燃煤机组除尘设施能耗状况及指标评估

刘涛，刘志强，姜维才，薛建明

(1.国电科学技术研究院，江苏南京210023;2.中国电力企业联合会，北京100761)

燃煤机组除尘设施能耗状况及指标评估

刘涛1，刘志强2，姜维才1，薛建明1

(1.国电科学技术研究院，江苏南京210023;2.中国电力企业联合会，北京100761)

针对电力行业燃煤烟气三种主流除尘设施电除尘器、袋式除尘器、电袋复合除尘器，研究了其运行过程中主要组件的能源消耗规律及数据监测方法，提出了除尘设施能耗比对的2个参数，即用电率和比电耗。监测数据和统计表明，同级别机组电除尘能耗低于袋式除尘和电袋复合除尘，比电耗随机组容量变化梯度变化值不显著，除尘设施电源侧技术改进有助于降低除尘设施能耗。

除尘;能耗;用电率;比电耗

0 引言

目前，我国电力工业已形成了以高效电除尘器、袋式除尘器和电袋复合除尘器为主的格局。截至2013年底，燃煤电厂电除尘器、袋式除尘器、电袋复合式除尘器占全国煤电机组的比重分别为79.9%、8.8%、11.3%。袋式除尘器容量约0.7亿kW，电袋复合除尘器机组容量约0.9亿kW。随着《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223－2011)的实施，以及《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014－2020)》的出台，浙江、江苏等省市相继制定了更严格的烟尘排放地方标准，对除尘设施的性能要求越来越高，除尘技术也得到进一步发展完善。

电除尘器的新技术主要有低低温电除尘、湿式电除尘、移动电极式电除尘、机电多复式双区电除尘等，技术日趋成熟并在多个项目上取得应用经验;电除尘高频电源得到广泛推广，在达标排放前提下，可节约能耗10%～20%。袋式除尘器则向大型化发展，单机最大处理烟气量超过300万m3/h，过滤面积大多在4万～5万m2，同时在过滤材料研制及滤袋制造技术、清灰技术及设备、气流分布技术、整机加工制造及装备技术等方面都取得重大技术突破，除尘效果明显提升。

高效能除尘设施是未来的发展方向，亦即在满足环保排放要求的前提下，要综合考虑设备的节能、利用能源的效率质量特性及运行安全可靠性。为此，在评价除尘设施运行效果时，除了除尘效率和烟尘排放指标外，还应增加其能耗指标和投资价值。本文针对电力行业燃煤烟气主流除尘设施，研究了其运行过程中主要组件的能源消耗规律及数据监测方法，提出除尘设施能耗比对的2个参数，即用电率和比电耗，通过横向、纵向比较除尘设施的能源消耗，深化评估除尘设施的先进性，以期推广高效能除尘设施，加速淘汰高耗能除尘设施。

1 除尘设施能耗因素分析

除尘器能耗是指除尘器正常运行时所消耗的各种能量(水、电、油、压缩空气、蒸汽等)和克服除尘器自身阻力所消耗的能量之和。主要体现在除尘器本体用电设备功耗与克服除尘器本体阻力引风机做功功耗两部分。图1为三种主流的除尘设施能耗设备分布示意。

图1 三种除尘设施的主要能耗设备分布

(1)电除尘能耗评价影响因素

电除尘器的主要电耗包括设备压力降引起的引风机电耗、高压供电设备电耗、低压用电设备电耗(包括振打电机、灰斗加热、绝缘子加热等电耗)，其能耗评价影响因素见图2。

图2 电除尘器能耗评价

(2)袋式除尘能耗评价影响因素

袋式除尘除尘器主要电耗包括设备阻力能耗，清灰用压缩空气机以及流化风能耗，袋式除尘器能耗评价因素见图3。

图3 袋式除尘器能耗评价

(3)电袋式除尘能耗评价影响因素

电袋复合除尘器的主要电耗包括:设备阻力能耗、空压机系统电耗、高压供电设备电耗、绝缘子加热器电耗。其评价因素包含电除尘和袋除尘。

从上面分析可以得出，除尘器用电设备用电基本从除尘变引接，电除尘器用电设备主要包括高低压供电设备、绝缘子加热器、极板极线振打、灰斗加热器、流化风系统、阀门仪表等其他用电设备;布袋除尘器除灰斗加热器、流化风系统能耗外、含吹扫用压缩空气系统能耗，统计或折算相应压缩空气系统电耗即可，此外也包括阀门、仪表等相关设备;部分厂灰斗加热及流化风加热采用蒸汽加热，需要折算为电耗;电袋复合除尘器用电设备按电区、袋区分类计量统计并折算为电耗。为了便于统计考核，一般是将除尘器能耗全部折算为电耗。

