沈 迎，張 偉，林令智

（1.國電費縣發(fā)電有限公司，山東 臨沂 273425；2.國核電力規(guī)劃設計研究院，北京 100094）

0 引言

隨著國家節(jié)能減排力度的加強，以及煤炭市場價格的高漲，火電企業(yè)面臨著嚴峻的形勢，自身的節(jié)能降耗成為發(fā)電企業(yè)降低生產(chǎn)成本、增強贏利能力的重要手段。電除塵器是火力發(fā)電廠重要的環(huán)保設備，其工作狀況的好壞，對機組的穩(wěn)定運行和經(jīng)濟性有著重要影響。電除塵器的收塵機理是在陰陽極間建立高壓靜電場，通過氣體電離及粉塵荷電達到收塵目的，因而電除塵器在運行過程中將消耗大量電能。目前，超臨界600MW機組電除塵器的收塵耗電量約占整臺機組發(fā)電容量的0.2%～0.25%之間。因此在保證電除塵效率不降低的情況下，最大限度地減少電能消耗對火電企業(yè)的節(jié)能增效具有重要意義。

1 電除塵器的能耗節(jié)能原理和特點

費縣電廠600 MW超臨界機組煙氣量約為2 600 t/h，鍋爐出口配套雙室四電場電除塵器兩臺。電除塵器每個電場的高壓供電設備額定電壓72 kV，額定電流為2.0 A，每臺爐電除塵器的實際運行功率一般在850～1 200 kW。

根據(jù)懷特研究的理論，電除塵捕集粒子所需的能量可以根據(jù)氣流塵粒的粘滯力和粒子向集塵極運動的距離計算出來，電除塵器處理600MW機組煙氣量所需的理論電功率僅800～1 000 W；上述功率是理想狀態(tài)下計算所得，實際情況下由于本體狀況、燃煤煤種等原因，所消耗的功率會偏大。但電除塵器凈化煙氣所需的理論功率消耗和目前電除塵的實際運行能耗偏差極大，說明電除塵器的實際運行能耗過大，電能利用率較低。

通常情況下，為了使電除塵器的除塵效率盡量高，煙塵排放濃度盡量低，電除塵一般工作在火花整定工作方式下，使其運行二次電壓盡量接近火花閃絡電壓，二次電流盡量大。目前，我國所有燃煤電廠的電除塵器幾乎都運行在這一工作方式下。

通過理論分析發(fā)現(xiàn)，在火花整定狀態(tài)下雖然能取得較好的除塵效果，但電除塵器運行過程中的電能利用效率很低，大量的電能不是用于收塵，而是被白白浪費掉。一方面，為了提高電場場強，增強電暈放電效果，需要盡量提高運行電壓，直到接近火花閃絡電壓，以產(chǎn)生盡可能多的自由電子和離子。這樣雖然能夠達到提高除塵效率的目的，但是由于實際上產(chǎn)生的大量自由電子和離子中僅有一小部分用于煙塵荷電，絕大部分自由電子和離子并未與塵粒進行荷電，而是直接從陰極到達陽極，最終以光能或熱能的形式消耗，客觀上造成電能的浪費。另一方面，當煙塵比電阻較高時，運行電壓、電流達到一定數(shù)值時，電場內(nèi)將出現(xiàn)反電暈現(xiàn)象。在反電暈工況下，繼續(xù)增加運行電壓、電流會加深反電暈的程度，導致電除塵器的能耗不斷增加，而除塵效率反而大幅下降。

因此，如何確定最優(yōu)的電除塵器運行電參數(shù)，改善荷電效果，克服電除塵運行過程中的反電暈工況，提高電除塵器運行過程的電能利用效率，是實現(xiàn)電除塵器節(jié)能運行的關鍵。

針對上述問題，開發(fā)出了脈沖供電方式。該供電方式相對于常規(guī)火花整定供電方式，能夠有效改善粉塵的荷電效果，克服電除塵運行方式過程中的反電暈工況，具有良好的節(jié)能特性。脈沖供電方式的機理是，電除塵器與硅整流變等效為電容與電感，控制系統(tǒng)通過對每個半波可控硅導通角的合理控制，并充分利用變壓器和本體的儲能特點使高壓電源輸出脈沖幅度、寬度及基準電壓成為靈活可變的脈沖供電波形，達到既提高放電極與收塵極之間的單位荷電場強，又節(jié)省電能目的。該供電方式具有良好的節(jié)能提效特性，能有效克服電除塵器的反電暈工況，提高除塵效率。

