新能能源有限公司热电站装置电除尘立项建设节能改造建设可行性研究报告.doc

新能能源有限公司热电站装置
#1炉电除尘节能改造
可行性报告

北京*****电子科技有限公司

2010年12月1日

目 录
1． 前言 3
2． 编制依据及技术标准 4
3． 电厂概况 4
3.1电厂规模 4
3.2机组状况 4
4．项目简介 4
4.1项目名称 4
4.2改造理由 5
4.3建设规模与产品方案 5
4.4改造的必要性 5
5．生产工艺和设备选型 6
5.1技术方案 6
5.2主要设备 11
5.3工程方案 12
6. 经济效益预测 13
6.1经济评估 13
6.2投资回收期 13
7. 结论 13
8. 主要业绩 14
附件1 15

公 司 简 介
北京航天益来电子科技有限公司隶属于为共和国国防事业铸造“两弹一星”历史丰碑的中国航天科工集团，始创于1985年。公司是由航天科技控股集团股份有限公司（深市000901）控股，中国航天科工集团第二研究院、中国航天科工集团四部参股及全体员工入股兴办的大型国有高新技术企业。
公司秉承航天系统“科学、严谨、求实”的一贯作风，自1996年涉足环保领域以来，始终致力于环境自动监控设备，监控网络、环境信息监控、应急指挥、环境辅助决策支持系统、节能产品的研制开发及服务，经过十五年的发展，具备了建立区域环境治理的综合能力。可为主管部门在污染源监控、环境执法、总量减排、区域环评、决策、节能、规划等方面提供科学的技术支持。并推动了国家环保相关领域技术标准、法律法规的建立与完善，为国家节能环保产业做出了杰出的贡献。
1．前言
电除尘器是机电一体化设备，由机械本体设备和电气设备两部分构成。目前，电除尘器已经成为火力发电厂第一大辅机和重要的环保设备，其工作状况的好坏，对机组的稳定运行和经济性有着重要影响。电除尘器的收尘机是在阴阳极间建立高压静电场，通过气体电离及粉尘荷电达到收尘目的，因而电除尘器在运行过程中将消耗大量的电能。据不完全统计，目前电除尘器的收尘耗电量约占整台机组发电容量的0.3～0.6%之间，降低电除尘器的收尘电耗，对于提高电除尘器的运行经济性，提高经济效益，具有十分重要的意义。
火力发电厂在竞争日益激烈的市场经济条件下，不仅要考虑产出，也要考虑投入，以尽量少的资源投入和环境代价实现尽可能大的产出，切实做到节约发展、清洁发展、安全发展、可持续发展，故对电除尘电气控制系统进行节能技术改造显得极其重要。
2. 编制依据及技术标准
（1）《中华人民共和国环境保护法》（1989年12月26日起实施）；
（2）《中华人民共和国大气污染防治法》（修订版，2000年9月1日起实施）；
（3）《中华人民共和国环境噪声污染防治法》（1997年3月1日起实施）；
（4）《中华人民共和国环境影响评价法》（2003年9月1日起施行）；
（5）国务院（1998）253号令《建设项目环境保护管理条例》；
（6）设计图纸和厂家技术资料；
（7）《电气装置安装工程母线装置施工及验收规范》GBJ50149-90；
（8）《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》GB50168-92；
（9）《电气装置安装工程盘、柜及二次回路接线施工及验收规范》GB50171-92；
（10）《电气装置安装工程高压电器施工及验收规范》GB50147-90；
（11）《电气装置安装工程接地施工及验收规范》GB50169-92；
（12） 《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》GBJ50150-91。
3. 电厂概况
3.1电厂规模
新能能源有限公司公用工程配套热电站：三台160t/h锅炉、一台25MW抽凝汽式发电机组
3.2机组状况
本工程锅炉采用无锡锅炉股份有限公司生产的160t/h高温高压循环硫床锅炉。
型号：UG-160/9.8-M3
额定蒸发量：160t/h
过热蒸汽压力：9.81MPa
过热蒸汽温度：540℃
计算热效率：≥90.64%
排烟温度：138℃
给水温度：215℃
燃料：烟煤
本锅炉配套单室四电场电除尘器
4．项目简介
4.1项目名称
新能能源有限公司热电站装置#1 炉电除尘节能改造。
4.2改造理由
