电除尘器节能优化控制系统在电厂的应用
来源：中国环保产业杂志 阅读：4840 更新时间：2010-12-07 17:36| 详细信息 | |||||
| 项目名称 | 电除尘器节能优化控制系统在电厂的应用 | ||||
| 建设地点 | 建设起始时间 | 建设结束时间 | |||
| 建设性质 | 新建 | 工程投资 | 废水性质 | ||
| 处理规模 | 进水水质 | 出水水质 | |||
| 处理工艺 | 运行费用 | 承包范围 | |||
工程说明
摘 要:介绍了电除尘器节能的基本原理及一种新型电除尘器节能优化控制系统，以及该节能技术在电厂的应用实例。
关键词:电除尘器;节能;控制系统;应用
1 前言
随着社会经济的快速发展，人民生活水平的提高，环境保护日益受到重视。节能减排已成为国家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。近年来由于电煤供应形势紧张，电煤价格一直高位运行，使得发电企业成本居高不下，因此挖掘内部潜力、降低发电成本、已经成为发电企业的首选。
电除尘器是火电厂实现环保达标排放的重要辅助设备，也是一个能耗很高的设备。据不完全统计，目前电除尘器的耗电量为电厂发电量的2‰～5‰。如果能够在保证电除尘器正常运行、除尘效率不降低或有提高的前提下，降低电除尘器的电耗、提高电除尘器的运行经济性，对于发电厂来说，将可获得巨大的经济效益和社会效益。
2 电除尘器的能耗情况
近年来，国内新上电厂电除尘器的设备容量情况为：百万千瓦机组为5000～6000kW；60万千瓦机组为3000～4000kW；30万千瓦机组为2000～2500kW。电除尘器的耗电主要由高压硅整流设备和电加热系统两部分组成，其中高压系统的耗电约占电除尘器总耗电量的80％。近两年新上电厂电除尘器典型用电负荷见表1。由表1可见，如果能大幅度降低电除尘器高压硅整流设备的耗电，则电厂的效益显著。
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3 电除尘器的节能原理
在电除尘器的运行过程中，除尘效率与电晕功率有着直接的关系。一般情况下，电晕功率越高，除尘效率越高。但在燃煤品质低下、灰分含量高的条件下，由于灰分比电阻值大，电场内部经常会发生反电晕现象，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，导致除尘效率降低。理论分析和实践证明，采用间歇脉冲供电技术能够克服高比电阻粉尘引起的反电晕，不但可减少电除尘功率消耗，而且可以提高除尘效率。
另外，现阶段国内火电厂机组负荷经常会在50%～80%区间波动，可以说负荷变化比较大。当机组负荷变化时，如果电除尘器一直运行在某一固定模式下，在保证电除尘排放达标的前提下，将会白白浪费大量电能。在这种条件下可以采取降低运行功率的方式来实现保效节能。
锅炉燃烧的煤种、烟气量、烟气温度以及人员操作因素等都是不断变化的，都会对电除尘器的运行产生影响，在一定的条件下也都具有节能潜力，因此也都是电除尘器节能控制应该考虑的方面。
总之，在满足排放要求或除尘效率有所提高的前提下，电除尘器具有很大的节电潜力，经济效益明显。
对于排放达标的电除尘器，节能必须建立在满足达标排放、保证除尘效率的基础上，充分挖掘其节能空间；对排放未达标的设备则应优先考虑提效，在提效的基础上再考虑节能。总之，必须根据电除尘器的实际工况条件综合考虑节能，正确地识别与控制，以达到良好的节能效果。
4 新型节能优化控制系统
如果简单采用降低电除尘器运行功率和人工设定方式进行节能运行，不仅不科学、不精确，而且由于运行人员的经验、技术水平、责任心等多种因素的影响，可能导致电除尘系统无法保证最佳的运行方式和运行参数，同时不能随工况变化自动调节，就有可能导致除尘效率显著降低、排放超标。
目前，国内企业已自主开发出新型的电除尘节能优化控制系统，该系统在统计分析大量电除尘器现场运行数据、伏安曲线的基础上，结合电除尘器性能测试对比和电除尘器工艺师的经验，经过多次改进，建立了最新的工况特性分析诊断的数学模型，基于该模型能够可靠地计算出电除尘器的反电晕指数和常电晕指数，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，通过这些分析可以正确地反映出整台电除尘器的工况状态和变化趋势。
