电除尘节能技术在600 MW超临界机组上的应用

沈 迎，张 伟，林令智

（1.国电费县发电有限公司，山东 临沂 273425；2.国核电力规划设计研究院，北京 100094）

0 引言

随着国家节能减排力度的加强，以及煤炭市场价格的高涨，火电企业面临着严峻的形势，自身的节能降耗成为发电企业降低生产成本、增强赢利能力的重要手段。电除尘器是火力发电厂重要的环保设备，其工作状况的好坏，对机组的稳定运行和经济性有着重要影响。电除尘器的收尘机理是在阴阳极间建立高压静电场，通过气体电离及粉尘荷电达到收尘目的，因而电除尘器在运行过程中将消耗大量电能。目前，超临界600MW机组电除尘器的收尘耗电量约占整台机组发电容量的0.2%～0.25%之间。因此在保证电除尘效率不降低的情况下，最大限度地减少电能消耗对火电企业的节能增效具有重要意义。

1 电除尘器的能耗节能原理和特点

费县电厂600 MW超临界机组烟气量约为2 600 t/h，锅炉出口配套双室四电场电除尘器两台。电除尘器每个电场的高压供电设备额定电压72 kV，额定电流为2.0 A，每台炉电除尘器的实际运行功率一般在850～1 200 kW。

根据怀特研究的理论，电除尘捕集粒子所需的能量可以根据气流尘粒的粘滞力和粒子向集尘极运动的距离计算出来，电除尘器处理600MW机组烟气量所需的理论电功率仅800～1 000 W；上述功率是理想状态下计算所得，实际情况下由于本体状况、燃煤煤种等原因，所消耗的功率会偏大。但电除尘器净化烟气所需的理论功率消耗和目前电除尘的实际运行能耗偏差极大，说明电除尘器的实际运行能耗过大，电能利用率较低。

通常情况下，为了使电除尘器的除尘效率尽量高，烟尘排放浓度尽量低，电除尘一般工作在火花整定工作方式下，使其运行二次电压尽量接近火花闪络电压，二次电流尽量大。目前，我国所有燃煤电厂的电除尘器几乎都运行在这一工作方式下。

通过理论分析发现，在火花整定状态下虽然能取得较好的除尘效果，但电除尘器运行过程中的电能利用效率很低，大量的电能不是用于收尘，而是被白白浪费掉。一方面，为了提高电场场强，增强电晕放电效果，需要尽量提高运行电压，直到接近火花闪络电压，以产生尽可能多的自由电子和离子。这样虽然能够达到提高除尘效率的目的，但是由于实际上产生的大量自由电子和离子中仅有一小部分用于烟尘荷电，绝大部分自由电子和离子并未与尘粒进行荷电，而是直接从阴极到达阳极，最终以光能或热能的形式消耗，客观上造成电能的浪费。另一方面，当烟尘比电阻较高时，运行电压、电流达到一定数值时，电场内将出现反电晕现象。在反电晕工况下，继续增加运行电压、电流会加深反电晕的程度，导致电除尘器的能耗不断增加，而除尘效率反而大幅下降。

因此，如何确定最优的电除尘器运行电参数，改善荷电效果，克服电除尘运行过程中的反电晕工况，提高电除尘器运行过程的电能利用效率，是实现电除尘器节能运行的关键。

针对上述问题，开发出了脉冲供电方式。该供电方式相对于常规火花整定供电方式，能够有效改善粉尘的荷电效果，克服电除尘运行方式过程中的反电晕工况，具有良好的节能特性。脉冲供电方式的机理是，电除尘器与硅整流变等效为电容与电感，控制系统通过对每个半波可控硅导通角的合理控制，并充分利用变压器和本体的储能特点使高压电源输出脉冲幅度、宽度及基准电压成为灵活可变的脉冲供电波形，达到既提高放电极与收尘极之间的单位荷电场强，又节省电能目的。该供电方式具有良好的节能提效特性，能有效克服电除尘器的反电晕工况，提高除尘效率。