根据《国务院关于进一步加大工作力度确保实现“十一五”节能减排目标的通知 》国发（2010）12号文件“实现“十一五”单位国内生产总值能耗降低百分之20左右，化学需氧量排放总量下降百分之9.66，二氧化硫排放总量下降百分之13.14；推动重点领域节能减排。加强电力、钢铁、有色、石油石化、化工、建材等重点行业节能减排管理，加大用先进适用技术改造传统产业的力度，大力推广节能技术产品”的要求，通过对厂内高压静电除尘器的技术改造，来提高设备的除尘效率，降低设备的运行电耗，从而实现节能减排，为企业取得良好的经济效益和社会效益。
新能能源有限公司热电站装置#1炉电除尘器由于投运时间较早，高低压柜未采用新的节能控制技术，造成电除尘器能耗较高，有必要进行节能技术改造。目前电除尘节能供电方式，国内各大小电厂中均已投入实际运行。为了扩大企业生产能力，对现有设备进行改造，提高技术装备水平,合理开发利用资源，增加社会财富，实现可持续发展的需要,对电厂发展规划、产品发展前景和项目实施后有重要的意义。
4.3建设规模与产品方案
新能能源有限公司热电站装置#1炉电除尘电气控制系统为浙江阿尔斯通环保科技有限公司配置的4台高压控制柜，拟改造为北京航天益来电子科技有限公司提供的DKZ-2电除尘器电源调整器共4台；将电除尘器处于节能供电方式下，根据现场运行工况和条件为脉冲参数调节依据基础上，结合理论分析，确定最佳的工作参数，使电除尘器运行在最大节能工况下。
4.4改造的必要性
火力发电厂在竞争日益激烈的市场经济条件下，不仅要考虑产出，也要考虑投入，以尽量少的资源投入和环境代价实现尽可能大的产出，切实做到节约发展、清洁发展、安全发展、可持续发展，故对#1炉电除尘电气控制系统进行节能技术改造显得极其重要，新控制系统既能提高电除尘器的自动化程度及整体运行和管理水平，最终达到电除尘器的节能提效目的。通过技术改造，降低电除尘器工作耗电量，实现电除尘器的节能运行，同时也能提高除尘器电控装置运行的稳定性及可靠性。节能供电方式能有效克服该机组电除尘器运行中存在的反电晕工况，并且能大幅度降低电除尘器的收尘电耗。目前，1#炉电除尘器额定总电功率为496KVA，在常规工作方式下(135T运行、整流变压器二次功率)#1炉电除尘器总电功率为105.694KW(其中有#1一电场高压控制柜非正常)，按改造后总电功率降低50%计算,以该机组年投运7500小时，电价0.47元/度计算，#1炉每年可节约厂用电396337.5度，创造经济效益18.63万元。从以上数据可以看出，如对电除尘器原有电控设备进行改造或更新，将具有较大的经济效益和环保意义，因此该改造项目无论是直接效益还是间接效益都是十分可观的。
5．生产工艺和设备选型
5.1技术方案
为促进 “十一五”节能减排目标的实现，经过全面调研及仔细论证，采用北京航天益来电子科技有限公司的节能控制技术可大幅度降低电除尘器的耗电率，可以产生可观的经济效益与社会效益。常规设计电除尘器运行过程中，往往采用较高的运行电压，即提高放电极与收尘极之间的场强，使得烟气中的粉尘快速荷电，以达到提高除尘效率的目的。然而，电除尘器是一个等效电容体，硅整流变压器是一个电感元件，当运行电压提高到一定幅度时，运行电流将非线性地迅速增加，电流的大幅度增加，抑制了运行电压的提高。此时，不仅极易出现反电晕现象，影响除尘效率，而且大量自由电子来不及使粉尘荷电，而直接到达收尘极以光能与热能的形式被消耗掉。为此，节能型电除尘器电源及控制系统，其独有的脉冲节能供电功能，由供电管理系统根据工况的变化，对送入电除尘器本体内的运行电压，自动进行高、低能量脉冲的幅度比与高、低能量脉冲的个数比（宽度）闭环调整（现有的电除尘节能方式仅有高能量脉冲，而没有低能量脉冲，故无法维持除尘效率）。既为电除尘器本体提供较高的场强，又为电除尘器本体补充运行过程中消耗掉的能量，充分利用电感与电容的储能特性，最大限度地提高运行电压、降低运行电流。在维持或略有提升除尘效率的前提下，既避免了反电晕现象的出现，又可将以热能与光能的形式消耗掉的电能节省下来，从而实现节能效果。
高压控制利用可控硅调压，以电除尘器出口粉尘排放浓度数据为反馈控制依据，对电除尘器的运行参数及工作方式进行自动调整，使电除尘器始终工作在高效或节能的最佳运行状况下，对电场内部的一次电压、一次电流、二次电压、二次电流进行控制，低压控制保留原低压控制不变。
高压控制器可以根据振打信号，实现降压振打功能，避免振打运行过程中造成的二次扬尘现象，在一定程度上可以提高除尘效率，降低出口排放。

