600 MW机组电除尘器三相高效电源改造——以山西鲁晋王曲发电厂为例

刘志强

600 MW机组电除尘器三相高效电源改造——以山西鲁晋王曲发电厂为例

刘志强

（山西鲁晋王曲发电有限责任公司，山西长治，047500）

随着环保标准和要求的日益提高，山西鲁晋王曲发电有限责任公司2×600 MW机组电除尘器亟需改造。首先，对布袋式除尘器、电—袋复合型除尘器和三相高效电源技术开展调研，优选三相高效电源技术进行电除尘器改造。其次，设计改造方案，确定施工流程，明确技术要求，有序开展施工作业。验收结果表明：电除尘器改造后的效率、阻力、漏风率、出口烟尘浓度均符合设计保证值，且远远高于国家环保排放标准规定的指标；同时节电率高达25%～40%，社会效益和经济效益实现双赢。

电除尘器；机组；三相高效电源；技术改造；超低排放

引言

山西鲁晋王曲发电有限责任公司（以下简称王曲电厂）2×600 MW超临界机组于2006年8月正式投入运行。随着环保要求的日益提高，目前实施的《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223-2011）要求烟尘排放浓度≤30 mg/Nm3。王曲电厂的实际排放超出标准约一倍，必须对电除尘设备加以改造。

该机组具有双列双室五电场，一、二电场配置16台GGAj02K-J-0.8 A/66 kV高压电源，运行电压66 kV；三、四、五电场配置24台GGAj02K-J-1.0 A/72 kV高压电源，运行电压72 kV。起初采用福建龙净环保股份有限公司生产的BE型电除尘器，阴阳极均采用顶部电磁振打，设计除尘效率为99.8%；在进口含尘量不高于24.74 g/Nm3时，出口排放浓度≤50 mg/Nm3。由于原有国家环保标准已经更新，再加上如今设备老化，以下问题亟待解决：① 电源利用率仅为65%，节能效果差；② 一、二电场高压电源运行电压低，粉尘荷电能力不足，除尘效率低，额定负荷下燃用设计煤种时的排放浓度高达50～80 mg/Nm3；③ 电磁振打力不足，极板极线粘灰严重，运行阻力在100%负荷时达到600 Pa，超出设计值一倍。

1　电除尘技术改造调研

为保证取得良好改造效果，王曲公司开展了广泛的调研比较。近些年来，电除尘器提效改造中普遍采取改用布袋式除尘器、电—袋复合型除尘器、三相高效电源技术等。

布袋式除尘器不受粉尘理化特性影响，受电阻等因素的影响小，因而适合各种煤种，且除尘效率高，烟尘排放浓度可稳定控制在30 mg/Nm3以内，能够同时得到节能、减排双重效果。然而其缺点包括：受烟温限制、滤袋寿命短、运行费用及滤袋更换费用高。改造时，旧设备利用率低、改造范围大、成本高；而改造后运行阻力大，对引风机裕量较小的系统，需更换引风机及其电机，进一步增加了改造费用。

电—袋复合型除尘器是电除尘器与布袋式除尘器的组合，兼有两者的技术特点，煤种适应广，可以保证粉尘排放小于30 mg/Nm3。同时，滤袋数量减少，滤袋清灰频率比普通布袋式除尘器低，相对延长了滤袋寿命，运行费用也随之降低。然而，布袋式除尘器具有的普遍缺点依旧存在：布袋易磨损、腐蚀，未达到一个大修期（4年）就需大量频繁更换；由于结构为电袋一体化，运行、管理复杂，改造工程范围大、旧设备利用率低，对引风机裕量较小的系统，改造费用依旧较高。

三相高效电源技术是当今国际电除尘器供电的前沿技术，三相电源的工作频率可达40 kHz，是常规工频的800倍。设备主要包括变换器、变压器、控制器三大部分。其基本原理如图1所示，三相交流输入整流采用直流电源，经全桥逆变转换为三相交流，再升压整流输出直流高压。

图1　三相电源原理框图

三相电源平均电压、电流可达工频电源的1.3倍；电源功率因数>0.9，比工频电源节能30%～50%，还具有对电网影响小等显著优点，可以在较大幅度提高除尘效率的同时，达到高效节能的目的。改造后的运行管理与改造前基本一致，运行检修费用低，对高温高湿烟气不敏感；设备阻力与原电除尘器相当，无需对引风机及除灰系统进行改造。既弥补了常规电除尘器对高比电阻、超细粉尘、高黏度粉尘难收难清的不足，又弥补了布袋式除尘器的诸多缺陷，是传统可控硅工频电源的革命性更新换代产品。有关资料显示，华能北京热电于2013年对两台220 MW机组进行了电除尘三相高效电源改造，在烟气温度为95℃时，四电场电除尘的烟尘排放在10 mg/Nm3左右。

