#1爐燃煤機組電除塵器超低排放升級改造

摘要：本文簡述了良村熱電#1爐燃煤機組電除塵器的概況、存在的問題、主要設(shè)計性能參數(shù)及煤質(zhì)、飛灰成分分析;介紹工頻電源的缺點、高頻電源和脈沖電源的工作原理、技術(shù)特點及優(yōu)勢。重點介紹了#1爐燃煤機組電除塵器超低排放改造方案及改造后的效果。

關(guān)鍵詞：電除塵器，超低排放，高頻電源，脈沖電源

1引言

隨著人類環(huán)保意識的不斷增強、國家對環(huán)境保護的日益重視及京津冀一體化大發(fā)展時代的到來，環(huán)保成為一體化的重心。2015年7月27日，中國首部區(qū)域空氣質(zhì)量中長期規(guī)劃《京津冀區(qū)域大氣污染控制中長期規(guī)劃》編制工作正式啟動，京津冀大氣治理被正式提上日程，省會石家莊大氣之殤亟待解決。

根據(jù)《河北省委、省政府關(guān)于推進新型城鎮(zhèn)化的意見》、《石家莊市大氣污染防治管理辦法》和《石家莊大氣污染防治攻堅行動方案(2013-2017)》的文件精神，積極落實《河北省燃煤發(fā)電機組超低排放改造專項行動實施方案(冀氣領(lǐng)辦【2015】37號)》、《石家莊市環(huán)保局關(guān)于石家莊市燃煤發(fā)電機組脫硫脫硝超低排放升級改造的通知(市環(huán)發(fā)【2015】53號)》要求，公司經(jīng)過多方考察、認(rèn)真調(diào)研，最終確定對#1燃煤機組電除塵器進行環(huán)保升級改造，使其除塵效率和煙塵出口濃度排放值達到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。

2電除塵器概況

良村熱電一期為2x330MW燃煤機組，#1爐燃煤機組配套電除塵器為雙室五電場靜電除塵器，2011年1月投入運行。電除塵器設(shè)計除塵效率為99.81%，設(shè)計電除塵器煙塵出口濃度排放值≤100mg/Nm3，加上尾部的脫硫裝置具有50%的除塵效果，煙塵出口濃度排放值≤50mg/Nm3。但是由于實際煤種與設(shè)計煤種存在較大差異且不斷變化，電除塵器內(nèi)部設(shè)備磨損嚴(yán)重，陰陽極存在變形、斷線等問題，目前電除塵器的除塵效率和煙塵出口濃度排放值已不能滿足現(xiàn)有環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)及脫硫系統(tǒng)運行要求。根據(jù)近期的測試報告，#1爐燃煤機組負(fù)荷在260MW時，電除塵器煙塵出口濃度排放值為31.4mg/Nm3。

2.1主要問題

1)電除塵器實測煙塵出口濃度排放值為31.4mg/Nm3，脫硫裝置具有50%的除塵效果，其煙塵出口濃度排放值已不能滿足國家對發(fā)電廠燃煤機組超低排放的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)即≤5mg/Nm3。

2)電除塵器設(shè)計除塵效率偏低，為99.81%;

3)電除塵器耗電率較高;不能滿足國家對節(jié)能降耗的要求;

4)實際煤種變化大，造成煤種的灰分、比電阻等參數(shù)與設(shè)計值差異較大，使設(shè)備不能良好運行。

2.2電除塵器主要設(shè)計性能參數(shù)及煤質(zhì)、飛灰成分分析

#1爐燃煤機組配套兩臺雙室五電場靜電電除塵器，每臺除塵器都有結(jié)構(gòu)上獨立的殼體。#1爐燃煤機組電除塵器主要設(shè)計性能參數(shù)見表1，煤質(zhì)分析、灰分分析見表2。

3電除塵器電源選用分析

3.1工頻電源

電除塵器采用工頻可控硅電源，當(dāng)粉塵比電阻比較高、易出現(xiàn)反電暈現(xiàn)象時除塵效果會明顯下降，一般達不到原電除塵器設(shè)計指標(biāo)及環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

工頻電源存在以下缺點：

1)工作頻率低，效率轉(zhuǎn)換低(一般在75%以下)，因此能耗高;

2)電源輸入為兩相380V交流工頻電源，又是工頻相位調(diào)節(jié)，致使輸入頻率低至0.7以下，容易造成配電系統(tǒng)的不平衡;

