電除塵節能技術在循環流化床鍋爐機組的應用

黃俊鑫

【摘? 要】論文介紹了脈沖電源在300MW循環流化床鍋爐機組電袋除塵器系統電除塵電源節能改造中的應用，改造前后能耗對比和經濟性分析表明，其達到了良好的節能效果。采用電袋除塵器凈化循環流化床鍋爐，在保障技術措施的前提下是切實可行的。

【關鍵詞】電除塵電源;脈沖電源;節能改造;能耗對比

【Abstract】This paper introduces the application of pulse power supply in the energy-saving reformation of the electric dust collector of the 300 MW circulating fluidized bed boiler unit electric bag dust collector system. The comparison of energy consumption and economic analysis before and after the transformation shows that a good energy saving effect has been achieved. The use of electric bag filter to purify the circulating fluidized bed boiler is feasible under the prerequisite of ensuring technical measures.

【Keywords】ESP power supply; pulse power supply; energy saving transformation; energy consumption comparison

1 引言

某300MW循環流化床鍋爐機組，除塵處理采用的是電袋復合除塵系統，前電場為電除塵器，改造前電除塵器高壓供電裝置采用工頻電源GGAJ02K-1.2A/66kV，每個機組配套的電袋除塵器有4套電源，總共有8套電源。根據現場情況來看，存在如下問題：

①工頻電源實際運行二次電壓較低，僅為30～40kV，運行效率較低，導致除塵效率無法提升。②工頻電源電能轉換效率低（63%～69%范圍），存在電源運行效率低下，電耗高的問題。

基于此，電袋除塵系統改造具有相當的必要性，主要圍繞兩個核心問題：

①降低電除塵器高壓供電電源電耗、節省運營成本。②在節能的基礎上，提升前電場電除塵器的除塵效率，使后電場布袋除塵器的除塵壓力得到緩解，從而改善布袋除塵器布袋的損耗，延長布袋的使用壽命。

經技術比對，選用智能變頻脈沖電源技術進行了節能改造，改造后達到了良好的節能效果[1]。

2 智能變頻脈沖電源技術特點及與其他電除塵電源的技術比較

2.1 電除塵高壓電源技術的核心比對

①電場最高電壓。工頻電源、高頻電源采用的都是減少輸出電壓紋波的技術手段，使輸出電壓接近于擊穿電壓，所能達到的最高電壓等于電場擊穿電壓。

脈沖電源在直流基波電壓的基礎上又疊加了多個高壓窄脈沖，可以使電場瞬時電壓高于擊穿電壓，并保證電場不擊穿。

智能變頻脈沖電源首先采用類似三相工頻、高頻電源等減少輸出電壓紋波的技術手段，使輸出電壓接近于擊穿電壓，實際輸出電壓（基波直流電壓）可達到60～70kV。其次采用脈沖電源在直流基波電壓的基礎上疊加了多個高壓窄脈沖的技術，電壓幅值約為30～40kV，脈沖寬度小于150μs，使電場瞬時電壓（90～110kV）高于擊穿電壓，并保證電場不擊穿。

②粉塵荷電能力。三相工頻電源和高頻電源這類純直流輸出的穩態電源，只能通過提高直流電壓的方式加強粉塵的電場荷電水平，而不能提高擴散荷電的水平，因此這類電源對除塵器效率的進一步提高的作用有限，主要是因為電暈區產生強電離，離子濃度和自由電子能量最高，這一區域是粉塵雙重荷電的主要區域，在此區域外以電場荷電為主，而穩態電源只在電暈極（陰極線）周圍很小的區域內產生電暈（半徑約為1～3cm），而電場的有效間距是20～22.5cm左右，電暈占空比僅為10-5數量級（電暈空間/電場有效空間的體積比），不能提供足夠的電暈體積，致使高比電阻粉塵和細微粉塵荷電幾率和荷電量都較低。

而脈沖電源和智能變頻脈沖電源由于采用了直流基波疊加連續高壓窄脈沖技術，電場內瞬時電壓持續超過固有擊穿電壓，使電場內場強分布超過臨界狀態，使電暈占空比增加到10-3數量級，相較穩態電源（工頻、高頻和恒流電源）有效電暈區提高了100倍，而且電子能量達到5～20eV的水平，使擴散荷電具有與電場荷電同等作用，可使高比電阻粉塵和細微粉塵進行電場荷電和擴散荷電這一雙重荷電過程，即大幅提高了粉塵的荷電量，增加粉塵所受庫侖力，大幅提高粉塵的趨進速度（改善系數可達2倍以上），顯著提高除塵器效率[2]。

