徐州电厂静电除尘器高频电源改造与高效除尘节能效果分析

国华徐州发电有限公司 葛 爽 刘 彤 张晓彤

徐州电厂静电除尘器高频电源改造与高效除尘节能效果分析

国华徐州发电有限公司 葛 爽 刘 彤 张晓彤

随着近年来国家环保部门对燃煤发电企业污染物排放的要求日趋严格，静电除尘器作为重要环保设备，日趋受到关注。目前，我国燃煤发电机组静电除尘器大多选用常规工频（50Hz）电源，能耗居高不下，电耗量占机组发电量的0．3%～0．4%。因此如何提高电除尘设备除尘效率同时降低其能耗，具有非常重要的意义。本文以徐州电厂2×1000MW国产超超临界燃煤发电机组静电除尘器提效改造为例，介绍了静电除尘器采用高频高压供电装置（简称：高频电源）替代工频电源系统设备，实现了静电除尘器出口烟尘浓度低于20mg/Nm3等超低排放目标，同时通过优化完善锅炉负荷闭环控制系统等措施，大幅减少了电耗量，为企业取得了可观的经济效益。

电除尘；高频电源；改造；节能

一、项目概况

国华徐州发电有限公司一期工程2×1000MW国产超超临界燃煤发电机组锅炉、汽轮机、发电机三大主机由上海电气集团公司制造，分别于2011年12月20日、12月31日正式运营。同步建设脱硫脱硝工程，采用石灰石－石膏湿法烟气脱硫工艺、SCR烟气脱硝装置。

静电除尘器采用三室四电场BE型静电除尘器，主要由干式静电除尘器本体以及整流设备、低压供电装置等组成。其中每台电除尘包含12台GGAj021.8A/66KV和GGAj02 1.6A/66KV硅整流设备。每台除尘器设置12台高压控制柜，包含可控硅、智能监控器等构成。每台除尘器设置4台低压控制板，采用DDPX型低压控制装置，可实现电磁振打器控制、电加热恒温控制、测温、料位显示等常规电除尘器的控制功能，也可实现过程逻辑控制；既可程序自动控制，又可现场操作箱上控制。低压控制柜1～3分别控制电除尘器Ⅰ～Ⅲ室的阴、阳极顶部电磁锤振打和高压断电振打，灰斗加热、进出口喇叭温度检测，灰斗高料位检测和高压隔离开关到位显示等。低压控制柜4控制电除尘器保温箱加热，安全联锁等。电子间PLC柜实现卸输灰控制。

为达到本次超低排放改造要求，将采用高频电源技术对除尘器提效改造，使静电除尘器出口烟尘浓度低于20mg/Nm3的排放标准。

二、国华徐电燃煤电厂除尘高频电源优化改造原因及措施分析

（一）国华徐电燃煤电厂除尘高频电源优化改造范围

1.静电除尘器本体部分改造。改为低低温除尘器后，原静电除尘器本体、灰斗、烟道等壳体结构和强度、气流分布装置、阻流板和灰斗结构、振打装置、气力输送等相关部分进行检查、评估；对静电除尘器本体适应性改造等。

2.静电除尘器电气部分改造，包含高频电源、高压隔离开关箱、高压控制柜改造、低压控制系统改造等部分。

3.静电除尘器电控部分改造，主要包含工作站、操作员站、交换机、通讯箱、浊度仪、DCS连接、辅网连接等。

（二）设计原则

在低温省煤器投入，高频电源全功率运行，设计煤种边界条件下，电除尘出口灰尘浓度不高于20mg/Nm3。

在低温省煤器投入，设计煤种边界条件下，电除尘出口烟尘达到20 mg/Nm3时，高频电源总功耗小于1740.8kW。

为达到本次超低排放改造要求，采用低低温除尘及高频电源技术对除尘器提效改造，静电除尘器出口烟尘浓度低于20mg/Nm3，除尘效率不低于除尘改造前性能试验值及设计煤种折算值。

