劉濤，劉志強，姜維才，薛建明

(1.國電科學技術研究院，江蘇南京210023;2.中國電力企業(yè)聯(lián)合會，北京100761)

燃煤機組除塵設施能耗狀況及指標評估

劉濤1，劉志強2，姜維才1，薛建明1

(1.國電科學技術研究院，江蘇南京210023;2.中國電力企業(yè)聯(lián)合會，北京100761)

針對電力行業(yè)燃煤煙氣三種主流除塵設施電除塵器、袋式除塵器、電袋復合除塵器，研究了其運行過程中主要組件的能源消耗規(guī)律及數(shù)據(jù)監(jiān)測方法，提出了除塵設施能耗比對的2個參數(shù)，即用電率和比電耗。監(jiān)測數(shù)據(jù)和統(tǒng)計表明，同級別機組電除塵能耗低于袋式除塵和電袋復合除塵，比電耗隨機組容量變化梯度變化值不顯著，除塵設施電源側技術改進有助于降低除塵設施能耗。

除塵;能耗;用電率;比電耗

0 引言

目前，我國電力工業(yè)已形成了以高效電除塵器、袋式除塵器和電袋復合除塵器為主的格局。截至2013年底，燃煤電廠電除塵器、袋式除塵器、電袋復合式除塵器占全國煤電機組的比重分別為79.9%、8.8%、11.3%。袋式除塵器容量約0.7億kW，電袋復合除塵器機組容量約0.9億kW。隨著《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223－2011)的實施，以及《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014－2020)》的出臺，浙江、江蘇等省市相繼制定了更嚴格的煙塵排放地方標準，對除塵設施的性能要求越來越高，除塵技術也得到進一步發(fā)展完善。

電除塵器的新技術主要有低低溫電除塵、濕式電除塵、移動電極式電除塵、機電多復式雙區(qū)電除塵等，技術日趨成熟并在多個項目上取得應用經(jīng)驗;電除塵高頻電源得到廣泛推廣，在達標排放前提下，可節(jié)約能耗10%～20%。袋式除塵器則向大型化發(fā)展，單機最大處理煙氣量超過300萬m3/h，過濾面積大多在4萬～5萬m2，同時在過濾材料研制及濾袋制造技術、清灰技術及設備、氣流分布技術、整機加工制造及裝備技術等方面都取得重大技術突破，除塵效果明顯提升。

高效能除塵設施是未來的發(fā)展方向，亦即在滿足環(huán)保排放要求的前提下，要綜合考慮設備的節(jié)能、利用能源的效率質(zhì)量特性及運行安全可靠性。為此，在評價除塵設施運行效果時，除了除塵效率和煙塵排放指標外，還應增加其能耗指標和投資價值。本文針對電力行業(yè)燃煤煙氣主流除塵設施，研究了其運行過程中主要組件的能源消耗規(guī)律及數(shù)據(jù)監(jiān)測方法，提出除塵設施能耗比對的2個參數(shù)，即用電率和比電耗，通過橫向、縱向比較除塵設施的能源消耗，深化評估除塵設施的先進性，以期推廣高效能除塵設施，加速淘汰高耗能除塵設施。

1 除塵設施能耗因素分析

除塵器能耗是指除塵器正常運行時所消耗的各種能量(水、電、油、壓縮空氣、蒸汽等)和克服除塵器自身阻力所消耗的能量之和。主要體現(xiàn)在除塵器本體用電設備功耗與克服除塵器本體阻力引風機做功功耗兩部分。圖1為三種主流的除塵設施能耗設備分布示意。