2 费县电厂一期1号、2号炉电除尘器节能改造

2.1 概况

费县电厂一期工程两台650 MW超临界机组，1号、2号机组分别于2007年1月和2007年8月投入运营，电除尘器本体采用兰州电力设备有限公司双室四电场干式除尘器，电控设备为浙江佳环电子有限公司配套，投产以来，运行平稳，除尘效率在99.60%以上，达到了设计要求。但电除尘器还存在以下问题：

1）电除尘器能耗高，虽然电控系统设计有节能供电模式，但由于煤质、负荷等变化较大，人工频繁调节不具有可操作性，造成电除尘的厂用电率一直在0.2%以上。

2）电除尘器配电室电气设备发热严重，设计上每台机组用于给电除尘供电的变压器为两运一备，由于电除尘能耗高，正常运行时两台在运的变压器发热严重，变压器出线铜排温度达到110℃以上，严重威胁设备安全运行。

3）电除尘配电室内的空调常年满负荷运行，尤其夏天室内温度温度高达40℃以上，造成电气设备寿命缩短，故障概率增大，曾经发生过高压控制柜由于发热严重造成短路故障。

2.2 改造方案的选取和实施

电除尘节能改造通常有两种方案：一是拆除高压电场控制系统的所有一、二次设备，更换为高频电源型控制系统，此种方案投资很大，且需要在机组检修时实施；二是保留原来整流变，更换新型高压控制柜，并且优化控制系统，此种方案投资适中，也需要在机组检修时实施。

最初生产厂家提出的改造方案是在某台机组检修时更换16台高压控制柜，这是一个比较通用可靠的改造方案，但费县电厂一期工程两台机组是新投产机组，设备较新，大拆大换资产浪费比较大，并且改造只能在机组检修时进行，时效性差。

为了尽快实现改造后的节能效益，在保证节能效果和电除尘效率的前提下，通过反复分析电除尘高压控制系统，发现在装的高压控制柜和要新改装的高压控制柜在原理和结构上基本相同，尤其是柜内的电气一次设备全部通用，只是控制面板和控制原理有所区别，控制系统的抗干扰措施略有不同。

经过和厂家进一步的深入探讨和分析，费县电厂大胆提出保留原有的16台高压控制柜和柜内的电气一次设备，只更改高压控制器及其部分二次线的方案。该方案具有投资更少，可以不停机改造，改造工作量很小，节能效益实现快的特点。每台机组投资比一般改造方案节省100万元以上。

此方案在设备到货后，1个月内完成了两台机组共32台电除尘控制系统不停机改造，经过1年多的运行考验，设备稳定，节能效果明显。

2.3 改造后的效果

通过改造，两台600MW超临界机组电除尘耗电率大幅下降，厂用电率仅0.09%左右。节电率分别为82.27%和84.53%。通过山东电力研究院试验，两台机组电除尘效率均达到了99.60%的设计值以上。表1、表2、表3为1号机组电除尘改造前后的技术和经济性能对比。

表1 1号炉号1除尘器改造前后技术参数对比

表2 1号炉2号除尘器改造前后技术参数对比

表3 两种运行方式的经济性能对比

备注：1）火花整定控制方式数据采集于2009年9月9日运行日志。2）脉冲供电方式数据采集于2009年10月10日下午14：00，负荷520 MW。3）以上结果按设备年连续运行330天，上网电价按0.40元/度计算。

脉冲供电方式无论在技术层面还是经济指标方面都要优于火花整定方式，以一期两台机组的改造结果来看，全年节能增效在400万元以上，并且电除尘配电室内的温度大大降低。

3 结论

在保证电除尘效率不降低的前提下，结合电厂的实际运行情况，实施了有效的改造，大大降低了电除尘的能耗，有效降低了厂用电率，延长了设备使用寿命，降低了维护费用，为火电企业的节能降耗工作探索出了一条新路。