节能控制系统在220MW机组电除尘上的应用

董守录

（山西大唐国际云冈热电有限责任公司，山西 大同 037000）

节能控制系统在220MW机组电除尘上的应用

董守录

（山西大唐国际云冈热电有限责任公司，山西 大同 037000）

介绍了新型电除尘节能技术的原理及技术特点，以及该节能技术在山西某热电公司1、2号炉220MW机组电除尘器上的改造与应用情况。

电除尘;电控设备;提效节能;应用

前言

电除尘器是火电厂烟气实现环保达标排放的重要辅助设备，也是火电厂耗能较高的设备之一，据不完全统计，电除尘器的耗电量占整台机组发电容量的0.3%～0.6%。在保证静电除尘器正常运行、除尘效率不降低或有提高的前提下，如果能够降低除尘器的电耗，会给发电厂带来很好的经济效益。本文介绍了静电除尘器的节能原理，并对山西大唐国际云冈热电有限责任公司220MW机组电除尘器实施节能改造的效果进行了分析。

1 电除尘器的节能原理

在电除尘器运行的过程中，除尘效率与电晕功率有着直接的关系，一般情况下，电晕功率越高，除尘效率越高。但在燃煤品质低下、灰分含量高的条件下，由于灰分比电阻值大，在电场内部经常存在反电晕现象，这时若过分增加电除尘器高压供电功率，反而会加重反电晕、引起除尘效率降低，如图1所示。

理论分析和实践证明，采用间歇脉冲供电技术可以克服高比电阻粉尘引起的反电晕，不但可减少电除尘功率消耗，而且还可以提高除尘效率。间歇供电的示意图如图2所示。

图1 反电晕曲线图

图2 电除尘高压柜供电方式波形图

另外，现阶段火电厂机组负荷变化比较大，经常在50%～100%区间波动。机组负荷下降，导致电除尘器的进口烟气量下降，电场风速降低，如果电除尘一直运行在某一固定模式（火花跟踪模式）下，在保证电除尘排放达标的前提下，将会白白浪费大量电能。

同时锅炉燃烧煤种、烟气量、烟气温度以及人员操作因素等都是不断变化的，这些也都会影响电除尘器的运行、影响电除尘器的电耗。

因此，电除尘器在运行过程中有许多电能被浪费。多年实践表明，在满足排放要求的前提下，电除尘器具有很大的节电潜力[3]。

2 新型电除尘器节能控制系统

近年来，出现了一些方法来降低电除尘器的运行电耗，有手动的、自动的。但如果简单采用降低电除尘器运行功率和人工设定运行方式进行节能运行，其途径仍主要是靠运行人员的经验，但由于受运行人员的经验、技术水平、责任心等多种因素的影响，并不能保证电除尘系统维持在最佳的运行方式，同时也不能跟踪工况变化自动调节运行参数，因而会导致除尘效率显著降低、排放超标。

目前，已有成功的电除尘器新型节能控制系统。该系统在统计分析大量电除尘器现场运行数据基础上，经过对这些数据分析、归纳、总结，结合电除尘器性能测试对比和电除尘器的现场运行经验，经过多次改进，建立了最新的工况特性分析诊断的数学模型，基于该模型不仅可以准确地分析电场运行工况，而且能够量化反电晕和常电晕的状况，即能够可靠地计算出电除尘器的反电晕指数和常电晕指数，然后通过这些分析数据反映整台电除尘器的工况状态和变化趋势，同时根据大量最佳运行参数实验研究结果和工业应用经验，自动选择各电场的最佳运行参数和节能工作方式。

同时以现场工况分析为基础，节能控制系统以锅炉负荷、浊度、烟气温度、吹灰信号等多种信号为反馈，根据系统全方位获取的设备运行信息（二次电流、二次电压、连续波形和火花波形及V/I曲线族等），从电除尘的电气参数分析出电除尘内部工况的实际变化情况，结合锅炉负荷、烟气温度、浊度信号等多种信号，使高压硅整流设备根据工况的变化自动选择运行参数，在保证除尘效率的条件下最大限度地节约电除尘的耗电量。