3)輸出紋波大，平均電壓比脈動峰值電壓要低25%左右，致使電暈電壓低下，波形又是單一的工頻波，在高濃度粉塵、高比電阻等工況下，很難達到超低排放環(huán)保要求;

4)工作頻率低，變壓器和濾波器體積大，重量重;

5)體積龐大的電源控制調(diào)節(jié)柜和隔離升壓用的工頻變壓器分居兩處，耗費空間，浪費電源，增加基建投資費用。

3.2高頻電源

3.2.1高頻電源的原理

EHC-II高頻電源是一個高度集成的大功率開關(guān)電源，是傳統(tǒng)變壓器和高壓控制柜的結(jié)合體，它為高壓靜電除塵器電場提供所必須的設(shè)備以及這些設(shè)備的控制系統(tǒng)。它由高頻整流變壓器及逆變箱、控制箱、散熱系統(tǒng)等組成。采用側(cè)高壓輸出線方式，安裝簡單，與隔離開關(guān)連接方便?？赏ㄟ^觸摸屏手操器、EHC-IPAD無線手操器進行操作，也可以采用RS485總線或TCP/IP以太網(wǎng)在上位機進行集中管理、遠程操作、參數(shù)修改、節(jié)能優(yōu)化等。

EHC-II高頻電源與傳統(tǒng)的SCR(可控硅調(diào)壓工頻單相電源)相比性能優(yōu)越，具有輸出波紋小、平均電壓電流高、工況適應(yīng)性強、體積小、重量輕、模塊化結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換效率高、功率因素高、三相平衡等多項顯著優(yōu)點，實現(xiàn)了電除塵器供電電源技術(shù)水平的質(zhì)的飛躍。實際應(yīng)用表明，EHC-II高頻電源既能有效提高電除塵器的除塵效率，又能大幅降低電除塵器的能量消耗。

3.2.2高頻電源節(jié)能提效的性能

高頻電源供給電場的是一種電流脈沖(脈沖寬度在5-20微秒)，可以提高煙塵的荷電頻率，提高粉塵遷移速度，從而提高除塵效率。同時，在煙塵帶有足夠電荷的前提下，可盡量減少無效的電場電離，從而大幅度減少電除塵器電場供電能量損耗。另外，同時在電源本身電能轉(zhuǎn)換頻率上，工頻電源只有70%左右，而高頻電源可達92%以上。高頻電源采用間隙供電方式，既能克服“反電暈”的特殊現(xiàn)象，提高除塵效率，又能大幅度的節(jié)約能耗。

3.2.3高頻電源的技術(shù)參數(shù)

1)額定直流輸出電壓：80kV，電壓調(diào)節(jié)范圍：0-100%;

2)額定直流輸出電流：200mA-2400mA，輸出電流調(diào)節(jié)范圍：0-100%;

3)輸入電壓：三相電壓380V，±10%;

4)輸入電壓頻率：50Hz±2%;

5)電能轉(zhuǎn)換效率≥93%,功率因數(shù)>92%(額定負(fù)載條件);

6)變壓器油溫升：≤40℃。

3.3脈沖電源

3.3.1脈沖電源原理

Coroboth®-Ⅲ脈沖電源是一個高集成、模塊化的大功率電源。它為高壓靜電除塵器電場提供所必須的設(shè)備以及這些設(shè)備的控制系統(tǒng)。它由主油箱、逆變箱、控制箱、控制柜和散熱系統(tǒng)組成。采用側(cè)高壓輸出線方式，安裝簡單，與隔離開關(guān)連接方便。Coroboth®-Ⅲ脈沖電源是一種功率疊加電源，它的功率輸出由兩部分組成：基波和脈沖?；ú糠州敵龅闹绷髫?fù)高壓，與脈沖部分輸出的微秒級負(fù)高壓脈沖，通過耦合疊加電路，產(chǎn)生一種基波疊加脈沖的電壓形式，供給電除塵電場。其原理圖如圖1所示：

3.3.2脈沖電源的優(yōu)勢

1)基波為高頻，火花少，波紋系數(shù)低，功率因數(shù)高;

2)電源柜和控制柜均安裝在ESP頂部，基礎(chǔ)電壓和激能脈沖一體化;

3)脈沖電源特別適合于高比電阻粉塵、細微顆粒粉塵(PM10，PM2.5)以及有超低排放要求和受場地資金限制而急需提高除塵效率的場合;

4)脈沖電源占地面積小、布置靈活。用在常規(guī)末級電場、次末級電場，可去除原整流變，控制排放值<10mg/Nm3，額定功率低于單相電源功率，同時達到更好的減排和節(jié)能雙重目的。

