電除塵器節能優化控制系統在電廠的應用
來源：中國環保產業雜志 閱讀：5413 更新時間：2010-12-07 17:36| 詳細信息 | |||||
| 項目名稱 | 電除塵器節能優化控制系統在電廠的應用 | ||||
| 建設地點 | 建設起始時間 | 建設結束時間 | |||
| 建設性質 | 新建 | 工程投資 | 廢水性質 | ||
| 處理規模 | 進水水質 | 出水水質 | |||
| 處理工藝 | 運行費用 | 承包范圍 | |||
工程說明
摘 要:介紹了電除塵器節能的基本原理及一種新型電除塵器節能優化控制系統，以及該節能技術在電廠的應用實例。
關鍵詞:電除塵器;節能;控制系統;應用
1 前言
隨著社會經濟的快速發展，人民生活水平的提高，環境保護日益受到重視。節能減排已成為國家實現可持續發展戰略和轉變經濟增長方式的必然要求，國家不斷加大對企業節能減排的監督檢查力度，鼓勵使用節能設備和采用節能模式，以提高資源的利用率。近年來由于電煤供應形勢緊張，電煤價格一直高位運行，使得發電企業成本居高不下，因此挖掘內部潛力、降低發電成本、已經成為發電企業的首選。
電除塵器是火電廠實現環保達標排放的重要輔助設備，也是一個能耗很高的設備。據不完全統計，目前電除塵器的耗電量為電廠發電量的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濟性，對于發電廠來說，將可獲得巨大的經濟效益和社會效益。
2 電除塵器的能耗情況
近年來，國內新上電廠電除塵器的設備容量情況為：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備和電加熱系統兩部分組成，其中高壓系統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備的耗電，則電廠的效益顯著。
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3 電除塵器的節能原理
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系。一般情況下，電暈功率越高，除塵效率越高。但在燃煤品質低下、灰分含量高的條件下，由于灰分比電阻值大，電場內部經常會發生反電暈現象，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，現階段國內火電廠機組負荷經常會在50%～80%區間波動，可以說負荷變化比較大。當機組負荷變化時，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保效節能。
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生影響，在一定的條件下也都具有節能潛力，因此也都是電除塵器節能控制應該考慮的方面。
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電潛力，經濟效益明顯。
對于排放達標的電除塵器，節能必須建立在滿足達標排放、保證除塵效率的基礎上，充分挖掘其節能空間；對排放未達標的設備則應優先考慮提效，在提效的基礎上再考慮節能。總之，必須根據電除塵器的實際工況條件綜合考慮節能，正確地識別與控制，以達到良好的節能效果。
4 新型節能優化控制系統
如果簡單采用降低電除塵器運行功率和人工設定方式進行節能運行，不僅不科學、不精確，而且由于運行人員的經驗、技術水平、責任心等多種因素的影響，可能導致電除塵系統無法保證最佳的運行方式和運行參數，同時不能隨工況變化自動調節，就有可能導致除塵效率顯著降低、排放超標。
目前，國內企業已自主開發出新型的電除塵節能優化控制系統，該系統在統計分析大量電除塵器現場運行數據、伏安曲線的基礎上，結合電除塵器性能測試對比和電除塵器工藝師的經驗，經過多次改進，建立了最新的工況特性分析診斷的數學模型，基于該模型能夠可靠地計算出電除塵器的反電暈指數和常電暈指數，準確地判斷電場工況是處于反電暈狀態還是正常電暈狀態，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和變化趨勢。
該系統以現場工況分析為基礎，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，開發實現了新的電除塵器節能軟件。在節能軟件的控制下，節能系統根據工況分析和變化的情況自動調整運行參數、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約電除塵器的耗電量，實現提效最優化和節能最大化。
5 節能優化控制系統的應用實例
5.1 中電投貴溪電廠6#爐節能改造
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能控制系統改造。改造完成后，節能系統以電場運行工況分析為依據，自動生成當時情況下的最優運行方式，同時根據工況的變化自動調整最佳方式并合理分配給各電場。當負荷增加時，相應的節電量小，負荷降低時，節電量大。通過對主要調節參數的調整，系統就能夠長期穩定地“節能減排”運行。通過一段時間的調試，電除塵器不僅運行良好，而且節能效果很快就顯現出來。由于5＃、6＃爐的基本情況一樣，從兩爐運行的數據對比中，可以看出6＃爐有明顯的節能效果（見圖1、圖2），而且從煙塵濁度的變化趨勢來看（見圖3），6＃爐在節能運行過程中濁度基本保持穩定，除塵效率始終保持在較高的水平上。
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從IPC系統檔案數據庫提取一段時間的檔案數據進行統計，結果表明6＃爐節能效果顯著。從統計數據來看，5＃爐統計時間段內的平均功率為599kW，6＃爐統計時間段內的平均功率為132kW，相比較而言，6＃爐比5＃爐節電達78％，詳見圖4。
