電除塵器節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)在電廠的應(yīng)用
來源：中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)雜志 閱讀：5454 更新時間：2010-12-07 17:36| 詳細信息 | |||||
| 項目名稱 | 電除塵器節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)在電廠的應(yīng)用 | ||||
| 建設(shè)地點 | 建設(shè)起始時間 | 建設(shè)結(jié)束時間 | |||
| 建設(shè)性質(zhì) | 新建 | 工程投資 | 廢水性質(zhì) | ||
| 處理規(guī)模 | 進水水質(zhì) | 出水水質(zhì) | |||
| 處理工藝 | 運行費用 | 承包范圍 | |||
工程說明
摘 要:介紹了電除塵器節(jié)能的基本原理及一種新型電除塵器節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)，以及該節(jié)能技術(shù)在電廠的應(yīng)用實例。
關(guān)鍵詞:電除塵器;節(jié)能;控制系統(tǒng);應(yīng)用
1 前言
隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民生活水平的提高，環(huán)境保護日益受到重視。節(jié)能減排已成為國家實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式的必然要求，國家不斷加大對企業(yè)節(jié)能減排的監(jiān)督檢查力度，鼓勵使用節(jié)能設(shè)備和采用節(jié)能模式，以提高資源的利用率。近年來由于電煤供應(yīng)形勢緊張，電煤價格一直高位運行，使得發(fā)電企業(yè)成本居高不下，因此挖掘內(nèi)部潛力、降低發(fā)電成本、已經(jīng)成為發(fā)電企業(yè)的首選。
電除塵器是火電廠實現(xiàn)環(huán)保達標(biāo)排放的重要輔助設(shè)備，也是一個能耗很高的設(shè)備。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前電除塵器的耗電量為電廠發(fā)電量的2‰～5‰。如果能夠在保證電除塵器正常運行、除塵效率不降低或有提高的前提下，降低電除塵器的電耗、提高電除塵器的運行經(jīng)濟性，對于發(fā)電廠來說，將可獲得巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。
2 電除塵器的能耗情況
近年來，國內(nèi)新上電廠電除塵器的設(shè)備容量情況為：百萬千瓦機組為5000～6000kW；60萬千瓦機組為3000～4000kW；30萬千瓦機組為2000～2500kW。電除塵器的耗電主要由高壓硅整流設(shè)備和電加熱系統(tǒng)兩部分組成，其中高壓系統(tǒng)的耗電約占電除塵器總耗電量的80％。近兩年新上電廠電除塵器典型用電負荷見表1。由表1可見，如果能大幅度降低電除塵器高壓硅整流設(shè)備的耗電，則電廠的效益顯著。
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3 電除塵器的節(jié)能原理
在電除塵器的運行過程中，除塵效率與電暈功率有著直接的關(guān)系。一般情況下，電暈功率越高，除塵效率越高。但在燃煤品質(zhì)低下、灰分含量高的條件下，由于灰分比電阻值大，電場內(nèi)部經(jīng)常會發(fā)生反電暈現(xiàn)象，這時若過分增加電除塵器高壓供電功率，反而會加重反電暈，導(dǎo)致除塵效率降低。理論分析和實踐證明，采用間歇脈沖供電技術(shù)能夠克服高比電阻粉塵引起的反電暈，不但可減少電除塵功率消耗，而且可以提高除塵效率。
另外，現(xiàn)階段國內(nèi)火電廠機組負荷經(jīng)常會在50%～80%區(qū)間波動，可以說負荷變化比較大。當(dāng)機組負荷變化時，如果電除塵器一直運行在某一固定模式下，在保證電除塵排放達標(biāo)的前提下，將會白白浪費大量電能。在這種條件下可以采取降低運行功率的方式來實現(xiàn)保效節(jié)能。
鍋爐燃燒的煤種、煙氣量、煙氣溫度以及人員操作因素等都是不斷變化的，都會對電除塵器的運行產(chǎn)生影響，在一定的條件下也都具有節(jié)能潛力，因此也都是電除塵器節(jié)能控制應(yīng)該考慮的方面。