（三）国华徐电燃煤电厂除尘高频电源优化改造的措施

国华徐电静电除尘器采用三室四电场BE型，为保证出口烟尘浓度低于20mg/Nm3等超低排放指标达标，本期静电除尘器、高频电源改造项目对既有系统设备进行改造优化。

1.总体改造优化措施

（1）将原24台工频整流变更换为24台EHC-Ⅱ 2.0A /72kV直升式调频高频电源，每台高频电源增设就地电源控制箱1面，原电除尘高压控制柜改为高频电源柜。

（2）高频电源内主接触器与高压隔离开关状态位置回路设安全闭锁，高压隔离开关柜门和所有检修人孔门设机械锁具，防止人员误入带电设备间隔。

（3）低压远程控制系统与高频高压电源远程控制系统整合、联动，采用断电、欠压/减功率振打、分组振打等不同模式。

（4）除尘器灰斗内壁、内人孔门内衬不锈钢板，气流分布板更换为不锈钢材质，部分阳极板、阴极线更换，极间距和振打杆调整，膨胀节更换，除尘器内部泄漏气流封堵。

（5）阴、阳极上振打杆更换密封组件，阴极振打绝缘子更换为复合高分子防污防结露型绝缘轴，阴极振打器密封部位加装玻璃钢防雨罩。调整阴、阳极振打锤提升高度，振打加速度在原有基础上增加50%。

（6）增装灰斗脱汞取灰门1只，更换烟尘浊度仪。

（7）第一、二电场每个灰斗各新增4只电加热器，第三、四电场每个灰斗各新增8只电加热器。每列保温箱新增绝缘子热风吹扫系统1套,新增除灰输送压缩空气出口管道加装微热再生干燥装置1套。

（8）新增高频电源控制通讯系统（2台机组共用）冗余服务器2台、工程师站1台、操作员站2台、冗余交换机，改造后的电除尘高、低压设备控制直接纳入电除尘操作员站，通过单独通讯送至SIS系统进行监视和控制。

2.具体优化改造措施

（1）高频电源改造

所有原整流变压器，对原变压器底座进行适配性改造，在原先位置上安装高频电源，在每台高频电源旁设一只高频配电箱，高频电源和高频配电箱通过随机电缆连接，同时高频控制箱和高频电源之间留有检修、维护空间。

首先输入的三相工频交流电源接入配电箱（见图1第①部分），再经过三相全桥整流滤波后变成低压直流电（见图1第②部分整流电路），再经过全桥IGBT等逆变电路装置逆变控制，产生高频交流脉冲（见图1第③部分逆变电路），高频高压整流变压器最后将低压高频交流脉冲升压整流后（见图1第④部分高频变压器），供电给电除尘器电场使用。控制系统（见图1第⑤部分MCU/DSP控制器）主控制高频工作运行及故障保护。散热系统（见图1第⑥部分散热系统）主要为高频变压器、整流、逆变系统提供散热。

图1 EHC-II高频电源控制原理图

低压侧参数说明：

一次电压：高频一次侧交流输入电源的电压有效值。见图1整流电路①，即A、B、C相交流电压，一般为50HZ 380V.

