张 浩
(内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司,内蒙古呼和浩特 010206)
社会经济在快速发展的同时,环境保护问题受到社会各界的广泛关注,节能减排工作逐渐深入到各个领域,并且取得显著的成果。电除尘器应用于火电厂治污减排过程中,其能耗为整个机组发电量的大约0.2%~0.5%,其所产生的能耗非常大。所以,减少电除尘器能耗,能够有效降低火电厂的实际用电率。电除尘器是燃煤锅炉烟尘治理过程中极为重要的设备,其电源至关重要,更是核心装置,通过产生高压,完成除尘工作,其对除尘效率有着直接的影响,目前,已经被广泛应用于火电厂运行过程中,并且取得了良好的效果。
高频电源原理主要是三相交流电经过整流以及滤波之后,便会产生约530 V 直流电压,之后再通过IGBT 进行逆变,产生最高40 kHz 高频电流信号,通过高频变压器,快速升到20 kV左右,经过倍压整流,会产生80 kV 高频负高压直流信号,并经过电阻进入到电场当中。三相交流输入整流属于直流段时间电源,通过逆变之后,形成高频交流,之后升压整流,从而输出直流高压,高频电源工作频率通常为40 kHz,主要由以下部分构成:即控制器、变压器以及变换器等,并且其中全桥变换器将直流转换为高频交流,高频整流器可对整流输出完成升压,从而为电除尘器提供相应的基础电源,保障其能够正常稳定运行和工作。
高频电源能够对每一个电流脉冲进行全面有效控制,包括脉冲的宽度、高度以及频率等,这样便会形成相应的电压以及电流波形,同时也能够最大限度上满足除尘器的不同种类需求,从而最大程度上保障电除尘器在实际工作过程中,能够有效节约电能,提升其实际工作效率,并且采用部分电场增大供电功率,部分减小供电功率的方法,能够有效提升电除尘器的实际工作效率,并且有效节约电能[1]。
某火电厂有8 台600 MV 的亚临界燃煤发电机组的除尘设备使用的电除尘器,于2003 年至2006 年陆续投产运行及发电,蒸汽温度大约为540 ℃,最大连续蒸发量为2070 t/h。发电机组属于循环控制燃煤锅炉、钢架悬吊结构、一次中间再热、前后墙对冲燃烧、固态排渣。排烟温度在120 ℃左右。同时为两台炉各配置50%容量的电除尘器,每台机器的烟气通道数量为40 个、阳极板之间间距为400±10 mm、双室布置、流通面积为240 m2。电除尘器主要采用的是工频整流电源,为了进一步提升其实际除尘效率,于2012 年到2014 年间更换了高频电压整流电源。燃煤也主要是采用两种配烧煤种的方式,掺烧比例大约为7∶3,随后又在现有的基础之上,增加了低温省煤器,电除尘器入口排烟温度逐渐下降到100 ℃左右运行状态。降低烟气温度之后,烟尘也逐渐明显下降。
高频高压电源通过三相交流电经整流与滤波之后,产生大约为580 V 的直流电压,同时通过全桥逆变,并经过谐振电容振荡,从而产生大约为40 kHz 交变电流,之后经升压整流之后,便会逐渐形成高频高压直流,并进入到电除尘器当中,经过改造之后的高频电源工作效率及稳定性有了极大的改善[2]。
(1)高频电源的电晕功率高。工频电源在实际工作过程中,通常情况下,二次电压的峰值电压与电压平均值偏差非常大,且电场内部当中,因为峰值电压非常高,因此,也会产生火花,且火花率非常高,导致电除尘器的电晕效率逐渐下降。而恰恰相反,高频整流电源之后,二次电压的纹波也是逐渐减小,大多数为平稳直流,不会在工频供电阶段出现较高的峰值电压,在工作过程中,也很少会出现放电情况,可通过提升运行电流以及电压值,从而达到提升电晕功率的目的。
(2)电源适应性良好。高频电源功率因数为0.95,转换效率也会发生明显改变,最高可达到93%,工频电源转换效率以及功率因数进行对比之后,可发现其至少节省约25%的电能。间歇供电状态下,供电脉宽也会发生改变,最小为1 ms,工频电源最小可达到10 ms,经过不断的适当调整,以及对充断电时间进行比较,能够合理控制反电晕的情况现象,并且有效节约电能。
(3)火花控制能力大幅度提升。高频电源供电脉冲的时间非常短,火花关断时间<10 μs,火花能量通常损失非常小,且电场恢复时间也非常快,大约是工频电源恢复时间的20%左右,效率大幅度提升,先进的控制系统和技术平台能够最大程度上保障火花产生之后,可通过3 个不同阶段,及时恢复与完成,这样也能够有效保障火花的产生,从而保障低火花率运行状态下,大幅度提升除尘效率[3]。
