600MW機組電除塵器高頻電源的運行與優化

摘 要：本文介紹了遼寧華電鐵嶺發電有限公司600MW機組電除塵器高頻電源的組成部分、工作原理及在實際運行中的優勢。并對電除塵器除塵效率提高的同時，出現的能耗增加、二次揚塵現象及鍋爐啟動過程中投油穩燃與保證電除塵器安全運行的矛盾等實際運行中出現的問題進行逐一分析，并提出了優化對策。

關鍵詞：高頻電源；能耗；二次揚塵；安全運行

一、概況

遼寧華電鐵嶺發電有限公司二期5、6號機組為2臺600MW哈爾濱鍋爐廠設計、制造的超超臨界機組，分別于2008年7月和12月投產發電；鍋爐型號HG-1795/26.15-YM4型，最大出力1795t/h，設計過熱器蒸汽出口溫度為605℃，再熱器蒸汽出口溫度為603℃，為超超臨界變壓運行直流鍋爐、單爐膛、一次再熱、平衡通風、緊身封閉、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π型鍋爐。設計排煙溫度130℃，熱力計算額定負荷時的排煙溫度為157 ℃。每臺爐配置兩臺50%容量的電除塵器，每臺電除塵器的煙氣通道數量為40個、雙室布置、陽極板間距400mm、流通面積240m2；沿著煙氣流動方向分為五個電場。電除塵器原采用GGAJ02-1.0A/72型高壓硅整流單相、工頻整流電源，為了提高除塵效率，2016年更換為福建龍凈環保股份有限公司的STR03型高頻高壓整流電源。

二、電除塵器的高頻電源介紹

（1）高頻電源的組成部分

高頻電源結構上由高頻控制柜和高頻變壓器組成。高頻控制柜分為前腔、后腔和側腔三個部分。側腔安裝斷路器、接觸器、控制回路，前腔安裝變換器、整流橋、電抗器、側部安裝機柜熱交換器對腔內器件進行散熱，同時設有儀表板，可清楚的觀察母線電壓、一次電流、二次電壓、二次電流以及操作終端的內容。后腔安裝散熱風機、諧振電容等。

（2）高頻電源的工作原理

高頻高壓整流電源是將三相交流電經整流和濾波后產生580V左右的直流電壓，由IGBT全橋逆變，經諧振電容震蕩產生最高20KHz交變電流，再經高頻變壓器升壓整流后形成高頻高壓脈動直流送入電除塵器。

高頻電源原理上主要由三大塊組成，即變換器、高頻變壓器、控制器，如下圖所示。三相交流輸入整流為直流電源，經逆變為高頻交流，最后整流輸出直流高壓。變換器實現直流到高頻交流的轉換，高頻變壓器/高頻整流器實現升壓整流輸出，為ESP提供供電電源。

（3）高頻電源的優點

①提高除塵效率

基于高頻開關技術的高頻電源是一個與線路頻率無關的可變脈動電源，給除塵器提供接近純直流到脈動幅度很大的各種電壓波形，針對各種特定的工況，可以提供最合適的電壓波形，從而提高除塵效率。與工頻50/60Hz高壓電源相比，高頻電源純直流供電時的輸出電壓紋波通常小于5%，遠小于工頻電源35%～45%的紋波百分比，其閃絡電壓高，運行平均電壓可達工頻電源的1.3倍，運行電流可達工頻電源的2倍，在同樣的電場里，能夠輸入更多的功率，從而能夠有效的提高收塵效率。改造前的工頻電源與改造后的高頻電源供電輸出對比圖如下圖所示：

②電源適應性好

高頻電源功率因數可以達到0.95，轉換效率可以高達94%以上，比較工頻電源的功率因數和轉換效率至少節電22%。間歇性供電時，高頻電源供電脈寬最小可達到1ms（工頻電源最小為10ms），通過調整充斷電的時間比，可以有效抑制反電暈現象，達到節約電能的目的。

③電暈功率高

工頻整流電源工作時，二次電壓平均值和峰值電壓偏差較大，很高的峰值電壓極易在電場內部產生火花，進而造成電除塵器整體電暈效率下降；與此相反，高頻整流電源工作時，二次電壓紋波很小，基本是平穩直流，不會出現工頻電源供電時很高的峰值電壓，因此電場內部不易放電，可以把運行電壓和電流大幅提升，提高了電暈功率，實現保效節能，特別適用于高比電阻粉塵工況。

④火花控制能力強

高頻電源供電時每個脈沖的時間很短，火花關斷時間<10μs（工頻電源供電時需10ms），火花能量損失小，電場恢復快（約為工頻電源恢復時間的25%），同時，先進的控制系統保障火花產生后的恢復分三個不同斜率的階段進行，有效地延緩后續火花的產生，從而實現低火花率運行，達到更高的除塵效率。