除尘器各用电设备功耗主要体现在除尘变的计量表计上，少部分厂除尘器灰斗、流化风采用蒸汽加热，需要根据蒸汽品质折算能耗。涉及布袋、电袋除尘器，压缩空气消耗按空压机功耗折算为电耗。

所幸，没什么大碍。2016年7月在邢台和成都的医院，起初，我以为自己如此严重的不适，肯定罹患了很大的病，CT、心电二合一、核磁共振、生化等等，结果是，目前没有什么大碍，这才放下心来。不过，一个人住院的感觉，尤其是那种凄凉和悲伤，是无以复加的。我本想告诉母亲，让她来成都，可又怕她担心；想弟弟来，弟弟又跑运输，三个正在读书的孩子还要他一个人养活。

2 评估指标及测算方法

2.1 评估指标

电力行业火力发电厂除尘器电耗评估目前还没有统一的标准。国内火电行业除尘器验收及常规性能测试中对能耗监测和能耗考核项目都不做强制要求。因此，大部分电厂对除尘器能耗的统计分析都比较模糊，且除尘设施未设置专门的分段计量电表，95%以上的电厂运行技术经济控制指标只考核整体的用电率技术指标。

根据各厂配电系统的不同而有不同方式，有的电厂采用单独计量，有的电厂是采用除尘、除灰系统合并统计方式。依据《火力发电厂技术经济指标计算方法》(DL/T 904－2004)关于除尘能耗的表示方法主要有三种:除尘系统单耗、除尘系统汽耗率、除尘系统电耗率。前两种在电厂实际功耗比对中已经不用，用的较多是除尘系统电耗率。随着国家大力推进煤电节能减排与升级改造，为了便于比较不同除尘器的能效水平，设备制造厂家又提出了比电耗的概念。比电耗定义为除尘器处理单位含尘烟气量所需的电耗。因此，从实际比对情况看，除尘系统电耗率和比功耗率更具比较性，电耗率可用来和电厂其他耗能系统进行横向比对，从而确定电厂系统能耗的节电方向;比功耗作为除尘系统横向比对的指标，评价同等烟气量下除尘功耗，可为电厂提供不同类型除尘器能耗选择和评价的依据。

2.2 测算方法

除尘器测试应在接近设计条件下的正常工况开展。除尘器总能耗(Wch)计算公式如下:

式中:Wch为除尘器总能耗;Nch为引风机克服除尘器本体阻力功耗;Ech为除尘器各耗电、汽、气设备能耗，统一折算为电耗。

(1)电除尘器

引风机能耗Nch测算，除尘设备安装引起的阻力采用引风机功率折算，公式如下:

电除尘器本体设备Ech能耗测算:除尘器各用电设备功耗主要体现在除尘变的计量表计上，少部分厂除尘器灰斗、流化风采用蒸汽加热，需要根据蒸汽品质折算能耗。

(2)布袋除尘器

整体上看布袋除尘器基本没有强电设备，其结构主要由箱体、滤袋、清灰系统和排灰机构组成，滤袋喷吹采用压缩空气，底部排灰及送灰电耗可以划归到除灰系统。

引风机功耗Nch测算:袋式除尘设备安装引起的阻力采用引风机功率折算，计算公式同式1。

袋除尘器本体设备Ech能耗测算:袋式除尘器本体能耗主要是压缩空气清灰能耗，涉及布袋、电袋除尘器，压缩空气消耗可以按空压机功耗折算为电耗，依据是《容积式空气压缩机能效限定值及能效等级》(GB 19153－2009)。

(3)电袋复合除尘器

电袋复合除尘的功耗应为电除尘和袋除尘的功耗累加。

引风机功耗Nch测算:公式同式1。

电袋除尘器本体设备Ech能耗测算:在厂用变位置加装电能表，除尘设施的全部用电设备包括一、二次整流变压器，变频设备，加热装置等都并接入该线路，用电量采用电能表测定。

电袋复合除尘器滤袋压缩空气清灰能耗采用功耗折算成电耗计算。

3 测算结果及分析

(1)通过国内A、B、C三个电厂三台不同类型机组能耗进行现场半年跟踪监测，半年监测情况见表1。由于统计周期较长，在样本统计数据库中忽略燃煤煤质波动的影响，负荷采用加权平均处理。A电厂单机容量300MW，环保设施配置为SCR+ (ESP+BF)+WFGD;B电厂单机容量300MW，环保设施配置为SCR+(高频电源+ESP)+WFGD;C电厂单机容量1000MW，环保设施配置为SCR+ (高频电源+ESP)+WFGD。