电除尘器高频电源在进行改造工作之后,其整体除尘效果有了明显的改善,但是有利也有弊,与此同时,也导致二次扬尘、能耗增加等相关问题越来越突出,机组在启动过程中,所产生的粉尘排放以及微油点火等相关矛盾问题,以下对存在的问题进行简单的分析,并探讨其具体应对策略。
2.2.1 高频电源能耗增加问题与解决措施
电除尘器高频电源在完成改造之后,且粉尘排放量大幅度下降,与此同时,能耗也大幅度提高,通过数据可得出,电除尘器高频电源在完成改造之后,其粉尘排放的浓度明显下降,除尘效率提升了0.18%。其次,电除尘器能耗也大幅度增加,在原有的基础之上增加217.12%~241.22%,大约增加一倍。结合实际情况,采取以下方法对高频电源的实际运行参数进行优化。前部电场:充断电时间较低、二次电流也非常低,因此,更加适合前部电场粉尘浓度较高的环境下,从而保障二次电流供电的连续性,这样也能够大幅度提升除尘效率,同时也能够有效避免放电,达到节能的最终目的。后部电场:充断电时间比高,二次电压高,更加适用于在后部电场当中,粉尘浓度较低的环境当中,这样也能够最大程度上保障粉尘的整体荷电效果,并且也能够达到节能的效果和目的。二次电流的具体设置:一电场主要是在800~1000 mA,其他电场大约在600~800 mA,充断电时间比具体设置应当结合实际情况进行[4]。
在采用了以上措施和方法之后,与二次电流1200 mA 运行参数相比较,除尘器后粉尘排放逐渐达到31.6 mg/m3,进一步优化高频电源参数之后,粉尘排放也只有28.9 mg/m3,单台机组每天大约会下降约6000 kW·h。
2.2.2 电除尘器出口粉尘二次飞扬问题与解决措施
电除尘器出口粉尘二次飞扬问题也越来越突出,特别是在其入口区域装上低温省煤器后,通过分析数据得出,在一天24 h当中,二次飞扬现象大约出现35 次,通过深入的分析与研究,可得出二次飞扬问题主要是因为电除尘器前低温省煤器完成投运之后,烟温逐渐降低,从而造成粉尘比电阻逐渐下降,电除尘器的实际效率也是非常高的,其次,静电除尘器当中的阳极板吸附粉尘的能力逐渐下降,从而导致二次扬尘的现象变得更加严重。并且也能够充分说明采用振打的方法,使得清灰的作用越来越强,也为逐步优化电除尘器电振模式的应用与开展奠定了良好的基础[5]。
整体而言,为了有效减少二次扬尘现象,可通过采用以下措施进行优化与改善:
(1)对干式电除尘器以及输灰系统进行维护与优化,从而保障相关设备能够正常稳定运行。
(2)结合实际情况,适当延长振打的实际周期,而五电场振打周期会从之前的70 min 左右,逐渐延长到现在的90 min左右。
(3)在进行振打过程中,通常只有其中一个阳极在振打,并且应当尽可能避免出现两个阳极同时进行振打的情况。
(4)适当延长出口五电场振打周期,并且结合实际情况,尽量缩短单次振打的具体时间。根据以上方法和基本原则,在对电除尘器进行振打以及优化之后,二次扬尘现象也有了显著的改善,对于粉尘二次飞扬问题,从数据结果来看,二次扬尘问题得到了明显的改善,并且该问题也基本上消失[6]。
机组在启动时,通过微油点火,如果燃油颗粒没有燃尽,经过电除尘器时,在阳极板荷电作用影响下,会发生积存,当出现明火情况时,很容易会出现二次燃烧的情况,导致运行存在很大的风险。其次,再加上环保排放的具体需要,机组启动时一定会启动电除尘器,这样便会存在怎样保障机组在启动过程中达到环保排放标准,同时也不会对阳极板产生影响,导致出现积油问题。为了尽可能减少燃油所导致的污染,并且降低粉尘排放,主要采取以下方法:首先,机组在启动时,通过调整IGBT 的开关周期,将开关时间调整至2 ms,将各电场二次电压严格控制在30 kV 闪络电压以下运行,随后烟气流量不断增加,慢慢提高二次电压,并连续振打,将入口粉尘排放严格控制在5 mg/m3之内,待油枪撤出后,将各电场高频电源开关时间逐渐调整至50 μs运行,这样便能够最大程度上保障机组启动时,及时烟气含氧量达到15%以上时,烟尘排放达标,并且保障电除尘器不会出现燃油颗粒[7]。
电除尘器高频电源进行改造过程,也是不断积累运行经验的过程,应当保障粉尘排放能够最大程度上满足相关规定要求,并且对于电除尘器的实际运行参数进行优化与改善,使得高频电源能耗、二次扬尘等相关问题得以有效控制,从而保障机组启动过程中的安全性与稳定性,为发电厂的健康可持续发展奠定良好的基础。