一次电流：高频一次侧交流输入电源的电流有效值， 可以通过一次电流设定值限定一次电流大小。见见图1整流电路①，即A、B、C相交流电流，随高频输出功率的变化而变化。

直流母线：三相整流桥整流后直流电压平均值。见图1整流电路①。

高压侧参数说明：

额定电压：变压器二次输出额定电压，即设备允许最大输出二次电压值。

额定电流：变压器二次输出额定电流，即设备允许最大输出二次电流值。

二次电压：变压器二次输出电压平均值，随电除尘电场工况变化而变化。可以通过二次电压设定值限定二次电压大小。见图1高频变压器③。

二次电流：变压器二次输出电流平均值，随电除尘电场工况变化而变化。可以通过二次电流设定值限定二次电流大小。见图1高频变压器③。

工作方式：分为自动跟踪控制方式与充电比节能控制。

①自动跟踪控制方式：高频控制器根据现场工况自动控制IGBT逆变器频率（频率范围0-20KHZ），从而调节输入到电除尘电场的功率，提供合适的电晕电压电流。

②充电比节能控制方式：高频控制器不但调节IGBT逆变器频率，而且对电除尘电场粉尘荷电时间进行控制，脉冲宽度为电场粉尘荷电时间，脉冲周期减去脉冲宽度为电场荷电粉尘在阳极板的放电时间。通过不同充电比脉冲宽度与脉冲周期的组合，可以适应各种类型的粉尘比电阻，降低及杜绝反电晕的反生，同时极大的降低了电除尘的能耗。

闪络说明:闪络电场瞬时的击穿，击穿电压为电场最高工作点电压，通过快速的寻找闪络点，探测寻找电场的最高工作点电压，可以通过闪络频率时间进行调节, 从而实现对电场工况进行跟踪。

（2）高压隔离开关箱改造

原高压隔离开关箱拆除，在原有位置安装不锈钢高压隔离开关箱，高频电源应与新高压隔离开关箱连接良好，高压隔离开关箱与保温箱密封可靠。高频电源控制单元与整流变为一体化结构，需将原有高压控制柜改造为电源馈线柜，高频电源直接由馈线开关送出至本体高频电源发生装置，改造后的电源馈线柜应具备一次电压、一次电流的显示功能。

（3）安全联锁

电除尘器本体上的所有检修人孔门、通向除尘器高压电气设备的‘门’ 均有可靠的闭锁手段。

①电气联锁：高压隔离开关不在工作位置保护通过高压隔离开关柜内质量可靠的双触点的行程开关，送入高频电源控制回路。高压隔离开关柜的行程开关的任一位置的断开，高频电源开关应无法合闸，并在后台显示安全联锁故障。

②机械联锁：高压隔离开关柜门都设有独立的机械锁具，所有的钥匙全部集中在钥匙箱内对应位置，一把钥匙只能打开一把锁具。高频电源分、合闸与高压隔离开关柜门之间的所有逻辑通过机械钥匙交换和传递的方式实现，满足电厂安全生产运行管理的要求，防止误操作。

（4）电控部分

在每台机组的1#除尘器顶部放置2只通讯箱（放置位置在靠近2#除尘器的一侧，减少通讯距离），每只通讯箱内包含24只ENETI网关、1只EDS-208A-MM-SC交换机、1只EDS-316交换机、1只EDS-208A交换机。高频电源上的COM0口通过户外网线连接到1#通讯箱的ENET-I网关上（通讯协议为Modbus RTU，波特率9600，数据位8位，停止位1位，校验位无），高频电源上的COM1口通过户外网线连接到2#通讯箱。2只通讯箱冗余。通讯箱电源采用双电源自动切换装置，一路来自灰控楼MCC柜，另一路来自脱硫UPS电源。（2#机组除尘器顶部通讯链路和1#机组除尘器顶部通讯链路一致）

除尘控制室内新增1台交换机柜（1#机组、2#机组共用1台交换机柜），柜内电源冗余（断路器型号为ATS NSX63N 4P），柜内包含2只赫斯曼交换机（冗余）、1套工程师站。1#通讯箱通过光纤连接到1#赫斯曼交换机（通讯协议为Modbus TCP/IP），2#通讯箱通过光纤连接到2#赫斯曼交换机。1#、2#交换机通过网线连接到工程师站。2只交换机上分别预留4个到辅网的通讯接口。工程师站组态内容包括1#机组、2#机组上的高压数据和低压数据。

工程师室内新增1套操作员站，通过2根光纤分别连到除尘控制室内的交换机柜的2只交换机上。

脱硫控制室新增1套操作员站，通过2根光纤分别连到除尘控制室内的交换机柜的2只交换机上。业主提供锅炉负荷信号，从而实现闭环控制。

（5）DCS部分

每一个电场的高频电源包含所有的电流、电压（包括一次电流、电压和二次电流、电压等）4-20mA模拟量输出端子，并将以上所有信号通过硬接线送至脱硫DCS系统。提供接入DCS系统的所有电缆。DCS机柜由业主提供，我公司负责按图施工。在原先浊度仪位置安装，将浊度仪反馈信号送入工作站及操作员站。