3 新型电除尘节能技术的改造应用

山西大唐国际云冈热电有限责任公司1、2号炉装机容量为220MW，自2003年投产后电除尘器运行稳定，基本满足了烟尘排放的环保要求。由于1、2号炉电除尘器日常运行的电耗较高，电除尘电耗约占厂机组用电总量的3.8%。虽然电除尘器系统通过运行人员手动调节可实现部分节能功能。但由于机组在燃用煤种和运行负荷不同时，所需调整的幅度不同，调整工作量大，所以实现连续节能运行的可行性和可操作性不强。因此，需要对电除尘器电气控制系统进行节能技术改造，以达到降低用电的目的。

3.1 改造方案的确定与实施

通过前期调研，决定采用新型电除尘节能优化控制系统进行1、2号炉电除尘节能技术改造。在多次研究分析后，确定了电除尘器节能改造的内容：更换或升级高压控制系统、低压振打控制系统，增设机组负荷等反馈信号，新增自动节能控制功能、断电振打控制功能等。具体如下：

（1）高压柜、振打系统改造

对1、2号炉电除尘器的20台高压控制柜逐台进行改造，更换新控制器，增加断电振打继电器及接线，升级电磁振打系统，新增电除尘器高压柜断电振打功能；改造后使所有的控制柜都具备“工况自动检测”功能。该功能可使高压硅整流系统在上位机系统的有效调度下，自动适应工况变化，调节控制系统运行方式。

（2）提供负荷控制信号源

从分散控制系统（DCS）敷设机组负荷信号（4～20mA）电缆至电除尘器程序控制（IPEC）台，给IPEC系统提供负荷控制信号源；高、低压控制柜之间敷设高低压联动控制信号电缆。

（3）IPEC控制系统改造

在1、2号炉电除尘器IPEC控制系统现有平台上，进行系统软件功能升级改造，针对控制器“工况自动检测”，增设节能参数调节功能、节能数据处理功能、节电率统计功能等。

（4）对设备进行节能运行调试

在1、2号炉节能功能投运后，通过多次对锅炉运行工况进行分析，参照在线除尘器出口粉尘浓度信号，逐步调节节能系数、负荷系数、高压运行参数等节能控制设备参数设定值，最终完成系统的设置，满足现场工况要求。

3.2 改造后的效果分析

（1）运行效果分析

该公司于2010年12月、2011年5月分别完成了对2号、1号机组电除尘器电控系统的节能改造。改造后，实现了以机组负荷、浊度、排烟温度等参数作为闭环反馈控制信号，自动选择高压柜运行方式、调节各运行参数以及振打的模式。整个控制过程全部由电除尘器IPEC控制系统进行自动实现，减少了人为因素对电除尘器运行造成的影响，提高了设备运行的可靠性和安全性。节能控制系统有监控模式、节能模式；在节能模式下还设有普通节能、增强节能、超级节能等多种节能运行模式可供运行人员选择，以保证在锅炉在燃用不同煤种时，电除尘器既节能运行，又保证排放达标，且运行稳定。

本次节能改造另一项技术成果是增加了断电振打功能。通过对电除尘器极板实施断电振打，即除尘器的某一分区进行振打时，对本区域高压柜断电，降低粉尘黏附力，提高振打效果，减少积灰，并且可以保持电除尘器的极板、极线长时间在比较干净的状态下运行，为电除尘器节能运行拓展了更大的空间。断电振打的实施对电除尘器的高效稳定运行有良好的作用，且效果明显。在1、2号锅炉电除尘器实施断电振打一个月后进行检查，电除尘器极板原有的积灰绝大部分被清除掉，电场内部极板表面较以往检修时要干净很多。

（2）2号机节能效果分析

1）经过测试，改造后电除尘器高压控制柜的运行电压、运行电流与未改造前相比均大幅降低，电除尘器能耗大幅下降。2011年3月7日至3月11日对2号机组电除尘进行了节电测试，高压设备常规运行和节能运行的参数表见图3、图4。