總之，在滿足排放要求或除塵效率有所提高的前提下，電除塵器具有很大的節(jié)電潛力，經(jīng)濟效益明顯。
對于排放達標(biāo)的電除塵器，節(jié)能必須建立在滿足達標(biāo)排放、保證除塵效率的基礎(chǔ)上，充分挖掘其節(jié)能空間；對排放未達標(biāo)的設(shè)備則應(yīng)優(yōu)先考慮提效，在提效的基礎(chǔ)上再考慮節(jié)能？傊仨毟鶕(jù)電除塵器的實際工況條件綜合考慮節(jié)能，正確地識別與控制，以達到良好的節(jié)能效果。
4 新型節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)
如果簡單采用降低電除塵器運行功率和人工設(shè)定方式進行節(jié)能運行，不僅不科學(xué)、不精確，而且由于運行人員的經(jīng)驗、技術(shù)水平、責(zé)任心等多種因素的影響，可能導(dǎo)致電除塵系統(tǒng)無法保證最佳的運行方式和運行參數(shù)，同時不能隨工況變化自動調(diào)節(jié)，就有可能導(dǎo)致除塵效率顯著降低、排放超標(biāo)。
目前，國內(nèi)企業(yè)已自主開發(fā)出新型的電除塵節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在統(tǒng)計分析大量電除塵器現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)、伏安曲線的基礎(chǔ)上，結(jié)合電除塵器性能測試對比和電除塵器工藝師的經(jīng)驗，經(jīng)過多次改進，建立了最新的工況特性分析診斷的數(shù)學(xué)模型，基于該模型能夠可靠地計算出電除塵器的反電暈指數(shù)和常電暈指數(shù)，準(zhǔn)確地判斷電場工況是處于反電暈狀態(tài)還是正常電暈狀態(tài)，通過這些分析可以正確地反映出整臺電除塵器的工況狀態(tài)和變化趨勢。
該系統(tǒng)以現(xiàn)場工況分析為基礎(chǔ)，以鍋爐負荷、煙塵濁度、煙氣溫度、吹灰信號等多種信號為反饋，開發(fā)實現(xiàn)了新的電除塵器節(jié)能軟件。在節(jié)能軟件的控制下，節(jié)能系統(tǒng)根據(jù)工況分析和變化的情況自動調(diào)整運行參數(shù)、自動選擇間歇脈沖供電占空比，使電除塵器始終處于一個經(jīng)濟的運行模式和運行工況，從而達到在保證除塵效率的前提下最大限度地節(jié)約電除塵器的耗電量，實現(xiàn)提效最優(yōu)化和節(jié)能最大化。
5 節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用實例
5.1 中電投貴溪電廠6#爐節(jié)能改造
貴溪電廠兩臺300MW機組，分別為5＃爐、6＃爐，兩臺機組電除塵器配置完全一樣，平時機組運行情況也基本相同，鍋爐負荷基本一致。其中6＃爐2008年3月利用大修時間實施了新型節(jié)能控制系統(tǒng)改造。改造完成后，節(jié)能系統(tǒng)以電場運行工況分析為依據(jù)，自動生成當(dāng)時情況下的最優(yōu)運行方式，同時根據(jù)工況的變化自動調(diào)整最佳方式并合理分配給各電場。當(dāng)負荷增加時，相應(yīng)的節(jié)電量小，負荷降低時，節(jié)電量大。通過對主要調(diào)節(jié)參數(shù)的調(diào)整，系統(tǒng)就能夠長期穩(wěn)定地“節(jié)能減排”運行。通過一段時間的調(diào)試，電除塵器不僅運行良好，而且節(jié)能效果很快就顯現(xiàn)出來。由于5＃、6＃爐的基本情況一樣，從兩爐運行的數(shù)據(jù)對比中，可以看出6＃爐有明顯的節(jié)能效果（見圖1、圖2），而且從煙塵濁度的變化趨勢來看（見圖3），6＃爐在節(jié)能運行過程中濁度基本保持穩(wěn)定，除塵效率始終保持在較高的水平上。
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從IPC系統(tǒng)檔案數(shù)據(jù)庫提取一段時間的檔案數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，結(jié)果表明6＃爐節(jié)能效果顯著。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，5＃爐統(tǒng)計時間段內(nèi)的平均功率為599kW，6＃爐統(tǒng)計時間段內(nèi)的平均功率為132kW，相比較而言，6＃爐比5＃爐節(jié)電達78％，詳見圖4。