③高電壓小電流的輸出能力。工頻和高頻電源屬于穩態直流電壓源，如果減小輸出電流必然要降低輸出電壓，或者采用間歇供電的方式降低輸出電流，但也相當于降低了電場平均電壓。

脈沖電源本身基波直流電壓較低，約在40kV左右，因此基波輸出電流較小，而疊加的高壓脈沖的脈寬很小，只使電流小幅增加。

智能變頻脈沖電源加入了恒流控制和頻率自適應技術，主動控制電流密度，同時也具有脈沖電源的疊加脈沖技術，可提供高電壓小電流的輸出特性。

④節能和減排平衡。工頻采用可控硅移相技術，高頻電源采用開關逆變技術，都屬于電壓源，即電壓升高必然造成電流的大幅增加，若實現節能必然采用間歇供電（高頻電源一般稱脈沖，但這種脈沖電壓是從零電壓升壓的脈沖，并不是在幾十千伏基波電壓基礎上升壓的脈沖，因此也屬于間歇供電的范疇），間歇供電必然降低電場的平均電壓，從而降低除塵效率[3]。

脈沖電源、智能變頻脈沖電源通過在幾十千伏基波電壓基礎上疊加脈沖，而且智能變頻脈沖電源可提供高電壓小電流的輸出特性，無需采用其他電源的間歇供電調整占空比的方式，以降低除塵效率的代價來降低電耗，有效平衡節能和減排間的矛盾。根據以往的運行數據，相較于間歇脈沖運行方式節能30%，相較于火花跟蹤方式節能50%。

2.2 智能變頻脈沖電源技術優勢總結

智能變頻脈沖電源整合了高頻電源、脈沖電源、穩流電源和工頻電源的技術優點。核心技術采用了變頻調幅技術、直流基波疊加高壓窄脈沖技術和基于專家系統的主動模糊控制技術。這些技術的綜合應用，使電源內部阻抗與隨工況變化的電場等效阻抗匹配，實現變壓恒流控制，提升本體伏安特性曲線，在大幅提高二次運行電壓的基礎上減小了輸出電流，為靜電除塵器提供了完美的高電壓小電流的供電特性;直流基波疊加脈沖，大幅提高了電場的電暈占空比，加強粉塵的荷電能力，增加驅進速度;結合各電場協調的多種運行模式及參數的智能化匹配優勢，在頻率變換下的各種脈寬、幅值、頻率等多種波形的基于神經網絡控制下的優化策略，改變目前除塵電控系統落后的控制方式。

智能變頻脈沖電源改造方案只需要對原有工頻電源的高壓控制系統進行改造，如果非必要情況，可以無需更換原有工頻變壓器，即可實現在全電場使用脈沖電源，提高電除塵器基礎電壓和綜合電暈功率，不僅能提高除塵效率而且能實現大幅度節能。智能變頻脈沖電源可在線更換原有工頻電源的方案，無需停爐，即可將現有電除塵器進行節能升級改造[4]。

3 改造效果及經濟效益分析

某300MW循環流化床鍋爐機組電袋除塵器配套智能變頻脈沖電源改造完成后，根據現場節能數據統計如下，改造后其2017年10月份至2018年3月份的節電量數據如下表1。

每套智能變頻脈沖電源運行時與工頻電源相比，平均每小時可減少電耗339.5kWh，電價按0.26元/度，平均每小時的節電效益為88.27元。

因此，黃陵礦業煤矸石發電有限公司1期電袋除塵系統電除塵4套高壓工頻電源，采用智能變頻脈沖電源進行改造，按每年運行時間5000小時計算，預計改造后實現每年節電169.75萬度，節省電費44萬元[5]。

4 結論

本次改造采用了智能變頻脈沖節能型電控系統，大大降低了電除塵電氣設備的電耗，降低廠用電率，對火電企業節能減排工作和經營工作都起到極大的促進作用，對于所有火電廠均值得借鑒和參考。

總之，本次節能改造，充分挖掘了電除塵系統的潛力，在保證電除塵除塵效率不降低的前提下，大幅降低電除塵耗電量，減少企業發電成本，該節能技術對于火力發電廠的確是非常值得嘗試的。

【參考文獻】

【1】原永濤.火力發電廠電除塵技術[M].北京：化學工業出版社，2004.

【2】鄭國強，謝小杰.電除塵器節能優化控制系統在電廠的應用[J]. 中國環保產業，2010（09）：59-62..

【3】懷特H.J.王成漢譯.工業電收塵[M].北京：冶金工業出版社，1984.

【4】孫廣鵬，張傳成，孫更生.電除塵節能技術探討與研究[J].電力通用機械，2009（1）：77-79.

【5】張濱渭，祁君田，林心光.燃煤電廠電除塵器節電技術研究[J].電力設備，2007，8（6）：42-46.