三、電除塵器高頻電源改造后出現問題與對策

電除塵器高頻電源改造之后，除塵效率明顯提高了，同時帶來了能耗增加、出口二次揚塵現象嚴重等問題，同時機組啟動過程若需投油穩燃，也會對電除塵器的安全運行帶來隱患，下面針對以上三個問題逐一進行分析解決。

（1）高頻電源的能耗增加問題與對策

電除塵器高頻電源改造后粉塵排放大幅度下降，同時能耗也明顯提高，具體參數對比如下表所示：

從上表中可以看出，電除塵器高頻電源改造之后，鐵嶺電廠#5、#6爐粉塵排放濃度均大幅度下降，分別下降了43 mg/Nm3、45 mg/Nm3；除塵效率分別提高了0.17%、0.17%。同時，電除塵器能耗也相應增加為原來的217.27%、231.33%，增加了一倍左右。

對高頻電源的運行參數進行優化的原則如下：

①前部電場：二次電流低，充斷電時間比低，適用于前部電場粉塵濃度高環境，保持連續的低二次電流供電，既能保障除塵效率，又可以防止放電，起到節能的效果；

②后部電場：二次電壓高，充斷電時間比高，適用于后部電場粉塵濃度低的環境，既能保障粉塵的荷電效果，同樣可以起到節能的效果。

在對高頻電源參數進行了優化之后，單臺機組每天能耗下降了大約7000kWh。

（2）電除塵器出口粉塵的二次飛揚問題與對策

電除塵器出口的粉塵二次飛揚問題比較嚴重，尤其是入口加裝了低溫省煤器之后，平均一天24小時比較明顯的二次飛揚現象有34—36次。經過我們分析，二次飛揚問題是由于電除塵器前低溫省煤器投運后，煙溫降低導致粉塵比電阻下降，電除塵器整體效率提高的同時，靜電除塵器陽極板對粉塵的粘附力下降，粉塵顆粒間的斥力加強，造成二次揚塵現象比較嚴重。

總體來講，為了降低電除塵器出口的粉塵二次飛揚，運行中總結如下幾條措施：

①維護好干式電除塵器和輸灰系統等除塵設備的正常運行。

②適當延長振打周期，其中五電場振打周期從原來的60分鐘延長為90分鐘；

③在振打時，只需一個陽極進行振打，避免任何時候兩個陽極同時振打；

④取消出口五電場的長振打，縮短其單次振打時間。

按照上述原則對電除塵器振打進行優化后，二次揚塵問題基本解決了。

（3）機組啟動過程中保證電除塵器安全運行的對策

機組啟動過程中，若需投油穩燃，未完全燃燒的燃油顆粒流經電除塵器時，由于陽極板的電荷作用燃油顆粒會積存在陽極板上，當遇有電除塵器火花放電等明火時，可能會造成二次燃燒，帶來運行風險。為了盡量減少陽極板積油可能對電除塵器造成污染，同時盡量降低粉塵的排放，實際運行中總結了如下對策：

①機組剛剛啟動時，只投運二、三電場運行，將二次電流控制較低范圍以內；

②隨著鍋爐負荷、煙氣流量的增加逐漸提高二次電流，再逐級投入其他電場；

③逐級投入電場的同時投入電除塵器連續振打；

④保證吸收塔入口粉塵排放控制在50mg/m2以內。

這樣就能保障機組啟動過程中煙塵排放達標的同時，確保電除塵器極板不積存燃油顆粒。

四、結論

遼寧華電鐵嶺發電有限公司600MW機組電除塵器高頻電源改造之后，在運行中逐步摸索經驗，在保障粉塵排放完全滿足國家相關環保規定的同時，電除塵器運行參數得到了進一步優化，高頻電源能耗高、二次揚塵等問題得到了有效控制，機組啟動過程中電除塵器的安全問題也得到了有效解決。

參考文獻

[1]舒英鋼.燃煤電廠電除塵技術綜述[A].第十五屆中國電除塵學術會議論文集[C]，2013年

[2]張谷勛，蔣云峰.電除塵器電源的發展方向——高頻化和數字化[J].電源世界，2007年01期

[3]有關制造廠家產品說明書、技術要求及圖紙。

作者簡介

李闖（1981—），男，漢族，東北電力大學工程碩士，高級工程師，從事火力發電廠集控運行工作，遼寧華電鐵嶺發電有限公司。

（作者單位：遼寧華電鐵嶺發電有限公司）