2009年清洁高效燃煤发电技术协作网年会
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600MW火电机组静电除尘器节能技术改造
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许飞跃，牛继红 ，刘永红，李仁贵，郑国强
(1. 大唐韩城第二发电有限责任公司，陕西 韩城 715400；2.福建龙净环保科技股份有限公司，福建 厦门 361009)
ESP Energy-saving Reconstruction in 600MW
Thermal Power Units
XU Fei-yue1 ,NIU Ji-hong1,LIU Yong-hong1,LI Reng-gui2,ZHENG Guo-qiang2
(1. Datang Hancheng No.2 Power Plant Co.,Ltd,Hangcheng 715400,China;
2. FUJIAN LONGKING Co.,Ltd,Xiamen 361009,China)
摘要：静电除尘器是火电厂烟气实现环保达标排放的重要辅助设备，也是电厂的高耗能设备之一，介绍了静电除尘器新型节能技术的原理和特点，以及该节能技术在大唐韩城第二发电有限责任公司1～4号600MW机组静电除尘器改造的效果。 关键词：节能与环保；火电厂；静电除尘器；电控设备
Abstract: As an important auxiliary equipment,the electrostatic precipitator(ESP)helps the thermal power plant reach the flue gas emission standard and it is also one of the highly energy-consuming devices in a power plant .This paper introduces the working principle and characteristics of the new ESP energy-saving technology and presents its application in the technical renovation of No1. to No. 4 600MW generating units of Datang Hancheng No.2 Power Plant Co.,Ltd.
Key words: energy conservation and environment protection;thermal ; electrostatic precipitator; electronic control device
0 引言
节能减排是实现可持续发展战略和转变经济增长方式的必然要求，国家不断加大对企业节能减排的监督检查力度，鼓励使用节能设备和采用节能模式，以提高资源的利用率。近年来电煤供应形势紧张，电煤价格一直高位运行[1]，发电企业成本居高不下，“挖掘内部潜力，降低发电 成本，争取更大利润”已成为每一家发电企业的首选策略。
静电除尘器是火电厂烟气实现环保达标排放的重要辅助设备，也是电厂的高耗能设备之一，据不完全统计，静电除尘器的耗电量约占机组厂用电量的0.6～0.8 个百分点[4]。如能够在保证静电除尘器正常运行、除尘效率不降低或有提高的前提下，降低除尘器的电耗，对发电厂有很好的经济效益。本文将介绍静电除尘器的工作原理和节能原理，并对大唐韩城第二发电有限责任公司的静电除尘器实施改造的效果进行分析。 October 2009 Kunming, China
1 静电除尘器的工作原理和节能原理
1.1 静电除尘器的工作原理