2　王曲电厂电除尘技术改造

2.1改造流程

王曲电厂增加脱硝系统后，现有引风机压头已没有任何裕量，若改造为布袋式除尘器或电—袋复合型除尘器，现有引风机及其电机均无法满足要求，需改造或更换。考虑当前排放量能否满足国家标准、改造工程成本能否接受、旧设备能否有效利用等因素，采用三相高效电源技术改造无疑是一种造价低、效果好的方案。两台600 MW机组于2013年和2014年大修期间，在原有电除尘器的基础上，以旧设备利用率最大化为原则，实施了节能提效改造，具体内容如下：

（1）拆除一、二电场的阴极、阳极、电磁振打器、顶盖、大梁等，保留原电除尘器壳体侧墙板，对壳体柱进行加固，安装新的大梁和内顶盖；

（2）为一、二电场安装新的阴极、阳极。阴极采用新型RS大芒刺线，阳极采用480C型板，并安装新的机械振打器；

（3）更换40台单相变压器为82 kV三相变压器，更换40台单相控制柜为三相控制柜。保留原低压控制柜、高压电源动力电缆、通信电缆、隔离开关等；

（4）对三电场针刺线进行更新，新线将针刺得以加长。

2.2施工内容

施工前必须做好准备。首先要编制施工方案和进度计划，组织物资按计划时间进场；接着要组织施工人员进场，并对施工人员进行安全和技术交底，使其熟悉施工内容和技术要求；最后要安装塔吊，并进行检验。

2.2.1清理与大梁安装

电厂施工必须保证安全为前提，首先要进行清灰、冷却、拆除电场中大部件。

① 停炉后，立即切断电除尘器的高压电源，但保持振打及排灰系统的运行，将电场内余灰全部排尽。

② 同时开展一、二电场防雨棚、外顶盖拆除与清灰工作，以缩短改造工期。尽量保证拆除的外顶的完整性，并按顺序编号，保证回装顺利。

③ 清灰结束，电场内冷却至40 ℃以下，系统停运，拆除一、二电场内顶盖，拆除一、二电场阴极、阳极、内部件及大梁。

接着进行大梁安装，大梁安装示意如图2所示，具体步骤如下：

图2　大梁安装示意图

① 加固原立柱，对其头部焊接加强筋板，满焊牢固，焊缝高度不低于5 mm。

② 检查调整立柱垂直度和标高，满足对角线偏差≤9 mm，标高偏差≤3 mm，垂直度≤5 mm。

③ 安装大梁，满足同一电场两根横梁长度差值≤8 mm，相邻两横梁平面度≤5 mm，连续焊接牢固，保证其气密性。大梁安装后要保持平直，不得下挠。

2.2.2阴极、阳极系统分别组合安装

首先进行阴极系统安装，特别要注意阴极线安装时的方向，并实施止退焊接。具体步骤是：

① 阴极框架组合。在地面专用平台组装阴极框架，检查对角线长度偏差是否小于其长度的1/1 000，平面度是否小于10 mm，符合要求后进行施焊。复测对角线是否合格。

② 阴极线安装。安装前必须校正，并注意方向，避免反装或倒装。用扳手将螺栓拧紧后实施止退焊接。

③ 阴极系统吊装。用提升工具把组合好的阴极框架吊入电场内，暂时搁置在阳极悬挂梁上，统一定位安装并调整极间距，控制同极距为405 mm。组装后的阴极在自然状态下，框架四面跨距误差应在±5 mm以内，同一阴极框架的各层小框架水平对角线误差应在±4 mm以内，框架四面铅垂度应在±3 mm以内。

接着进行阳极系统组合安装，组合后的板排不能有弯曲变形。具体步骤是：

① 在地面专用平台上组合阳极板排，极板用测力板手紧固，紧固力矩为20 kg·m，螺母作止退焊处理。组合后的板排不能有弯曲变形，对角线误差、平面弯曲度≤10 mm，并用木锤释放应力。