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該電廠有關(guān)管理部門對6#爐電除塵器2008年與2007年的電耗進行了對比，發(fā)電量基本相同的2008年5-9月與2007年同比共節(jié)電173.3萬kW•h，按該電廠上網(wǎng)電價0.42元/kW•h計算，可節(jié)約72.79萬元。按照2007年6#機組發(fā)電量157,578.6萬kW•h計算，每年可節(jié)約114.5萬元。由此可見，節(jié)能系統(tǒng)在當(dāng)年即可達到收回成本的2～4倍，經(jīng)濟效益可觀。
5.2 華能上安電廠1#、2#號爐電除塵器節(jié)能改造應(yīng)用
華能上安電廠1#、2#號爐電除塵器于2000年進行了整體改造，每臺爐采用兩臺電除塵器，每臺電除塵器分12個供電分區(qū)。改造后電除塵器運行穩(wěn)定，除塵效率很好。在保證除塵效果的前提下，每臺爐電除塵器經(jīng)常采用投運一半電場運行的方式，以此減少能耗。在此基礎(chǔ)上，該廠2008年又應(yīng)用了新型電除塵器節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)進行節(jié)能改造，以進一步挖掘節(jié)能降耗潛力。
改造完畢后從煙囪排煙的實際情況看，除塵器的除塵效率處于理想的狀態(tài)。
經(jīng)對電除塵器改造前后的運行數(shù)據(jù)進行調(diào)查，分別統(tǒng)計了電除塵器空載運行、熱態(tài)（負載運行，未節(jié)能）、改造前（人工節(jié)能，停一半電場）、改造后（自動節(jié)能，電場全開）等不同工況的功率情況，以及不同工況下電除塵器消耗的電量（按電廠每臺爐電除塵器全年280天可利用小時數(shù)＝6700小時計算），如圖5所示。
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從電除塵器改造完成投運后一個月的實際耗電量來看，與上述數(shù)據(jù)基本吻合。本次節(jié)能改造后電除塵器運行良好，V/I特性曲線比較理想，系統(tǒng)能夠隨工況變化適時自動調(diào)整系統(tǒng)控制參數(shù)，在保證除塵效率沒有下降的情況下，節(jié)能自動控制運行與常規(guī)熱態(tài)運行相比，節(jié)電率達69%，同時還提高了設(shè)備的投運率，改造取得了一舉兩得的好效果。
5.3 華潤阜陽電廠1＃、2＃爐電除塵器節(jié)能改造應(yīng)用
阜陽華潤電力有限公司1＃、2＃爐為640MW超臨界燃煤機組，電除塵設(shè)備型號為2BEL486，每爐配20臺高壓硅整流設(shè)備。電除塵器日常運行穩(wěn)定，效果良好。為滿足公司節(jié)能降耗的要求，運行中有時采用手工調(diào)節(jié)方式調(diào)整各電場運行占空比，取得一定節(jié)能效果，但由于是人工操作，費時費力，且無法適應(yīng)工況的經(jīng)常變化，存在較大的局限性和不合理性。
2009年初，電廠對電除塵器的電控設(shè)備進行了節(jié)能改造，應(yīng)用新型電除塵器節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)，引入鍋爐負荷等信號，對電除塵器電控部分進行整體升級改造，使所有設(shè)備能夠根據(jù)運行工況及變化自動進行調(diào)節(jié)，所有參數(shù)運行在最佳狀態(tài)，實現(xiàn)節(jié)能提效，圓滿達到了改造目的。經(jīng)測試，改造后兩臺爐的除塵效率分別為99.76％、99.53%，均超過99.5%的保證效率，節(jié)能率在65%以上，除塵效率較改造前有一定提高，整個節(jié)能改造順利達到了節(jié)能增效的目的。
5.4 大唐韓城二電廠1～4＃爐電除塵器節(jié)能改造應(yīng)用
大唐韓城第二發(fā)電有限責(zé)任公司裝機容量2400MW，擁有4臺600MW亞臨界燃煤機組，其中一期1＃、2＃機組于2005年投產(chǎn)發(fā)電，二期3＃、4＃機組于2008年投產(chǎn)發(fā)電。4臺機組電除塵全部采用BE型臥式雙室四電場干式靜電除塵器，運行穩(wěn)定，滿足煙塵排放的環(huán)保要求。
