浅析1000MW火力发电机组粉尘减排措施中电除尘器高频电源改造

2014-11-16高峰

中国新技术新产品 2014年12期

高峰

（广东国华粤电台山发电有限公司，广东台山 529228）

作为主要的用煤大户，火电行业承担着巨大的节能减排压力。随着电力环保技术的进一步发展和世界各国对大气环境的关注，2014年7月1日开始实施的新版《火电厂大气污染物排放标准》中规定的燃煤电厂烟尘排放浓度已降低到20mg/ Nm3，这对我国燃煤电厂中广泛采用的电除尘器带来了挑战。另一方面，面对日益迫切的国际国内碳减排压力，减少工业生产过程中的能耗被认为是当前最为根本的途径，急需充分开发并利用一切具有节能潜力的生产环节来实现节能减排。电除尘器高频电源的成功开发及推广应用对我国落实节能减排具有重要意义。

1 电除尘原理及高频电源特点

1.1 电除尘基础理论

电除尘器的基本工作原理（图1）是电场中阴极（负极）被施加脉动直流负高压，与接地的阳极（正极）之间建立不均匀的电场，发生电晕放电后产生大量自由电子和正离子；当含尘烟气通过电场时，负离子附着在尘粒上，荷电尘粒在电场力作用下向电极运动并被捕集，粉尘沉集到一定厚度以后用机械振打方法将其振入下部灰斗。主要可分为气体的电离、粉尘荷电、荷电粉尘的收集以及清理四个过程。

1.2 高频电源原理及特点

高频电源是把三相工频电源通过整流形成直流电，通过逆变电路形成高频交流电，再经过整流变压器升压整流后，形成高频脉动电流送除尘器，其工作频率可达到2O～50 kHz。高频电源采用三相电源平衡输入，对电网无污染，无缺相损耗，属于绿色电源。效率与功率因数高，效率通和功率因数通常大于 93%，比工频电源节能20%以上。与工频50Hz高压电源相比，高频电源具有如下优势：

（1）高频电源能提供更高的输出电压，通常工频电源最高电压可达66kV，而高频电源电压可达工频电源的1.3倍达到72kV，如图2。

（2）高频电源能提供更大的输出电流，可达工频电源的2倍。

（3）高频电源可有效增大电晕功率，提高除尘效率。

（4）工况适应性强，针对各种工况可提供最合适的电压波形。

（5）火花控制特性好，高频电源能在30us内迅速熄灭火花，快速恢复电场电压。高频电源纹波系数小于3%，不易触发火花。甚至有时它的电压波形几乎为一条直线，提供了几乎无波动的直流输出，这使得电除尘器能够以次火花发生点电压运行，从而提高了电除尘器的供电电压和电流，增大了电晕功率的输入，提高了电除尘器的效率。而工频电源35%- 45%的纹波系数，其峰值电压在电场中较容易触发火花，极大地限制了加在电极上的平均电压。

2 高频电源改造应用

2.1 基本情况

广东台山电厂已投产的6、7号两台1000WM燃煤发电机组静电除尘设备是由福建龙净环保公司生产的BE型双室四电场除尘器，每台炉配两台除尘器，三室四电场结构。一、二电场配置12台 GGAJ02K–1.8 A/66 kV高压工频电源，三、四电场配置12台GGAJ02K–1.4 A/66 kV高压工频电源，设备厂家保证的除尘效率为99.6%，实际运行中烟囱出口粉尘排放浓度为20mg/Nm3～40mg/ Nm3，已不满足2014年7月1日开始实施的《火电厂大气污染物排放标准》对重点地区烟尘排放浓度限20mg/Nm3的要求。