3.改造后静电除尘器系统运行分析

静电除尘器当前运行稳定，高频电源均采用浊度闭环控制系统实现节能方式运行，其主要功能是使电除尘出口粉尘仪与相应的高频电源形成一个闭环系统，由软件根据粉尘浓度来自动调节高频电源的输出电流，辅助以振打系统采用减电压振打。由此实现除尘器随机组负荷不同，烟气量及烟尘浊度的不同而自动调整高频电源的输出参数。试验数据证明：在实现目标浊度情况下，当2号机组负荷分别稳定运行于500-799 MW、800-849 MW和850-1000 MW时，电除尘各电场二次电流调节分别运行在450–800 mA、700-1000 mA和800-1200 mA范围内，使除尘器出口粉尘浓度处于合理区间的同时，降低了电除尘整套高频电源的能耗，除尘器烟尘净化效果明显，所有机组除尘器当前在出口浓度均稳定在10-15mg/Nm3范围以内。

根据现场除尘器实际运行工况，2号机组静电除尘器1-4电场高频电源全部设定为节能工况运行，节能效果显著且除尘效果明显，出口排放始终稳定在10-15mg/Nm3范围。该模式下，高频电源根据负荷不同，二次电流分别按照设定范围值自动调节，耗电量可控制在700-1200kW/h范围，能耗指标优势明显。

当前2号机组静电除尘器电场灰斗加热系统设定温度为60℃启动，80℃停运，因此在机组运行过程中属于停运状态，除尘系统整体运行电耗可控制在800-1200W/h范围内。

4.国华徐电燃煤电厂除尘高频电源优化改造效果评价

（1）在低温省煤器投入和解列情况下，高频电源全功率运行，设计煤种边界条件下，电除尘出口烟尘浓度均不高于20 mg/Nm3，比30mg/Nm3的原除尘达标数值降低了33.3%，而且目前除尘效率非常稳定，效果十分明显，整套系统全部达到设计规范要求。

（2）在低温省煤器投入，设计煤种边界条件下，电除尘出口烟尘达到20 mg/Nm3时，高频电源总功耗不高于1740.8kW,比原2100 kW的标准总功耗降低较多，将电除尘原年运行费用662.2万元，降为548.9万元，每年约减少113.3万元的运行费用，（计算公式：总费用=功耗*电费*24小时*365天,其中电费按0.36元/KW计算）实现了增效降耗的改造效果。

（3）如果在上表高频电源控制参数设定基础上继续优化各负荷段高频电源二次电流调节范围，能够进一步实现更优的节能效果。

5.总结

当前由于人们环境意识的增强以及国家对环境保护力度的加大，对于电厂的除尘效果要求越来越高，尤其是对于燃煤电厂而言，如果不及时采取措施进行优化，将会为环境带来诸多不利影响。本次以国华徐州电厂为例展开分析，对其存在问题、优化范围、优化原则、具体优化路径、优化效果及今后改进措施进行阐述，旨在为今后其他同行提供借鉴。

[1]张荣发,皋德华．高频电源在660MW机组电除尘器中的应用[J]．电力科技与环保,2015,31(02)：42-44．

[2]陶红森．燃煤电厂电除尘改造技术及应用[J]．工业安全与环保,2015,41(03)：44-46．

[3]姜雨泽．提高燃煤电厂电除尘效率技术改造方案探讨[A]．中国环境科学学会．2011中国环境科学学会学术年会论文集(第二卷)[C]．中国环境科学学会,2011：6．

葛爽（1967—），男，电气工程师，江苏省电力安全技术专家库成员，徐州市电力行业专家，从事发电厂电气技术及安全管理工作。