火電廠電除塵技術改造及節能研究

姜志勇 山西魯晉王曲發電有限責任公司

某火電廠2 臺發電機組鍋爐配置BE240/2-4 型除塵器，設計的除塵效率為在99.6%以上，除塵器出口排放量在35mg/m3以下。每臺除塵器配有2 臺低壓控制柜和8 臺高壓控制柜，其中高壓控制柜采用兩相可控硅工頻相控電源。整套設備于2009 年投運，在目前運行中，由于電氣元器件老化嚴重，系統硬件不足等原因，導致除塵器存在電暈功率輸出不足、電暈封閉等問題。同時由于控制系統采用的控制技術較為老舊，在電暈封閉、反電暈及節能方面均無法滿足當前火電廠電除塵的排放要求。由此，從節能方面對火電廠現行電除塵技術進行改造尤為重要，經調研考察，最終確定采用高頻電源完成對電除塵技術的改造。

1 高頻電源的應用優勢

調制型高頻電源二次電流、電壓平滑，具有較快的閃絡恢復速度，相比除塵器之前使用的工頻電源，高頻電源在純直流供電時的輸出電壓波紋在5%，遠小于工頻電源。同時，具有較高的閃絡電壓，日常運行電壓是工頻電源的1.3 倍，電流是工頻電源的2 倍，輸入功率更高，可顯著改善電除塵的效果。

電暈功率輸出更強，可穩定運行。調制過程采用“硬開關”，面向負載波動不具有敏感性，具有更強的電暈功率輸出，除塵效果更顯著。

具有靈活的配置，高頻電源可結合傳統電源共同使用，調制頻率覆蓋范圍廣，載波頻率最大值為40kHz，既可與常規變壓器組合形成混合性電源，也可與中高頻變壓器組合形成高頻電源。因其具有靈活的配置能力，所以改造施工簡單，工期較短，且具有相對低廉的成本。

高頻電源三相平衡，輸入不存在諧波，無污染。同時功率因數和效率較高，一般情況下功率因數在90%以上，效率在93%以上；具有更好的節能性，與工頻電源相比，可節能在20%以上。

2 火電廠電除塵技術改造方案

為有效解決電除塵效率低，耗電量大、易發生故障等問題，在充分考慮改造現場實際情況、火電廠原有系統及設備的功能、配置要求的基礎上，采用高頻電源對電除塵技術進行改造，并設計最安全、節能和經濟的改造方案。

①在1 號鍋爐電除塵的第一、第二電場中，采用調制型高頻電源對原有的4 臺工頻電源進行改造，沿用之前的整流變壓器，以及控制柜到變壓器間的電纜，并利用4臺高頻電源控制柜替換原有的工頻控制柜。同時，整體更換1 號鍋爐電除塵控制系統中的銅母排。

②對1 號鍋爐電除塵的第三、第四電場中的H 型工頻高壓控制柜進行改造，選擇新型工頻高壓控制柜予以替換，同樣沿用之前的整流變壓器，以及控制柜到變壓器間的電纜。

③對1 號鍋爐電除塵系統中的電磁振打控制柜與低壓加熱控制柜進行改造，采用新型控制柜予以替換，應用最新的加熱控制和振打方式，可選擇不同的振打程度。同時，重新設計1 號鍋爐電除塵系統中的高低壓連鎖功能，以保證各電場均具有斷電振打的能力，以實現振打效果的提升，有效改善二次揚塵情況，提升電除塵效果。

④在保留原有系統操作模式及監控功能的條件下，在2 號鍋爐電除塵控制系統中連接1 號鍋爐高低壓控制系統的信號，從而實現對高低壓控制系統的遠程操作及監控。

從改造方案的整體來看，在此次改造過程中，對于1～4 號高壓控制柜進行高頻電源改造，保留原有整流變壓器和電纜，改造施工簡單、成本較低。而對于5～8 號高壓控制柜則利用新型的HV32 高壓控制柜進行替換。改造后的高壓控制柜能夠憑借自身算法和數據庫優勢，依照實際煙氣工況采取自適應操作，可有效控制末電場的反電暈情況，同時徹底規避跳停故障的發生，運行穩定性更高。此外，所采用的DZK32電磁振打控制系統，能夠實現數字化、自動化的振打操作。總的來看，通過高頻電源結合控制系統優化完成的火電廠電除塵技術改造，能夠在滿足原有系統功能及配置要求的同時，對系統設計、布置與設備進行全面優化，改造效果良好。

3 火電廠電除塵技術改造節能測試

3.1 節電率計算

火電廠電除塵技術改造節能測試的主要指標為節電率，可通過對電除塵器在一定時間內的累積耗電量，并依據統計電量對單位時間的用電單耗進行計算，通過對比分析改造前后的節能效果。節電率的計算見式（1）：

式中S單相—改造前用電單耗；S三相—改造后用電單耗，kW。

3.2 數據檢測與統計計算

火電廠電除塵技術改造之前，在135MW 負荷下，除塵器工作6h 的累積耗電量為2932kWh，由此可計算出為488.7kW。在改造之后，同樣在135MW 負荷下運行6h，除塵器的累積耗電量為892kWh，計算出為148.7kW。由此，根據式（1）計算得出應用高頻電源進行電除塵技術改造之后，節電率可達到69.6%。

4 火電廠電除塵技術改造后運行狀況及效果評估

4.1 改造后運行參數

火電廠在完成電除塵技術改造并投入運行之后，電場空載和帶負荷運行參數如表1 所示。

表1 電場空載與帶負荷運行參數

可見，1 號鍋爐在改造后，其控制系統具有良好的閃絡特性，不存在電流沖擊，能夠靈敏地響應火花，在發生閃絡后可盡快恢復電場的能量，閃絡現象損失小，能夠起到對反電暈的有效抑制。而且在對控制柜的改造之后，與原先的控制柜相比，不僅在二次電流和電壓方面具有明顯的提升，還實現了對之前電場電源封閉現象的有效消除。同時，在運行方面更具穩定性，不再出現跳停故障，使電場電壓有所提高，火花率降低，運行升壓正常、電力降低，能夠顯著提升電除塵的效果。

4.2 改造后煙塵濃度對比分析

火電廠改造前后的煙塵濃度對比如表2 所示。

表2 改造前后煙塵濃度對比

可見，改造后煙氣出口處的粉塵濃度由33.4mg/m3會降低至18.9mg/m3，粉塵排放量大幅降低。

5 結語

通過對火電廠電除塵技術的改造應用研究，對比改造前后效果，能夠看出改造后的電除塵技術運行更為穩定，對電暈封閉現象的抑制能力更強。同時在節能方面，改造后的節電率達到69.6%，除塵效率達到99.93%。由此證明，在火電廠電除塵技術改造中，應用高頻電源能夠有效提升電除塵技術的可靠性及環境效益，值得在業內大力推廣。