5.1.1 DKZ-2电源调整器特点：
DKZ-2型电除尘器电源调整器,,该装置为稳定性好、高智能的微机型控制器, 该产品是在博览众家之常的基础之上，结合几十年来在电力系统保护方面的特长，针对国内电除尘行业的特点推陈出新的新一代产品，与同行业产品相比具有如下独到的特点：
（1）新颖的火花识别原理
在电力仪表测量技术的基础上，参照变压器匝间保护的动作原理，结合电除尘器本体内部二次电流、二次电压在出现火花闪络前后的变化规律，以单片机软件判别为主，D/A转换器硬件比较为辅，对火花进行准确识别。并根据火花能量的强弱，进行最佳控制，达到电流、电压下降幅度小，回升过程快，不封锁可控硅，而获得最大的有效电晕功率之目的。
（2）高压供电采用多CPU控制及双口RAM资源共享技术
测量单片机应用频率跟踪技术，专门对高压部件的一次信号、二次信号进行实时采样、分析、处理及控制，始终按照给定参量进行最佳运行；管理单片机一方面对硅整流变压器的油温、油位、瓦斯等状态量进行监测，另一方面进行键盘、显示管理；通信单片机将运行参量通过带隔离的RS-485接口送上位机，或接受供电管理系统的控制与管理。
（3）操作使用方便
高压控制在面板上进行监视和操作。具有开机、停机、参数显示、参数设定、多种高压供电方式；15位LED和12只发光二极管组成的显示窗口，可显示数字量参数24种，故障信息16种；工作参数设定具有记忆功能，断电后再启动，如不需要改，运行参数则不必重新设定；故障信息具有储存功能。通过面板按键操作，可随时观察历史故障信息，便于了解各个设备的工作特性。
（4）产品的高标准电磁兼容性
随着科学技术的发展，大量技术含量高、内部结构复杂的电工、电子产品得到广泛应用，电磁环境在对人类产生直接影响的同时，也对电工、电子产品的安全和可靠性产生严重影响和危害。自1996年1月1日起，欧盟开始强制执行89/336/EEC指令，指令规定所有电子电器产品必须符合EMC要求，才能在欧洲市场销售。由此足见电子产品电磁兼容的重要性。对于应用于对可靠性要求极高的电力系统的电子产品，产品的电磁兼容性则更是重中之重。因此，我们在产品在设计过程中对电磁兼容性给予了前所未有的重视。不在局限于某些部分满足某些抗干扰标准，而是从装置的电气及工艺结构等各个环节进行电磁兼容设计。
装置通过了国家级电磁兼容实验室瞬变干扰等多个项目的试验，全部试验结果证明其电磁兼容性能指标大大高于国家标准，从而为装置的可靠运行提供了有力的保障。
(5)节能供电方式,最大限度的降低能耗
粉尘的比电阻是粉尘的重要物理特性，对电除尘的除尘性能起着举足轻重的影响。经理论研究发现，燃煤中的硫、氮等元素的含量增多以及烟气中水蒸汽含量的提高，将会使粉尘的比电阻下降，有利于电除尘器的正常工作。目前，由于国家逐步加强了对电力行业二氧化硫排放量超标的经济处罚力度，许多电厂在尚无能力新上脱硫装置的情况下，纷纷采用燃烧低硫煤等方法来减少二氧化硫的排放量，提高经济效益。然而，这样做却带来了新的问题，由于燃煤中硫元素含量的降低，导致粉尘比电阻升高，当高于电除尘器的设计值时，将出现一种耗电量增加，除尘效率下降的特殊工作状态——我们将其称之为“临界反电晕”状态。电除尘运行于这种状态时，由于能耗极大，导致设备发热，同时除尘效率也明显降低，不能达到环保要求。在经过深入理论分析的基础上，我们研制开发出了一种崭新的 “简易脉冲供电” 供电机理，经过现场试验证明，这种供电机理能较有效地克服电除尘器出现的“临界反电晕”工作状态，使得电除尘器在处理高比电阻粉尘时，始终处于良好的工作状态。
DKZ-2装置具备简易脉冲供电方式,在常规供电方式下,由于现场缺乏监测手段,使得除尘器无法工作在最佳状态下,因而造成电能的浪费。通过具体的功能实践, 在简易脉冲供电方式下,具有闭环控制功能的上位机系统,通过调整简易脉冲供电方式的幅度比和占空比,在保证除尘效率的前提下,将降低能耗30%以上。
一般情况下烟气比电阻值在104～1011Ω/cm当比电阻大于1012Ω/cm时常规供电方式下难以使粉尘荷电，要想使粉尘荷电必须提升峰值电压（即增加场强，本体相当于C、变压器相当于L在增加阻尼电阻的情况下可以防止产生谐振），但是提高荷电能力的同时，随之电流增加，电流增加造成浪费。提高峰值可以通过增加导通角实现，随之L、C储能，紧接着导通角下降，靠L、C维持峰值，L、C的损耗靠DKZ-2智能监控器所发的低脉冲维持，低脉冲的数量（占空比）及幅度（幅度比）随煤质、灰样、工况（通过浊度仪或粉尘仪采集后反馈到供电管理系统）而决定。
正常
拐点
I 2

