劉志強

600 MW機組電除塵器三相高效電源改造——以山西魯晉王曲發(fā)電廠為例

劉志強

（山西魯晉王曲發(fā)電有限責任公司，山西長治，047500）

隨著環(huán)保標準和要求的日益提高，山西魯晉王曲發(fā)電有限責任公司2×600 MW機組電除塵器亟需改造。首先，對布袋式除塵器、電—袋復(fù)合型除塵器和三相高效電源技術(shù)開展調(diào)研，優(yōu)選三相高效電源技術(shù)進行電除塵器改造。其次，設(shè)計改造方案，確定施工流程，明確技術(shù)要求，有序開展施工作業(yè)。驗收結(jié)果表明：電除塵器改造后的效率、阻力、漏風率、出口煙塵濃度均符合設(shè)計保證值，且遠遠高于國家環(huán)保排放標準規(guī)定的指標；同時節(jié)電率高達25%～40%，社會效益和經(jīng)濟效益實現(xiàn)雙贏。

電除塵器；機組；三相高效電源；技術(shù)改造；超低排放

引言

山西魯晉王曲發(fā)電有限責任公司（以下簡稱王曲電廠）2×600 MW超臨界機組于2006年8月正式投入運行。隨著環(huán)保要求的日益提高，目前實施的《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223-2011）要求煙塵排放濃度≤30 mg/Nm3。王曲電廠的實際排放超出標準約一倍，必須對電除塵設(shè)備加以改造。

該機組具有雙列雙室五電場，一、二電場配置16臺GGAj02K-J-0.8 A/66 kV高壓電源，運行電壓66 kV；三、四、五電場配置24臺GGAj02K-J-1.0 A/72 kV高壓電源，運行電壓72 kV。起初采用福建龍凈環(huán)保股份有限公司生產(chǎn)的BE型電除塵器，陰陽極均采用頂部電磁振打，設(shè)計除塵效率為99.8%；在進口含塵量不高于24.74 g/Nm3時，出口排放濃度≤50 mg/Nm3。由于原有國家環(huán)保標準已經(jīng)更新，再加上如今設(shè)備老化，以下問題亟待解決：① 電源利用率僅為65%，節(jié)能效果差；② 一、二電場高壓電源運行電壓低，粉塵荷電能力不足，除塵效率低，額定負荷下燃用設(shè)計煤種時的排放濃度高達50～80 mg/Nm3；③ 電磁振打力不足，極板極線粘灰嚴重，運行阻力在100%負荷時達到600 Pa，超出設(shè)計值一倍。

1　電除塵技術(shù)改造調(diào)研

為保證取得良好改造效果，王曲公司開展了廣泛的調(diào)研比較。近些年來，電除塵器提效改造中普遍采取改用布袋式除塵器、電—袋復(fù)合型除塵器、三相高效電源技術(shù)等。

布袋式除塵器不受粉塵理化特性影響，受電阻等因素的影響小，因而適合各種煤種，且除塵效率高，煙塵排放濃度可穩(wěn)定控制在30 mg/Nm3以內(nèi)，能夠同時得到節(jié)能、減排雙重效果。然而其缺點包括：受煙溫限制、濾袋壽命短、運行費用及濾袋更換費用高。改造時，舊設(shè)備利用率低、改造范圍大、成本高；而改造后運行阻力大，對引風機裕量較小的系統(tǒng)，需更換引風機及其電機，進一步增加了改造費用。

電—袋復(fù)合型除塵器是電除塵器與布袋式除塵器的組合，兼有兩者的技術(shù)特點，煤種適應(yīng)廣，可以保證粉塵排放小于30 mg/Nm3。同時，濾袋數(shù)量減少，濾袋清灰頻率比普通布袋式除塵器低，相對延長了濾袋壽命，運行費用也隨之降低。然而，布袋式除塵器具有的普遍缺點依舊存在：布袋易磨損、腐蝕，未達到一個大修期（4年）就需大量頻繁更換；由于結(jié)構(gòu)為電袋一體化，運行、管理復(fù)雜，改造工程范圍大、舊設(shè)備利用率低，對引風機裕量較小的系統(tǒng)，改造費用依舊較高。

三相高效電源技術(shù)是當今國際電除塵器供電的前沿技術(shù)，三相電源的工作頻率可達40 kHz，是常規(guī)工頻的800倍。設(shè)備主要包括變換器、變壓器、控制器三大部分。其基本原理如圖1所示，三相交流輸入整流采用直流電源，經(jīng)全橋逆變轉(zhuǎn)換為三相交流，再升壓整流輸出直流高壓。

