电除尘节能控制系统在百万机组的应用

广东惠州平海发电厂有限公司 廖淼军 刘建利 陈 实

某电厂2×1000MW机组配置了双列三室四电场干式静电除尘器，电源系统由24套高压硅整流设备(GGAJ02K型)、4台低压控制柜DDPX系列、6台振打柜（AZD型）及1套上位机控制系统（iFiX）组成，上述设备由福建龙净环保股份有限公司设计供货及安装。上位机控制系统通过RS422串口通信协议实现对高压整流柜、低压控制柜（振打器、灰斗加热）等设备实现远程和手动控制。

2号炉电除尘高压整流设备和低压系统功率参数见表1，电除尘系统的电能消耗主要是高压整流电源，占总功率的86.33%，而其他低压设备只占13.67%。低压设备是保证整个电除尘系统正常运行必要的设备，能耗所占比例不大，因此把能耗分析的重点集中在高压整流电源上。

表1 电除尘设备功率统计

经过分析，电除尘上位机控制系统无法对高压整流设备实现自动调节，只能通过手动限压、限流运行，是造成电除尘能耗高的主要原因，且设备长期高功率运行还造成有以下问题：

电除尘控制系统无自动调节功能，当机组负荷变化时，电除尘高压整流设备都设定在90%额定功率下运行，机组负荷低时电除尘系统能耗反而更高，在电除尘排放达标的前提下，白白浪费大量电能。电除尘高压整流设备的运行方式主要靠运行人员手动调整，如果通过人工调节降低电除尘器高压整流设备运行功率方式进行节能，在机组负荷波动较大时所需调整的工作量大，电除尘系统无法保证最佳的运行方式和运行参数，还有可能因人工调整不当造成烟尘排放超标，而受到环保部门考核。

电除尘配电设备长期运行在大电流、高功率方式下，造成了电除尘配电变压器、进线开关及母排严重发热（长期处于80~100℃，最高时甚至到110℃左右）。电除尘段进线开关多次因设备高温造成润滑失效导致储能机构出现故障。母排长期运行在高温环境下导致外表的绝缘热缩套融化、支撑绝缘件受热老化，绝缘性能降低。

据上述电除尘电源系统运行中存在的问题，经充分分析和测试，对2号炉电除尘高压整流设备及上位机控制系统进行改造以减低电除尘能耗，提高设备运行的稳定性与可靠性。实施步骤如下：

更换24台电除尘高压整流控制器。将高压控制柜的MVC196型控制器更换为能快速响应运行方式变化的QMVC型节能控制器；
增加机组锅炉负荷信号输入通道，使电除尘上位机控制系统获取锅炉负荷信号；
在电除尘上位机iFiX控制系统上扩展增加IPC节能控制系统。IPC节能控制系统能以机组负荷、烟道出口浊度或烟气温度作为反馈信号构成闭环控制，由于现场未安装有浊度仪，因此采用了机组负荷为主因的控制方式，节能控制系统根据预设的电场运行参数，在机组负荷变化时生成最佳运行方式并分配给各电场高压控制器。当机组负荷降低时减少高压整流设备的出力，从而降低电除尘系统的能耗。

测试高压整流设备运行方式低限。将电除尘高压整流设备的运行方式由全波供电改为间歇供电方式，并在不同机组负荷段，根据每个电场的情况选择合适的间歇供电的占空比。为保证电除尘出口烟尘排放不超标，需对高压整流设备的间歇方式、电流极限及电压上限进行深度调整测试，并记录每个电场在不同负荷区间的最佳运行参数，从而实现保效最优化和节能最大化。

IPC节能控制系统参数设定如下：

设定负荷区间及负荷系数。设定≤500MW、500~700MW、700~850MW及850~1000MW共5个负荷区间，调整不同负荷的内控节能强度等级，再启用“负荷区间切换”功能。为防止锅炉负荷在两个区间短时间内大幅波动时，节能控制系统频繁调整高压整流设备的运行参数，影响烟尘排放，可在节能控制系统上对负荷系数进行调整，其值越大节能控制系统变化的灵敏度越大、相同的负荷变化产生的节能量更大，值越小对负荷的变化越不灵敏。