圖1 三種除塵設施的主要能耗設備分布

(1)電除塵能耗評價影響因素

電除塵器的主要電耗包括設備壓力降引起的引風機電耗、高壓供電設備電耗、低壓用電設備電耗(包括振打電機、灰斗加熱、絕緣子加熱等電耗)，其能耗評價影響因素見圖2。

圖2 電除塵器能耗評價

(2)袋式除塵能耗評價影響因素

袋式除塵除塵器主要電耗包括設備阻力能耗，清灰用壓縮空氣機以及流化風能耗，袋式除塵器能耗評價因素見圖3。

圖3 袋式除塵器能耗評價

(3)電袋式除塵能耗評價影響因素

電袋復合除塵器的主要電耗包括:設備阻力能耗、空壓機系統(tǒng)電耗、高壓供電設備電耗、絕緣子加熱器電耗。其評價因素包含電除塵和袋除塵。

從上面分析可以得出，除塵器用電設備用電基本從除塵變引接，電除塵器用電設備主要包括高低壓供電設備、絕緣子加熱器、極板極線振打、灰斗加熱器、流化風系統(tǒng)、閥門儀表等其他用電設備;布袋除塵器除灰斗加熱器、流化風系統(tǒng)能耗外、含吹掃用壓縮空氣系統(tǒng)能耗，統(tǒng)計或折算相應壓縮空氣系統(tǒng)電耗即可，此外也包括閥門、儀表等相關設備;部分廠灰斗加熱及流化風加熱采用蒸汽加熱，需要折算為電耗;電袋復合除塵器用電設備按電區(qū)、袋區(qū)分類計量統(tǒng)計并折算為電耗。為了便于統(tǒng)計考核，一般是將除塵器能耗全部折算為電耗。

除塵器各用電設備功耗主要體現(xiàn)在除塵變的計量表計上，少部分廠除塵器灰斗、流化風采用蒸汽加熱，需要根據(jù)蒸汽品質(zhì)折算能耗。涉及布袋、電袋除塵器，壓縮空氣消耗按空壓機功耗折算為電耗。

所幸，沒什么大礙。2016年7月在邢臺和成都的醫(yī)院，起初，我以為自己如此嚴重的不適，肯定罹患了很大的病，CT、心電二合一、核磁共振、生化等等，結果是，目前沒有什么大礙，這才放下心來。不過，一個人住院的感覺，尤其是那種凄涼和悲傷，是無以復加的。我本想告訴母親，讓她來成都，可又怕她擔心；想弟弟來，弟弟又跑運輸，三個正在讀書的孩子還要他一個人養(yǎng)活。

2 評估指標及測算方法

2.1 評估指標

電力行業(yè)火力發(fā)電廠除塵器電耗評估目前還沒有統(tǒng)一的標準。國內(nèi)火電行業(yè)除塵器驗收及常規(guī)性能測試中對能耗監(jiān)測和能耗考核項目都不做強制要求。因此，大部分電廠對除塵器能耗的統(tǒng)計分析都比較模糊，且除塵設施未設置專門的分段計量電表，95%以上的電廠運行技術經(jīng)濟控制指標只考核整體的用電率技術指標。

根據(jù)各廠配電系統(tǒng)的不同而有不同方式，有的電廠采用單獨計量，有的電廠是采用除塵、除灰系統(tǒng)合并統(tǒng)計方式。依據(jù)《火力發(fā)電廠技術經(jīng)濟指標計算方法》(DL/T 904－2004)關于除塵能耗的表示方法主要有三種:除塵系統(tǒng)單耗、除塵系統(tǒng)汽耗率、除塵系統(tǒng)電耗率。前兩種在電廠實際功耗比對中已經(jīng)不用，用的較多是除塵系統(tǒng)電耗率。隨著國家大力推進煤電節(jié)能減排與升級改造，為了便于比較不同除塵器的能效水平，設備制造廠家又提出了比電耗的概念。比電耗定義為除塵器處理單位含塵煙氣量所需的電耗。因此，從實際比對情況看，除塵系統(tǒng)電耗率和比功耗率更具比較性，電耗率可用來和電廠其他耗能系統(tǒng)進行橫向比對，從而確定電廠系統(tǒng)能耗的節(jié)電方向;比功耗作為除塵系統(tǒng)橫向比對的指標，評價同等煙氣量下除塵功耗，可為電廠提供不同類型除塵器能耗選擇和評價的依據(jù)。

2.2 測算方法

除塵器測試應在接近設計條件下的正常工況開展。除塵器總能耗(Wch)計算公式如下:

式中:Wch為除塵器總能耗;Nch為引風機克服除塵器本體阻力功耗;Ech為除塵器各耗電、汽、氣設備能耗，統(tǒng)一折算為電耗。

(1)電除塵器

引風機能耗Nch測算，除塵設備安裝引起的阻力采用引風機功率折算，公式如下:

