主要分析對(duì)象。結(jié)合比電耗影響因素對(duì)應(yīng)修正系數(shù)以及比電耗計(jì)算公式(2)，可得300 MW級(jí)、600 MW級(jí)、1 000 MW級(jí)機(jī)組電除塵器在該條件下的能效限定值分別為0.59×10-3kW·h/m3、0.56×10-3kW·h/m3、0.54×10-3kW·h/m3。300 MW級(jí)、600 MW級(jí)和1 000 MW級(jí)機(jī)組電除塵器的工況煙氣量按200×104m3/h、360×104m3/h、500×104m3/h計(jì)，可得對(duì)應(yīng)能效限定值的電耗分別為1 176 kW、2 016 kW、2 716 kW。根據(jù)K2、K3，可得不同煤種除塵難易性、不同出口煙氣含塵濃度時(shí)電除塵器的能效限定值及對(duì)應(yīng)的電耗值。

根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)，300 MW級(jí)機(jī)組電除塵器能耗超標(biāo)數(shù)量為14臺(tái)，占該等級(jí)機(jī)組的17.9%；600 MW級(jí)機(jī)組能耗超標(biāo)數(shù)量為4臺(tái)，占該等級(jí)機(jī)組的3.9%；1 000 MW機(jī)組能耗超標(biāo)數(shù)量為1臺(tái)，占該等級(jí)機(jī)組的5.0%。一般情況下，機(jī)組容量越大，能耗超標(biāo)機(jī)組比例越小。但本次調(diào)研結(jié)果中，1 000 MW級(jí)機(jī)組能耗超標(biāo)比例略高于600 MW級(jí)機(jī)組，其原因?yàn)? 000 MW級(jí)，樣品數(shù)量偏少，僅為20臺(tái)。

3.2　電除塵器節(jié)能評(píng)價(jià)指標(biāo)

為鼓勵(lì)先進(jìn)產(chǎn)品，引入“節(jié)能評(píng)價(jià)值”，即在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下，且性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，節(jié)能型電除塵器所允許的最大比電耗。本文將其作為節(jié)能評(píng)價(jià)指標(biāo)。比電耗低于此指標(biāo)的屬節(jié)能型產(chǎn)品。

本文選取各機(jī)組容量在“一般條件”時(shí)的節(jié)能評(píng)價(jià)值作為主要分析對(duì)象。結(jié)合比電耗影響因素對(duì)應(yīng)修正系數(shù)以及公式(2)，可得300 MW級(jí)、600 MW級(jí)、1 000 MW級(jí)機(jī)組電除塵器在該條件下的節(jié)能評(píng)價(jià)值分別為0.28×10-3kW·h/m3、0.27×10-3kW·h/m3、0.26×10-3kW·h/m3，其對(duì)應(yīng)節(jié)能評(píng)價(jià)值的總電耗分別為567 kW、972 kW、1 310 kW。根據(jù)K2、K3，可得不同煤種除塵難易性、不同出口煙氣含塵濃度時(shí)電除塵器的節(jié)能評(píng)價(jià)值及對(duì)應(yīng)的電耗值。

根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)，300 MW級(jí)機(jī)組電除塵器節(jié)能達(dá)標(biāo)數(shù)量為10臺(tái)，占該等級(jí)機(jī)組的12.8%；600 MW級(jí)機(jī)組電除塵器節(jié)能達(dá)標(biāo)數(shù)量為31臺(tái)，占該等級(jí)機(jī)組的30.4%；1 000 MW機(jī)組電除塵器節(jié)能達(dá)標(biāo)數(shù)量為8臺(tái)，占該等級(jí)機(jī)組的40.0%。

4電除塵器電耗評(píng)價(jià)指標(biāo)分析

根據(jù)本文電除塵器電耗指標(biāo)，調(diào)研樣本中電除塵器能耗超標(biāo)數(shù)量為19臺(tái)，占所有機(jī)組的9.5%；節(jié)能達(dá)標(biāo)數(shù)量為49臺(tái)，占所有機(jī)組的24.5%。

調(diào)研樣本中，電源廠(chǎng)家提供的樣本占較大比例，電除塵器處于節(jié)能模式下運(yùn)行的比例也較大。據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料介紹，在一定條件下，電除塵器節(jié)電效果可達(dá)30%～50%[3]。調(diào)研結(jié)果也表明，在不同電源型式及運(yùn)行方式下，電除塵器電耗差距在50%以上；且出口煙氣含塵濃度值可能達(dá)不到30 mg/m3的要求，實(shí)際節(jié)能達(dá)標(biāo)的比例會(huì)小于上述數(shù)據(jù)。