表1 三电厂除尘设施能耗监测统计结果

图4 A、B、C电厂半年月度除尘平均能耗

由于统计期煤质的变化、机组负荷变化，测试数据存在波动和震荡，就单一机组来看，数据的规律性不大，只能评估用电率和比电耗低于一定值，但从不同等级的机组测试和统计数据看，机组规模越大，相对能耗水平的指标用电率、比电耗就越低，1000MW机组的用电率比300MW机组用电率低40%，比电耗低29%;同规模等级机组采用节能改造技术的比没有采用节能改造技术的用电率和比电耗都低，效果也比较明显。

(2)不同类型机组能耗结果情况

同时测算和统计不同等级不同类型除尘器能耗情况，分析结果见图5、图6。

图5 300MW等级及以下机组不同类型除尘设施能耗

图6 600MW等级机组不同类型除尘设施能耗

从测试数据可知，同等级机组电除尘用电率和比电耗略低于袋式除尘和电袋复合除尘器;不同等级机组除尘设施用电率不同，等级越高，用电率就越低。从数据结果上看机组容量对比电耗的影响较小，比电耗指标随机组大小的变化梯度不明显，除尘设施比电耗数据的离散性较大，规律性较小，分析原因在于现场工况复杂多变，负荷升降、除尘设施、出入口粉尘浓度波动较大，造成数据准确度降低;随着统计样本机组台数增加，电除尘能耗统计波动较大，而同等级别的机组袋式除尘和电袋复合电除尘能耗比较平均，其主要原因是研究中只考虑影响能耗主要因素，能耗主要为系统阻力能耗和设备电耗，电除尘阻力能耗约占设施全部能耗的60%～70%左右，袋除尘的阻力能耗约占设施全部能耗的95%左右，因此电除尘电源设备的功耗及运行好坏直接制约电除尘设施能耗，统计中测试数据波动皆是不同电源设备功耗影响，使用改进电源和常规电源能耗等级差距较大，有的可以提升两、三级。

测试和统计中300MW机组电除尘阻力差在100～300Pa，300MW机组电袋复合阻力压差在500～700Pa之间，1000MW电袋复合机组阻力压差在600～1000Pa之间。相比袋式除尘器，电除尘器阻力差是较为固定的一个值，其能耗已经基本定型，实际运行中能耗在电气设备上，而袋式除尘器随着运行时间变长，其能耗会高低波动，积灰使得阻力上升能耗变高，而破袋率提高又会使能耗下降。

需要指出的是此调查统计是在出口烟尘排放浓度≤50mg/m3下进行的，部分电厂电除尘设施为节能控制模式。如果要降低出口烟尘排放，需要加大电场集尘面积或提高滤袋过滤精度，因此用电率和比电耗都会相应增大。尤其当要求出口烟尘排放浓度≤20mg/m3，用电率和比电耗会大幅度提高。

4 结语

(1)同等机组容量电除尘器能耗指标低于电袋复合除尘器、袋式除尘器;机组容量越大，除尘设施用电率越低，而比功耗指标随机组大小变化不明显，其主要影响因素为设施运行的阻力差。其他还受烟尘性质、入口浓度和排放浓度等众多因素的影响。

(2)除尘设施局部改造有利于其能耗水平降低，尤其在电除尘器的电源改造、滤袋材料方面。改造方案合理除尘设施能耗可以降低20%～40%。

(3)需要尽快建立电力行业能耗除尘评定标准，对于技术成熟、能耗低、市场运用前景较广的除尘设施产品进行推荐，同时需要进一步研究考虑复杂多变外部因素和负荷条件影响下的设备能耗规律，针对火力发电机组煤质多变、频繁深度调峰的因素研究其对除尘能耗的动态影响机制。

［1］中国电力企业联合会.中国电力行业2014年度发展报告［M］.北京:中国电力出版社，2014.

［2］中国环境保护产业协会电除尘委员会.我国电除尘行业2013年发展综述［J］.中国环保产业，2014(11):4－16.

［3］中国环境保护产业协会袋式除尘委员会.我国袋式除尘行业2013年发展综述［J］.中国环保产业，2014(9):16－27.

［4］薛建明，刘涛，许月阳，等.燃煤电厂应对新标准的烟尘控制对策研究［J］.电力科技与环保，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

刘涛(1979-)，男，江西南昌人，高级工程师，长期从事火电厂环保与资源节约包括SO2、NOx、烟尘、CO2、汞等多污染物控制技术的研究以及火电厂固体废物综合利用研究。E－mail: liu913@21cn.com

国家科技支撑计划课题“重点行业节能减排集成控制技术研究与信息平台开发”(2012BAK30B04－04)