工程說(shuō)明

摘    要:介紹了電除塵器節(jié)能的基本原理及一種新型電除塵器節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)，以及該節(jié)能技術(shù)在電廠的應(yīng)用實(shí)例。

關(guān)鍵詞:電除塵器;節(jié)能;控制系統(tǒng);應(yīng)用

1 前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民生活水平的提高，環(huán)境保護(hù)日益受到重視。節(jié)能減排已成為國(guó)家實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式的必然要求，國(guó)家不斷加大對(duì)企業(yè)節(jié)能減排的監(jiān)督檢查力度，鼓勵(lì)使用節(jié)能設(shè)備和采用節(jié)能模式，以提高資源的利用率。近年來(lái)由于電煤供應(yīng)形勢(shì)緊張，電煤價(jià)格一直高位運(yùn)行，使得發(fā)電企業(yè)成本居高不下，因此挖掘內(nèi)部潛力、降低發(fā)電成本、已經(jīng)成為發(fā)電企業(yè)的首選。

電除塵器是火電廠實(shí)現(xiàn)環(huán)保達(dá)標(biāo)排放的重要輔助設(shè)備，也是一個(gè)能耗很高的設(shè)備。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前電除塵器的耗電量為電廠發(fā)電量的2‰～5‰。如果能夠在保證電除塵器正常運(yùn)行、除塵效率不降低或有提高的前提下，降低電除塵器的電耗、提高電除塵器的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，對(duì)于發(fā)電廠來(lái)說(shuō)，將可獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2 電除塵器的能耗情況

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)新上電廠電除塵器的設(shè)備容量情況為：百萬(wàn)千瓦機(jī)組為5000～6000kW；60萬(wàn)千瓦機(jī)組為3000～4000kW；30萬(wàn)千瓦機(jī)組為2000～2500kW。電除塵器的耗電主要由高壓硅整流設(shè)備和電加熱系統(tǒng)兩部分組成，其中高壓系統(tǒng)的耗電約占電除塵器總耗電量的80％。近兩年新上電廠電除塵器典型用電負(fù)荷見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)，如果能大幅度降低電除塵器高壓硅整流設(shè)備的耗電，則電廠的效益顯著。

3 電除塵器的節(jié)能原理

在電除塵器的運(yùn)行過(guò)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，電場(chǎng)內(nèi)部經(jīng)常會(huì)發(fā)生反電暈現(xiàn)象，這時(shí)若過(guò)分增加電除塵器高壓供電功率，反而會(huì)加重反電暈，導(dǎo)致除塵效率降低。理論分析和實(shí)踐證明，采用間歇脈沖供電技術(shù)能夠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，而且可以提高除塵效率。

另外，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)火電廠機(jī)組負(fù)荷經(jīng)常會(huì)在50%～80%區(qū)間波動(dòng)，可以說(shuō)負(fù)荷變化比較大。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)，如果電除塵器一直運(yùn)行在某一固定模式下，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。在這種條件下可以采取降低運(yùn)行功率的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)保效節(jié)能。

鍋爐燃燒的煤種、煙氣量、煙氣溫度以及人員操作因素等都是不斷變化的，都會(huì)對(duì)電除塵器的運(yùn)行產(chǎn)生影響，在一定的條件下也都具有節(jié)能潛力，因此也都是電除塵器節(jié)能控制應(yīng)該考慮的方面。

總之，在滿(mǎn)足排放要求或除塵效率有所提高的前提下，電除塵器具有很大的節(jié)電潛力，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

對(duì)于排放達(dá)標(biāo)的電除塵器，節(jié)能必須建立在滿(mǎn)足達(dá)標(biāo)排放、保證除塵效率的基礎(chǔ)上，充分挖掘其節(jié)能空間；對(duì)排放未達(dá)標(biāo)的設(shè)備則應(yīng)優(yōu)先考慮提效，在提效的基礎(chǔ)上再考慮節(jié)能。總之，必須根據(jù)電除塵器的實(shí)際工況條件綜合考慮節(jié)能，正確地識(shí)別與控制，以達(dá)到良好的節(jié)能效果。

4 新型節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)

如果簡(jiǎn)單采用降低電除塵器運(yùn)行功率和人工設(shè)定方式進(jìn)行節(jié)能運(yùn)行，不僅不科學(xué)、不精確，而且由于運(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，可能導(dǎo)致電除塵系統(tǒng)無(wú)法保證最佳的運(yùn)行方式和運(yùn)行參數(shù)，同時(shí)不能隨工況變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，就有可能導(dǎo)致除塵效率顯著降低、排放超標(biāo)。