2011年華能集團(tuán)發(fā)布的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《優(yōu)秀節(jié)約環(huán)保型燃煤發(fā)電廠(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)(試行)》規(guī)定，在不考慮引風(fēng)機(jī)電耗時(shí)，對(duì)于優(yōu)秀的節(jié)約環(huán)保型600 MW級(jí)以上超臨界機(jī)組，電除塵器廠(chǎng)用電率≤0.20%，其他機(jī)組≤0.25%[4]。隨著環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，各大發(fā)電集團(tuán)對(duì)發(fā)電相關(guān)設(shè)備的用電率提出了更高要求，要求優(yōu)秀節(jié)能型電除塵器在不考慮引風(fēng)機(jī)電耗時(shí)的廠(chǎng)用電率應(yīng)低于0.1%；一般規(guī)定300 MW級(jí)、600 MW級(jí)、1 000 MW級(jí)機(jī)組的優(yōu)秀節(jié)能電耗分別不高于350 kW、600 kW、900 kW，即考慮引風(fēng)機(jī)電耗時(shí)其對(duì)應(yīng)的節(jié)能總電耗分別為513 kW、894 kW、1 308 kW。本文中，在“一般條件”下，300 MW級(jí)、600 MW級(jí)、1 000 MW級(jí)機(jī)組考慮引風(fēng)機(jī)電耗時(shí)，電除塵器節(jié)能評(píng)價(jià)值對(duì)應(yīng)的總電耗分別為567 kW、972 kW、1 310 kW，略大于各發(fā)電集團(tuán)提出的優(yōu)秀節(jié)能電耗。本文確定的電除塵器節(jié)能評(píng)價(jià)值基本符合各大發(fā)電集團(tuán)提出的用電率要求。

目前，我國(guó)電除塵器供電電源技術(shù)取得了很大進(jìn)展，機(jī)組采用普通供電方式，與節(jié)能運(yùn)行方式相比，電耗高出幾倍的情況比比皆是，這也是形成電除塵器電耗水平參差不齊的主要原因之一。不同的電控技術(shù)也會(huì)對(duì)電除塵器電耗產(chǎn)生重大影響。我國(guó)數(shù)以千計(jì)的現(xiàn)役電除塵器中，采用普通形式的電源或采用普通運(yùn)行方式的產(chǎn)品不占少數(shù)。調(diào)研樣本表明，不同級(jí)別機(jī)組總電耗差異較大，即使相同等級(jí)機(jī)組配套電除塵器總電耗差距也能達(dá)到4倍以上。因此，不能對(duì)能效限定值提出過(guò)高要求。根據(jù)我國(guó)國(guó)情，本文確定的能效限定值基本合理，電除塵器能效限定值與節(jié)能評(píng)價(jià)值相差較大也符合實(shí)際情況。

5結(jié)論

(1)通過(guò)調(diào)研國(guó)內(nèi)200臺(tái)(套)燃煤電廠(chǎng)電除塵器電耗，發(fā)現(xiàn)其電耗水平參差不齊，相同等級(jí)機(jī)組配套電除塵器總電耗差距達(dá)4倍以上，表明我國(guó)電除塵器有很大的節(jié)能空間，急需出臺(tái)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)予以規(guī)范。

(2)本文通過(guò)比電耗來(lái)分析電除塵器的電耗水平，確定了合理的電耗評(píng)價(jià)指標(biāo)。以能效限定值來(lái)衡量電除塵器能耗是否超標(biāo)，以節(jié)能評(píng)價(jià)值來(lái)衡量電除塵器是否節(jié)能運(yùn)行。

(3)強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《燃煤電廠(chǎng)電除塵器能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值》即將出臺(tái)，擬定現(xiàn)役20%左右的機(jī)組電除塵器為節(jié)能型產(chǎn)品，將予以鼓勵(lì)，現(xiàn)役10%左右的機(jī)組電除塵器為高能耗產(chǎn)品，將予以淘汰。這給我國(guó)電除塵技術(shù)帶來(lái)了挑戰(zhàn)，同時(shí)也將給電控技術(shù)帶來(lái)機(jī)遇。環(huán)保企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)革新，在保證產(chǎn)品效果的前提下注重產(chǎn)品能耗；相關(guān)部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)管，確保國(guó)家節(jié)能減排政策的有效落實(shí)。

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Survey and Evaluation Index Research on Power Consumption of Electrostatic

Precipitator in Coal-fired Power Plants

LI Jian-guo, LIU Han-xiao, YANG Tao, DU Yi-qian

(Zhejiang Feida Environmental Science & Technology Co., Ltd., Zhuji 311800, China)

Abstract:This paper investigated the power consumption of 200 electrostatic precipitators in coal-fired power plants in China, and then categorized them into three levels of 300 MW, 600 MW and 1 000 MW, basing on different unit capacities. The evaluation index of power consumption of electrostatic precipitator was discussed through perspectives of encouraging the advanced and eliminating the underdeveloped. The minimum allowable values of energy efficiency and evaluating values of energy conservation for electrostatic precipitators were determined under different unit capacities, dust precipitation difficulties of different coal types, and different outlet dust concentrations. The minimum allowable values of energy efficiency is used to determine whether the energy consumption of electrostatic precipitator exceeds the standard, and the evaluating values of energy conservation is used to determine whether the electrostatic precipitator is under energy saving operation. This paper provides the theoretical basis and suggestions for the development of mandatory national standard—Minimumallowablevaluesofenergyefficiencyandevaluatingvaluesofenergyconservationforcoal-firedpowerplantelectrostaticprecipitator.

Key words:electrostatic precipitator; power consumption; specific power consumption; minimum allowable values of energy efficiency; evaluating values of energy conservation

作者簡(jiǎn)介：酈建國(guó)(1963—)，男，浙江諸暨人，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事電除塵設(shè)計(jì)及研究，E-mail：lijg1963@163.com

收稿日期：2015-07-06

中圖分類(lèi)號(hào)：X51；TK01+8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-6444(2016)01-0050-05

DOI:10.14068/j.ceia.2016.01.014