電除塵器本體設備Ech能耗測算:除塵器各用電設備功耗主要體現(xiàn)在除塵變的計量表計上，少部分廠除塵器灰斗、流化風采用蒸汽加熱，需要根據(jù)蒸汽品質(zhì)折算能耗。

(2)布袋除塵器

整體上看布袋除塵器基本沒有強電設備，其結構主要由箱體、濾袋、清灰系統(tǒng)和排灰機構組成，濾袋噴吹采用壓縮空氣，底部排灰及送灰電耗可以劃歸到除灰系統(tǒng)。

引風機功耗Nch測算:袋式除塵設備安裝引起的阻力采用引風機功率折算，計算公式同式1。

袋除塵器本體設備Ech能耗測算:袋式除塵器本體能耗主要是壓縮空氣清灰能耗，涉及布袋、電袋除塵器，壓縮空氣消耗可以按空壓機功耗折算為電耗，依據(jù)是《容積式空氣壓縮機能效限定值及能效等級》(GB 19153－2009)。

(3)電袋復合除塵器

電袋復合除塵的功耗應為電除塵和袋除塵的功耗累加。

引風機功耗Nch測算:公式同式1。

電袋除塵器本體設備Ech能耗測算:在廠用變位置加裝電能表，除塵設施的全部用電設備包括一、二次整流變壓器，變頻設備，加熱裝置等都并接入該線路，用電量采用電能表測定。

電袋復合除塵器濾袋壓縮空氣清灰能耗采用功耗折算成電耗計算。

3 測算結果及分析

(1)通過國內(nèi)A、B、C三個電廠三臺不同類型機組能耗進行現(xiàn)場半年跟蹤監(jiān)測，半年監(jiān)測情況見表1。由于統(tǒng)計周期較長，在樣本統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫中忽略燃煤煤質(zhì)波動的影響，負荷采用加權平均處理。A電廠單機容量300MW，環(huán)保設施配置為SCR+ (ESP+BF)+WFGD;B電廠單機容量300MW，環(huán)保設施配置為SCR+(高頻電源+ESP)+WFGD;C電廠單機容量1000MW，環(huán)保設施配置為SCR+ (高頻電源+ESP)+WFGD。

表1 三電廠除塵設施能耗監(jiān)測統(tǒng)計結果

圖4 A、B、C電廠半年月度除塵平均能耗

由于統(tǒng)計期煤質(zhì)的變化、機組負荷變化，測試數(shù)據(jù)存在波動和震蕩，就單一機組來看，數(shù)據(jù)的規(guī)律性不大，只能評估用電率和比電耗低于一定值，但從不同等級的機組測試和統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，機組規(guī)模越大，相對能耗水平的指標用電率、比電耗就越低，1000MW機組的用電率比300MW機組用電率低40%，比電耗低29%;同規(guī)模等級機組采用節(jié)能改造技術的比沒有采用節(jié)能改造技術的用電率和比電耗都低，效果也比較明顯。

(2)不同類型機組能耗結果情況

同時測算和統(tǒng)計不同等級不同類型除塵器能耗情況，分析結果見圖5、圖6。

圖5 300MW等級及以下機組不同類型除塵設施能耗

圖6 600MW等級機組不同類型除塵設施能耗

從測試數(shù)據(jù)可知，同等級機組電除塵用電率和比電耗略低于袋式除塵和電袋復合除塵器;不同等級機組除塵設施用電率不同，等級越高，用電率就越低。從數(shù)據(jù)結果上看機組容量對比電耗的影響較小，比電耗指標隨機組大小的變化梯度不明顯，除塵設施比電耗數(shù)據(jù)的離散性較大，規(guī)律性較小，分析原因在于現(xiàn)場工況復雜多變，負荷升降、除塵設施、出入口粉塵濃度波動較大，造成數(shù)據(jù)準確度降低;隨著統(tǒng)計樣本機組臺數(shù)增加，電除塵能耗統(tǒng)計波動較大，而同等級別的機組袋式除塵和電袋復合電除塵能耗比較平均，其主要原因是研究中只考慮影響能耗主要因素，能耗主要為系統(tǒng)阻力能耗和設備電耗，電除塵阻力能耗約占設施全部能耗的60%～70%左右，袋除塵的阻力能耗約占設施全部能耗的95%左右，因此電除塵電源設備的功耗及運行好壞直接制約電除塵設施能耗，統(tǒng)計中測試數(shù)據(jù)波動皆是不同電源設備功耗影響，使用改進電源和常規(guī)電源能耗等級差距較大，有的可以提升兩、三級。

