徐州电厂静电除尘器改造及高频电源的技术应用

陶秋根，刘鹤忠，邓文祥，戴建忠

(华东电力设计院有限公司 ，上海 200063)

1 概述

国华徐州发电有限公司一期2×1000 MW机组工程，两台机组已分别于2011年12月20日和2011年12月31日建成投产。原工程设计时执行的污染物控制排放标准为《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223－2003)，原大气污染设计排放指标为：烟尘≤50 mg/Nm3；SO2≤400 mg/Nm3；NOX≤450 mg/Nm3。 而2012年1月1日起开始实施的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223－2011)中特别排放限值的要求，排放指标为：烟尘≤20 mg/Nm3；SO2≤ 50 mg/Nm3；NOX≤ 100 mg/Nm3。2014年9月三部委发布《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014－2020年)》要求机组排放指标达到：烟尘＜10 mg/Nm3；SO2＜35 mg/Nm3；NOX＜50 mg/Nm3。

在满足国家环保标准政策的同时神华集团公司要求下属电厂坚持“高品质发电”、环保“零容忍、零排放”。国华电力公司则提出以“清洁高效”为路径，对现役机组进行节能、环保等方面的升级改造工作，实施“绿色发电计划”，做到高品质发电，公司2016年1月对徐州提出的环保改造指标是：烟尘浓度≤3 mg/Nm3、SO2浓度≤35 mg/Nm3、NOx浓度≤50 mg/Nm3进行设计，力争达到烟尘浓度≤3 mg/Nm3、SO2浓度≤20 mg/Nm3、NOx浓度≤30 mg/Nm3。

显然原工程设计时执行的污染物控制排放标准与现有国家的环保要求和神华集团、国华电力的要求存在着较大差距，迫切需要对原设计工程进行技术改造。改造范围包括除尘、脱硫和脱硝。对于除尘改造要求采用现有先进的技术，同时兼顾协调治理的效果的系统和设备，而采用低低温静电除尘器能有效提高除尘效率。

2 徐州电厂原有除尘设备的配置

徐州电厂原有除尘系统配置二级除尘设备，一级除尘设备为每台炉配二台三室四电场的干式、卧式、板式静电除尘器，静电除尘器设备制造厂为福建龙净环保股份有限公司。锅炉BMCR工况下设计煤种：除尘器入口烟气温度为129℃，除尘器入口的烟气含尘量为28.7 g/Nm3，除尘器保证效率99.85%；二级除尘设备为石灰石－石膏湿法脱硫设备中的吸收塔，每台炉配一台吸收塔，吸收塔主要实现脱硫作用外兼顾有除尘功能，徐州电厂原脱硫系统吸收塔为设有四层喷淋层的空塔结构，吸收塔的脱硫效率为95%，其除尘的保证效率为50%。按照二级除尘设备，通过理论计算二级除尘后吸收塔出口的烟尘浓度为21.5 mg/Nm3(含石膏在内)。

3 新建电厂除尘设备的配置

目前，国家最新的排放标准对烟气污染物的排放控制要求有了明显的提高，为了适应新的形势，满足新的排放标准，与烟气系统配套的系统和设备其效率需要提高，需要解决运行过程中出现的问题。烟尘排放是其中一个重要的控制指标，并日益受到关注。

目前国内新建燃煤机组锅炉除尘设备一般配置为：静电除尘器、电袋复合除尘器或布袋除尘器(三选一，布置在引风机之前)，加上兼有高效除尘效果的脱硫吸收塔和湿式静电除尘器(布置在引风机之后)。湿式静电除尘器除尘效果明显，但由于其占地面积大和需要增加复杂的水系统(冲洗水系统、补水系统、排水系统、加碱系统等)，故项目建设时如采用超净脱硫除尘一体化技术或其他兼有高效除尘效果的脱硫系统，在能够满足环保要求的前提下可以不设置湿式静电除尘器。

早期布置在引风机之前的除尘设备，国内600 MW等级及以上机组均采用静电除尘方式除尘；近年来由于环保标准提高、改造项目场地条件受到限制和滤袋新材料性能的提高等原因，逐步有一些大型电厂开始采用电袋或纯布袋除尘器，目前国内有新乡宝山电厂660 MW机组、安徽平圩电厂#1炉600 MW机组、江西贵溪电厂#8炉600 MW机组、湛江奥里油电厂2×600 MW机组等采用电袋除尘器；河南新密电厂2×1000 MW机组、平圩电厂三期2×1000 MW机组也是采用的电袋除尘器；国内采用纯布袋除尘器600 MW机组较少，山西漳山电厂2×600 MW机组采用布袋除尘器。相比较目前国内还是静电除尘器的使用占有绝大部分约占燃煤机组的90%以上。与国外发达国家相比，美国应用静电除尘器约占80%，欧盟约占85%，而日本基本绝大部分采用静电除尘器。

