220MW火电机组静电除尘器新型节能技术研究应用
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科技论坛 ・８３・ ２２０ＭＷ火电机组静电除尘器新型节能技术研究应用 马洪波 董守录 丘会兴ｚ王京 ｆ１、大唐国际云冈热电有限责任公司，山西大同０３７０００ ２、福建龙净环保股份有限公司，福建龙岩３６４０００） 摘要：静电除尘器是火电厂烟气实现环保达标排放的重要辅助设备，也是电厂的高耗能设备之一，本文介绍了静电除尘器新型节 能技术的原理和特点，以及该节能技术在大唐云冈热电有限责任公司２号炉静电除尘器改造的效果。 关键词：节能与环保；火电厂；静电除尘器；电控设备 １概述 节能减排是实现可持续发展战略和转变经济增长方式的必然 要求，国家不断加大对企业节能减排的监督检查力度，鼓励使用节 能设备和采用节能模式，以提高资源的利用率Ｉｌ＿。 静电除尘器是火电厂烟气实现环保达标排放的重要辅助设备， 据不完全统计，静电除尘器的耗电量约占机组厂用电量的６～８％ ［２１。在保证静电除尘器正常运行、除尘效率不降低或有提高的前提 下，如果能够降低除尘器的电耗，对发电厂有很好的经济效益。本文 将介绍静电除尘器的工作原理和节能原理，并对大唐国际云冈热电 有限责任公司（以下简称“云冈热电公司”）的静电除尘器实施改造 的效果进行分析。 ２静电除尘器的工作原理和节能原理 ２．１静电除尘器的工作原理 静电除尘器接通高压电源后，阳极板与阴极线（电晕极）之间建 立起一个非均匀的高压静电场，且电晕极周围电场强度最大。当实 际电场强度与空气的击穿电场相近时，从阴极线与接地的阳极板之 间通过的含尘气体，由于阴极发生电晕放电被电离，形成大量的正 离子和电子。此时，在电场力的作用下，带负电的气体离子向阳极板 运动，在运动过程中与粉尘中的中性分子或颗粒发生碰撞，使尘粒 荷以负电，荷电后的尘粒在电场力的作用下向阳极运动，到达阳极 后，放出所带的电子，尘粒则沉积于阳极板上。当尘粒积聚到一定厚 度时，通过振打装置的振打，尘粒从阳极板表面剥离下来，落入灰 斗，净化后的烟气经烟囱排出口。 ２．２电除尘器的节能原理 电除尘器在正常运行过程中，除尘效率与电晕功率有直接的关 系。在一般情况下，电晕功率越高，除尘效率越高。但在燃煤品质差、 灰分含量高的情况下，由于灰的比电阻（电阻率）大，在电场内部常 存在反电晕现象，这时若过分增加电除尘器高压供电功率，反而会 加重反电晕，使得除尘器效率降低。所谓反电晕就是沉积在收尘极 表面上的高比电阻粉尘层产生的局部放电现象。带电荷的高比电阻 粉尘到达收尘极后，电荷不易释放。随着沉积在极板上的粉尘层厚 度．ｔ￣Ｔｊｎ，释放电荷更加困难。此时一方面由于粉尘层未能将电荷全 部释放，其表面仍有与电晕极相同的极性，并排斥后来的带电荷的 粉尘。另一方面，由于带电荷的粉尘电荷释放缓慢，在粉尘间形成较 大的电位梯度，当粉尘层中的电场强度大于其临界值时，就在粉尘 层的孔隙间产生局部击穿，产生与电晕极极性相反的正离子，所产 生的正离子便向电晕极运动，中和电晕区带负电的粒子，其结果是 电流增大、电压降低，导致收尘性能显著恶化。由此可见，高比电阻 粉尘可能产生反电晕现象，消耗更多电能的同时导致收尘效率降 低。图１即是反电晕时供电和除尘效率的关系示意。 理论分析和实践证明，采用间歇脉冲供电技术可以克服高比电 阻粉尘引起的反电晕，不但减少电除尘器功率消耗，而且可以提高 除尘效率 。间歇供电方式如图２所示。 另外，现阶段国内火电厂机组负荷变化较大，机组经常会在额 定负荷的５０％～８０％区间运行。当机组负荷变化时，如果电除尘器 长时间在某一固定模式下运行，将会造成电能的大量浪费。采取降 低电除尘器电压和电流极限，在保证经过电除尘器烟气达标排放的 条件下，达到节能目的。 新型电除尘器节能控制系统在统计分析大量电除尘器现场运 行数据基础上，经过对电除尘器的运行数据分析、归纳、总结，结合 表１高压设备常规运行参数表 ’ 、 电场