為滿足節(jié)能降耗的要求，該廠應(yīng)用了新型電除塵器節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)對1～4＃機組電除塵器進行節(jié)能改造。4臺電除塵器在2009年初交叉進行改造，兩個月左右順利完成了整個改造工作。
通過改造，大唐韓城第二發(fā)電有限責(zé)任公司的4臺鍋爐電除塵設(shè)備整個控制過程全部由電除塵器節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)進行，大大減少了人為因素對電除塵設(shè)備運行的影響，提高了設(shè)備運行的可靠性和安全性。電除塵器節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)擁有監(jiān)控模式、節(jié)能模式；在節(jié)能模式下還有普通節(jié)能、增強節(jié)能、超級節(jié)能等多種運行模式可供操作人員選擇，從而保證了在不同煤質(zhì)時電除塵器既節(jié)能運行又達標(biāo)排放。電除塵器的耗電量大幅降低，最大降幅在80%以上。有關(guān)節(jié)能效果詳見表1、表2（表中數(shù)據(jù)摘自本次節(jié)能改造項目驗收報告）。
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經(jīng)過測試，與未改造前相比，改造后的電除塵器設(shè)備高壓控制柜的運行電壓、運行電流均大幅降低，電除塵能耗大幅下降，節(jié)能效果顯著。以電廠統(tǒng)計的1＃爐電除塵設(shè)備運行數(shù)據(jù)為例：在機組負荷為355MW時，未投運節(jié)能運行模式時的電除塵設(shè)備耗電量為1376kW；同樣負荷下，投運節(jié)能方式后電除塵設(shè)備的耗電僅為179kW，節(jié)電達1197kW，節(jié)能效率為87%。由于節(jié)能效率與機組負荷以及煤質(zhì)均有較大關(guān)系，只按照平均50%的節(jié)電率進行計算，1臺鍋爐電除塵設(shè)備每年可節(jié)約的電量為（按照機組年運行5000小時保守計算）：1376×0.5×5000＝345萬kW。按照電價為0.3元/ kW計算，一臺爐電除塵設(shè)備每年可以節(jié)約資金103.5萬元。保守計算，大唐韓城第二發(fā)電有限責(zé)任公司的4臺爐鍋爐電除塵設(shè)備每年節(jié)約資金可達414萬元，經(jīng)濟效益非？捎^。
6 結(jié)論
新型節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)先后在華電可門電廠、國電銅陵電廠、國華臺山電廠、華能汕頭電廠、南陽天益發(fā)電公司、大唐首陽山電廠等眾多電除塵設(shè)備上進行了改造應(yīng)用，均取得良好的效果，平均節(jié)電率大于60%，最高可達90%。這些改造成果表明，電除塵器節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)及節(jié)能改造能夠充分挖掘電除塵系統(tǒng)的潛力，在保證電除塵設(shè)備除塵效率不降低的前提下，大幅降低電除塵設(shè)備的電耗，降低廠用耗電率，減少企業(yè)發(fā)電成本，對企業(yè)節(jié)能減排工作和經(jīng)營工作都起到了極大的促進作用。通過改造，同時處理了電除塵系統(tǒng)存在的缺陷和隱患，優(yōu)化、提高了電除塵設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性，從而大大減少了設(shè)備損耗，延長了設(shè)備使用壽命，減少了設(shè)備的維修量，降低了設(shè)備的維護費用。
參考文獻:
鄭國強，等.一種基于最優(yōu)控制和多參量反饋的節(jié)能系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用[C]. 11屆國際電除塵會議論文集,2008
作者簡介：
鄭國強(1966－)，男，福建龍凈環(huán)保股份有限公司電控事業(yè)部副部長、電控設(shè)計院院長，1987年畢業(yè)于湖南大學(xué)，高級工程師，碩士學(xué)位，主要從事電除塵管理控制系統(tǒng)及節(jié)能優(yōu)化控制的研究、開發(fā)與應(yīng)用等工作。