② 阳极吊装应在阴极系统就位检测合格后进行。应使用阳极板组吊具进行吊装，每一组极板的安装都要符合规定，避免装反、装错。

③ 板排进入电场后，逐块复检平直度，消除因吊装引起的弯曲变形。

最后进行异极间距检查及部件固定，过程是：

① 在全通道内，异极间距应控制在202.5±10 mm，用“T”形专用量具测量每一根极线，每一个通道两侧的高度方向上测量6个点，不合格者必须加以校正。

② 所有尺寸检查符合要求后，点焊电场内所有螺栓，焊接所有固定件和定位件。

2.2.3机械振打器、顶部装置安装

机械振打器安装，一是在固定轴承支架上安装轴承及振打轴，以振打撞击头为中心，调整振打轴中心线高度，下偏≤3 mm，相邻两轴同轴度公差≤3 mm，全轴长同轴度公差≤6 mm，全轴长水平偏差≤5 mm，对轮膨胀间隙保持在10～15 mm；二是安装锤头，注意锤头旋转方向和装配角度，锤头应打在撞击中心下方3～5 mm处；三是安装振打传动装置，复同轴度合格后试车。试车合格点需焊有连接螺栓。

顶部装置安装要在阳极系统进入电场后，可以进行内、外顶盖安装。顶盖安装要求平整，有弯曲、变形者需进行校正。内顶盖全密封焊接，对所有焊缝应作渗油检查，以保证其气密性。

2.2.4变压器安装及线路整理

最后安装变压器，引入高压电，安装阴极保温箱、恢复防雨棚。

还要进行三电场阴极线更换，要做到：① 三电场芒刺线更换，遵循从上到下的原则，分步分区域拆除和更换；② 阴极线安装前须校正平直，用J422焊条焊在原阴极框架上。

3　技术改造成果验收

2013年12月，#1炉电除尘器改造完成，山西电力科学研究院进行了现场测试，数据如表1所示。结果表明：电除尘器出口排放浓度≤30 mg/Nm³，额定负荷下除尘器漏风率＜3%，阻力小于200 Pa。除尘效率、阻力、漏风率、出口烟尘浓度均符合设计保证值的要求，同时满足了国家环保排放标准。

表1　#1除尘器性能试验结果汇总表

2014年7月，#2机组改造完成后公司组织专业团队对电除尘器运行方式、参数、振打频率和时间进行优化，调整以前电场强放电、后电场弱放电、末电场减少振打防止二次扬尘为主导思想进行，最终实现了烟尘排放浓度小于5 mg/Nm3，远远超额完成目标。2015年1月26日～29日，中国环境监测总站对两台机组烟囱出口烟尘排放浓度进行了测试，1号机组烟尘排放浓度小于1.6 mg/Nm3，2号机组烟尘排放浓度小于3.8 mg/Nm3。

节能方面，月度分析资料显示：改造前#2炉电除尘2013年11月、12月耗电总量分别为126.38万度和143.67万度；改造后2015年6月、7月，#2炉电除尘耗电总量分别为94.62万度和84.23万度。在保障烟尘排放指标合格的基础上，平均每天节约1万余度用电量，节电率达25%～40%，取得较好的经济效益。

4　结束语

山西鲁晋王曲发电公司通过广泛的调研比较，立足于设备的现实状况，以旧设备利用率最大化为原则，在原有电除尘器的基础上，率先在国内600 MW等级机组投运的电除尘器中采用三相高效电源、大芒刺极线等技术，实现了提效、节能改造的目标。在资源节约、污染物减排方面产生了良好的社会效益，通过了中国环境监测总站等多家权威监测机构测试，达到了国家超低排放标准，成为神华集团首家长周期运行的烟尘超低排放环保示范电厂、山西集团首家600 MW等级燃煤机组烟尘超低排放电厂。该项目的成功实施为类似燃煤机组通过低成本技术改造实现大气污染物达标排放提供了成功经验，也为燃煤电厂实现烟尘超低排放提供了新途径。

[1]山西鲁晋王曲发电有限责任公司重大技改项目可行性研究报告[R].

[2]廉根宽, 张磊, 许崇功, 等. 超(超)临界火电机组检修技术丛书:辅助设备检修[M]. 北京:中国电力出版社, 2012.

[3]高香林. 电除尘技术[M]. 保定: 华北电力大学出版社, 2001.

[4]山西鲁晋王曲发电有限责任公司#1炉电除尘器大修后性能试验报告[R].

[5]张殿邱, 王纯, 俞非漉. 袋式除尘技术[M]. 北京: 冶金工业出版社, 2008.

[6]火电厂大气污染物排放标准: GB 13223-2011 [S].

刘志强(1977-)，男，汉族，山西长治人，学士，工程师、技师，现就职于神华国能（神东电力）集团山西鲁晋王曲发电有限责任公司，从事锅炉及环保设备管理与维护工作。

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工业技术创新 URL: http://www.china-iti.com

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.05.016