燃煤电厂电除尘器电耗调研及评价指标研究

郦建国，刘含笑，杨涛，杜依倩

(浙江菲达环保科技股份有限公司，浙江诸暨　311800)



燃煤电厂电除尘器电耗调研及评价指标研究

郦建国，刘含笑，杨涛，杜依倩

(浙江菲达环保科技股份有限公司，浙江诸暨311800)

摘要：通过调研国内200台(套)燃煤电厂电除尘器电耗，按机组容量的不同，将其划分为300 MW、600 MW和1000 MW三个等级，分别从鼓励先进和淘汰落后两个角度研究了电除尘器电耗评价指标，确定了不同机组容量、煤种除尘难易性及出口烟尘浓度下的电除尘器能效限定值及节能评价值。以能效限定值来衡量电除尘器能耗是否超标，以节能评价值来衡量电除尘器是否节能运行，为强制性国家标准《燃煤电厂电除尘器能效限定值及节能评价值》的研制提供理论基础。

关键词：电除尘器；电耗；比电耗；能效限定值；节能评价值

电除尘器具有处理烟气量大、除尘效率高、适用范围广、设备阻力低、使用简单可靠、运行维护费用低且无二次污染等优点，一直以来都是我国电力行业消烟除尘的主流设备。据不完全统计，目前我国燃煤电厂中电除尘器的使用装机容量比例为80%以上。《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223—2011)[1]出台后，尤其是近年来随着“超低排放”相关政策的实施，对我国电除尘技术的要求越来越高，对电除尘器的能耗也带来了挑战。尽管适应我国新排放要求的电除尘技术层出不穷，但总体上来看，设备性能及能耗等仍参差不齐，且设备能耗评价缺乏统一标准。

1电除尘器电耗

电除尘器单位时间电耗主要包括电除尘器阻力电耗(即电除未器压力降引起的引风机单位时间的电耗)、高压供电设备单位时间电耗、低压用电设备单位时间电耗。

本文调研了国内主要电除尘器本体厂家和电源厂家所生产的200台(套)燃煤电厂电除尘器的电耗，涵盖10家本体厂家和12家电源厂家，这些厂家的产品占现役电除尘器总数的80%以上。机组容量涉及300～1 050 MW，其中300 MW级机组电除尘器78台(套)，600 MW级机组电除尘器102台(套)，1 000 MW级机组电除尘器20台(套)。

不同机组的电除尘器本体压力降差别不大，本文均按250 Pa计。在实际运行中，由于电动机发热、传动部件间摩擦等引起的能量损失不能被忽略，因此在计算引风机电耗时，需考虑引风机效率系数和传动效率系数，本文按0.85计。计算公式如下：

(1)

式中，Wr为电除尘器阻力电耗，kW·h/h；Q为电除尘器单位时间处理的工况烟气量，m3/h；ΔP为电除尘器压力降，Pa；0.85为电除尘系统引风机、传动设备等引起的综合效率系数。

300 MW级、600 MW级和1 000 MW级机组电除尘器的工况烟气量分别按200×104m3/h、360×104m3/h、500×104m3/h计。根据公式(1)可得，其引风机电耗分别为163 kW、294 kW和408 kW。

根据上述调研及计算数据，可得300 MW级、600 MW级和1 000 MW级机组电除尘器总电耗，分别如图1、图2、图3所示。其中，300 MW级机组电除尘器总电耗平均值为896 kW，最大值为1 600.7 kW，最小值为445.5 kW；600 MW级机组电除尘器总电耗平均值为1 341 kW，最大值为2 762 kW，最小值为470.2 kW；1 000 MW级机组电除尘器总电耗平均值为1 683 kW，最大值为2 928 kW，最小值为1 039.8 kW。

图1　300 MW级机组电除尘器总电耗统计结果Fig.1　Statistical results of total power consumption of ESP in 300 MW unit

图2　600 MW级机组电除尘器总电耗统计结果Fig.2　Statistical results of total power consumption of ESP in 600 MW unit

图3　1 000 MW级机组电除尘器总电耗统计结果Fig.3　Statistical results of total power consumption of ESP in 1 000 MW unit

