電除塵節能控制系統在百萬機組的應用

廣東惠州平海發電廠有限公司 廖淼軍 劉建利 陳 實

某電廠2×1000MW機組配置了雙列三室四電場干式靜電除塵器，電源系統由24套高壓硅整流設備(GGAJ02K型)、4臺低壓控制柜DDPX系列、6臺振打柜（AZD型）及1套上位機控制系統（iFiX）組成，上述設備由福建龍凈環保股份有限公司設計供貨及安裝。上位機控制系統通過RS422串口通信協議實現對高壓整流柜、低壓控制柜（振打器、灰斗加熱）等設備實現遠程和手動控制。

1 設備運行工況

2號爐電除塵高壓整流設備和低壓系統功率參數見表1，電除塵系統的電能消耗主要是高壓整流電源，占總功率的86.33%，而其他低壓設備只占13.67%。低壓設備是保證整個電除塵系統正常運行必要的設備，能耗所占比例不大，因此把能耗分析的重點集中在高壓整流電源上。

表1 電除塵設備功率統計

經過分析，電除塵上位機控制系統無法對高壓整流設備實現自動調節，只能通過手動限壓、限流運行，是造成電除塵能耗高的主要原因，且設備長期高功率運行還造成有以下問題：

電除塵控制系統無自動調節功能，當機組負荷變化時，電除塵高壓整流設備都設定在90%額定功率下運行，機組負荷低時電除塵系統能耗反而更高，在電除塵排放達標的前提下，白白浪費大量電能。電除塵高壓整流設備的運行方式主要靠運行人員手動調整，如果通過人工調節降低電除塵器高壓整流設備運行功率方式進行節能，在機組負荷波動較大時所需調整的工作量大，電除塵系統無法保證最佳的運行方式和運行參數，還有可能因人工調整不當造成煙塵排放超標，而受到環保部門考核。

電除塵配電設備長期運行在大電流、高功率方式下，造成了電除塵配電變壓器、進線開關及母排嚴重發熱（長期處于80~100℃，最高時甚至到110℃左右）。電除塵段進線開關多次因設備高溫造成潤滑失效導致儲能機構出現故障。母排長期運行在高溫環境下導致外表的絕緣熱縮套融化、支撐絕緣件受熱老化，絕緣性能降低。

2 節能改造實施

據上述電除塵電源系統運行中存在的問題，經充分分析和測試，對2號爐電除塵高壓整流設備及上位機控制系統進行改造以減低電除塵能耗，提高設備運行的穩定性與可靠性。實施步驟如下：

更換24臺電除塵高壓整流控制器。將高壓控制柜的MVC196型控制器更換為能快速響應運行方式變化的QMVC型節能控制器；增加機組鍋爐負荷信號輸入通道，使電除塵上位機控制系統獲取鍋爐負荷信號；在電除塵上位機iFiX控制系統上擴展增加IPC節能控制系統。IPC節能控制系統能以機組負荷、煙道出口濁度或煙氣溫度作為反饋信號構成閉環控制，由于現場未安裝有濁度儀，因此采用了機組負荷為主因的控制方式，節能控制系統根據預設的電場運行參數，在機組負荷變化時生成最佳運行方式并分配給各電場高壓控制器。當機組負荷降低時減少高壓整流設備的出力，從而降低電除塵系統的能耗。

測試高壓整流設備運行方式低限。將電除塵高壓整流設備的運行方式由全波供電改為間歇供電方式，并在不同機組負荷段，根據每個電場的情況選擇合適的間歇供電的占空比。為保證電除塵出口煙塵排放不超標，需對高壓整流設備的間歇方式、電流極限及電壓上限進行深度調整測試，并記錄每個電場在不同負荷區間的最佳運行參數，從而實現保效最優化和節能最大化。

IPC節能控制系統參數設定如下：

設定負荷區間及負荷系數。設定≤500MW、500~700MW、700~850MW及850~1000MW共5個負荷區間，調整不同負荷的內控節能強度等級，再啟用“負荷區間切換”功能。為防止鍋爐負荷在兩個區間短時間內大幅波動時，節能控制系統頻繁調整高壓整流設備的運行參數，影響煙塵排放，可在節能控制系統上對負荷系數進行調整，其值越大節能控制系統變化的靈敏度越大、相同的負荷變化產生的節能量更大，值越小對負荷的變化越不靈敏。