静电除尘器的工作原理是：接通高压电源后，阳极板与阴极线(电晕极)之间建立起一个非均匀的高压静电场，且电晕极周围电场强度最大。当实际电场强度与空气的击穿电场相近时，从阴极线与接地的阳极板之间通过的含尘气体，由于阴极发生电晕放电被电离，形成大量的正离子和电子。此时，在电场力的作用下，带负电的气体离子向阳极板运动，在运动过程中与粉尘中的中性分子或颗粒发生碰撞，使尘粒荷以负电，荷电后的尘粒在电场力的作用下向阳极运动，到达阳极后，放出所带的电子，尘粒则沉积于阳极板上。当尘粒积聚到一定厚度时，通过振打装置的振打，尘粒从阳极板表面剥离下来，落入灰斗，净化后的烟气经烟囱排出[4]。
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Efficient Coal-fired Power Generation Technology
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1.2 电除尘器的节能原理
电除尘器在正常运行过程中，除尘效率与电晕功率有直接的关系。在一般情况下，电晕功率越高，除尘效率越高。但在燃煤品质差、灰分含量高的情况下，由于灰的比电阻（电阻率）大，在电场内部常存在反电晕现象，这时若过分增加电除尘器高压供电功率，反而会加重反电晕，使得除尘器效率降低。所谓反电晕就是沉积在收尘极表面上的高比电阻粉尘层产生的局部放电现象。带电荷的高比电阻粉尘到达收尘极后，电荷不易释放。随着沉积在极板上的粉尘层厚度增加，释放电荷更加困难。此时一方面由于粉尘层未能将电荷全部释放，其表面仍有与电晕极相同
的极性，并排斥后来的带电荷的粉尘。另一方面，由于带电荷的粉尘电荷释放缓慢，在粉尘间形成较大的电位梯度，当粉尘层中的电场强度大于其临界值时，就在粉尘层的孔隙间产生局部击穿，产生与电晕极极性相反的正离子，所产生的正离子便向电晕极运动，中和电晕区带负电的粒子，其结果是电流增大、电压降低，导致收尘性能显著恶化。由此可见，高比电阻粉尘可能产生反电晕现象，消耗更多电能的同时导致收尘效率降低。
理论分析和实践证明[3]，采用间歇脉冲供电技术可以克服高比电阻粉尘引起的反电晕，不但减少电除尘器功率消耗，而且可以提高除尘效率。间歇供电方式如图1所示。
图1 电除尘器高压柜间歇供电方式波形
另外，现阶段国内火电厂机组负荷变化较大，机组经常会在额定负荷的50%～80%区间运行。当机组负荷变化时，如果电除尘器长时间在某一固定模式下运行，将会造成电能的大量浪费。这种情况可以采取降低电除尘器电压和电流极限，在保证经过电除尘器的烟气达标排放的条件下，达到节能的目的。
影响电除尘器效率的因素有：锅炉燃烧的煤种、烟气量、烟气温度以及操作人员的技术水平等。这些因素也是节能控制必须考虑的重要因素，多年的研究与实践表明，在满足排放要求的前提下，电除尘器具有很大的节电潜力[3]
。
时基于大量实验研究结果和现场应用经验，确定了各电场的最佳运行方式和节能工作方式。
根据获取的设备运行全方位信息（二次电流、二次电压连续波形和火花放电波形及伏安曲线），从电除尘器的电气参数映射出电除尘器内部工况的变化情况，使高压硅整流设备能根据工况的变化自动选择运行参数、间歇脉冲供电占空比（占空比是指高低电平所占的时间的比率，占空比越大，电场供电时间就越长）；同时以现场工况分析为基础，以锅炉负荷、烟气温度、吹灰信号等多种信号为反馈，根据工况分析和设备运行变化的情况自动调整运行参数，最终找到较为经济的运行模式，从而在保证除尘效率的条件下，达到最大限度地节约电除尘器的耗电量。
采用降低电除尘器运行功率和人工设定运行方式进行节能挖潜，由于受运行人员的经验、技术水平、责任心等多种因素的影响，不仅不科学也不准确，可能导致电除尘器无法在最佳的运行方式和运行参数下运行，使除尘效率降低甚至排放超标。
在统计分析大量电除尘器现场运行数据基础上，开发了新型电除尘器节能控制系统，经过对电除尘器的运行数据分析、归纳、总结，结合电除尘器性能对比测试结果，
[4]
建立了工况特性分析诊断数学模型。该数学模型不仅能
2 电除尘器新型节能控制技术
3 电除尘器节能改造的实施
