电除尘电控设备节能减排专家系统在华润首阳山电厂的应用.doc

电除尘电控设备节能减排专家系统在华润首阳山电厂的应用
张海峰 冀云江 王炳刚 李雷
（大连电子研究所）

摘要：本文着重介绍了电除尘电控设备节能专家系统在华润首阳山电厂的具体应用，对该系统的主要技术特点进行了阐述，为今后电除尘节能减排工作提供了实践经验。
1 概述
目前，节能减排已是我国的一项基本国策，随着煤电价格的提升以及国家对环保排放标准的不断提高，节能减排已成为用户越来越关注的问题，不仅有良好的社会效益，经济效益尤其显著。河南华润电力首阳山有限公司#1、#2炉系哈尔滨锅炉有限责任公司生产的HG-1955/25.4-YM型煤粉锅炉，配600 MW汽轮发电机组。原设备采用大连电子研究所生产的WFb-1.8A/72kV设备，由于原设备运行在火花跟踪方式，虽然除尘效果满足要求，但能耗较大，在改造前，每台炉（以#1炉为例）高压设备日均耗电量高达27778度，经2008年12月改造后，降为6283度。节能高达77.4%。每天节能约1.2万度电，降低厂用电率约(节能1.2万度/天, 机组按500MW考虑)：1.2/24/50*100%=0.1%，即降低厂用电率约0.1个百分点。每天节约电费约0.4万元，按照机组运行年300天计，可节约360万度电，节约电费约120万元。同时，除尘器出口排放浓度也从改造前的87.10 mg/Nm3降为78.65 mg/Nm3。本次改造得到了用户的高度评价。
2 主要设备技术规范
该炉为超临界、单炉膛、四角切圆燃烧、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、半露天布置、全钢构架、全悬吊结构、“P”型布置锅炉，原配兰州电力修造厂生产的双室四电场除尘器2台。烟气由空气预热器出口，经四个竖直烟道转弯后分别进入两台电除尘器；除尘后的烟气经四个水平烟道引出,A、B电除尘器的烟气分别汇合后再由四个垂直烟道分别引入两台引风机经脱硫装置后送入烟囱排向大气。两台电除尘器设计参数、结构完全相同并对称布置，每台除尘器设计最大处理烟气量159.6034×104m3/h。在锅炉燃用设计煤种时，电除尘器保证效率为99.60 %，且锅炉最高允许烟尘排放浓度为50 mg/Nm3。
2.1锅炉主要设计参数
表2-1锅炉主要参数
项 目
单 位
BMCR
BRL
过热蒸汽流量
t/h
1955
1862
过热器出口压力
MPa
25.4
25.4
过热器出口温度
℃
543
543
再热蒸汽流量
t/h
1590
1510
再热器进口压力
MPa
4.79
4.54
再热器出口压力
MPa
4.60
4.36
再热器进口温度
℃
304
299
再热器出口温度
℃
569
569
给水温度
℃
290
286
排烟温度
℃
130
126
锅炉效率
%
92.91
93.06
表2-2 锅炉煤质
名称
符号
单位
设计煤种
校核煤种
收到基低位发热量
Qnet,ar
kJ／kg
21640
18600
收到基全水分
Mt
%
9.60
11.80
空气干燥基水分
Mad
%
4.99
7.08
干燥无灰基挥发分
Vdaf
%
29.06
40.93
收到基灰分
Aar
%
19.41
22.48
收到基碳
Car
%
58.76
49.57
收到基氢
Har
%
2.56
2.90
收到基氧
Oar
%
8.58
12.20
收到基氮
Nar
%
0.66
0.59
收到基全硫
St,ar
%
0.43
0.46
可磨性系数
HGI

80
64
灰变形温度
DT
℃
1240
1260
灰软化温度
ST
℃
1280
1270
灰熔化温度
FT
℃
1320
1320
2.2除尘器设计基本参数
表2-3 除尘器设计技术规范
序号
项 目
单位
卖方提供的内容
1
保证效率 (设计煤种)
（校核煤种）
%
%
99.60
99.50
2
每台除尘器入口烟气量
(设计煤种)
（校核煤种）
m3/h
m3/h
1450940
1459470
3
本体阻力
Pa
<245
4
本体漏风率
%
≤3
5
噪声
dB
≤85
6
有效断面积