啟用節能故障模式。節能系統運行時，同一物理通道的1臺高壓出現故障時，為防止高壓設備出力低、造成粉塵排放超標，需要自動控制將處于同一物理通道內與之相鄰的兩臺高壓整流設備出力增大；設定節能等級和節能系數。節能控制系統共有三個節能等級：普通、增強及超級，每個節能等級都有相應的節能系數或稱偏侈量，普通節能偏移量為0.3~1,增強節能偏移量固定為、超級節能偏移量為1~1.8，普通節能=增強節能×普通節能偏移量，超級節能=增強節能×超級節能偏移量。

在節能控制系統上設定每個高壓整流設備運行方式路線圖（TR路線圖），其有1~100步，每一步設置一種運行方式，其運行方式是從大到小，即第1步最大可設置為全波供電方式0或間歇供電1:2，最后100步到1：20，每臺高壓整流設備的最后的運行步=基本步+節能強度變化步+負荷變化步，此項參數需在機組運行中進行調整及測試后整定；增加電除塵節能控制系統數據存取、參數處理、越限報警、制表打印、聲光報警等功能。完善的設備控制和數據管理功能，實現各種曲線、圖表、操作的記錄與歷史查詢。

3 改造后設備狀況、經濟效益

電除塵實施節能控制系統改造后，節能系統能以電場運行工況為依據、機組負荷信號為反饋實施閉環控制，計算在不同工況下的最優運行參數，并合理分配給各電場高壓整流控制器，減低電場輸出功率。通過優化和調整，電除塵配電段電流大幅下降，電除塵節能控制系統得以充分發揮節能優勢。節能改造前后電除塵配電段電流分別如下：負荷800~1000MW電流4567.5/3071.3A，600~800MW電流4504.5/2772.1A，400~600MW電流4756.5/2457.4A。

通過改造，電除塵高壓整流設備的運行方式全部由節能控制系統完成，大大減少了運行人員操作的工作量，降低了人為因素對電除塵設備運行的影響，提高了電除塵運行的可靠性和安全性。電除塵節能改造完成后電除塵配電段電流大幅下降，節能效果明顯，進線開關及母排溫度也降至50~80℃之間，減少了設備損耗，提高了設備運行的安全性，解決了電除塵進行開關及母排超溫運行的老大難問題。

改造完成后，委托某電力科學研究院對2號爐電除塵在節能運行模式下進行了性能試驗，試驗在900MW和500MW兩種工況下分別測試電除塵器6個室的進、出口的煙氣溫度、煙氣流速、煙氣流量、含塵濃度、漏風率、阻力和除塵效率，試驗結果均達到了設計要求（煙氣煙塵濃度及折算值穩定不超標）。對2號爐電除塵在節能系統在投用/不投用連續運行30天的電量數據進行統計：發電量（億kWh）4.2413/4.3067，機組負荷率（%）59.10/59.82、電除塵占廠用電率（%）0.40/0.21，除塵系統變總電量（萬kWh）174.22/91.99。

根據實際運行時的機組及電除塵變電表讀數分析和計算，在發電量接近的情況下：投運節能運行方式后電除塵設備電耗占廠用電率下降了0.19%，節能效果明顯；投運節能運行方式后30天可節電82.23萬kWh，平均每天節電2.74萬kWh；節電率為：（174.22萬kWh~91.99萬kWh）/174.22萬kWh= 47%；每kWh按0.4元計算，每天可節約電費2.74萬kWh×0.4元/kWh=1.09萬元。機組每發1億kWh電可節約電費7.6萬元，2號機組發電量按25億kWh計算，1年可節約電費約190萬元，節能系統運行半年即收回成本，經濟效益非常可觀。

綜上，2號爐電除塵實施控制系統節能改造后，節能控制系統和高壓整流控制器等設備運行狀態良好，除塵設備電耗大幅降低，電除塵設備占廠用電率下降了0.19%，取得了良好的經濟效益，達到了預期效果。為1號爐電除塵控制系統節能改造積累了成熟、實用的技術經驗，具有良好的推廣、借鑒作用。