在新的环保形势下为了提高静电除尘器的除尘效率，设计时通常采取以下三种措施：第一通过增加电场数量、增加比集尘面积来提高除尘效率；第二通过降低除尘器入口烟温、减低飞灰的比电阻，将常规静电除尘器变成低低温静电除尘器来提高除尘效率；第三采用高频电源可有效加强电场的粉尘荷电也可以提高尘效率。近期改造电厂由于场地条件的制约通常是结合第二、第三种措施来提高设备的效率。

徐州电厂改造工程通过技术经济比较，提出了低低温静电除尘器+高频电源的技术方案来对原有静电除尘器进行改造；脱硫系统采用了超净脱硫除尘一体化改造技术。改造后通过二级高效除尘设备烟尘排放达到了超低排放改造要求。

4 徐州电厂低低温静电除尘器方案

徐州电厂改造前除尘器型式为三室四电场静电除尘器，改造方案需要在除尘器入口烟道上加装低温省煤器，布置见图1。

图1 除尘器前低温省煤器布置图

改造方案仍为三室四电场，静电除尘器的外形保持基本不变。为了达到超低排放改造要求，同时采用了低低温静电除尘器及高频电源的技术对静电除尘器进行提效改造，改造后保证静电除尘器出口烟尘浓度低于20 mg/Nm3(干基、6%O2)。再通过脱硫系统超净脱硫除尘一体化改造技术使吸收塔出口烟尘浓度低于3 mg/Nm3(干基、6%O2)。本工程通过招标落实电除尘改造由浙江大维高新技术股份有限公司总承包，超净脱硫除尘一体化改造由北京清新环境技术股份有限公司总承包。

设置低温省煤器后，空预器出口的烟气通过低温省煤器将排烟温度由129℃降为85℃后进入静电除尘器。低低温静电除尘改造提高了除尘效率，但由于烟气温度将处于酸露点温度以下，灰的温度将降低，灰的流动性变差，同时灰中吸附大量的SO3，灰的湿度和黏度会增加，增加了灰斗及输灰管堵塞的风险，对电除尘及其输灰系统安全运行带来较大负面影响。因此，需对原静电除尘器进行低低温静电除尘器本体及其辅助设备进行适应性改造，适应性改造工程包括：将原除尘器灰斗低压电加热系统扩容，使灰斗电加热器提高的热量保证灰斗壁温保持不低于120℃；加装保温箱强制热风吹扫系统；除尘器灰斗内壁衬厚2 mm的316 L不锈钢板、除尘器喇叭入口处均流板更换为316 L及以上不锈钢材质、振打系统升级改造、系统电源及控制测量改造，输灰压缩空气加装干燥装置等以适应低低温除尘运行方式时除尘和输灰的要求。设置低温省煤器后理论上会增加堵灰风险，但只要严格按上述要求做好防范措施，该风险是完全可以避免的。从国内已进行低低温静电除尘器改造的工程项目来看，基本不存在这方面的问题。

在对原静电除尘器进行低低温静电除尘器改造的同时，控制电源由工频电源改造成高频电源。一至四电场均采用直升式调频高频高压电源，该电源具有纯直流供电、间歇供电等供电方式，间歇供电比可任意可调。拆除原有工频整流变，高频电源发生装置安装于原有工频整流变位置。所有高频电源发生装置确保密封良好，高频电源变压器具有完善的防爆功能。高频电源发生装置主要参数：输出额定平均电流≧1.8 A，输出电流调节范围：0～100%线性可调；输出额定平均电压≧80 kV，输出电压调节范围：0～100%线性可调；输入电压：三相电压 380 V，50 Hz。之前常规工频电源因为工作频率低(100 Hz)，只有简易的检测和处理反电晕的能力；而改造后的高频电源工作频率高，具有真正的检测反电晕现象及抑制反电晕作用。

根据国内改造已运行的电厂的分析，采用高频电源除了能提高静电除尘器的除尘效果外，还具有较好的节能效果。采用高频电源相对于可控硅工频整流电源，相同排放条件下在理论可实现接近30%的节能。其主要原因有：高频电源频率高损耗小，转换效率高达95%，而常规工频电源转换效率一般为80%；高频电源三相供电、任何负载下功率因数均大于0.90，常规工频电源是单相供电，额定功率输出时功率因数为0.80；常规工频电源采用火花率整定方式运行，火花率为每分钟几十至几百次，浪费电能较多，同时对集尘板和电源设备也造成伤害，高频电源可输出直流电压，波形近似一条直线，可实现几乎为零的火花率。