大唐韩城第二发电有限责任公司总装机容量为2400MW（4台600MW亚临界燃煤机组）。1、2号机组锅炉为哈尔滨锅炉有限责任公司HG-2045/17.3-PM6型亚临界、一次中间再热、单炉膛、平衡通风、固态排渣、贫煤燃烧、控制循环汽包锅炉； 3、4号机组为东方锅炉厂DG2070/17.5-Ⅱ5型亚临界、单炉膛、前后墙对冲燃烧方式、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、贫煤燃烧、自然循环汽包锅炉。4台机组的电除尘器全部采用福建龙净环保设备厂生产的BE型卧式双室四电场干式静电除尘器，投产后电除尘器运行稳定，基本满足烟尘排放的环保要求。
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够准确地判断电场工况是处于反电晕状态还是正常电晕状态，而且能够量化反电晕（常电晕）的状况，准确地计算出电除尘器的反电晕指数和常电晕指数。通过这些分析可以正确地反映整台电除尘器的工况状态和变化趋势。同2009 Collaboration Network Annual Meeting of Clean and Efficient Coal-fired Power Generation Technology
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由于1～4号机组电除尘器日常运行电耗较高，占机组厂用电的0.35个百分点，使机组发电成本较高。虽然电除尘器系统具有部分节能功能，但一般只能靠运行人员手动调节来实现，且由于机组在燃用煤种和运行负荷不同时，所需调整的幅度不同，调整工作量大，实现节能运行的可行性和可操作性不强，因此，需要对电除尘器电气控制系统进行节能技术改造，以达到降低厂用电的目的。
3.2 改造后的效果分析
大唐韩城第二发电有限责任公司于2009年1月完成了对1～4号机组电除尘器的节能改造。实现了以机组负荷、烟气量、排烟温度、烟气浊度信号等多种参数作为闭环反馈控制信号，自动选择高压柜运行方式、调节各运行参数以及振打模式。整个控制过程全部由电除尘器IPC控制系统进行自动实现，减少了人为因素对电除尘器运行造成的影响，提高了设备运行的可靠性和安全性。电除尘器控制系统有监控模式、节能模式；在节能模式下还有：普通节能、增强节能、超级节能等多种运行模式可供运行人员选择，以保证在锅炉在燃用不同煤质时，电除尘器既节能，又保证排放达标，且运行稳定。
3.1 改造方案的确定
经多次研究分析，确定了电除尘器节能改造的内容：更换或升级高压控制系统、低压振打控制系统，增设机组负荷、烟气浊度等反馈信号，新增自动节能控制功能、断电振打控制功能等。具体如下：
（1）高压柜、振打系统改造。1、2号锅炉每台炉更换20台高压控制柜的控制板、升级4台电磁振打系统，新增电除尘器高压柜断电振打功能；3、4号锅炉保留每台炉现有18台高压硅整流控制系统原有的控制功能、保护功能、通信功能，更换柜内的控制软、硬件（EPROM）。改造后使所有控制柜都具备“工况自动检测”功能，该功能使高压硅整流系统在上位机系统的有效调度下，自动适应工况变化，调节控制系统运行方式
[4-5]
3.2.1运行效果
本次节能改造另一项技术成果就是增加断电振打功能。通过对电除尘器极板实施断电振打，即除尘器的某一分区进行振打时，对本区域高压柜断电，降低粉尘粘附力，提高振打效果，减少积灰，并且可以保持电除尘器的极板、极线长时间在比较干净的状态下运行，为电除尘器节能运行提供必要的条件。采用断电振打模式有以下优点：①可减少极板积灰，减轻反电晕对除尘效率的影响；②有助于对粘性很大粉尘的清除；③可大幅提高电场有效电压的输出；④减少除尘器无效能耗，延长振打装置的使用寿命。
断电振打的实施对电除尘器的高效稳定运行有良好的作用，且效果明显。在电场断电时，粉尘的粘附力有所下降，因此在电场未断电时振打不下去的粉尘，在电场断电时绝大部分都被打下去，特别是对于电除尘器极板、极线起到清理作用。在2号锅炉电除尘器实施断电振打一个月后进行检查，电除尘器极板原有的积灰绝大部分被清除掉，电场内部极板表面较以往检修时要干净很多。
。