同样原理克服反电晕也要提高峰值，
正常
提高峰值必然要使导通角上升，紧接着
电流上升，必然产生拐点（即电压上升一
点，电流迅速上升很多）通过DKZ-2智能
U2
伏安特性曲线
监控器所发出的高、低脉冲恰好可以避免
出现拐点。
(6)降压振打方式解决节能提高效率
a 正常情况下电场处于动态平衡状态，当振打时引起的细微晃动，破坏了动态平衡点，出现闪烙，导通角随之下降3～5个半波才能恢复平衡，因此振打引起的“扬尘”的捕捉受到影响。降压指将动态平衡点下浮，在振打时不足以引起闪烙“扬尘”得到迅速荷电、捕捉。
B 电场内电子E是恒定的，电场力是恒定的。一般情况下烟气中含有10％左右的水粉，这就意味着粉尘具有粘性，降压将减少电场力便于清灰。
（7）导通角设置功能，延长设备使用寿命
目前流行的静电除尘器运行大多采用高电压、大电流的工作方式，或采用高电压、低电流的工作方式，而我们的设备则根据本体及硅整流变压器与本体的匹配情况，合理的调整硅整流变压器的导通角的工作上限，尽可能的保持二次电流波型的丰满，这样一来，即保证了最大电晕功率的输出，又避免了高次谐波对设备的损伤和能源的浪费，有利于延长设备的使用寿命。

5.1.2 本次技术节能改造采用脉冲供电方式，以不改变原系统和设备运行参数为目标，所改造的范围仅限于对高压控制柜的控制部分，以电气设备改造为主。通过更换控制装置实现，工程量小，能够在不停炉条件下通过停单个电场逐一改造施工。
5.2主要设备
5.2.1主要设备选型及主要设备来源：
#1炉电除尘控制部分主要设备选自北京航天益来电子科技有限公司提供的DKZ-2电除尘器电源调整器。
5.2.2主要设备和材料清单明细表：