3.3.3脈沖電源的節(jié)能減排機理

1)對于中、低比電阻的粉塵，通過提升二次電流密度來提升電暈電流可提高除塵效果，但功耗增加大，較大部分電流浪費在電場中，參見伏安曲線(圖2);

2)對于中高比電阻的粉塵，在直流電源中，通過增加二次輸出功率提高荷電效果，容易引起反電暈使除塵效率降低(圖3);

3)在直流電源中，通過間歇或充電比供電(脈沖供電)可避免反電暈，但平均電壓大幅降低，峰值電壓沒改變，提高除塵效率有限;

4)Coroboth®采用專用激能脈沖電源來大幅提高脈沖能量，荷電時間從毫秒級提升到微秒級，以達到大幅提高高比電阻粉塵的除塵效果。

3.3.4脈沖電源的技術(shù)參數(shù)

1)基波輸出電壓：60kV;

2)基波輸出電流：1.2A(最大規(guī)格);

3)脈沖輸出電壓：80kV，調(diào)節(jié)范圍：0~100%;

4)脈沖輸出頻率：0~100Hz;

5)輸入電壓：三相380V，±10%;

6)輸入電壓頻率：50Hz±2%。

4電除塵器改造方案

4.1改造方案內(nèi)容

1)電除塵器電源的改造#1爐燃煤機組電除塵器一、二、三電場的工頻電源更換為高頻電源(EHC-II1.8A/80kv)，四、五電場的工頻電源更換為分體式高頻脈沖電源(COROBOTH-I-C1.8A/80kv);將改造前電除塵器的一體式高低壓控制柜改造為高壓、低壓分離式控制柜;原工頻電源的兩相380V供電電源改為適合于高頻和高頻脈沖電源的三相供電電源，并拆除原柜內(nèi)的可控硅;

2)電除塵器本體的改造電除塵器一、二電場內(nèi)的單陰極線更換為雙陰極線，四電場的陰極線由RSB-1線更換為螺旋線;

3)除塵器低壓加熱柜改造原有的S7-200PLC控制系統(tǒng)，更換為S7-300PLC冗余控制系統(tǒng);對所有低壓部分接線進行改造;

4)電除塵器控制系統(tǒng)及操作軟件改造原有操作軟件及控制系統(tǒng)進行升級改造，改造后的高頻電源和高頻脈沖電源納入新的電除塵器控制系統(tǒng)，并對低壓振打部分進行相應(yīng)調(diào)整，保證系統(tǒng)的完整性、一致性和可操作性;對原有設(shè)備進行上位機控制程序、監(jiān)視畫面進行修改、優(yōu)化與調(diào)試，根據(jù)需要增加PLCI/O卡件、連接電纜、通訊電纜等設(shè)備材料。

4.2改造后電除塵器運行參數(shù)

#1爐燃煤機組在鍋爐負(fù)荷260MW的運行工況下，電除塵器低壓設(shè)備運行正常,電場高壓設(shè)備運行正常,電除塵器兩個室的五個電場高壓電源運行參數(shù)設(shè)定見表3，電除塵器的高壓運行參數(shù)見表4。

4.3改造后電除塵器運行情況

#1爐燃煤機組電除塵器于2015年10月投入運行，運行正常，效果良好。經(jīng)某權(quán)威檢測機構(gòu)測試，改造后電除塵器的除塵效率能達到99.93%以上，電除塵器最佳煙塵出口濃度排放值為7.7mg/Nm3(如圖5所示)，則再經(jīng)過濕法脫硫系統(tǒng)后(脫硫裝置具有50%的除塵效果)，其煙塵出口濃度排放值≤5mg/Nm3，符合國家對發(fā)電廠燃煤機組超低排放的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

5結(jié)論

綜上所述，電力行業(yè)以煤為主的能源結(jié)構(gòu)特點決定了其在未來一段時間內(nèi)仍會以煤電為主，這就使電力行業(yè)成為我國大氣污染防治的重點行業(yè)之一。因此，電力行業(yè)尤其是火電行業(yè)將會繼續(xù)推進節(jié)能減排的進程。在我國能源資源和節(jié)能減排的雙重約束下，對現(xiàn)有燃煤電廠進行超低排放升級改造和建設(shè)環(huán)境友好型的清潔燃煤電廠是我國大氣污染防治的一條出路，對推進電力行業(yè)的節(jié)能減、實現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展有重大意義。