測試和統(tǒng)計中300MW機組電除塵阻力差在100～300Pa，300MW機組電袋復合阻力壓差在500～700Pa之間，1000MW電袋復合機組阻力壓差在600～1000Pa之間。相比袋式除塵器，電除塵器阻力差是較為固定的一個值，其能耗已經(jīng)基本定型，實際運行中能耗在電氣設備上，而袋式除塵器隨著運行時間變長，其能耗會高低波動，積灰使得阻力上升能耗變高，而破袋率提高又會使能耗下降。

需要指出的是此調(diào)查統(tǒng)計是在出口煙塵排放濃度≤50mg/m3下進行的，部分電廠電除塵設施為節(jié)能控制模式。如果要降低出口煙塵排放，需要加大電場集塵面積或提高濾袋過濾精度，因此用電率和比電耗都會相應增大。尤其當要求出口煙塵排放濃度≤20mg/m3，用電率和比電耗會大幅度提高。

4 結語

(1)同等機組容量電除塵器能耗指標低于電袋復合除塵器、袋式除塵器;機組容量越大，除塵設施用電率越低，而比功耗指標隨機組大小變化不明顯，其主要影響因素為設施運行的阻力差。其他還受煙塵性質(zhì)、入口濃度和排放濃度等眾多因素的影響。

(2)除塵設施局部改造有利于其能耗水平降低，尤其在電除塵器的電源改造、濾袋材料方面。改造方案合理除塵設施能耗可以降低20%～40%。

(3)需要盡快建立電力行業(yè)能耗除塵評定標準，對于技術成熟、能耗低、市場運用前景較廣的除塵設施產(chǎn)品進行推薦，同時需要進一步研究考慮復雜多變外部因素和負荷條件影響下的設備能耗規(guī)律，針對火力發(fā)電機組煤質(zhì)多變、頻繁深度調(diào)峰的因素研究其對除塵能耗的動態(tài)影響機制。

［1］中國電力企業(yè)聯(lián)合會.中國電力行業(yè)2014年度發(fā)展報告［M］.北京:中國電力出版社，2014.

［2］中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會電除塵委員會.我國電除塵行業(yè)2013年發(fā)展綜述［J］.中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2014(11):4－16.

［3］中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會袋式除塵委員會.我國袋式除塵行業(yè)2013年發(fā)展綜述［J］.中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2014(9):16－27.

［4］薛建明，劉濤，許月陽，等.燃煤電廠應對新標準的煙塵控制對策研究［J］.電力科技與環(huán)保，2011，27(2):25－28.

Energy consumptionand indicator assessment of power plant dust removal facilities

It studies the energy consumption of the power industry law from flue gas dust removal facilities during the operation of the mainstream of the major components and data monitoring methods.It raises two parameters dust removal facilities energy alignments that electricity rates and specific power consumption.Monitoring data and statistics show that ESP power consumption is lower than the bag dust removal facilities and electrical facilities bags composite dust removal facilities，specific power consumption with the random group capacity gradient values do not change significantly.Improved dust removal facilities in high－frequency，three－phase power technology helps reduce dust removal facilities energy consumption.

dust removal;energy consumption;power consumption rate;specific power consumption

X701.2

B

1674－8069(2015)04－024－04

2015-04-26;

:2015-05-20

劉濤(1979-)，男，江西南昌人，高級工程師，長期從事火電廠環(huán)保與資源節(jié)約包括SO2、NOx、煙塵、CO2、汞等多污染物控制技術的研究以及火電廠固體廢物綜合利用研究。E－mail: liu913@21cn.com

國家科技支撐計劃課題“重點行業(yè)節(jié)能減排集成控制技術研究與信息平臺開發(fā)”(2012BAK30B04－04)