电除尘电源控制系统节能技术应用浅析.doc

电除尘电源控制系统节能技术应用浅析作者：崔智勇 李英单位：神华国华（北京）电力研究院有限公司 邮编：100069 摘 要：电除尘器是目前火力发电厂实现烟气粉尘排放环保达标的重要设备之一，而最大限度的实现节能减排已成为当前除尘器技术发展的关键所在，通过先进的电源控制产品优化除尘器运行方式来实现除尘器的节能高效运行；利用高频电源技术达到节能减排的目的。本文对当前电除尘器主流节能技术进行了综合分析和论证，希望有助于电除尘器节能技术的推广和应用。关键词：电除尘器；高频电源；控制；节能1 概述电除尘器是目前火力发电厂实现烟气粉尘排放环保达标的重要设备之一，静电除尘控制技术以其成熟的设计和完备的控制理念，已完全达到安全稳定、节能环保的应用要求。无论从设计理念、制造工艺、烟气适用范围和便捷高效的控制手段等方面，静电除尘控制技术这无疑是火力发电厂的首选方案。根据2003年12月23日国家颁布的火力发电厂大气污染物排放标准(GB13223-2003)，自2004年1月1日起，通过建设项目环境影响报告书审批的新建扩建改建的火电建设项目，执行第三时段的标准，烟囱的出口最高允许烟尘排放浓度为50mg/Nm3。基于此标准，对电除尘器的除尘效率提出了更高的要求。与此同时，成本领先理念也对电除尘器的经济性提出了更高的要求，因此，最大限度的实现节能减排已成为当前除尘器技术发展的关键所在。2 电除尘器节能技术介绍2.1 电除尘器电源控制技术介绍电除尘高压控制系统主要由电除尘器高压电源微机控制器、高压控制柜、高压整流变压器等部件组成，其主要作用是向电除尘器电场提供直流高压和直流电流，以便提供烟气粉尘荷电电荷和收集粉尘的电场力，最终达到收尘的目的。2.1.1 除尘器电源控制技术的发展电除尘器电源控制技术的发展大体可分为三个阶段：第一代产品：电除尘器应用于火力发电厂之初，一直沿用的是横流供电控制技术，该模式属于传统的恒定供电，该技术只限于电场内部的火花放电收尘，普遍存在无法维持电场内高电压运行，二次电流偏大，整流变接近满负荷工作且收尘效果偏低等缺陷。目前该技术早已被淘汰。第二代产品：随着环保意识的加强，自1996年起以浙江佳环为代表的DJ-96型第二代控制器陆续应用。该产品更新了控制器的调整手段，并且开始对高阻抗整流变实施间歇供电方式。该控制器在第一代产品基础上可实现锁定整流变供电电压和电流的功能，同时增加了如振打、灰斗加热等集中控制。第二代产品的主要节能手段是采取强制间歇供电，该方式在当时虽然有较好的节能效果，但对整流变自身冲击较大，因此没有得到推广。第三代产品：随着节能需求的不断加大，自2003年后，以瑞典ALSTOMFLAKT公司（阿尔斯通）为代表的脉冲供电技术开始在我国国内得以推广和应用。该技术初期的主要节能手段是控制整流变输出等间隔脉冲，其电流的波形为正弦半波或锯齿波，同时配合减电压振打来实现节能。自2005年开始，该技术先后进行了两次技术更新和升级，即：第一次升级可实现设定充电比供电方式或设定双波充电比供电方式；第二次升级就是目前广为应用且成熟的全工况自动跟踪供电比控制方式。2.1.2 电除尘高压控制技术对比分析当前静电除尘电源控制技术的主流控制手段主要依靠以下三种模式来实现电除尘器高效节能效果的。第一种是可设定充电比供电方式，其充电周波可按固定间歇比例调整；第二种方式是可设定双周波供电方式，即供2个半波，停若干个半波；第三种方式是全工况自动跟踪控制方式。该技术比较传统的控制手段具有明显的节能效果，其技术对比见图1图1 电除尘控制技术对比分析2.2 高频电源节能技术介绍2.2.1 高频电源说明高频电源其实质是一个与线路频率无关的可变脉动电源，其频率一般为2550kHz可调。它能够给电除尘器提供接近纯直流且脉动幅度很大的各种电压波形。针对各种特定的工况，可以提供最合适的电压波形，从而提高除尘效率。与工频50/60Hz高压电源相比，高频电源纯直流供电时的输出电压纹波通常小于5%，远小于工频电源3545的纹波百分比，其闪络电压高，运行平均电压可达工频电源的1.3倍，运行电流可达工频电源的2倍，在同样的电场里，能够输入更多的功率，从而能够有效的提高收尘效率。