淺析1000MW火力發電機組粉塵減排措施中電除塵器高頻電源改造

高 峰

（廣東國華粵電臺山發電有限公司，廣東 臺山 529228）

作為主要的用煤大戶，火電行業承擔著巨大的節能減排壓力。隨著電力環保技術的進一步發展和世界各國對大氣環境的關注，2014年7月1日開始實施的新版《火電廠大氣污染物排放標準》中規定的燃煤電廠煙塵排放濃度已降低到20mg/ Nm3，這對我國燃煤電廠中廣泛采用的電除塵器帶來了挑戰。另一方面，面對日益迫切的國際國內碳減排壓力，減少工業生產過程中的能耗被認為是當前最為根本的途徑，急需充分開發并利用一切具有節能潛力的生產環節來實現節能減排。電除塵器高頻電源的成功開發及推廣應用對我國落實節能減排具有重要意義。

1 電除塵原理及高頻電源特點

1.1 電除塵基礎理論

電除塵器的基本工作原理（圖1）是電場中陰極（負極）被施加脈動直流負高壓，與接地的陽極（正極）之間建立不均勻的電場，發生電暈放電后產生大量自由電子和正離子；當含塵煙氣通過電場時，負離子附著在塵粒上，荷電塵粒在電場力作用下向電極運動并被捕集，粉塵沉集到一定厚度以后用機械振打方法將其振入下部灰斗。主要可分為氣體的電離、粉塵荷電、荷電粉塵的收集以及清理四個過程。

1.2 高頻電源原理及特點

高頻電源是把三相工頻電源通過整流形成直流電，通過逆變電路形成高頻交流電，再經過整流變壓器升壓整流后，形成高頻脈動電流送除塵器，其工作頻率可達到2O～50 kHz。高頻電源采用三相電源平衡輸入，對電網無污染，無缺相損耗，屬于綠色電源。效率與功率因數高，效率通和功率因數通常大于 93%，比工頻電源節能20%以上。與工頻50Hz高壓電源相比，高頻電源具有如下優勢：

（1）高頻電源能提供更高的輸出電壓，通常工頻電源最高電壓可達66kV，而高頻電源電壓可達工頻電源的1.3倍達到72kV，如圖2。

（2）高頻電源能提供更大的輸出電流，可達工頻電源的2倍。

（3）高頻電源可有效增大電暈功率，提高除塵效率。

（4）工況適應性強，針對各種工況可提供最合適的電壓波形。

（5）火花控制特性好，高頻電源能在30us內迅速熄滅火花，快速恢復電場電壓。高頻電源紋波系數小于3%，不易觸發火花。甚至有時它的電壓波形幾乎為一條直線，提供了幾乎無波動的直流輸出，這使得電除塵器能夠以次火花發生點電壓運行，從而提高了電除塵器的供電電壓和電流，增大了電暈功率的輸入，提高了電除塵器的效率。而工頻電源35%- 45%的紋波系數，其峰值電壓在電場中較容易觸發火花，極大地限制了加在電極上的平均電壓。

2 高頻電源改造應用

2.1 基本情況

廣東臺山電廠已投產的6、7號兩臺1000WM燃煤發電機組靜電除塵設備是由福建龍凈環保公司生產的BE型雙室四電場除塵器，每臺爐配兩臺除塵器，三室四電場結構。一、二電場配置12臺 GGAJ02K–1.8 A/66 kV高壓工頻電源，三、四電場配置12臺GGAJ02K–1.4 A/66 kV高壓工頻電源，設備廠家保證的除塵效率為99.6%，實際運行中煙囪出口粉塵排放濃度為20mg/Nm3～40mg/ Nm3，已不滿足2014年7月1日開始實施的《火電廠大氣污染物排放標準》 對重點地區煙塵排放濃度限20mg/Nm3的要求。

2.2 改造方案

一臺除塵器的性能如何，首、末電場的性能最為重要。除塵效率隨總集塵面積呈指數規律變化，前電場收塵量貢獻最大，除塵效率通常為80%左右，收集大部分粉塵顆粒，且其顆粒較粗；末電場對于提高捕捉高比電阻粉塵、細微粉塵的能力，防止二次揚塵，滿足低排放要求極為關鍵。綜合考慮除塵原理、本體結構、電源選型、設備容量等因素，同時為有效節約投資，將原電除塵器的一電場6臺工頻電源改造為GGYAJ-1.6A/72kV高頻電源，將原電除塵器的四電場6臺工頻電源改造為GGYAJ-1.2A/72kV高頻電源的電源。