圖1　三相電源原理框圖

三相電源平均電壓、電流可達工頻電源的1.3倍；電源功率因數(shù)>0.9，比工頻電源節(jié)能30%～50%，還具有對電網(wǎng)影響小等顯著優(yōu)點，可以在較大幅度提高除塵效率的同時，達到高效節(jié)能的目的。改造后的運行管理與改造前基本一致，運行檢修費用低，對高溫高濕煙氣不敏感；設(shè)備阻力與原電除塵器相當，無需對引風機及除灰系統(tǒng)進行改造。既彌補了常規(guī)電除塵器對高比電阻、超細粉塵、高黏度粉塵難收難清的不足，又彌補了布袋式除塵器的諸多缺陷，是傳統(tǒng)可控硅工頻電源的革命性更新?lián)Q代產(chǎn)品。有關(guān)資料顯示，華能北京熱電于2013年對兩臺220 MW機組進行了電除塵三相高效電源改造，在煙氣溫度為95℃時，四電場電除塵的煙塵排放在10 mg/Nm3左右。

2　王曲電廠電除塵技術(shù)改造

2.1改造流程

王曲電廠增加脫硝系統(tǒng)后，現(xiàn)有引風機壓頭已沒有任何裕量，若改造為布袋式除塵器或電—袋復(fù)合型除塵器，現(xiàn)有引風機及其電機均無法滿足要求，需改造或更換?？紤]當前排放量能否滿足國家標準、改造工程成本能否接受、舊設(shè)備能否有效利用等因素，采用三相高效電源技術(shù)改造無疑是一種造價低、效果好的方案。兩臺600 MW機組于2013年和2014年大修期間，在原有電除塵器的基礎(chǔ)上，以舊設(shè)備利用率最大化為原則，實施了節(jié)能提效改造，具體內(nèi)容如下：

（1）拆除一、二電場的陰極、陽極、電磁振打器、頂蓋、大梁等，保留原電除塵器殼體側(cè)墻板，對殼體柱進行加固，安裝新的大梁和內(nèi)頂蓋；

（2）為一、二電場安裝新的陰極、陽極。陰極采用新型RS大芒刺線，陽極采用480C型板，并安裝新的機械振打器；

（3）更換40臺單相變壓器為82 kV三相變壓器，更換40臺單相控制柜為三相控制柜。保留原低壓控制柜、高壓電源動力電纜、通信電纜、隔離開關(guān)等；

（4）對三電場針刺線進行更新，新線將針刺得以加長。

2.2施工內(nèi)容

施工前必須做好準備。首先要編制施工方案和進度計劃，組織物資按計劃時間進場；接著要組織施工人員進場，并對施工人員進行安全和技術(shù)交底，使其熟悉施工內(nèi)容和技術(shù)要求；最后要安裝塔吊，并進行檢驗。

2.2.1清理與大梁安裝

電廠施工必須保證安全為前提，首先要進行清灰、冷卻、拆除電場中大部件。

① 停爐后，立即切斷電除塵器的高壓電源，但保持振打及排灰系統(tǒng)的運行，將電場內(nèi)余灰全部排盡。

② 同時開展一、二電場防雨棚、外頂蓋拆除與清灰工作，以縮短改造工期。盡量保證拆除的外頂?shù)耐暾?，并按順序編號，保證回裝順利。

③ 清灰結(jié)束，電場內(nèi)冷卻至40 ℃以下，系統(tǒng)停運，拆除一、二電場內(nèi)頂蓋，拆除一、二電場陰極、陽極、內(nèi)部件及大梁。

接著進行大梁安裝，大梁安裝示意如圖2所示，具體步驟如下：

圖2　大梁安裝示意圖

① 加固原立柱，對其頭部焊接加強筋板，滿焊牢固，焊縫高度不低于5 mm。

② 檢查調(diào)整立柱垂直度和標高，滿足對角線偏差≤9 mm，標高偏差≤3 mm，垂直度≤5 mm。

③ 安裝大梁，滿足同一電場兩根橫梁長度差值≤8 mm，相鄰兩橫梁平面度≤5 mm，連續(xù)焊接牢固，保證其氣密性。大梁安裝后要保持平直，不得下?lián)稀?/p>