472.32
7
室数/电场数

2/4
8
单个电场长度
m
4
9
电除尘器有效长度
m
4×4
10
同极间距
mm
410
11
烟气流经电场时间
s
16.949
12
阳极板型式

480C
阳极板有效高度
m
12
13
阴极线型式

I、II、III电场RSB芒刺线IV电场螺旋线
14
每台除尘器灰斗数量
个
16
15
每台除尘器所配整流变压器台数
台
16
3试验测点布置与测量方法
3.1测量方法
3.1.1试验取样在电除尘器的出口进行。
3.1.2除尘器出口粉尘浓度排放试验
机组在70 %以上负荷时，采用青岛崂山应用研究所生产的3012H型皮托管平行自动型烟尘测试仪（GL1-07G005、GL1-07G007），在电除尘器的出口烟道上，进行等速采样，测量出除尘器出口烟尘浓度。
3.1.3烟气量试验
机组在70 %以上负荷时，在电除尘器出口烟道上，采用青岛崂山应用研究所生产的3012H型皮托管平行自动型烟尘测试仪，逐孔测量出断面上各点的流速，用热电偶温度计测出烟气温度，并计算出标准状态下干烟气流量。
3.1.4除尘器耗电量试验
在电除尘器的运行控制室，在不同负荷、不同工况下对一次电压、一次电流、二次电压、二次电流逐一记录，计算出电除尘器高压柜每一电场耗电量；同时根据高压柜每一电场安装的电能表进行电度表法测量（卡转数）；两种方法进行互相验证。在每台电除尘器除尘段供电变压器出口临时安装电力品质分析仪（功率表）（GL1-04G019、GL1-04G020），记录电除尘器的总耗电量。
3.2试验工况及说明
3.2.1机组在70 %以上负荷、电除尘器采用改造后节能控制系统即上位机控制方式（工况1）情况下，进行电除尘器出口粉尘浓度测试，并进行耗电量测量和耗电率计算；
3.2.2机组在70 %以上负荷、电除尘器采用改造前控制系统即火花跟踪控制方式（工况2）情况下，进行电除尘器出口粉尘浓度测试，并进行耗电量测量和耗电率计算。
3.3试验结果与分析
机组在70 %以上负荷、锅炉电除尘器在两种不同运行方式（节能控制方式、火花跟踪控制方式）下，对A、B电除尘器进行试验，测试了电除尘器出口实际烟气量、标准干烟气量、烟尘排放浓度、以及对应电场功耗、振打及灰斗加热功耗、空压机及引风机MCC功耗等。
3.4烟尘浓度试验
从表中可看出，节能控制方式运行时电除尘器出口烟尘排放浓度为78.65 mg/Nm3干；火花跟踪控制方式运行时电除尘器出口烟尘排放浓度为87.10 mg/Nm3干。说明电除尘器合理的运行控制方式能够提高除尘效率。
3.5耗电量测量
每台电除尘器的总功耗包括电场功耗、振打电机功耗、瓷轴套加热功耗三部分之和。
功耗根据表计的电流、电压读数计算。
电场功耗=一次电压×一次电流×（功耗因子近似0.7）
振打功耗=低压振打柜电压×三相平均电流×（3）1/2（功耗因子近似1）
加热功耗=低压加热柜电压×三相平均电流×（3）1/2（功耗因子近似1）
试验前用电力品质分析仪（功率表）对振打功耗、空压机功耗这些电除尘器固定功耗进行测量，然后将其安装在电除尘器除尘段供电变压器出口处测量总功耗。
本次试验两台电除尘器固定功耗为：
1.A除功耗： a:A除灰斗气化风机加热器 22.10 kW
b:引风机MCC 3.80 kW
c:A除灰斗加热器 8.11 kW
d:A除右室振打及加热 26.10 kW
e:A除左室振打及加热 29.40 kW
总功耗 ∑89.51 kW
2.B除功耗： a:空压机 23.37 kW
b:引风机MCC 3.67 kW
c:B除灰斗加热器 8.22 kW
d:B除右室振打及加热 28.10 kW
e:B除左室振打及加热 21.60 kW
总功耗 ∑84.96 kW
3.6耗电率计算与比较
电除尘器的总功耗与单位时间内机组发电量的比值为电除尘器的耗电率。通过两种电除尘器高压供电运行工作方式（节能控制方式、火花跟踪控制方式）的比较，可以明显看出工况1（A、B除尘器电场功耗221.53 kW）与工况2（A、B除尘器电场功耗1099.53 kW）比较电场节电率达到79.85 %；电除尘器总节电率达到68.92 %；此时的锅炉电除尘器总耗电率为0.086 %。
4 技术方案及特点
4.1 首阳山电厂选用河南义马耿村煤，其煤质及灰分分析如下：
项目
符号
单位
设计煤种
校核煤种
收到基水分
Mar
%
9.60
11.80
空气干燥基水分
Mad
%
4.99
7.08
收到基灰分
Aar
%
19.41
22.48
干燥无灰基挥发分
Vdaf
%
29.06
40.93
全硫
St.ar
%
0.43
0.46
收到基低位发热量
Qnet,ar
kJ/kg
21640
18600
三氧化二铝Al2O3
20.64%
二氧化硅SiO2
57.45%
氧化钙CaO
4.72%
氧化镁MgO
2.10%
三氧化二鉄Fe2O3
7.02%
氧化钠Na2O
0.64%
氧化钾K2O
1.98%