启用节能故障模式。节能系统运行时，同一物理通道的1台高压出现故障时，为防止高压设备出力低、造成粉尘排放超标，需要自动控制将处于同一物理通道内与之相邻的两台高压整流设备出力增大；
设定节能等级和节能系数。节能控制系统共有三个节能等级：普通、增强及超级，每个节能等级都有相应的节能系数或称偏侈量，普通节能偏移量为0.3~1,增强节能偏移量固定为、超级节能偏移量为1~1.8，普通节能=增强节能×普通节能偏移量，超级节能=增强节能×超级节能偏移量。

在节能控制系统上设定每个高压整流设备运行方式路线图（TR路线图），其有1~100步，每一步设置一种运行方式，其运行方式是从大到小，即第1步最大可设置为全波供电方式0或间歇供电1:2，最后100步到1：20，每台高压整流设备的最后的运行步=基本步+节能强度变化步+负荷变化步，此项参数需在机组运行中进行调整及测试后整定；
增加电除尘节能控制系统数据存取、参数处理、越限报警、制表打印、声光报警等功能。完善的设备控制和数据管理功能，实现各种曲线、图表、操作的记录与历史查询。

电除尘实施节能控制系统改造后，节能系统能以电场运行工况为依据、机组负荷信号为反馈实施闭环控制，计算在不同工况下的最优运行参数，并合理分配给各电场高压整流控制器，减低电场输出功率。通过优化和调整，电除尘配电段电流大幅下降，电除尘节能控制系统得以充分发挥节能优势。节能改造前后电除尘配电段电流分别如下：负荷800~1000MW电流4567.5/3071.3A，600~800MW电流4504.5/2772.1A，400~600MW电流4756.5/2457.4A。

通过改造，电除尘高压整流设备的运行方式全部由节能控制系统完成，大大减少了运行人员操作的工作量，降低了人为因素对电除尘设备运行的影响，提高了电除尘运行的可靠性和安全性。电除尘节能改造完成后电除尘配电段电流大幅下降，节能效果明显，进线开关及母排温度也降至50~80℃之间，减少了设备损耗，提高了设备运行的安全性，解决了电除尘进行开关及母排超温运行的老大难问题。

改造完成后，委托某电力科学研究院对2号炉电除尘在节能运行模式下进行了性能试验，试验在900MW和500MW两种工况下分别测试电除尘器6个室的进、出口的烟气温度、烟气流速、烟气流量、含尘浓度、漏风率、阻力和除尘效率，试验结果均达到了设计要求（烟气烟尘浓度及折算值稳定不超标）。对2号炉电除尘在节能系统在投用/不投用连续运行30天的电量数据进行统计：发电量（亿kWh）4.2413/4.3067，机组负荷率（%）59.10/59.82、电除尘占厂用电率（%）0.40/0.21，除尘系统变总电量（万kWh）174.22/91.99。

根据实际运行时的机组及电除尘变电表读数分析和计算，在发电量接近的情况下：投运节能运行方式后电除尘设备电耗占厂用电率下降了0.19%，节能效果明显；
投运节能运行方式后30天可节电82.23万kWh，平均每天节电2.74万kWh；
节电率为：（174.22万kWh~91.99万kWh）/174.22万kWh= 47%；
每kWh按0.4元计算，每天可节约电费2.74万kWh×0.4元/kWh=1.09万元。机组每发1亿kWh电可节约电费7.6万元，2号机组发电量按25亿kWh计算，1年可节约电费约190万元，节能系统运行半年即收回成本，经济效益非常可观。

综上，2号炉电除尘实施控制系统节能改造后，节能控制系统和高压整流控制器等设备运行状态良好，除尘设备电耗大幅降低，电除尘设备占厂用电率下降了0.19%，取得了良好的经济效益，达到了预期效果。为1号炉电除尘控制系统节能改造积累了成熟、实用的技术经验，具有良好的推广、借鉴作用。