火電廠新建電除塵器的電氣優(yōu)化設(shè)計(jì)探析

陳敏金

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、技術(shù)水平的提升，人們對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量問(wèn)題越來(lái)越關(guān)注，國(guó)家對(duì)火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)限值管理越來(lái)越嚴(yán)格，1882～2020年共經(jīng)歷了7個(gè)階段，從最開(kāi)始1882年無(wú)標(biāo)準(zhǔn)，到2014年6月，國(guó)務(wù)院首次發(fā)文要求新建燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放≤10mg/m3，一次比一次要求高，大氣污染物的治理力度一次比一次大。對(duì)于近幾年新建電除塵器按超低排放的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行限制，其相應(yīng)的電氣設(shè)備的選型和控制應(yīng)該采用新型的成熟技術(shù)，既能提效節(jié)能也能更加的自動(dòng)化，同時(shí)降低人工成本。故對(duì)于近年來(lái)火電廠新建電除塵的幾大電氣部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 高壓系統(tǒng)

（1）電除塵器是在兩個(gè)曲率半徑相差較大的金屬陽(yáng)極和陰極上，通以高壓直流電，維持一個(gè)足以使氣體電離的靜電場(chǎng)，氣體電離后所生成的電子、陰離子和陽(yáng)離子吸附在通過(guò)是電場(chǎng)的粉塵上，而使粉塵獲得電荷。荷電粉塵在電場(chǎng)力的作用下，依據(jù)異性相吸原理，便向電極性相反的電極驅(qū)進(jìn)而沉積在電極上，以達(dá)到粉塵和氣體分離的目的。驅(qū)進(jìn)速度與電場(chǎng)強(qiáng)度的平方成正比，電場(chǎng)強(qiáng)度與電場(chǎng)內(nèi)施加的電壓成正比，因此，在一般情況下，電場(chǎng)的運(yùn)行電壓越高，電除塵器效率越高。火電廠電除塵器的高壓電源的選擇，目前主流方向是選用高頻電源和三相電源，高頻電源的設(shè)備功率因數(shù)高、設(shè)備效率高，固有節(jié)能約20%，高頻電源諧振頻率為30～40kHz，同常規(guī)的工頻電源相比，常規(guī)工頻電壓是正弦波，平均電壓低，能耗大，高頻電源紋波系數(shù)小于5%，在直流供電時(shí)，它的二次電壓波形幾乎為一條直線，高頻電源提供了幾乎無(wú)波動(dòng)的直流輸出，這使得靜電除塵器能夠以次火花發(fā)生點(diǎn)電壓運(yùn)行，從而提高除塵效率。在許多工況條件下，在保證效率的前提下，高頻電源可以通過(guò)脈沖運(yùn)行的方式促進(jìn)除塵電源系統(tǒng)節(jié)能達(dá)50%以上，其節(jié)能降耗十分可觀。

（2）隨著自動(dòng)化水平的不斷提高，火電廠越來(lái)越多地采用分散控制系統(tǒng)即DCS控制系統(tǒng)，通過(guò)遠(yuǎn)程對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制。高壓電源也可以把其控制和運(yùn)行狀態(tài)通過(guò)通信的方式傳送至DCS，其主要的一些IO點(diǎn)：二次電壓、二次電流、電流極限設(shè)定值、電源的啟動(dòng)和停止、備妥、故障等指令信號(hào)采用硬接線的方式與DCS連接。在安全方面，高壓電源與隔離開(kāi)關(guān)箱和電除塵上的人孔門(mén)有安全連鎖，只要打開(kāi)任意人孔門(mén)或者隔離開(kāi)關(guān)箱門(mén)，其高壓電源啟動(dòng)不了或者運(yùn)行的高壓電源直接跳閘，可以防止運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生安全事故。

2 低壓系統(tǒng)

