火電廠電除塵節能改造方案分析

余俐敏

（國電投江西電力有限公司南昌發電廠（新電分公司） 江西南昌 330117）

火電廠電除塵節能改造方案分析

余俐敏

（國電投江西電力有限公司南昌發電廠（新電分公司） 江西南昌 330117）

為降低電除塵器運行能耗，進一步提高除塵效率，新昌電廠將原電除塵系統改為MVC196-E型電控設備，對原控制系統進行了全面技術改造。該產品具有節能提效脈沖供電方式、自動選擇運行方式功能、全方位獲取設備運行信息、智能閉環控制等技術特點。改造后得了顯著的節能提效效果，提高了電除塵器運行的自動化水平，為類似機組電除塵器節能改造提供了借鑒經驗。節能是我國的基本國策，已日益受到重視，電除塵器耗電占廠用電很大比例，如何在保證除塵效率的前提下，降低電除塵系統的廠用電用電量成為一項十分重要的工作。

電除塵器；控制系統；節能；改造

1 電除塵器耗電情況現狀

長期耗電的設備主要是電除塵器高壓硅整流設備，它們實際耗電量見表1：（以＃1爐2012年8月18日15：10運行數據為例，鍋爐機組運行負荷為600MW，除塵器的出口濁度在平均為32%，實際運行有所變化，但從數據庫觀察該數據有代表性），具體說明如圖1。

由于當前除塵器后兩個電場已經在間歇供電狀態下運行，也就是說已處于節能狀態，但從上述數據可以看出，還是有節能潛力的。在確保排放要求不降低的前提下，如果能大幅度降低電除塵器高壓硅整流設備的耗電，其效益是非常顯著的。

2 電控提效節能的原理

對電除塵器的節能功效和使用效率產生直接影響的是電暈功率。通常情況下，除塵效率與電暈功率成正比。在使用低硫煤的情況下，反電暈現象較為強烈，如果一味的增加電除塵器的供電功率，反而會導致反電暈增加，進而導致除塵效率降低。反電暈指的就是在收塵極表面上沉積的高比電阻粉塵層發生的局部放電現象。高比電阻粉塵在荷電的影響下在到達收塵極之后，電荷不能被輕易釋放。隨著極板上沉積的粉塵層不斷加厚，釋放電荷的難度就會日益增加。在這樣的情況下：①粉塵層沒有將電荷全部釋放出來，其部分表面極性與電暈極相同，從而對荷電粉塵產生一定的排斥作用。②荷電粉塵釋放電荷的速度比較緩慢，因此粉塵間的電位梯度就會比較大。一旦粉塵層的電場強度超過其臨界值，局部粉塵層孔隙就會發生擊穿反應，產生的正離子的極性和電暈極的極性相反，并朝著電暈極方向運動，與電暈區的負電粒子相中和，使得電流增大，導致電壓降低，最終使得收塵性能發生顯著惡化。由此可見，高比電阻粉塵可能產生反電暈現象，消耗更多電能的同時導致收塵效率降低。反電暈時供電和除塵效率的關系如圖1。

表1

圖1 反電暈時供電和除塵效率的關系

以理論分析為基礎，通過實踐證明，通過降低電除塵器的運行功率來抑制反電暈效果不顯著，而使用間歇脈沖供電方法來克制反電暈卻能有效的提高除塵效率，并且還能節約大量的電能。

另外，鍋爐負荷變化時有節能潛力：負荷下降導致電除塵器的進口煙氣量下降，電場風速降低，在這種條件下可以降低電除塵器運行功率來實現節能。

但是，煤種、煙氣量、煙氣溫度、鍋爐操作因素等都是變化的，而且都會影響電除塵器運行的重要因素，也是節能控制必須考慮的重要因素。簡單采用降低電除塵器運行功率和用人工設定間歇脈沖占空比的方法克服反電暈：①無法科學、準確地設定參數；②無法隨工礦變化自動改變參數和工作方式，因此，達不到提效節能的目的，甚至影響除塵效率。