2电除尘器比电耗

2.1　比电耗的定义

为客观、科学地表述电除尘器电耗情况，本文引入“比电耗”，对其电耗水平进行评价。比电耗是指电除尘器处理单位工况烟气量所消耗的电量，单位为kW·h/m3。计算公式如下：

(2)

式中，C为比电耗，kW·h/m3；W为电除尘器单位时间的总电耗，kW·h/h；Q为电除尘器单位时间处理的工况烟气量，m3/h。

2.2　比电耗的影响因素及修正

电除尘器比电耗的影响因素十分复杂，不仅与机组容量、煤种除尘难易性、出口烟气含尘浓度要求等有关，还与电除尘器的高压电源型式及控制方式、运行条件等有关，且不同电除尘器制造厂家采用的结构型式和技术水平的差异也将直接影响电除尘器的比电耗。电源型式、控制方式及运行条件等对电除尘器比电耗的影响无须修正或无法修正，因此，本文仅对机组容量、煤种除尘难易性以及出口烟气含尘浓度三方面因素进行修正，如公式(3)所示。

CX=C×K1×K2×K3

(3)

式中，CX为不同条件下的比电耗，kW·h/m3；C为某一基准值下的比电耗，kW·h/m3；K1为机组容量修正系数；K2为煤种除尘难易性修正系数；K3为出口烟尘浓度修正系数。

(1)机组容量修正系数K1的确定

对于机组容量而言，大容量机组单位耗煤量和排污量比小容量机组小，处理单位烟气量所需的电耗也较低，因此电除尘器机组容量越大，相对比电耗越小。根据国务院《关于加快关停小火电机组若干意见的通知》中提出的“上大压小”的要求，小容量机组应占被淘汰的高能耗机组的绝大多数。机组容量对应的比电耗系数不应修正，但考虑到目前我国300 MW级小容量机组较多，本文中将对此系数作适当修正。300 MW级、600 MW级、1 000 MW级机组容量对应比电耗修正系数可分别定为1.05、1.0、0.97。

(2)煤种除尘难易性修正系数K2的确定

电除尘器对煤种的除尘难易性是指在给定的煤、飞灰及烟气成分、烟气温度、飞灰粒度等条件下，电除尘器达到性能指标的难易程度。其评价可分为“容易”、“较容易”、“一般”、“较难”、“难”。为简单起见，本文按煤、飞灰成分将其划分为“较易”、“一般”、“较难”。

电除尘器的电耗水平与其性能密切相关，而影响电除尘器性能的因素很复杂。对燃煤电厂而言，大体上可分为三大类：工况条件、电除尘器技术状况、电除尘器运行条件，工况条件为主要影响因素，其中煤、飞灰成分对电除尘器性能的影响最大。在达到相同除尘效率的前提下，煤质越差，所需比集尘面积越大，即所需电除尘器容量越大，比电耗也越大。例如，当电除尘器出口烟气含尘浓度限值为30 mg/m3时，对于除尘难易性为“较易”的煤种，电除尘器所需比集尘面积约为130 m2/(m3·s-1)；对于除尘难易性为“一般”的煤种，电除尘器的容量约需增加10%；对于除尘难易性为“较难”的煤种，电除尘器所需比集尘面积还约需再增加10%。结合多年电除尘器选型设计经验及《电除尘器选型设计指导书》[1]相关内容，煤种除尘难易性为“较易”、“一般”、“较难”对应的比电耗修正系数可分别定为0.9、1.0、1.1。

(3)出口烟气含尘浓度修正系数K3的确定

对于出口烟气含尘浓度而言，在其他条件相同的情况下，出口烟气含尘浓度限值越低，所需电除尘器容量越大，电除尘器比电耗越大。例如，对于除尘难易性为“较好”的煤种，当电除尘器出口烟气含尘浓度限值为30 mg/m3时，所需比集尘面积约为130 m2/(m3·s-1)；当电除尘器出口烟气含尘浓度限值为20 mg/m3时，电除尘器容量约需增加20%；电除尘器出口烟气含尘浓度限值达到15 mg/m3时，电除尘器容量还约需再增加20%。根据多年经验及《电除尘器选型设计指导书》[2]相关内容，出口烟尘浓度为30 mg/m3、20 mg/m3、15 mg/m3时对应的比电耗修正系数可分别定为1.0、1.2、1.4。