電除塵低壓設(shè)備種類很多，有熱風(fēng)吹掃系統(tǒng)、保溫箱電加熱系統(tǒng)、頂部陰陽(yáng)極電磁振打系統(tǒng)、灰斗電加熱系統(tǒng)、料位監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)等，這些設(shè)備的主回路和控制回路一般是放在低壓控制柜內(nèi)采用PLC進(jìn)行控制，也可以把其控制直接通過(guò)硬接線的方式傳至DCS系統(tǒng)。每種設(shè)備的功能和作用各不相同，比如，保溫箱電加熱系統(tǒng)和灰斗電加熱系統(tǒng)，通過(guò)鉑熱電阻反饋的實(shí)時(shí)溫度，進(jìn)行溫度區(qū)間控制加熱器的啟動(dòng)和停止，使保溫箱加熱器運(yùn)行在設(shè)定的溫度區(qū)間范圍內(nèi)。保溫箱電加熱器是放置于絕緣瓷瓶的外側(cè)，是為了防止瓷瓶受潮爬電，瓷瓶爬電會(huì)導(dǎo)致高壓電源輸出短路，電壓上不去，影響電除塵器的除塵效率。灰斗電加熱器是圍著灰斗四周，其目的是為了防止灰因?yàn)闇囟冗^(guò)低而結(jié)塊堵住輸灰管路。熱風(fēng)吹掃系統(tǒng)，主要是由電加熱器、風(fēng)機(jī)和手動(dòng)閥構(gòu)成的，通常情況下，控制箱柜可以放置在現(xiàn)場(chǎng)，也是采用溫度區(qū)間控制加熱器的啟停，熱風(fēng)吹掃的風(fēng)機(jī)和加熱器的啟動(dòng)有連鎖，先打開(kāi)風(fēng)機(jī)再開(kāi)加熱器，先停止加熱器再停止風(fēng)機(jī)，防止加熱器干燒，熱風(fēng)吹掃系統(tǒng)是給陰極絕緣瓷瓶的內(nèi)壁送熱風(fēng)，保證陰極絕緣瓷瓶?jī)?nèi)壁干燥，防止電場(chǎng)的濕煙氣跑入瓷瓶?jī)?nèi)，導(dǎo)致瓷瓶受潮爬電破裂。陰陽(yáng)極振打采用頂部電磁振打的方式，電磁振打是利用電磁力工作的，當(dāng)振打器線圈中流過(guò)直流電流時(shí)，產(chǎn)生磁力將振打棒提起至某一高度，然后斷電，磁力消失，振打棒落下，撞擊陽(yáng)極板或陰極框架，產(chǎn)生振打力。振打力的大小由振打高度決定，而振打高度又由流過(guò)線圈電流的大小決定，線圈電流的大小通過(guò)調(diào)節(jié)可控硅的導(dǎo)通角實(shí)現(xiàn)。將電磁振打器接成矩陣的方式，通過(guò)行選開(kāi)關(guān)和列選開(kāi)關(guān)決定具體哪個(gè)振打器工作，任何時(shí)刻，矩陣中每次只允許一個(gè)振打器投入運(yùn)行。由于沉積在電極上的粉塵上部顆粒細(xì)小并致密分布、黏性強(qiáng)；下部顆粒粗并疏松排列，黏性變?nèi)酰枰恼翊蛄ι洗笙滦。敳侩姶耪翊蚣铀俣壬喜枯^大，由于震動(dòng)衰減下部變小，符合極板、極線的清灰要求。頂部電磁振打器可以按分組和矩陣的方式進(jìn)行振打，根據(jù)振打的頻率不同，可以按分組的方式進(jìn)行設(shè)置，每組的振打頻率和振打高度都可以各自根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)可以跟高壓電源進(jìn)行斷電振打，更有利于清灰效果。料位監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)是在灰斗上安裝高低料位計(jì)，把其高低料位信號(hào)送至上位機(jī)，可以在遠(yuǎn)程進(jìn)行監(jiān)控，判斷出灰位，同時(shí)，可以把這兩組料位信號(hào)送至輸灰系統(tǒng)，一旦有高料位報(bào)警，可以讓輸灰系統(tǒng)把相對(duì)應(yīng)的灰斗加強(qiáng)輸灰，消除報(bào)警。

3 上位機(jī)系統(tǒng)