2 費縣電廠一期1號、2號爐電除塵器節(jié)能改造

2.1 概況

費縣電廠一期工程兩臺650 MW超臨界機組，1號、2號機組分別于2007年1月和2007年8月投入運營，電除塵器本體采用蘭州電力設備有限公司雙室四電場干式除塵器，電控設備為浙江佳環(huán)電子有限公司配套，投產(chǎn)以來，運行平穩(wěn)，除塵效率在99.60%以上，達到了設計要求。但電除塵器還存在以下問題：

1）電除塵器能耗高，雖然電控系統(tǒng)設計有節(jié)能供電模式，但由于煤質、負荷等變化較大，人工頻繁調節(jié)不具有可操作性，造成電除塵的廠用電率一直在0.2%以上。

2）電除塵器配電室電氣設備發(fā)熱嚴重，設計上每臺機組用于給電除塵供電的變壓器為兩運一備，由于電除塵能耗高，正常運行時兩臺在運的變壓器發(fā)熱嚴重，變壓器出線銅排溫度達到110℃以上，嚴重威脅設備安全運行。

3）電除塵配電室內(nèi)的空調常年滿負荷運行，尤其夏天室內(nèi)溫度溫度高達40℃以上，造成電氣設備壽命縮短，故障概率增大，曾經(jīng)發(fā)生過高壓控制柜由于發(fā)熱嚴重造成短路故障。

2.2 改造方案的選取和實施

電除塵節(jié)能改造通常有兩種方案：一是拆除高壓電場控制系統(tǒng)的所有一、二次設備，更換為高頻電源型控制系統(tǒng)，此種方案投資很大，且需要在機組檢修時實施；二是保留原來整流變，更換新型高壓控制柜，并且優(yōu)化控制系統(tǒng)，此種方案投資適中，也需要在機組檢修時實施。

最初生產(chǎn)廠家提出的改造方案是在某臺機組檢修時更換16臺高壓控制柜，這是一個比較通用可靠的改造方案，但費縣電廠一期工程兩臺機組是新投產(chǎn)機組，設備較新，大拆大換資產(chǎn)浪費比較大，并且改造只能在機組檢修時進行，時效性差。

為了盡快實現(xiàn)改造后的節(jié)能效益，在保證節(jié)能效果和電除塵效率的前提下，通過反復分析電除塵高壓控制系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)在裝的高壓控制柜和要新改裝的高壓控制柜在原理和結構上基本相同，尤其是柜內(nèi)的電氣一次設備全部通用，只是控制面板和控制原理有所區(qū)別，控制系統(tǒng)的抗干擾措施略有不同。

經(jīng)過和廠家進一步的深入探討和分析，費縣電廠大膽提出保留原有的16臺高壓控制柜和柜內(nèi)的電氣一次設備，只更改高壓控制器及其部分二次線的方案。該方案具有投資更少，可以不停機改造，改造工作量很小，節(jié)能效益實現(xiàn)快的特點。每臺機組投資比一般改造方案節(jié)省100萬元以上。

此方案在設備到貨后，1個月內(nèi)完成了兩臺機組共32臺電除塵控制系統(tǒng)不停機改造，經(jīng)過1年多的運行考驗，設備穩(wěn)定，節(jié)能效果明顯。

2.3 改造后的效果

通過改造，兩臺600MW超臨界機組電除塵耗電率大幅下降，廠用電率僅0.09%左右。節(jié)電率分別為82.27%和84.53%。通過山東電力研究院試驗，兩臺機組電除塵效率均達到了99.60%的設計值以上。表1、表2、表3為1號機組電除塵改造前后的技術和經(jīng)濟性能對比。

表1 1號爐號1除塵器改造前后技術參數(shù)對比

表2 1號爐2號除塵器改造前后技術參數(shù)對比

表3 兩種運行方式的經(jīng)濟性能對比

備注：1）火花整定控制方式數(shù)據(jù)采集于2009年9月9日運行日志。2）脈沖供電方式數(shù)據(jù)采集于2009年10月10日下午14：00，負荷520 MW。3）以上結果按設備年連續(xù)運行330天，上網(wǎng)電價按0.40元/度計算。

脈沖供電方式無論在技術層面還是經(jīng)濟指標方面都要優(yōu)于火花整定方式，以一期兩臺機組的改造結果來看，全年節(jié)能增效在400萬元以上，并且電除塵配電室內(nèi)的溫度大大降低。

3 結論

在保證電除塵效率不降低的前提下，結合電廠的實際運行情況，實施了有效的改造，大大降低了電除塵的能耗，有效降低了廠用電率，延長了設備使用壽命，降低了維護費用，為火電企業(yè)的節(jié)能降耗工作探索出了一條新路。