2.2.2陰極、陽極系統(tǒng)分別組合安裝

首先進行陰極系統(tǒng)安裝，特別要注意陰極線安裝時的方向，并實施止退焊接。具體步驟是：

① 陰極框架組合。在地面專用平臺組裝陰極框架，檢查對角線長度偏差是否小于其長度的1/1 000，平面度是否小于10 mm，符合要求后進行施焊。復(fù)測對角線是否合格。

② 陰極線安裝。安裝前必須校正，并注意方向，避免反裝或倒裝。用扳手將螺栓擰緊后實施止退焊接。

③ 陰極系統(tǒng)吊裝。用提升工具把組合好的陰極框架吊入電場內(nèi)，暫時擱置在陽極懸掛梁上，統(tǒng)一定位安裝并調(diào)整極間距，控制同極距為405 mm。組裝后的陰極在自然狀態(tài)下，框架四面跨距誤差應(yīng)在±5 mm以內(nèi)，同一陰極框架的各層小框架水平對角線誤差應(yīng)在±4 mm以內(nèi)，框架四面鉛垂度應(yīng)在±3 mm以內(nèi)。

接著進行陽極系統(tǒng)組合安裝，組合后的板排不能有彎曲變形。具體步驟是：

① 在地面專用平臺上組合陽極板排，極板用測力板手緊固，緊固力矩為20 kg·m，螺母作止退焊處理。組合后的板排不能有彎曲變形，對角線誤差、平面彎曲度≤10 mm，并用木錘釋放應(yīng)力。

② 陽極吊裝應(yīng)在陰極系統(tǒng)就位檢測合格后進行。應(yīng)使用陽極板組吊具進行吊裝，每一組極板的安裝都要符合規(guī)定，避免裝反、裝錯。

③ 板排進入電場后，逐塊復(fù)檢平直度，消除因吊裝引起的彎曲變形。

最后進行異極間距檢查及部件固定，過程是：

① 在全通道內(nèi)，異極間距應(yīng)控制在202.5±10 mm，用“T”形專用量具測量每一根極線，每一個通道兩側(cè)的高度方向上測量6個點，不合格者必須加以校正。

② 所有尺寸檢查符合要求后，點焊電場內(nèi)所有螺栓，焊接所有固定件和定位件。

2.2.3機械振打器、頂部裝置安裝

機械振打器安裝，一是在固定軸承支架上安裝軸承及振打軸，以振打撞擊頭為中心，調(diào)整振打軸中心線高度，下偏≤3 mm，相鄰兩軸同軸度公差≤3 mm，全軸長同軸度公差≤6 mm，全軸長水平偏差≤5 mm，對輪膨脹間隙保持在10～15 mm；二是安裝錘頭，注意錘頭旋轉(zhuǎn)方向和裝配角度，錘頭應(yīng)打在撞擊中心下方3～5 mm處；三是安裝振打傳動裝置，復(fù)同軸度合格后試車。試車合格點需焊有連接螺栓。

頂部裝置安裝要在陽極系統(tǒng)進入電場后，可以進行內(nèi)、外頂蓋安裝。頂蓋安裝要求平整，有彎曲、變形者需進行校正。內(nèi)頂蓋全密封焊接，對所有焊縫應(yīng)作滲油檢查，以保證其氣密性。

2.2.4變壓器安裝及線路整理

最后安裝變壓器，引入高壓電，安裝陰極保溫箱、恢復(fù)防雨棚。

還要進行三電場陰極線更換，要做到：① 三電場芒刺線更換，遵循從上到下的原則，分步分區(qū)域拆除和更換；② 陰極線安裝前須校正平直，用J422焊條焊在原陰極框架上。

3　技術(shù)改造成果驗收

2013年12月，#1爐電除塵器改造完成，山西電力科學(xué)研究院進行了現(xiàn)場測試，數(shù)據(jù)如表1所示。結(jié)果表明：電除塵器出口排放濃度≤30 mg/Nm3，額定負荷下除塵器漏風率＜3%，阻力小于200 Pa。除塵效率、阻力、漏風率、出口煙塵濃度均符合設(shè)計保證值的要求，同時滿足了國家環(huán)保排放標準。