目前国内低低温静电除尘器配高频电源已有较多的应用业绩，包括新建工程和改造项目300 MW及以上已投运的和正在执行合同的机组，全国已有100多台。从已投运的设备来看，采用低低温静电除尘器后，其出口烟尘浓度基本均能控制在≤20 mg/Nm3(干基、6%O2)，以下是部分已投运的低低温静电除尘器业绩及运行数据。

表1 低低温静电除尘器配高频电源设计参数(理论计算值)(煤种的含灰量：设计煤种Aar=24%，校核煤种Aar=28%)

表2 低低温静电除尘器配高频电源业绩

本工程提出的低低温静电除尘器+高频电源的技术方案需要分步实施。第一步对静电除尘器内部进行适应性改造，如电加热系统扩容，除尘器灰斗内壁衬不锈钢板等措施以适应低低温静电除尘器运行的需求，同时将一至四电场均采用直升式调频高频高压电源；第二步在进入静电除尘器的烟道上加装低温省煤器，将进入静电除尘器的烟气温度降至85℃，实现低低温静电除尘器配高频电源的运行。目前静电除尘器部分改造包括内部结构和控制电源已经完成，并投入运行；低温省煤器系统已完成招标。

5 改造后的排放效果

就目前静电除尘器采用高频电源技术进行提效改造后测试情况看，已超过了预期的效果，优于设计值。

表3 高频电源改造后静电除尘器参数(2号炉实际测试值)(测试时间为2017年2月；低温省煤器系统未安装)

徐州电厂静电除尘器改造及高频电源技术应用二台炉分别进行，2号炉自2016年7月下旬首次交货起、1号炉自2016年9月下旬首次交货起，分别在二个月内完成了项目改造。二台炉的改造费用包括设备供货、施工和设备调试在内约为2100万。改造后静电除尘器烟尘排放浓度基本可控制在20 mg/Nm3以内，改造前基本在30 mg/Nm3左右，通过改造二台炉每年(按5500 h计)可减少烟尘排放336.6 t(不考虑脱硫除尘因素)。

徐州电厂业主考虑到原有的引风机性能较好尽可能的利旧，现在在脱硫系统改造后烟气阻力增加1200 Pa，理论上引风机已基本无富裕度。增加低温省煤器后，由于烟气温度降低的同时，烟气量减少，而烟气系统阻力增加，使得风机实际运行点将向风机失速区偏移，风机安全裕量将降低。所以在目前静电除尘器出口烟尘排放浓度较低时，观察静电除尘器变化情况及引风机的实际运行参数。如静电除尘器出口烟尘排放浓度超过设计值(≥20 mg/Nm3)时，安装低温省煤器，同时根据需要改造引风机以满足出力要求。

6 结论

徐州电厂除尘改造工程采用低低温静电除尘器，同时控制电源由工频电源改造成的高频电源技术方案是可行的，通过技术改造可满足静电除尘器出口烟尘浓度≤20 mg/Nm3的要求，再经过二级除尘设备(采用超净脱硫除尘一体化技术的吸收塔)，实测收塔出口烟气粉尘浓度2.08 mg/Nm3，达到了改造设计目标烟尘浓度≤3 mg/Nm3的要求。在满足国家环保标准政策的同时，能达到神华集团公司和国华电力公司的要求。又因为采用低低温静电除尘器技术方案可保留原有的静电除尘器外形基本不变，所以改造工程量小，所以本次除尘设备改造选用低低温静电除尘器的技术路线是正确的。该方案需要分步实施。

目前第一步静电除尘器适应性改造和高频电源技术应用已经完成，除尘器出口烟尘的排放已超过了预期的效果，优于设计值(2号炉各种工况下实际运行值均≤18 mg/Nm3)。第二步视静电除尘器变化情况安装低温省煤器。通过除尘器设备的改造二台炉每年(按5500 h计)可减少烟尘排放336.6 t(不考虑脱硫除尘因素)。

[1] 李超，等．30 mg/m3烟尘排放标准下电除尘器改造可行性方案对比分析[J]．电力科技与环保，2014，(2)．

[2] 彭洪亮．电除尘器高频电源改造[J]．机电工程技术．2015，(7)．

[3] 高峰．浅析1000 MW火力发电机组粉尘减排措施中电除尘器高频电源改造[J]．中国新技术新产品，2014，(12)．