从煤质上分析：该煤质虽属于低硫煤，但其Al2O3+SiO2含量较低，只有78.09%，Al2O3+SiO2+Fe2O3的含量只有85.11%，氧化钠、氧化钾含量较高，因此，该煤种的粉尘比电阻较低，属于较好收尘的煤种，改造前的设备运行指标较高，二次电流基本在1.0A以上，二次电压基本在50kV以上。
4.2利用除尘专家系统对各电场的工况进行分析
根据现场二次电流及二次电压反馈信号，通过节能专家系统的分析处理，给出当前电场的反电晕等级，同时，通过节能专家数据库和现场优化，给出在当前工况条件下的最佳工作模式。
4.3 增加降压振打和负荷反馈控制功能
4.3.1降压振打对极板极线的清灰效果十分显著，长期运行可延长板线的使用寿命、提高电除尘器的收尘效率。但降压振打期间，粉尘的二次飞扬会导致除尘效率的下降，因此，应根据工况设定降压振打频度，不能在每次振打期间均进行降压振打。同时，在降压振打期间，应改变其他电场的供电特性及振打策略，尽可能弥补由于二次飞扬导致的除尘效率的缺失。
4.3.2 采用负荷闭环反馈控制功能，即利用机组实际运行负荷反馈量，对高压设备的供电方式、低压设备的振打时序及降压振打策略进行调整。低负荷时增加振打周期及加大降压振打的时间和频度。反之亦然。
4.4利用SIS系统统计数据表明，电除尘出口（或脱硫入口）烟气分析仪实时监测的烟气粉尘含量基本不变（均在100mg/m3以下，满足脱硫运行要求），见下图一。
5试验结论
2009年4月10日～13日，河南电力试验研究院对改造情况进行了测试，结论如下：＃2炉电除尘器完成高压柜控制方式改造后进行，试验时机组在70%以上负荷。具体结果如下：
1、与电除尘器火花跟踪控制方式运行相比，采用节能控制方式运行时，电场节电率可达79.85 %，电除尘器总节电率可达到68.92 %。
2、电除尘器采用节能控制方式运行时总耗电率为0.086 %，而采用火花跟踪控制方式运行时总耗电率为0.303 %。
3、电除尘器采用节能控制方式运行时出口烟尘排放浓度78.65 mg/Nm3干，采用火花跟踪控制方式运行时出口烟尘排放浓度87.10 mg/Nm3干。

参考文献
[1] 唐国山 《工业电除尘器应用技术》 化学工业出版社
[2] 第十一、十二届全国电除尘学术会议论文集

图一