高频电源间歇供电时可有效抑制反电晕现象，实现保效节能，特别适用于高比电阻粉尘工况。针对电除尘器负载变化的特殊性，高频电源充分展现了控制性能灵敏、电压恢复快、保护功能完善等优点。2.2.2 高频电源技术特点高频电源采用混合谐振拓扑结构的逆变器，功率器件关断损耗为零，可有效抑制电场火花的电流冲击，迅速地熄灭火花并且快速恢复电场能量，满足电除尘器持续火花放电和短路冲击的要求，适应负载的大范围变化，从而达到提高除尘效率的作用。同时，在输出短路时有极好的限流能力，可以提高系统的可靠性，特别适合电除尘器火花冲击、短路频繁的现场工况条件。高频电源采用单片机为核心的微机控制器。火花检测与控制采用全新硬件检测，对各种火花检测特别可靠，对微弱火花捕捉精度极高，同时可保证闪络电流无冲击波，电场电压恢复快，损失极小。高频电源具有纯直流供电与间歇供电两种方式，纯直流供电采用调频方式调压，间歇供电可针对各种特定的运行工况，提供各种合适的电压波形，特别适用于前电场及高比电阻粉尘，能有效抑制反电晕现象的发生。高频电源具有体积小、重量轻等优点。其占地空间小，便于安装。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。该设备效率与功率因数高，效率通常大于93%，功率因数通常也大于93%，比工频电源节能20%以上。2.2.3 高频电源与工频电源对比在相同参数条件下，高频电源与工频电源相比有明显优势。高频电源的输出电压基本接近工频电源电压峰值，且高频电源能提供更高的输出电压，可达工频电源的1.3倍。同时，高频电源能提供更大的输出电流，可达工频电源的2倍，可有效增大电晕功率，提高除尘效率。输出参数对比见图2。图2 高频电源与工频电源输出参数对比通过上述分析，高频电源与传统的可控硅控制工频电源相比性能优异，具有输出纹波小、平均电压电流高、体积小、重量轻、成套设备集成一体化、对高比电阻粉尘，它有更窄的脉冲、更宽的调节范围，从而提高除尘效率。设备效率与功率因数均达到0.9以上（常规工频电源的设备利用率仅为0.7左右），而且高频电源采用三相电源，负载平衡等多项显著优点，不仅提高了电除尘器配套电源产品的整体控制水平，拓展了电除尘器的适应范围，同等除尘效率条件下高频电源还比工频电源节能20%以上。3 国内外主流电源控制器产品介绍3.1 阿尔斯通电源控制器介绍3.1.1 技术特点EPIC控制器是瑞典ALSTOMFLAKT公司开发的第三代静电除尘器电控系统专用控制器。该控制器是调整、控制静电除尘器输入电力的一种微处理器控制器，性能稳定、运行可靠，可针对各种烟气不同的温度、灰尘成份、烟气流量等，使火花率保持适中。它控制整流器的方式是：随火花条件变化而改变通过电除尘器的电流。3.1.2 主要功能介绍工作模式：控制器能预先定义六种工作模式，并在控制过程中加以选择其中某一种。每种工作方式都包含对应工况的触发极限、峰值电压、电流极限、充电比以及火花率等运行参数。使用者可以根据实际工况，选择合适的工作模式。控制器的主机功能：控制器具有主机功能，也就是当一台控制器被定义为主机后，它能控制总线系统上的所有控制单元，从而整体优化电除尘器的效能。完备的火花控制：控制器具有三种火花控制特性，即火花封锁、火花不封锁以及小火花不封锁加大火花封锁。间歇供电方式：控制器的间歇供电方式有三种，第一种是传统的供电方式，其率波比在1-65可调；第二种方式是出2个波，停若干个波；第三种方式是出一个波，在停的几个波中出一个小电流，以适应特殊的工况条件。3.2 福建龙净环保股份有限公司电源控制器3.2.1 技术特点龙净公司开发的新一代增强型IPC智能节能控制系统，集成了成熟的电除尘器工况分析软件，采用多参数选择（排放浊度、机组负荷、烟气流速、烟气温度）的全闭环节能自动控制系统，可实现节能最大化和提效最优化运行。该系统可自动跟踪并分析电除尘器的工况状态和变化趋势，通过数据模型的比对和计算结果就可以可靠地选择出最佳节能工作方式。该系统将传统的以浊度数据为基础的控制手段改进为以锅炉负荷、浊度、烟气温度、烟气量、吹灰信号等多种信号为反馈，根据工况特性分析软件对工况的分析自动选择高压供电最佳运行方式，从而使设备始终运行在功耗最小、效率最高的理想状态。