2.2 改造方案

一台除尘器的性能如何，首、末电场的性能最为重要。除尘效率随总集尘面积呈指数规律变化，前电场收尘量贡献最大，除尘效率通常为80%左右，收集大部分粉尘颗粒，且其颗粒较粗；末电场对于提高捕捉高比电阻粉尘、细微粉尘的能力，防止二次扬尘，满足低排放要求极为关键。综合考虑除尘原理、本体结构、电源选型、设备容量等因素，同时为有效节约投资，将原电除尘器的一电场6台工频电源改造为GGYAJ-1.6A/72kV高频电源，将原电除尘器的四电场6台工频电源改造为GGYAJ-1.2A/72kV高频电源的电源。

2.2 简要施工过程

广东台山电厂利用机组大修机会进行改造施工，整个安装工期约20天左右（也可结合机组自身检修工期合理安排时间进行实施）。施工简要过程如下：（1）拆除电除尘器顶部第1、第4电场的工频整流变压器共12台，保留隔离刀闸柜，本体设备保持不变。（2）安装电除尘器第1、第4电场的12台高频电源于电除尘器顶部。（3）拆除原有电除尘第1、第4场的高压控制柜，保留原柜体外壳和母线（4）利用原高压控制柜改造成向高频电源一体柜供电的380V低压电源柜，将两相380V动力电源改为三相380V动力电源，可有效利用原两相动力电缆，以节约投资。（5）重新敷设动力、控制及通讯电缆及接线。

3 改造效果分析

3.1 减排指标分析

改造后，经厂家技术人员的精心调试，设备运行稳定可靠。为了检验改造成果，广东省电科院对除尘器电源改造前后除尘器出口粉尘排放进行了对比性能测试（测试期间机组负荷维持在950MW～1000WM），测试结果如表1。

通过测试数据可以看出，6号炉在高频电源改造后，除尘器效率由99.65%提升到99.782%，除尘器出口排放由29.80 mg/Nm3降低到25.49mg/Nm3，提效效果明显。

表1 改造前后粉尘排放的测试数

图3 改造前后电除尘器用电量

3.2 效益指标分析

取改造前后一周时间内6kV除尘变耗电量进行对比（图3），6号机电除尘器每日用电由21000kWh下降至约17500kWh，核算6号机除尘器日均能耗约700 kWh。按百万机组每年运行300天计算，每年至少可节约电量100万kW.h。

4 改造过程中发生问题

4.1 二次扬尘问题

在高频电源调试初期，除尘器出口粉尘排放呈现间歇性突升现象，尤其在机组快速升负荷、高负荷时粉尘排放有短时超标现象，经分析是由于振打器振打参数设置不合理导致的二次扬尘。为有效弱化振打系统对除尘器出口排放的影响，采取了以下方法：1）优化断电振打工作时序，采用普通断电振打和增强型断电振打相结合，防止在白天高负荷时由于断电振打而影响除尘效率。2）振打器振打工作参数设置过短容易使粉尘产生二次飞扬，振打工作参数设置过长会影响收尘效果。优化调整振打时序，合理设置各电场振打参数，弱化末电场振打时二次扬尘的影响，避免末电场2个以上电场的阳极同时振打造成的粉尘排放突增。通过以上调整，除尘器出口粉尘排放趋于平稳。

4.2 除尘器内部缺陷

在高频电源改造后，出现A列一室一电场在运行中出现严重闪络（火花率150～200次/分钟），电压在0～20kV反复波动，电流在0～100mA波动；A列三室一电场高频电源火花率130～180次/分钟，二次电压在0～50kV，电流在0～100mA波动。经检查确认电气设备正常，属于除尘器内部故障导致高频闪络。

利用机组临停机会对除尘器内部进行检查发现：A列一室一电场有一极线弯曲，A列三室一电场有基建期间遗留导线脱落，使得两电场电气间距变小，导致运行中两电场闪络严重，无法正常建立电压。由于高频电源改造后设备运行电压升高，其峰值电压可达到100kV，使得高频电源对除尘器内部异常反应更为灵敏。一旦除尘器内部出现故障，在机组运行期间无法进行隔离处理，所以利用停机检修期间应加强对除尘器内部的检查工作，防止某台整流变退出运行而影响整台除尘器除尘效率。