上位機(jī)系統(tǒng)用于遠(yuǎn)程集中監(jiān)控高低設(shè)備，把高壓電源和低壓設(shè)備的信號(hào)和控制通過(guò)通訊的方式傳送到上位機(jī)系統(tǒng)，上位機(jī)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)顯示電除塵的高低壓設(shè)備的運(yùn)行情況，上位機(jī)系統(tǒng)具有以鍋爐負(fù)荷為主、除塵器出口煙道濁度信號(hào)為輔自動(dòng)調(diào)節(jié)高壓電源脈沖運(yùn)行方式的節(jié)能閉環(huán)控制系統(tǒng)，根據(jù)煙塵量的大小，在數(shù)據(jù)庫(kù)里尋找與之相應(yīng)的運(yùn)行方式，在保證除塵效率的基礎(chǔ)上，降低能耗。上位機(jī)系統(tǒng)可放置現(xiàn)場(chǎng)操作室和集控室，互為冗余。同時(shí)，也可以以通信的方式與DCS系統(tǒng)通信，把電除塵器設(shè)備的參數(shù)和控制傳送給DCS系統(tǒng)。

4 本體電氣

4.1 防雷接地

防雷接地，電除塵器的接地電阻要求小于2.0Ω。接地體采用DN50（L=2500mm）的鍍鋅焊接管；連接的鍍鋅扁鋼一般采用60×6，除塵器立柱和鋼支架立柱之間采用DN50的鍍鋅焊接管或60×6的鍍鋅扁鋼或120mm2的軟銅絞線跨接焊，確保導(dǎo)電的連續(xù)可靠。每列電除塵，從鋼支架立柱一般至少引6根接地線引到接地網(wǎng)。電除塵器本體原則上應(yīng)設(shè)獨(dú)立的接地網(wǎng)，其與電廠主地網(wǎng)的連接至少需要2～4處。電除塵本體上的變壓器接地端、現(xiàn)場(chǎng)操作箱、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及管道都應(yīng)可靠接地。

4.2 電纜橋架

電纜橋架，電除塵器是鋼結(jié)構(gòu)的，電纜的敷設(shè)以橋架為主，橋架多采用鋼制梯級(jí)式或者托盤(pán)式。由于火電廠防火要求較高，電纜一般采用阻燃型電纜，對(duì)于一些要求更高的現(xiàn)場(chǎng)還應(yīng)采用耐火電纜。橋架敷設(shè)時(shí)，要設(shè)置阻火段，阻火段應(yīng)采用防火封堵材料、防火隔板等防火材料組合封堵。一般用兩種或兩種以上防火材料組合使用所有進(jìn)入盤(pán)、柜、屏、臺(tái)、箱的分支電纜，外部用阻燃型金屬軟管進(jìn)行保護(hù)，進(jìn)入孔洞后，宜在電纜周圍包裹一層有機(jī)防火堵料，并可用有機(jī)防火堵料堵塞孔洞。

4.3 照明系統(tǒng)

照明系統(tǒng)，電除塵本體平臺(tái)上的照明燈具采用工業(yè)級(jí)的三防燈或者投光燈，具有防水、防塵、防腐蝕的功能，目前主流是采用節(jié)能型的LED燈具，與金鹵燈相比，在相同的照度下，LED燈的能耗更低，使用壽命更長(zhǎng)，更經(jīng)濟(jì)。LED燈具一般采用立管式安裝，固定在除塵器本體平臺(tái)的欄桿側(cè)或者起吊立柱上。照明配電箱宜放置在電除塵的Om層平臺(tái)，樓梯旁邊，方便人員操作，內(nèi)部設(shè)置光控開(kāi)關(guān)或時(shí)控開(kāi)關(guān)，以達(dá)到節(jié)能的目的，同時(shí)更加智能化可以減少現(xiàn)場(chǎng)人員的巡查任務(wù)。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)對(duì)火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)一次次地提高，火電廠對(duì)降低大氣污染排放的設(shè)備越來(lái)越多，如除塵器、脫硫設(shè)備、濕式除塵器等。但作為火電廠煙氣除塵的第一級(jí)設(shè)備，鍋爐99%以上的煙塵都是由除塵器收塵下來(lái)，其運(yùn)行的好壞直接會(huì)影響后面二級(jí)除塵設(shè)備的除塵效果，也會(huì)影響火電廠最終大氣污染物排放的效果。因此，電氣系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)火電廠的大氣污染物的治理至關(guān)重要。