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該電廠有關管理部門對6#爐電除塵器2008年與2007年的電耗進行了對比，發電量基本相同的2008年5-9月與2007年同比共節電173.3萬kW•h，按該電廠上網電價0.42元/kW•h計算，可節約72.79萬元。按照2007年6#機組發電量157,578.6萬kW•h計算，每年可節約114.5萬元。由此可見，節能系統在當年即可達到收回成本的2～4倍，經濟效益可觀。
5.2 華能上安電廠1#、2#號爐電除塵器節能改造應用
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。改造后電除塵器運行穩定，除塵效率很好。在保證除塵效果的前提下，每臺爐電除塵器經常采用投運一半電場運行的方式，以此減少能耗。在此基礎上，該廠2008年又應用了新型電除塵器節能優化控制系統進行節能改造，以進一步挖掘節能降耗潛力。
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。
經對電除塵器改造前后的運行數據進行調查，分別統計了電除塵器空載運行、熱態（負載運行，未節能）、改造前（人工節能，停一半電場）、改造后（自動節能，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＝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，與上述數據基本吻合。本次節能改造后電除塵器運行良好，V/I特性曲線比較理想，系統能夠隨工況變化適時自動調整系統控制參數，在保證除塵效率沒有下降的情況下，節能自動控制運行與常規熱態運行相比，節電率達69%，同時還提高了設備的投運率，改造取得了一舉兩得的好效果。
5.3 華潤阜陽電廠1＃、2＃爐電除塵器節能改造應用
阜陽華潤電力有限公司1＃、2＃爐為640MW超臨界燃煤機組，電除塵設備型號為2BEL486，每爐配20臺高壓硅整流設備。電除塵器日常運行穩定，效果良好。為滿足公司節能降耗的要求，運行中有時采用手工調節方式調整各電場運行占空比，取得一定節能效果，但由于是人工操作，費時費力，且無法適應工況的經常變化，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備進行了節能改造，應用新型電除塵器節能優化控制系統，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，使所有設備能夠根據運行工況及變化自動進行調節，所有參數運行在最佳狀態，實現節能提效，圓滿達到了改造目的。經測試，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，節能率在65%以上，除塵效率較改造前有一定提高，整個節能改造順利達到了節能增效的目的。
5.4 大唐韓城二電廠1～4＃爐電除塵器節能改造應用
大唐韓城第二發電有限責任公司裝機容量2400MW，擁有4臺600MW亞臨界燃煤機組，其中一期1＃、2＃機組于2005年投產發電，二期3＃、4＃機組于2008年投產發電。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，運行穩定，滿足煙塵排放的環保要求。
為滿足節能降耗的要求，該廠應用了新型電除塵器節能優化控制系統對1～4＃機組電除塵器進行節能改造。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，大唐韓城第二發電有限責任公司的4臺鍋爐電除塵設備整個控制過程全部由電除塵器節能優化控制系統進行，大大減少了人為因素對電除塵設備運行的影響，提高了設備運行的可靠性和安全性。電除塵器節能優化控制系統擁有監控模式、節能模式；在節能模式下還有普通節能、增強節能、超級節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時電除塵器既節能運行又達標排放。電除塵器的耗電量大幅降低，最大降幅在80%以上。有關節能效果詳見表1、表2（表中數據摘自本次節能改造項目驗收報告）。
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經過測試，與未改造前相比，改造后的電除塵器設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，節能效果顯著。以電廠統計的1＃爐電除塵設備運行數據為例：在機組負荷為355MW時，未投運節能運行模式時的電除塵設備耗電量為1376kW；同樣負荷下，投運節能方式后電除塵設備的耗電僅為179kW，節電達1197kW，節能效率為87%。由于節能效率與機組負荷以及煤質均有較大關系，只按照平均50%的節電率進行計算，1臺鍋爐電除塵設備每年可節約的電量為（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，一臺爐電除塵設備每年可以節約資金103.5萬元。保守計算，大唐韓城第二發電有限責任公司的4臺爐鍋爐電除塵設備每年節約資金可達414萬元，經濟效益非常可觀。
6 結論
新型節能優化控制系統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、南陽天益發電公司、大唐首陽山電廠等眾多電除塵設備上進行了改造應用，均取得良好的效果，平均節電率大于60%，最高可達90%。這些改造成果表明，電除塵器節能優化控制系統及節能改造能夠充分挖掘電除塵系統的潛力，在保證電除塵設備除塵效率不降低的前提下，大幅降低電除塵設備的電耗，降低廠用耗電率，減少企業發電成本，對企業節能減排工作和經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存在的缺陷和隱患，優化、提高了電除塵設備的可靠性、穩定性，從而大大減少了設備損耗，延長了設備使用壽命，減少了設備的維修量，降低了設備的維護費用。
參考文獻:
鄭國強，等.一種基于最優控制和多參量反饋的節能系統開發與應用[C]. 11屆國際電除塵會議論文集,2008
作者簡介：
鄭國強(1966－)，男，福建龍凈環保股份有限公司電控事業部副部長、電控設計院院長，1987年畢業于湖南大學，高級工程師，碩士學位，主要從事電除塵管理控制系統及節能優化控制的研究、開發與應用等工作。