目前，國(guó)內(nèi)企業(yè)已自主開(kāi)發(fā)出新型的電除塵節(jié)能優(yōu)化控制系統(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)、伏安曲線的基礎(chǔ)上，結(jié)合電除塵器性能測(cè)試對(duì)比和電除塵器工藝師的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)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)，準(zhǔn)確地判斷電場(chǎng)工況是處于反電暈狀態(tài)還是正常電暈狀態(tài)，通過(guò)這些分析可以正確地反映出整臺(tái)電除塵器的工況狀態(tài)和變化趨勢(shì)。

該系統(tǒng)以現(xiàn)場(chǎng)工況分析為基礎(chǔ)，以鍋爐負(fù)荷、煙塵濁度、煙氣溫度、吹灰信號(hào)等多種信號(hào)為反饋，開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了新的電除塵器節(jié)能軟件。在節(jié)能軟件的控制下，節(jié)能系統(tǒng)根據(jù)工況分析和變化的情況自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)、自動(dòng)選擇間歇脈沖供電占空比，使電除塵器始終處于一個(gè)經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行模式和運(yùn)行工況，從而達(dá)到在保證除塵效率的前提下最大限度地節(jié)約電除塵器的耗電量，實(shí)現(xiàn)提效最優(yōu)化和節(jié)能最大化。

5 節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例

5.1 中電投貴溪電廠6#爐節(jié)能改造

貴溪電廠兩臺(tái)300MW機(jī)組，分別為5＃爐、6＃爐，兩臺(tái)機(jī)組電除塵器配置完全一樣，平時(shí)機(jī)組運(yùn)行情況也基本相同，鍋爐負(fù)荷基本一致。其中6＃爐2008年3月利用大修時(shí)間實(shí)施了新型節(jié)能控制系統(tǒng)改造。改造完成后，節(jié)能系統(tǒng)以電場(chǎng)運(yùn)行工況分析為依據(jù)，自動(dòng)生成當(dāng)時(shí)情況下的最優(yōu)運(yùn)行方式，同時(shí)根據(jù)工況的變化自動(dòng)調(diào)整最佳方式并合理分配給各電場(chǎng)。當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，相應(yīng)的節(jié)電量小，負(fù)荷降低時(shí)，節(jié)電量大。通過(guò)對(duì)主要調(diào)節(jié)參數(shù)的調(diào)整，系統(tǒng)就能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地“節(jié)能減排”運(yùn)行。通過(guò)一段時(shí)間的調(diào)試，電除塵器不僅運(yùn)行良好，而且節(jié)能效果很快就顯現(xiàn)出來(lái)。由于5＃、6＃爐的基本情況一樣，從兩爐運(yùn)行的數(shù)據(jù)對(duì)比中，可以看出6＃爐有明顯的節(jié)能效果（見(jiàn)圖1、圖2），而且從煙塵濁度的變化趨勢(shì)來(lái)看（見(jiàn)圖3），6＃爐在節(jié)能運(yùn)行過(guò)程中濁度基本保持穩(wěn)定，除塵效率始終保持在較高的水平上。

從IPC系統(tǒng)檔案數(shù)據(jù)庫(kù)提取一段時(shí)間的檔案數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明6＃爐節(jié)能效果顯著。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，5＃爐統(tǒng)計(jì)時(shí)間段內(nèi)的平均功率為599kW，6＃爐統(tǒng)計(jì)時(shí)間段內(nèi)的平均功率為132kW，相比較而言，6＃爐比5＃爐節(jié)電達(dá)78％，詳見(jiàn)圖4。

該電廠有關(guān)管理部門(mén)對(duì)6#爐電除塵器2008年與2007年的電耗進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)電量基本相同的2008年5-9月與2007年同比共節(jié)電173.3萬(wàn)kW•h，按該電廠上網(wǎng)電價(jià)0.42元/kW•h計(jì)算，可節(jié)約72.79萬(wàn)元。按照2007年6#機(jī)組發(fā)電量157,578.6萬(wàn)kW•h計(jì)算，每年可節(jié)約114.5萬(wàn)元。由此可見(jiàn)，節(jié)能系統(tǒng)在當(dāng)年即可達(dá)到收回成本的2～4倍，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