3电除尘器电耗评价指标

3.1　电除尘器能效限定指标

为淘汰落后产品，引入“能效限定值”，即在规定标准测试条件下，且性能达到设计要求时，电除尘器所允许的最大比电耗。本文将其作为能耗限定指标。比电耗超过此指标的属高能耗产品。

本文选取各机组容量在煤种除尘难易性为“一般”、出口烟气含尘浓度为30 mg/m3(简称“一般条件”)时的能效限定值为主要分析对象。结合比电耗影响因素对应修正系数以及比电耗计算公式(2)，可得300 MW级、600 MW级、1 000 MW级机组电除尘器在该条件下的能效限定值分别为0.59×10-3kW·h/m3、0.56×10-3kW·h/m3、0.54×10-3kW·h/m3。300 MW级、600 MW级和1 000 MW级机组电除尘器的工况烟气量按200×104m3/h、360×104m3/h、500×104m3/h计，可得对应能效限定值的电耗分别为1 176 kW、2 016 kW、2 716 kW。根据K2、K3，可得不同煤种除尘难易性、不同出口烟气含尘浓度时电除尘器的能效限定值及对应的电耗值。

根据调研数据，300 MW级机组电除尘器能耗超标数量为14台，占该等级机组的17.9%；600 MW级机组能耗超标数量为4台，占该等级机组的3.9%；1 000 MW机组能耗超标数量为1台，占该等级机组的5.0%。一般情况下，机组容量越大，能耗超标机组比例越小。但本次调研结果中，1 000 MW级机组能耗超标比例略高于600 MW级机组，其原因为1 000 MW级，样品数量偏少，仅为20台。

3.2　电除尘器节能评价指标

为鼓励先进产品，引入“节能评价值”，即在规定标准测试条件下，且性能达到设计要求时，节能型电除尘器所允许的最大比电耗。本文将其作为节能评价指标。比电耗低于此指标的属节能型产品。

本文选取各机组容量在“一般条件”时的节能评价值作为主要分析对象。结合比电耗影响因素对应修正系数以及公式(2)，可得300 MW级、600 MW级、1 000 MW级机组电除尘器在该条件下的节能评价值分别为0.28×10-3kW·h/m3、0.27×10-3kW·h/m3、0.26×10-3kW·h/m3，其对应节能评价值的总电耗分别为567 kW、972 kW、1 310 kW。根据K2、K3，可得不同煤种除尘难易性、不同出口烟气含尘浓度时电除尘器的节能评价值及对应的电耗值。

根据调研数据，300 MW级机组电除尘器节能达标数量为10台，占该等级机组的12.8%；600 MW级机组电除尘器节能达标数量为31台，占该等级机组的30.4%；1 000 MW机组电除尘器节能达标数量为8台，占该等级机组的40.0%。

4电除尘器电耗评价指标分析

根据本文电除尘器电耗指标，调研样本中电除尘器能耗超标数量为19台，占所有机组的9.5%；节能达标数量为49台，占所有机组的24.5%。

调研样本中，电源厂家提供的样本占较大比例，电除尘器处于节能模式下运行的比例也较大。据国内外相关资料介绍，在一定条件下，电除尘器节电效果可达30%～50%[3]。调研结果也表明，在不同电源型式及运行方式下，电除尘器电耗差距在50%以上；且出口烟气含尘浓度值可能达不到30 mg/m3的要求，实际节能达标的比例会小于上述数据。

2011年华能集团发布的企业标准《优秀节约环保型燃煤发电厂标准(试行)》规定，在不考虑引风机电耗时，对于优秀的节约环保型600 MW级以上超临界机组，电除尘器厂用电率≤0.20%，其他机组≤0.25%[4]。随着环保产业的发展，各大发电集团对发电相关设备的用电率提出了更高要求，要求优秀节能型电除尘器在不考虑引风机电耗时的厂用电率应低于0.1%；一般规定300 MW级、600 MW级、1 000 MW级机组的优秀节能电耗分别不高于350 kW、600 kW、900 kW，即考虑引风机电耗时其对应的节能总电耗分别为513 kW、894 kW、1 308 kW。本文中，在“一般条件”下，300 MW级、600 MW级、1 000 MW级机组考虑引风机电耗时，电除尘器节能评价值对应的总电耗分别为567 kW、972 kW、1 310 kW，略大于各发电集团提出的优秀节能电耗。本文确定的电除尘器节能评价值基本符合各大发电集团提出的用电率要求。