表1　#1除塵器性能試驗結(jié)果匯總表

2014年7月，#2機組改造完成后公司組織專業(yè)團隊對電除塵器運行方式、參數(shù)、振打頻率和時間進行優(yōu)化，調(diào)整以前電場強放電、后電場弱放電、末電場減少振打防止二次揚塵為主導(dǎo)思想進行，最終實現(xiàn)了煙塵排放濃度小于5 mg/Nm3，遠遠超額完成目標。2015年1月26日～29日，中國環(huán)境監(jiān)測總站對兩臺機組煙囪出口煙塵排放濃度進行了測試，1號機組煙塵排放濃度小于1.6 mg/Nm3，2號機組煙塵排放濃度小于3.8 mg/Nm3。

節(jié)能方面，月度分析資料顯示：改造前#2爐電除塵2013年11月、12月耗電總量分別為126.38萬度和143.67萬度；改造后2015年6月、7月，#2爐電除塵耗電總量分別為94.62萬度和84.23萬度。在保障煙塵排放指標合格的基礎(chǔ)上，平均每天節(jié)約1萬余度用電量，節(jié)電率達25%～40%，取得較好的經(jīng)濟效益。

4　結(jié)束語

山西魯晉王曲發(fā)電公司通過廣泛的調(diào)研比較，立足于設(shè)備的現(xiàn)實狀況，以舊設(shè)備利用率最大化為原則，在原有電除塵器的基礎(chǔ)上，率先在國內(nèi)600 MW等級機組投運的電除塵器中采用三相高效電源、大芒刺極線等技術(shù)，實現(xiàn)了提效、節(jié)能改造的目標。在資源節(jié)約、污染物減排方面產(chǎn)生了良好的社會效益，通過了中國環(huán)境監(jiān)測總站等多家權(quán)威監(jiān)測機構(gòu)測試，達到了國家超低排放標準，成為神華集團首家長周期運行的煙塵超低排放環(huán)保示范電廠、山西集團首家600 MW等級燃煤機組煙塵超低排放電廠。該項目的成功實施為類似燃煤機組通過低成本技術(shù)改造實現(xiàn)大氣污染物達標排放提供了成功經(jīng)驗，也為燃煤電廠實現(xiàn)煙塵超低排放提供了新途徑。

[1]山西魯晉王曲發(fā)電有限責任公司重大技改項目可行性研究報告[R].

[2]廉根寬, 張磊, 許崇功, 等. 超(超)臨界火電機組檢修技術(shù)叢書:輔助設(shè)備檢修[M]. 北京:中國電力出版社, 2012.

[3]高香林. 電除塵技術(shù)[M]. 保定: 華北電力大學(xué)出版社, 2001.

[4]山西魯晉王曲發(fā)電有限責任公司#1爐電除塵器大修后性能試驗報告[R].

[5]張殿邱, 王純, 俞非漉. 袋式除塵技術(shù)[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社, 2008.

[6]火電廠大氣污染物排放標準: GB 13223-2011 [S].

劉志強(1977-)，男，漢族，山西長治人，學(xué)士，工程師、技師，現(xiàn)就職于神華國能（神東電力）集團山西魯晉王曲發(fā)電有限責任公司，從事鍋爐及環(huán)保設(shè)備管理與維護工作。

Innovative Improvement of Three-phase High Efficiency Power Supply in Electrostatic Precipitator for 600 MW Unit——A Case Study on Shanxi Lujin Wangqu Power Plant

LIU Zhi-qiang
(Shanxi Lujin Wangqu Power Generation Co., Ltd., Changzhi, Shanxi, 047500, China)

Along with the increasing strictness of environmental protection requirements in relevant national standards, innovative improvement of ESP (ElectroStatic Precipitator) for 2×600 MW unit in Shanxi Lujin Wangqu power plant is urgently needed. First, investigations for three techniques including bag-type precipitator, electrostatic-bag compound precipitator, and three-phase high efficiency power supply are carried out. Then, through a series of procedure including improvement scheme design, construction process determination, and technical requirement clarification, construction work is orderly launched. The results of acceptance check show that, efficiency, resistancy, leak out rate and outlet dust concentration of improved ESP all meet the requirement of certified values, and far reach the relevant emission standards. Moreover, the power saving rate is up to 25%～40%, indicating the favorable achievement of both social benefits and economic benefits.

ElectroStatic Precipitator (ESP); Unit; Three-phase High Efficiency Power Supply; Innovative Technical Improvement; Ultra-low Emission

TM621

A

2095-8412 (2016) 05-888-04工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL: http://www.china-iti.com

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.05.016