2.2 簡要施工過程

廣東臺山電廠利用機組大修機會進行改造施工，整個安裝工期約20天左右（也可結合機組自身檢修工期合理安排時間進行實施）。施工簡要過程如下：（1）拆除電除塵器頂部第1、第4電場的工頻整流變壓器共12臺，保留隔離刀閘柜，本體設備保持不變。（2）安裝電除塵器第1、第4電場的12臺高頻電源于電除塵器頂部。（3）拆除原有電除塵第1、第4場的高壓控制柜，保留原柜體外殼和母線（4）利用原高壓控制柜改造成向高頻電源一體柜供電的380V低壓電源柜，將兩相380V動力電源改為三相380V動力電源，可有效利用原兩相動力電纜，以節約投資。（5）重新敷設動力、控制及通訊電纜及接線。

3 改造效果分析

3.1 減排指標分析

改造后，經廠家技術人員的精心調試，設備運行穩定可靠。為了檢驗改造成果，廣東省電科院對除塵器電源改造前后除塵器出口粉塵排放進行了對比性能測試（測試期間機組負荷維持在950MW～1000WM），測試結果如表1。

通過測試數據可以看出，6號爐在高頻電源改造后，除塵器效率由99.65%提升到99.782%，除塵器出口排放由29.80 mg/Nm3降低到25.49mg/Nm3，提效效果明顯。

表1 改造前后粉塵排放的測試數

圖3 改造前后電除塵器用電量

3.2 效益指標分析

取改造前后一周時間內6kV除塵變耗電量進行對比（圖3），6號機電除塵器每日用電由21000kWh下降至約17500kWh，核算6號機除塵器日均能耗約700 kWh。按百萬機組每年運行300天計算，每年至少可節約電量100萬kW.h。

4 改造過程中發生問題

4.1 二次揚塵問題

在高頻電源調試初期，除塵器出口粉塵排放呈現間歇性突升現象，尤其在機組快速升負荷、高負荷時粉塵排放有短時超標現象，經分析是由于振打器振打參數設置不合理導致的二次揚塵。為有效弱化振打系統對除塵器出口排放的影響，采取了以下方法：1）優化斷電振打工作時序，采用普通斷電振打和增強型斷電振打相結合，防止在白天高負荷時由于斷電振打而影響除塵效率。2）振打器振打工作參數設置過短容易使粉塵產生二次飛揚，振打工作參數設置過長會影響收塵效果。優化調整振打時序，合理設置各電場振打參數，弱化末電場振打時二次揚塵的影響，避免末電場2個以上電場的陽極同時振打造成的粉塵排放突增。通過以上調整，除塵器出口粉塵排放趨于平穩。

4.2 除塵器內部缺陷

在高頻電源改造后，出現A列一室一電場在運行中出現嚴重閃絡（火花率150～200次/分鐘），電壓在0～20kV反復波動，電流在0～100mA波動；A列三室一電場高頻電源火花率130～180次/分鐘，二次電壓在0～50kV，電流在0～100mA波動。經檢查確認電氣設備正常，屬于除塵器內部故障導致高頻閃絡。

利用機組臨停機會對除塵器內部進行檢查發現：A列一室一電場有一極線彎曲，A列三室一電場有基建期間遺留導線脫落，使得兩電場電氣間距變小，導致運行中兩電場閃絡嚴重，無法正常建立電壓。由于高頻電源改造后設備運行電壓升高，其峰值電壓可達到100kV，使得高頻電源對除塵器內部異常反應更為靈敏。一旦除塵器內部出現故障，在機組運行期間無法進行隔離處理，所以利用停機檢修期間應加強對除塵器內部的檢查工作，防止某臺整流變退出運行而影響整臺除塵器除塵效率。

結語

綜上所述，電除塵器高頻電源的應用對火力燃煤發電廠節能減排具有重要意義，不僅能滿足新的煙塵排放標準要求，而且能實現良好的節能效果。在原有設備基礎上進行的設備改造升級可有效提升除塵器除塵效率，可使除塵器出口排放濃度降低30%以上，節電20%以上，每年可獲得補償電價1000萬元。

[1]陳穎，郭俊，毛春華，盧剛. 電除塵高頻電源的提效節能應用 [J]. 中國環保產業，2010，12：28-31

[2]朱法華，李輝，王強. 高頻電源在我國電除塵器上的應用及節能減排潛力分析 [J]. 環境工程技術學報，2011，1（1）：26-32

[3]盧剛.高頻電源在電除塵器前電場的應用[J].中國環保產業，2010（1）：27-29.

[4]中華人民共和國環境保護部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB13223-2011火電廠大氣污染物排放標準[G].2011：3

[5]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局. GB/T13931-2002電除塵器性能測試方法[G].2002：7.