同时系统运行时，会随时响应烟气浊度、机组负荷和其他重要工况参数的变化，自动进行修正和调整，实现全闭环控制，从而实现提效最优化和节能最大化的目的。3.2.2 主要功能具有断电振打技术和减功率振打控制功能，明显改善振打清灰效果，提高运行参数（峰值电压、电流极限、充电比以及火花率等运行参数。），从而较大幅度提高效率，扩展节能空间；具有硬件和软件双重火花检测控制技术；可自动快速绘制电场动态伏安曲线族，采集并存贮电压、电流波形；具有反电晕控制功能。该系统可采用多种控制方式：火花跟踪控制、最高平均电压控制、火花率设定控制、临界少火花控制、双半波间歇供电控制、单半波间歇供电控制。该系统还具有多种特殊的保护功能：如过流保护、负载短路保护、负载开路保护、危险油温保护、SCR短路保护、偏励磁保护、欠压保护等。3.3 国电南自电源控制器介绍3.3.1 技术特点DKZ系列电除尘器电源及控制装置是国电南京自动化股份有限公司独立开发的新一代静电除尘器电源及控制装置。该产品采用多处理器并行处理，高低压合一控制、节能供电等诸多先进设计理念，将模糊控制等先进控制思想应用于体系之中，具有自动化程度高、节能提效等特点。通过实际工程测试，该系列产品能够在提高除尘效率减少粉尘排放的基础上，电除尘器运行节能效果显著。该系统能够对出口烟尘浓度、温度、烟气流速等物理量和电场电参数进行实时监测，获得更为丰富的运行工况信息，在对运行工况综合分析的基础上，动态优化电除尘器的各项运行参数，将除尘器出口排放浓度稳定在目标范围内。3.3.2 主要功能介绍采用多处理器并行处理设计，通过构建高起点、大资源硬件平台，提供更加优异的控制性能；高压供电与低压设备控制合一，有效改善电除尘器振打清灰效果，提高除尘效率，减少粉尘排放；高效的节能供电方式，有效克服电除尘器反电晕工况，减少电除尘器运行电耗，在提高除尘效率减少粉尘排放的基础上实现节能降耗。以软件判别为主，硬件判别为辅的双重火花判别方式，大大提高火花捕捉精度；具有良好的电磁兼容性，保证设备稳定可靠运行。在综合分析电除尘器总能耗及出口粉尘排放浓度的基础上，动态计算各电场节能空间，对各电场电气运行参数进行全面优化配置和调整，与电除尘器电源控制装置的节能提效脉冲供电方式结合，实现电除尘器最大程度地节能运行。具有故障在线辅助诊断功能，为设备检修提供思路，降低电除尘器运行维护的难度。完善的通用型保护模块对各类低压设备的各种故障进行保护。4 国华电除尘器控制系统改造成功案例4.1 国华宁电#4机组电除尘器应用效果分析宁电#4机组电除尘于2009年5月进行了节能改造，其主要改造内容为：电场的控制器更换为ALSTOM 的EPIC 控制系统，更换了可控硅等相关器件，保留了原高压控制柜的壳体，保留了原低压加热、振打的PLC及低压柜，新安装了上位机及相关软件，更换了电除尘的出口烟气浊度仪。其效果见表1。表1 改造前后电除尘性能试验对比除尘器的效率(A侧/B侧)出口排放烟气浓度(mg/dNm3)电场功率电耗(KWh)节电率改造前99.23%/99.15%1241100改造后99.84%/99.85%18.7734268.9%4.2 国华台电#4机组电除尘器应用效果分析台电#4机组电除尘器电控系统节能改造已于2009年6月份完工，主要改造工作为：将原系统的IPC6806前端机升级为龙净最新型的智能前端机DAU，采用龙净最新型的K型节能软件升级原有控制器；低压控制系统升级；PLC软件升级；高、低压控制柜之间的联锁信号连线和PLC软件升级等实现高、低压联动控制断电振打功能；电加热控制系统PLC软硬件升级等引入锅炉负荷信号，根据锅炉负荷的变化情况、根据工况特性分析软件对工况的分析，系统自动选择高压供电的运行方式（自动选择间歇供电占空比）和运行参数，从而达到最佳的除尘效率和节能效果。见表2表2 改造前后性能试验结果对比除尘器的效率(A侧/B侧)出口排放烟气浓度(mg/dNm3)电场功率电耗(KWh)节电率改造前99.58%/99.68%47970改造后99.705/99.76%26.7837561.3%5 结论综上所述，电除尘