5.2 華能上安電廠1#、2#號(hào)爐電除塵器節(jié)能改造應(yīng)用

華能上安電廠1#、2#號(hào)爐電除塵器于2000年進(jìn)行了整體改造，每臺(tái)爐采用兩臺(tái)電除塵器，每臺(tái)電除塵器分12個(gè)供電分區(qū)。改造后電除塵器運(yùn)行穩(wěn)定，除塵效率很好。在保證除塵效果的前提下，每臺(tái)爐電除塵器經(jīng)常采用投運(yùn)一半電場(chǎng)運(yùn)行的方式，以此減少能耗。在此基礎(chǔ)上，該廠2008年又應(yīng)用了新型電除塵器節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，以進(jìn)一步挖掘節(jié)能降耗潛力。

改造完畢后從煙囪排煙的實(shí)際情況看，除塵器的除塵效率處于理想的狀態(tài)。

經(jīng)對(duì)電除塵器改造前后的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)查，分別統(tǒng)計(jì)了電除塵器空載運(yùn)行、熱態(tài)（負(fù)載運(yùn)行，未節(jié)能）、改造前（人工節(jié)能，停一半電場(chǎng)）、改造后（自動(dòng)節(jié)能，電場(chǎng)全開(kāi)）等不同工況的功率情況，以及不同工況下電除塵器消耗的電量（按電廠每臺(tái)爐電除塵器全年280天可利用小時(shí)數(shù)＝6700小時(shí)計(jì)算），如圖5所示。

從電除塵器改造完成投運(yùn)后一個(gè)月的實(shí)際耗電量來(lái)看，與上述數(shù)據(jù)基本吻合。本次節(jié)能改造后電除塵器運(yùn)行良好，V/I特性曲線比較理想，系統(tǒng)能夠隨工況變化適時(shí)自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)控制參數(shù)，在保證除塵效率沒(méi)有下降的情況下，節(jié)能自動(dòng)控制運(yùn)行與常規(guī)熱態(tài)運(yùn)行相比，節(jié)電率達(dá)69%，同時(shí)還提高了設(shè)備的投運(yùn)率，改造取得了一舉兩得的好效果。

5.3 華潤(rùn)阜陽(yáng)電廠1＃、2＃爐電除塵器節(jié)能改造應(yīng)用

阜陽(yáng)華潤(rùn)電力有限公司1＃、2＃爐為640MW超臨界燃煤機(jī)組，電除塵設(shè)備型號(hào)為2BEL486，每爐配20臺(tái)高壓硅整流設(shè)備。電除塵器日常運(yùn)行穩(wěn)定，效果良好。為滿(mǎn)足公司節(jié)能降耗的要求，運(yùn)行中有時(shí)采用手工調(diào)節(jié)方式調(diào)整各電場(chǎng)運(yùn)行占空比，取得一定節(jié)能效果，但由于是人工操作，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且無(wú)法適應(yīng)工況的經(jīng)常變化，存在較大的局限性和不合理性。

2009年初，電廠對(duì)電除塵器的電控設(shè)備進(jìn)行了節(jié)能改造，應(yīng)用新型電除塵器節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)，引入鍋爐負(fù)荷等信號(hào)，對(duì)電除塵器電控部分進(jìn)行整體升級(jí)改造，使所有設(shè)備能夠根據(jù)運(yùn)行工況及變化自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，所有參數(shù)運(yùn)行在最佳狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能提效，圓滿(mǎn)達(dá)到了改造目的。經(jīng)測(cè)試，改造后兩臺(tái)爐的除塵效率分別為99.76％、99.53%，均超過(guò)99.5%的保證效率，節(jié)能率在65%以上，除塵效率較改造前有一定提高，整個(gè)節(jié)能改造順利達(dá)到了節(jié)能增效的目的。

5.4 大唐韓城二電廠1～4＃爐電除塵器節(jié)能改造應(yīng)用

大唐韓城第二發(fā)電有限責(zé)任公司裝機(jī)容量2400MW，擁有4臺(tái)600MW亞臨界燃煤機(jī)組，其中一期1＃、2＃機(jī)組于2005年投產(chǎn)發(fā)電，二期3＃、4＃機(jī)組于2008年投產(chǎn)發(fā)電。4臺(tái)機(jī)組電除塵全部采用BE型臥式雙室四電場(chǎng)干式靜電除塵器，運(yùn)行穩(wěn)定，滿(mǎn)足煙塵排放的環(huán)保要求。

為滿(mǎn)足節(jié)能降耗的要求，該廠應(yīng)用了新型電除塵器節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)對(duì)1～4＃機(jī)組電除塵器進(jìn)行節(jié)能改造。4臺(tái)電除塵器在2009年初交叉進(jìn)行改造，兩個(gè)月左右順利完成了整個(gè)改造工作。