该系统以现场工况分析为基础，以锅炉负荷、烟尘浊度、烟气温度、吹灰信号等多种信号为反馈，开发实现了新的电除尘器节能软件。在节能软件的控制下，节能系统根据工况分析和变化的情况自动调整运行参数、自动选择间歇脉冲供电占空比，使电除尘器始终处于一个经济的运行模式和运行工况，从而达到在保证除尘效率的前提下最大限度地节约电除尘器的耗电量，实现提效最优化和节能最大化。
5 节能优化控制系统的应用实例
5.1 中电投贵溪电厂6#炉节能改造
贵溪电厂两台300MW机组，分别为5＃炉、6＃炉，两台机组电除尘器配置完全一样，平时机组运行情况也基本相同，锅炉负荷基本一致。其中6＃炉2008年3月利用大修时间实施了新型节能控制系统改造。改造完成后，节能系统以电场运行工况分析为依据，自动生成当时情况下的最优运行方式，同时根据工况的变化自动调整最佳方式并合理分配给各电场。当负荷增加时，相应的节电量小，负荷降低时，节电量大。通过对主要调节参数的调整，系统就能够长期稳定地“节能减排”运行。通过一段时间的调试，电除尘器不仅运行良好，而且节能效果很快就显现出来。由于5＃、6＃炉的基本情况一样，从两炉运行的数据对比中，可以看出6＃炉有明显的节能效果（见图1、图2），而且从烟尘浊度的变化趋势来看（见图3），6＃炉在节能运行过程中浊度基本保持稳定，除尘效率始终保持在较高的水平上。
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从IPC系统档案数据库提取一段时间的档案数据进行统计，结果表明6＃炉节能效果显著。从统计数据来看，5＃炉统计时间段内的平均功率为599kW，6＃炉统计时间段内的平均功率为132kW，相比较而言，6＃炉比5＃炉节电达78％，详见图4。
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该电厂有关管理部门对6#炉电除尘器2008年与2007年的电耗进行了对比，发电量基本相同的2008年5-9月与2007年同比共节电173.3万kW•h，按该电厂上网电价0.42元/kW•h计算，可节约72.79万元。按照2007年6#机组发电量157,578.6万kW•h计算，每年可节约114.5万元。由此可见，节能系统在当年即可达到收回成本的2～4倍，经济效益可观。
5.2 华能上安电厂1#、2#号炉电除尘器节能改造应用
华能上安电厂1#、2#号炉电除尘器于2000年进行了整体改造，每台炉采用两台电除尘器，每台电除尘器分12个供电分区。改造后电除尘器运行稳定，除尘效率很好。在保证除尘效果的前提下，每台炉电除尘器经常采用投运一半电场运行的方式，以此减少能耗。在此基础上，该厂2008年又应用了新型电除尘器节能优化控制系统进行节能改造，以进一步挖掘节能降耗潜力。
改造完毕后从烟囱排烟的实际情况看，除尘器的除尘效率处于理想的状态。
经对电除尘器改造前后的运行数据进行调查，分别统计了电除尘器空载运行、热态（负载运行，未节能）、改造前（人工节能，停一半电场）、改造后（自动节能，电场全开）等不同工况的功率情况，以及不同工况下电除尘器消耗的电量（按电厂每台炉电除尘器全年280天可利用小时数＝6700小时计算），如图5所示。
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从电除尘器改造完成投运后一个月的实际耗电量来看，与上述数据基本吻合。本次节能改造后电除尘器运行良好，V/I特性曲线比较理想，系统能够随工况变化适时自动调整系统控制参数，在保证除尘效率没有下降的情况下，节能自动控制运行与常规热态运行相比，节电率达69%，同时还提高了设备的投运率，改造取得了一举两得的好效果。
5.3 华润阜阳电厂1＃、2＃炉电除尘器节能改造应用