２ ４Ｔ／Ｒ ５ Ｐ２合计（ＫＷ）： ２６２ ２３
２１Ｔ／Ｒ１ １ ２０ ２１Ｔ／Ｒ２ ８ ７ ２１Ｔ／Ｒ３ １ ０７ ２１Ｔ／Ｒ４ ７ｌ ２１Ｔ／Ｒ５ ８９ ２ ２Ｔ／Ｒ１ １ ２６ ２ ２Ｔ／Ｒ２ １ ００ ２ ２Ｔ／Ｒ３ ９ ２ ２ ２Ｔ／Ｒ４ ７ ８ ２ ２Ｔ／Ｒ５ ６ ７ ２ ３Ｔ／Ｒ１ １ ３４ ２ ３Ｔ／Ｒ２ １ ０１ ２ ３Ｔ／Ｒ３ ９ ２ ２ ３Ｔ／Ｒ４ ６ ５ ２ ３Ｔ／Ｒ５ ５４ ２ ４Ｔ／Ｒ１ １ ２９ ２ ４Ｔ／Ｒ２ ９ ７ ２４Ｔ／Ｒ３ ９ ２ ２ ４Ｔ／Ｒ４ ６ ３ ２４Ｔ／Ｒ５ ７０ Ｐ２合计（Ｋｗ）： ｌ ２９ ２２ｌ １ ４３ １ ４９ ９Ｏ ９２ 电除尘器性能对比测试结果，建立了工况特性分析诊断数学模型［４１。 该数学模型不仅能够准确地判断电场工况是处于反电晕状态还是 正常电晕状态，而且能够量化反电晕（常电晕）的状况，准确地计算 出电除尘器的反电晕指数和常电晕指数。通过分析正确地反映整台 电除尘器的工况状态和变化趋势。同时以现场工况分析为基础，节 能控制系统以锅炉负荷、浊度、烟气温度、吹灰信号等多种信号为反 馈，根据获取的设备运行全方位信息（二次电流、二次电压连续波形 和火花放电波形及伏安曲线），根据工况分析和变化的情况自动调 作者简介：马洪波（１９７６一），山西大唐国际云冈热电有限责任公司，节能可靠性高级主管，工程师。 ４ Ｏ ６ ４ Ｏ １ ｌ ２ ４ ３ ７ ７●０ ６ ８ ９ ４●７ ¨ ．。 引 如∞¨ ∞¨ ＂ ３ ２ １ ５ ５ ３ ３ ２ ６ ３ ２ １ ４ １ ３ ｌ ０ ２ ¨ “ ¨ ¨ ¨ ¨¨ Ｈ １ ９ ０ ９ ０ ９ ９ ９ ９ ９ ２ Ｏ ９ ｇ Ｏ ９ ９ ０ ９ ９ １ ９ Ｏ ９ ０ ９ ９ ９ ９ ９ １ ０ ９ ９ Ｏ ９ ９ Ｏ ９ ９ ３ ２ ３ ３ ４ ２ ２ ６ ３ ２ ３ ３ ２ ３ ４ ２ ２ ３ ２ ３ ２ ８ ２ ７ ５ ２ ５ ５ ７ ９ ７ ９ １ １ ４ １ １ ８ １ ５ ３ ０ ９ ７ ８ ６ ３ １ ｌ ４ ８ ８ ２ ７ ８ ６ ８ ３ ７ １ 叭 … … 明明 吾：∞Ⅲ ４ １ ５ ９ ２ ６ １ ３ ２ ６ ２ １ ９ ２ Ｏ １ ５ ６ １ ６ ０ ９ １ ８ ０ ２ ０ ８ ８ １ ｌ ０ ６ ８ ７ ３ ８ ７ ５ ８ １ ２ ３ ４ ５ ｌ ２ ３ ４ ５ １ ２ ３ ４ ５ １ ２ ３ ４ Ｒ Ｒ Ｒ Ｒ Ｒ Ｒ Ｒ Ｒ Ｒ Ｒ Ｒ Ｒ Ｒ Ｒ Ｒ Ｒ Ｒ Ｒ Ｒ ／／／／／／／／／／／／／／／／／／／ Ｔ Ｔ Ｔ Ｔ Ｔ Ｔ Ｔ Ｔ Ｔ Ｔ Ｔ Ｔ Ｔ Ｔ Ｔ Ｔ Ｔ Ｔ Ｔ ｌ １ １ １ １ ２ ２ ２ ２ ２ ３ ３ ３ ３ ３ ４ ４ ４ ４ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２
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图１反电晕时供电和除尘效率的关系 整高压硅整流设备运行参数、自动选择间歇脉冲供电占空比（占空 比是指高低电平所占的时间的比率，占空比越大，电场供电时间就 越长），使电除尘始终处于一个经济的运行模式和运行工况，从而在 保证除尘效率的条件下，最大限度地节约电除尘器的耗电量，实现 提效最优化和节能最大化。 ３电除尘器节能改造的实施 ． 云冈热电公司２号炉装机容量为２２０ＭＷ，自２００３年投产后电 除尘器运行稳定，电除尘器日常运行电耗约占机组厂用电的３．８％。 虽然电除尘器系统通过运行人员手动调节可实现部分节能功能。但 由于机组在燃用煤种和运行负荷不同时，所需调整的幅度不同，调 整工作量大，实现连续节能运行的可行性和可操作性不强，因此，需 要对电除尘器电气控制系统进行节能技术改造，达到降低厂用电的 目的。 ３．１改造方案的确定与实施 电除尘器节能改造的内容：更换或升级高压控制系统、低压振 打控制系统，增设机组负荷等反馈信号，新增自动节能控制功能、断 电振打控制功能等。具体如下： ３．１．１高压柜、振打系统改造。对２号炉电除尘２０台高压控制 柜逐台进行改造，更换主控板，综合板，增加断电振打继电器及接 线，升级４台电磁振打系统，新增电除尘器高压柜断电振打功能；改 造后使所有控制柜都具备”工况自动检测”功能，该功能使高压硅 整流系统在上位机系统的有效调度下，自动适应工况变化，调节控 制系统运行方式 。 ３．１．２从分散控制系统（ＯＣＳ）敷设机组负荷信号（４—２０ｍＡ）电 缆至电除尘器程序控制（ＴＰＣ）台，给ＩＰＣ系统提供负荷控制信号源； 高、低压控制柜之间敷设高低压联动控制信号电缆。 ３．１．３ ＩＰＣ控制系统改造。在２号炉每台电除尘器ＩＰＣ控制系 统现有平台上，进行系统软件功能升级改造，针对控制器“工况自动 检测”，增加ＴＲ扩展配置功能，增设节能调节参数功能，节能数据 处理功能、节电率统计功能等。 ３．１．４对设备进行节能运行调试。在２号炉节能功能投运后，通 过多次对锅炉运行工况进行分析，参照在线除尘器出口粉尘浓度信 号，逐步调节节能系数、负荷系数、各高压运行参数等节能控制设备 参数设定值，最终完成系统的设置，满足现场工况要求。 ３．２改造后的效果分析 ３．２．１运行效果分析 云冈热电公司于２０１０年１２月完成了对２号机组电除尘器电 控系统的节能改造。改造后，实现了以机组负荷、浊度、排烟温度等 参数作为闭环反馈控制信号，自动选择高压柜运行方式、调节各运 行参数以及振打模式。整个控制过程全部由电除尘器ＩＰＣ控制系统 进行自动实现，减少了人为因素对电除尘器运行造成的影响，提高 图２电除尘器间歇脉冲供电时波形示意 了设备运行的可靠性和安全性。节能控制系统有监控 式；在节能模式下还设有普通节能、增强节能、超级节能 运行模式可供运行人员选择，以保证在锅炉在燃用不Ｉ 除尘器既节能运行，又保证排放达标，且运行稳定。增力【 能，通过对电除尘器极板实施断电振打，即除尘器的某 振打时，对本区域高压柜断电，降低粉尘粘附力，提高 少积灰，并且可以保持电除尘器的极板、极线长时间在 状态下运行，为电除尘器节能运行拓展更大的空间。断 施对电除尘器的高效稳定运行有良好的作用，且效果明 ３．２．２节能效果分析 经过测试，改造后电除尘器高压控制柜的运行电 与未改造前相比均大幅降低，电除尘器能耗大幅下降。 ７日至１１日对２号机组电除尘进行了节电测试，表１ 是高压设备常规运行和节能运行参数表。 从高压设备运行参数表可以计算得出，２号炉电除 时高压整流设备运行功率为２６２．２３ＫＷ，节能运行高压 行功率为７３．４０ＫＷ。 二者比较节电功率＝２６２．２３ＫＷ一７３．４０ＫＷ＝１８８．８３ ７２％）； ‘ 按每年运行３００天估算，每度电Ｏ．３元估算，每年 万度×０．３元／度＝４０．７９万元。 结束语 云冈热电公司对电除尘器的控制系统进行改造，在 器除尘效率不降低的前提下，降低了电除尘器电气设｛ 少了企业发电成本。同时减少设备损耗，减少设备维护 维护费用。 参考文献 【ｌ】罗日平．湖南电煤调运困难的原因与对策［Ｊ】．电 ２００８，２０（５）：１ １－１４． 【２］Ｎ永涛．火力发电厂电除尘器技术［Ｍ］．北京：化学ｊ ２０ｏ４． ［３】陈作文．电除尘器节能拉制技术在６００ＭＷ机组上的 环境保护，２００８，２４（６）：３３～３５． ［４１２－常力廖道文．集散型控制系统的设计与应用ｆＭＩ．北 出版社。１９９３． 【５１邹益仁，马增良，蒲维．现场总线控制系统设计与开发 防工业出版社，２００３． ［６】郑国强．一种基于最优控制和多参量反馈的节能系绞 『ｃ１涕１１届国际电除尘器会议论文集，２００８．