目前，我国电除尘器供电电源技术取得了很大进展，机组采用普通供电方式，与节能运行方式相比，电耗高出几倍的情况比比皆是，这也是形成电除尘器电耗水平参差不齐的主要原因之一。不同的电控技术也会对电除尘器电耗产生重大影响。我国数以千计的现役电除尘器中，采用普通形式的电源或采用普通运行方式的产品不占少数。调研样本表明，不同级别机组总电耗差异较大，即使相同等级机组配套电除尘器总电耗差距也能达到4倍以上。因此，不能对能效限定值提出过高要求。根据我国国情，本文确定的能效限定值基本合理，电除尘器能效限定值与节能评价值相差较大也符合实际情况。

5结论

(1)通过调研国内200台(套)燃煤电厂电除尘器电耗，发现其电耗水平参差不齐，相同等级机组配套电除尘器总电耗差距达4倍以上，表明我国电除尘器有很大的节能空间，急需出台相关标准予以规范。

(2)本文通过比电耗来分析电除尘器的电耗水平，确定了合理的电耗评价指标。以能效限定值来衡量电除尘器能耗是否超标，以节能评价值来衡量电除尘器是否节能运行。

(3)强制性国家标准《燃煤电厂电除尘器能效限定值及节能评价值》即将出台，拟定现役20%左右的机组电除尘器为节能型产品，将予以鼓励，现役10%左右的机组电除尘器为高能耗产品，将予以淘汰。这给我国电除尘技术带来了挑战，同时也将给电控技术带来机遇。环保企业应加强技术革新，在保证产品效果的前提下注重产品能耗；相关部门应加强监管，确保国家节能减排政策的有效落实。

参考文献(References)：

[1]环境保护部, 国家质量监督检验检疫总局. GB 13223—2011 火电厂大气污染物排放标准[S]. 北京: 中国环境科学出版社, 2011.

[2]中国环境保护产业协会电除尘器委员会. 电除尘器选型设计指导书[M]. 北京: 中国电力出版社, 2013.

[3]张滨渭, 祁君田, 林心光. 燃煤电厂电除尘器节电技术研究[J]. 电力设备, 2007, 8(6): 42- 46.

[4]中国华能集团公司. Q/HN—1—0000.08.001—2011 优秀节约环保型发电厂标准[S]. 2011.

Survey and Evaluation Index Research on Power Consumption of Electrostatic

Precipitator in Coal-fired Power Plants

LI Jian-guo, LIU Han-xiao, YANG Tao, DU Yi-qian

(Zhejiang Feida Environmental Science & Technology Co., Ltd., Zhuji 311800, China)

Abstract:This paper investigated the power consumption of 200 electrostatic precipitators in coal-fired power plants in China, and then categorized them into three levels of 300 MW, 600 MW and 1 000 MW, basing on different unit capacities. The evaluation index of power consumption of electrostatic precipitator was discussed through perspectives of encouraging the advanced and eliminating the underdeveloped. The minimum allowable values of energy efficiency and evaluating values of energy conservation for electrostatic precipitators were determined under different unit capacities, dust precipitation difficulties of different coal types, and different outlet dust concentrations. The minimum allowable values of energy efficiency is used to determine whether the energy consumption of electrostatic precipitator exceeds the standard, and the evaluating values of energy conservation is used to determine whether the electrostatic precipitator is under energy saving operation. This paper provides the theoretical basis and suggestions for the development of mandatory national standard—Minimumallowablevaluesofenergyefficiencyandevaluatingvaluesofenergyconservationforcoal-firedpowerplantelectrostaticprecipitator.

Key words:electrostatic precipitator; power consumption; specific power consumption; minimum allowable values of energy efficiency; evaluating values of energy conservation

作者简介：郦建国(1963—)，男，浙江诸暨人，教授级高级工程师，主要从事电除尘设计及研究，E-mail：lijg1963@163.com

收稿日期：2015-07-06

中图分类号：X51；TK01+8

文献标识码：A

文章编号：2095-6444(2016)01-0050-05

DOI:10.14068/j.ceia.2016.01.014