阜阳华润电力有限公司1＃、2＃炉为640MW超临界燃煤机组，电除尘设备型号为2BEL486，每炉配20台高压硅整流设备。电除尘器日常运行稳定，效果良好。为满足公司节能降耗的要求，运行中有时采用手工调节方式调整各电场运行占空比，取得一定节能效果，但由于是人工操作，费时费力，且无法适应工况的经常变化，存在较大的局限性和不合理性。
2009年初，电厂对电除尘器的电控设备进行了节能改造，应用新型电除尘器节能优化控制系统，引入锅炉负荷等信号，对电除尘器电控部分进行整体升级改造，使所有设备能够根据运行工况及变化自动进行调节，所有参数运行在最佳状态，实现节能提效，圆满达到了改造目的。经测试，改造后两台炉的除尘效率分别为99.76％、99.53%，均超过99.5%的保证效率，节能率在65%以上，除尘效率较改造前有一定提高，整个节能改造顺利达到了节能增效的目的。
5.4 大唐韩城二电厂1～4＃炉电除尘器节能改造应用
大唐韩城第二发电有限责任公司装机容量2400MW，拥有4台600MW亚临界燃煤机组，其中一期1＃、2＃机组于2005年投产发电，二期3＃、4＃机组于2008年投产发电。4台机组电除尘全部采用BE型卧式双室四电场干式静电除尘器，运行稳定，满足烟尘排放的环保要求。
为满足节能降耗的要求，该厂应用了新型电除尘器节能优化控制系统对1～4＃机组电除尘器进行节能改造。4台电除尘器在2009年初交叉进行改造，两个月左右顺利完成了整个改造工作。
通过改造，大唐韩城第二发电有限责任公司的4台锅炉电除尘设备整个控制过程全部由电除尘器节能优化控制系统进行，大大减少了人为因素对电除尘设备运行的影响，提高了设备运行的可靠性和安全性。电除尘器节能优化控制系统拥有监控模式、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操作人员选择，从而保证了在不同煤质时电除尘器既节能运行又达标排放。电除尘器的耗电量大幅降低，最大降幅在80%以上。有关节能效果详见表1、表2（表中数据摘自本次节能改造项目验收报告）。
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经过测试，与未改造前相比，改造后的电除尘器设备高压控制柜的运行电压、运行电流均大幅降低，电除尘能耗大幅下降，节能效果显著。以电厂统计的1＃炉电除尘设备运行数据为例：在机组负荷为355MW时，未投运节能运行模式时的电除尘设备耗电量为1376kW；同样负荷下，投运节能方式后电除尘设备的耗电仅为179kW，节电达1197kW，节能效率为87%。由于节能效率与机组负荷以及煤质均有较大关系，只按照平均50%的节电率进行计算，1台锅炉电除尘设备每年可节约的电量为（按照机组年运行5000小时保守计算）：1376×0.5×5000＝345万kW。按照电价为0.3元/ kW计算，一台炉电除尘设备每年可以节约资金103.5万元。保守计算，大唐韩城第二发电有限责任公司的4台炉锅炉电除尘设备每年节约资金可达414万元，经济效益非常可观。
6 结论
新型节能优化控制系统先后在华电可门电厂、国电铜陵电厂、国华台山电厂、华能汕头电厂、南阳天益发电公司、大唐首阳山电厂等众多电除尘设备上进行了改造应用，均取得良好的效果，平均节电率大于60%，最高可达90%。这些改造成果表明，电除尘器节能优化控制系统及节能改造能够充分挖掘电除尘系统的潜力，在保证电除尘设备除尘效率不降低的前提下，大幅降低电除尘设备的电耗，降低厂用耗电率，减少企业发电成本，对企业节能减排工作和经营工作都起到了极大的促进作用。通过改造，同时处理了电除尘系统存在的缺陷和隐患，优化、提高了电除尘设备的可靠性、稳定性，从而大大减少了设备损耗，延长了设备使用寿命，减少了设备的维修量，降低了设备的维护费用。
参考文献:
郑国强，等.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]. 11届国际电除尘会议论文集,2008
作者简介：
郑国强(1966－)，男，福建龙净环保股份有限公司电控事业部副部长、电控设计院院长，1987年毕业于湖南大学，高级工程师，硕士学位，主要从事电除尘管理控制系统及节能优化控制的研究、开发与应用等工作。