主要材料名称
规格型号
数量
单位
单价 （万元）
金额（万元）
高压调整器
DKZ-2
4
台

供电管理 系统
DCC2000
1
套

信号适配箱

1
个

其他辅助 设备
电缆等
16
套

合 计

5.3工程方案
本次节能技术改造在原有设备及计量装置不进行变更，以及电除尘本体、变压器、电源进线柜、低压控制柜、母排不动的情况下，选用北京航天益来电子科技有限公司提供的DKZ-2电除尘器电源调整器及智能软件控制系统。北京航天益来电子科技有限公司承诺：该技改在保证现有除尘效率不降低的前提下，使电厂每台炉的电除尘器在改造后节电效率不低于50%。
5.3.1主要初步方案：
可以在电厂任何期间施工，设备到货后厂家负责到现场安装指导，电厂相关部门配合，电气专业实行监督和验收工作。方案如下：
（1）对所有拆除电缆及二次接线头做好记号，线头包好。
（2）在原有的高压控制柜上开孔，用以安装新的电源调整器。
（3）二次电缆安装
引入盘、柜的电缆应排列整齐，编号清晰，避免交叉，并应固定牢固，不得使所接的端子排受到机械应力。按垂直或水平有规律地配置，不得任意歪斜交叉连接。备用芯长度应留有适当余量。强、弱电回路不应使用同一根电缆，并应分别成束分开排列。
配线应整齐、清晰、美观，导线绝缘应良好，无损伤。电缆应捆绑成束，分列时可采用单层、多层、扇形、垂直等方法。
校线后要套上线号，连接在每个端子板上。并应严格控制端子板上的接线数量，每侧一般一端子压一根线，最多不超过两根。
（4）按图接线
（5）查线
（6）带电调试
（7）交付运行
6. 经济效益预测
目前，在常规工作方式下#1炉总电功率为105.694kW(其中有#1一电场高压控制柜非正常)，按改造后总电功率降低50%计算,以该机组年投运7500小时，电价0.47元/度计算，#1炉每年可节约厂用电396337.5度，创造经济效益18.63万元。
7. 结论
Ø 效益计算分析：
更换后既能保证现有的除尘效率，也提高了除尘器电源的可靠运行。
Ø 安全可靠性：
（1）保证了除尘器的安全运行；
（2）减少了设备的维护量。
由于采用了节能方式，因此对控制系统的电子原器件质量及可靠性要求变高了，对外围器件，如其中关键性的硅整流元器件的工作时间及强度比常规控制方式下要低很多，其发热量要远远低于常规方式下的发热量，因此其寿命要远远高于以前，因此硅整流变压器的寿命也远大于以前，其日常维修成本也低于以前。
Ø 经济效益：
电控装置更换后能在保证及略有提高除尘效率的基础上进一步降低了能耗，全部投资费用的收回年限为三十个月左右，因此具有极大的经济效益。
8.主要业绩
l 北方联合电力上都发电厂（二期，节能78%）
l 西柏坡电厂（2X300MW，节能78%）
l 石家庄华电（2X200MW，节能60%）
l 华电长沙电厂(2X660MW，节能81%)
l 华电包头发电有限公司(2X660MW，节能93%)
l 江苏谏壁发电厂(2X300MW，节能76%)
l 苏源南热(2X300MW，节能80%)
l 扬州发电厂(2X300MW，节能78%)

北京航天益来电子科技有限公司
2010年12月1日

附件1：
#1炉（135T时）电除尘器目前运行数据如下：
电场
U1(V)
I1(A)
U2(KV)
I2(mA)
运行情况
总功率
(kW)
#1-1
178
41
51
147
不正常

105．694
KW

#1-2
226
102
50
368
正常
#1-3
262
217
49
805
正常
#1-4
271
188
52
776
正常

注：电除尘器高压控制柜为：浙江阿尔斯通环保科技有限公司制造。

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