通過(guò)改造，大唐韓城第二發(fā)電有限責(zé)任公司的4臺(tái)鍋爐電除塵設(shè)備整個(gè)控制過(guò)程全部由電除塵器節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)進(jìn)行，大大減少了人為因素對(duì)電除塵設(shè)備運(yùn)行的影響，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性和安全性。電除塵器節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)擁有監(jiān)控模式、節(jié)能模式；在節(jié)能模式下還有普通節(jié)能、增強(qiáng)節(jié)能、超級(jí)節(jié)能等多種運(yùn)行模式可供操作人員選擇，從而保證了在不同煤質(zhì)時(shí)電除塵器既節(jié)能運(yùn)行又達(dá)標(biāo)排放。電除塵器的耗電量大幅降低，最大降幅在80%以上。有關(guān)節(jié)能效果詳見(jiàn)表1、表2（表中數(shù)據(jù)摘自本次節(jié)能改造項(xiàng)目驗(yàn)收?qǐng)?bào)告）。

經(jīng)過(guò)測(cè)試，與未改造前相比，改造后的電除塵器設(shè)備高壓控制柜的運(yùn)行電壓、運(yùn)行電流均大幅降低，電除塵能耗大幅下降，節(jié)能效果顯著。以電廠統(tǒng)計(jì)的1＃爐電除塵設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)為例：在機(jī)組負(fù)荷為355MW時(shí)，未投運(yùn)節(jié)能運(yùn)行模式時(shí)的電除塵設(shè)備耗電量為1376kW；同樣負(fù)荷下，投運(yùn)節(jié)能方式后電除塵設(shè)備的耗電僅為179kW，節(jié)電達(dá)1197kW，節(jié)能效率為87%。由于節(jié)能效率與機(jī)組負(fù)荷以及煤質(zhì)均有較大關(guān)系，只按照平均50%的節(jié)電率進(jìn)行計(jì)算，1臺(tái)鍋爐電除塵設(shè)備每年可節(jié)約的電量為（按照機(jī)組年運(yùn)行5000小時(shí)保守計(jì)算）：1376×0.5×5000＝345萬(wàn)kW。按照電價(jià)為0.3元/ kW計(jì)算，一臺(tái)爐電除塵設(shè)備每年可以節(jié)約資金103.5萬(wàn)元。保守計(jì)算，大唐韓城第二發(fā)電有限責(zé)任公司的4臺(tái)爐鍋爐電除塵設(shè)備每年節(jié)約資金可達(dá)414萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。

6 結(jié)論

新型節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)先后在華電可門(mén)電廠、國(guó)電銅陵電廠、國(guó)華臺(tái)山電廠、華能汕頭電廠、南陽(yáng)天益發(fā)電公司、大唐首陽(yáng)山電廠等眾多電除塵設(shè)備上進(jìn)行了改造應(yīng)用，均取得良好的效果，平均節(jié)電率大于60%，最高可達(dá)90%。這些改造成果表明，電除塵器節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)及節(jié)能改造能夠充分挖掘電除塵系統(tǒng)的潛力，在保證電除塵設(shè)備除塵效率不降低的前提下，大幅降低電除塵設(shè)備的電耗，降低廠用耗電率，減少企業(yè)發(fā)電成本，對(duì)企業(yè)節(jié)能減排工作和經(jīng)營(yíng)工作都起到了極大的促進(jìn)作用。通過(guò)改造，同時(shí)處理了電除塵系統(tǒng)存在的缺陷和隱患，優(yōu)化、提高了電除塵設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性，從而大大減少了設(shè)備損耗，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，減少了設(shè)備的維修量，降低了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。

參考文獻(xiàn):
鄭國(guó)強(qiáng)，等.一種基于最優(yōu)控制和多參量反饋的節(jié)能系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[C]. 11屆國(guó)際電除塵會(huì)議論文集,2008

作者簡(jiǎn)介：
鄭國(guó)強(qiáng)(1966－)，男，福建龍凈環(huán)保股份有限公司電控事業(yè)部副部長(zhǎng)、電控設(shè)計(jì)院院長(zhǎng)，1987年畢業(yè)于湖南大學(xué)，高級(jí)工程師，碩士學(xué)位，主要從事電除塵管理控制系統(tǒng)及節(jié)能優(yōu)化控制的研究、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用等工作。

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