3 改造方案

將原電除塵系統改為MVC196-E型電控設備，其主要特點有：

3.1 全方位獲取設備運行信息

任何好的控制策略均要以全面、準確的獲取有效的控制信息為基石。若不如此，這種控制就會失去精確性和完整性。①新型設備能夠以連續的方式對高壓硅整流設備中的二次電流和電壓進行檢測，從而獲取電流和電壓的連續波形，獲取電流和電壓的火花放電波形。該檢測過程能夠自動實現，且波形會實時更新。②新型設備能夠以自動的方式在最短的時間內對電場的動態伏安（V－I）曲線族進行測試，該族曲線涵蓋三組曲線：a.電壓平值曲線；b.電壓峰值曲線；c.電壓谷值曲線。相較于靜態曲線來說，動態曲線族能夠對電廠的內部情況作出全面、真實的反應。以此為基礎，建立數學模型對工況特性進行分析診斷，開發出軟件包對電場工況狀態進行自動診斷，能夠以自動的方式分析電場動態阻抗，能夠自動檢測反電暈檢測，能夠自動實現反電暈的定量分析，并且還能夠對電場電暈的放電能力和火花控制特性進行評價，實現檢測、分析、診斷、控制一體化，促使檢測精度和控制精度能夠得以進一步的提升。因此，即便閉環反饋不將濁度儀測量值當做控制信號，高壓供電設備也能夠以工況變化為基礎自主選擇運行參數，自行選擇間歇脈沖供電占空比，以保證除塵效率能夠達到最高，同時又能夠實現節能目的。

3.2 自動選擇運行方式功能

電除塵處于動態的運行過程中，工況不同，其最佳運行參數也不同，其運行方式也不同。中高比電阻粉塵發生反電暈的幾率較大，從而使得除塵效率下降。理論和實踐均表明：間歇脈沖供電在克服高比電阻粉塵誘發的反電暈方面效果顯著，但由于間歇脈沖供電的占空比有1﹕2、1﹕4、1：6、1：8……1：40 和 2：2、2：4、2：6、2：8……2：40 等高達幾十種，運行方式必須跟蹤工況的變化，如何自動找到合適的控制方式、如何自動設定運行參數是高壓供電設備的一個難題。龍凈環保公司根據電除塵專業理論和積累的大量電除塵現場應用經驗開發出了一種新功能——“自動選擇運行方式”。該功能以數學模型為基礎，使高壓供電設備以工況特性為基礎進行自動分析診斷，通過電參數反應出工況變化，以自動的方式選擇運行參數和間歇脈沖供電占空比，以在保證除塵效率的同時實現節能。

3.3 智能閉環節能控制

龍凈環保具有自主知識產權的計算機智能集中控制系統（IPC），自動管理、控制電除塵器高低壓等各設備的運行，通過工況特性分析及反饋控制使設備始終運行在功耗最小、效率最高的理想狀態。

眾所周知，電場工況分析診斷對電除塵器的運行與控制是十分重要的，也是電除塵器節能控制的基礎。龍凈環保在電力行業有著廣泛的用戶，上千臺電除塵器在運行，同時又具有獨特的機電一體化強大技術優勢。幾年來，龍凈對眾多正在運行的電除塵器進行了大量的現場測試工作，收集了大量的極其重要的現場運行數據，形成了完整的運行數據庫。在此基礎上，我們以現場工況分析為基礎，以鍋爐負荷、濁度、煙氣量、煙氣溫度、吹灰信號等多種信號為反饋，開發實現了新的電除塵器節能軟件。在節能軟件包控制下后，IPC系統根據工況特性分析軟件對工況的分析、根據鍋爐負荷的變化情況自動選擇高壓供電的間歇供電占空比和運行參數，從而達到最佳的除塵效率和節能效果，新型IPC節能控制效果十分顯著，在保證除塵效率不降低或有提高的前提條件下最高節電率可達90%，平均節電率大于50%。控制系統可以很好地把高壓硅整流設備具有的“自動選擇運行方式”功能和計算機智能集中控制系統的智能閉環控制有機結合起來，實現智能化控制，使設備始終運行在功耗最小，效率最高的理想狀態。

4 經濟效益分析

參照＃1爐2011年8月18日運行數據，運行有功功率=679.8108kW

從技術分析和應用經驗預測，按節能率40%進行估算，節電功率＝271.92kW

按每年運行 280d估算，每年可節電 271.92kW×24h×280d=1827331.43kW·h

按每度電 0.4元估算，每年可省 1827331kW·h×0.4元/kW·h=730932.6元，可見，使用新的電除塵器節能技術，效益十分顯著。每年可省73萬元以上。

5 改造方案

（1）用MVC196-E型控制器改造原有控制器，增加節能軟件，使之具備節能控制功能；其余設備保留，共16臺；

（2）在振打控制柜上加上更換新型振打綜合板及軟件，共2臺；

（3）更換IPC控制系統一套（增加復合式斷電振打功能及節能控制功能）；

（4）從鍋爐主機控制室或脫硫控制室敷設一路鍋爐負荷信號（4～20mA）電纜至IPC控制平臺。

6 總結

經過我們不斷的分析、歸納、總結，經過多次改進，建立了最新的工況特性分析診斷的數學模型，從而得出電除塵器的反電暈指數或常電暈指數可靠的計算方法，可以正確地反映整臺電除塵器的工況狀態和變化趨勢，準確地選擇出最佳運行方式和節能工作方式，從而大大提升了效率節約了成本。

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1004-7344（2016）01-0063-02

2015-12-25