（2）在1、2号锅炉电除尘器每个室出口的烟道各安装1台浊度仪，用来检测出口烟气的浊度，从分散控制系统（DCS）敷设机组负荷信号（4～20mA）电缆至电除尘器程序控制（IPC）台，给IPC系统提供负荷控制信号源；高、低压控制柜之间敷设高低压联动控制信号电缆。
（3）IPC控制系统改造。在1～4号炉每台电除尘器IPC控制系统现有平台上，进行系统软件功能升级改造，针对控制器“工况自动检测”，增加TR扩展配置功能，增设节能调节参数功能，节能数据处理功能、节电率统计功能等。
（4）对设备进行节能运行调试。在1～4号炉节能功能投运后，通过多次对锅炉运行工况进行分析，参照在线除尘器出口浊度仪浊度信号，逐步调节节能控制设备参数设定值，如节能系数、负荷系数、各整流变压器的调节参数、节能路线图，最终完成系统的设置，满足现场工况要求，使烟气排放符合排放要求、平均节电率不小于50%。
3.2.2 经济效果
经过测试，改造后电除尘器高压控制柜的电晕功率与改造前相比均大幅降低。以2号机组为例，改造前、后电除尘器设备运行参数如表1所示。
表1 2号炉电除尘在常规、节能各种工作方式下电晕功率及烟尘浊度的对比
运行方式 电晕功率/ kW
节电率/%
烟尘浊度/%
14.2 常规 1444.3
普通节能（600MW）
837.2 42.0 13.5
增强节能（450MW）
451.8 68.7 13.2
超级节能（320MW）
275 81.0 10.7
由表1可以看出改造后的电除尘器节能效果明显。现已完成4台锅炉的电除尘器改造。
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效益测算的前提条件：⑴按锅炉燃用煤质不变进行测算；⑵按2008年机组负荷率为67%，机组年运行6000h测算；⑶仅考虑由于电晕功率降低而产生的节能效果，节电率按70%计算；⑷按成本电价0.3元/(kW·h)计算；⑸由于改造是在机组不停运的情况下，分阶段、分步实施技术改造施工，采用停一台整流变压器，改一台控制柜、调试一台柜子的方法，尽可能缩短设备停运周期，最大限度的减少了对电除尘器运行的影响，因此测算中不考虑停运损失。
测算结果如下：1台锅炉电除尘器每年可节电606.61万kW·h，节约资金181.98万元。4台炉锅炉电除尘器每年节约资金可达727.93万元，经济效益非常可观。
本次改造投入资金172万元，改造4台锅炉的电除尘器。由于改造后减少了电除尘器的耗电量，进而减少了相应的费用，仅此一项收益，使改造投资有望在3个月内收回。此外由于改造后电除尘器运行稳定，极板积灰减少，使维护工作量减少，降低了运行维护费用。
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低设备维护费用。在保证电除尘器除尘效率不降低的前提下，降低了电除尘器耗电量，减少企业发电成本。据了解，在全国BE型电除尘器投入运行的达40多台，如果都能实施节能改造，将节约大量电能，对促进火电厂节能减排工作具有积极的作用。
参考文献：
[1]罗日平.湖南电煤调运困难的原因与对策[J].电力技术经济,2008,20(5):11-14.
[2]原永涛.火力发电厂电除尘器技术[M].北京：化学工业出版社，2004.
[3]陈作文.电除尘器节能控制技术在600MW机组上的应用[J].电力环境保护,2008,24(6):33-35.
[4] 王常力,廖道文.集散型控制系统的设计与应用[M].北京：清华大学出版社，1993.
[5] 邹益仁,马增良,蒲维.现场总线控制系统设计与开发[M].北京：国防工业出版社，2003.
[6] 郑国强.一种基于最优控制和多参量反馈的节能系统开发与应用[C]//第11届国际电除尘器会议论文集.2008.
作者简介：许飞跃（1970.12），男，助理工程师，大专，长期从事火电厂运行管理和除灰技术方面的工作。
4 结语
大唐韩城第二发电有限责任公司对电除尘器的控制系统进行改造，大大降低了电除尘器电气设备的电耗，降低了厂用电率。同时提高了电除尘器的可靠性、稳定性，减少设备损耗，延长设备使用寿命，减少设备维护量，降
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