图3 2号机组电除尘器高压设备常规运行参数表

图4 2号机组电除尘器高压设备节能运行参数表

从图3、图4的参数表中可以得出，3月9日2号炉电除尘常规运行时的高压整流设备运行功率为262.23kW，3月11日2号炉电除尘节能运行高压整流设备运行功率为73.40kW，二者比较，节电功率＝262.23kW-73.40kW=188.83kW，节电率达72%；按每年运行280天估算，年节电约126.89万度；按每度电0.35元估算，每年约可节省44.41万元。

2）从6kV段测得常规运行和节能运行时2号炉电除尘的功率，见表1。

表1 2号炉电除尘功率

从表1可以计算得出，3月9日2号炉电除尘常规运行时平均每天有功功率为12.34MW·h，3月11日2号炉电除尘节能运行时平均每天有功功率为7.2MW·h，二者比较，每天节电功率＝12.34MW·h-7.2MW·h=5.14MW·h；按每年运行280天估算，年节电约143.92万度；每年约可节省50.37万元。

改造后，2号炉整体运行情况良好，预计一年左右即可以收回本次改造的投资成本。

（3）1号机节能效果分析

1）经过测试，改造后电除尘器高压控制柜的运行电压、运行电流与改造前相比均大幅降低，电除尘器能耗大幅下降。2011年6月6日至6月9日对1号机组电除尘进行了节电测试，高压设备常规运行和节能运行的参数表见图5、图6。

图5 1号机组电除尘器高压设备常规运行参数表

图6 1号机组电除尘器高压设备节能运行参数表

从图5、图6可计算得出，6月9日1号炉电除尘常规运行时高压整流设备运行功率为419.26kW，6月8日1号炉电除尘节能运行高压整流设备运行功率为153.28kW，二者比较，节电功率＝419.26kW-153.28kW=265.98kW，节电率达63%；按每年运行280天估算，年约节电178.74万度；每年约可节省62.56万元。

2）从6kV段测得常规运行和节能运行时1号机组电除尘功率如表2。

表2 1号机组电除尘功率

从表2可计算得出，6月9日1号炉电除尘常规运行时平均每天有功功率为16.14MW·h，6月8日1号炉电除尘节能运行时平均每天有功功率为10.40MW·h，二者比较，每天节电功率＝16.14MW·h-10.40MW·h=5.74MW·h；按每年运行280天估算，年节电约160.72万度；每年约可省56.25万元。

改造后，1号炉整体运行情况良好，预计一年左右即可以收回本次改造投资成本。

4 结论

山西大唐国际云冈热电有限责任公司通过对电除尘器的控制系统进行改造，在保证电除尘器除尘效率不降低的前提下，大大降低了电除尘器的电耗，降低了用电率，取得了良好的节能效益。新型节能控制系统值得推广应用。

[1]罗日平．湖南电煤调运困难的原因与对策[J]．电力技术经济，2008，20（5）：11-14．

[2]原永涛．火力发电厂电除尘器技术[M]．北京：化学工业出版社，2004．

[3]陈作文．电除尘器节能控制技术在600MW机组上的应用[J]．电力环境保护，2008，24（6）：33-35．

[4]郑国强．一种基于最优控制和多参量反馈的节能系统开发与应用[C]．第11届国际电除尘器会议论文集．2008．

Application of Energy Saving Control System in Electrical Precipitator of 220MW Generating Set

DONG Shou-lu
(Shanxi Datang International Yungang Co-generation Co., Ltd, Datong Shanxi 037000, China)

The paper presents the principle and technical characteristic of new pattern electrical precipitation and energy saving technology and the reformation and application of the energy saving technology in No.1 and 2 furnaces of electrical precipitator of 220MW generating set in certain thermoelectricity company of Shanxi province.

electrical precipitation; electrical control equipment; efficiency-raising of energy saving; application

X701.2

A

1006-5377（2011）12-0031-04