行业新闻
关于协会
更多
浙江省环保装备行业协会是2009年成立,是以浙江省环保装备和资源综合利用装备制造厂商为主以及从事科技开发、设计和技术服务的企事业单位自愿参加组成的跨地区、跨部门、跨所有制的行业性、全省性的非赢利性社会组织,是经浙江省民政厅核准登记的社会团体法人。
行业新闻
您的位置:首页>行业新闻>
瞄准节能减排,积极推进电除尘电源技术创新
发布时间:2011-01-27 点击数:
瞄准节能减排,积极推进电除尘电源技术创新
电除尘行业研发多项电源新技术,实现电除尘器持续提效、降耗
 
日期:2010-12-20  作者:中国环保产业协会电除尘委员会  来源:中国环境报第5版
 
 
 

  □中国环保产业协会电除尘委员会


  ■编者按  

 
  “十二五”期间,国家在大气污染物防治和节能减排方面的工作力度将进一步加大。面对日趋严格的大气污染物排放标准和严峻的节能减排形势,提高工业除尘设备的除尘效率和降低能耗也将成为除尘领域的工作重点。而在电除尘的节能减排方面,先进的电源电控技术及科学有效的优化控制技术起着关键性的作用。


  实际上,为提高除尘效率,降低能耗,提升技术经济性,全球电除尘器的技术创新从未间断。对于供电电源电控技术的不断改进,则是电除尘器技术创新的重要组成部分。我国电除尘器供电电源技术是环保行业技术创新最为活跃的行业之一,上个世纪70年代以来,硅整流电源、脉冲电源、微机控制、计算机系统控制的研究开发一直保持与世界基本同步。近年来,国内电除尘电控行业加大了对新技术的研究开发力度,以高频电源为代表的一批新型电源和节能优化控制系统等技术创新成果令国际同行刮目相看。一批先进实用的电源新技术开发应用成功,和本体新技术一起,不但为电除尘器实现低排放和节能创造了更好的条件,而且大大提高了产品的技术经济性。


  因为具备独特优点,电除尘长期以来一直是燃煤电厂和其他工业除尘选择的主要方式。我国燃煤电厂电除尘器的大量实际应用情况表明,只要选型设计合理,确保足够的比集尘面积,电除尘器完全能够达到30mg/m3甚至更低的排放要求。我们有理由相信,随着更多电源电控新技术的研发成功和推广应用,电除尘器在提高除尘效率、降低能耗方面将会百尺竿头更进一步,成为我国工业除尘的主力军,并为节能减排工作做出更多成绩。


    优势与潜力彰显,高频电源成电除尘器节能减排有力武器


  核心提示


  作为具有优异性能的新一代电除尘器电源,高频电源具有巨大的节能和提效潜力,正在推动除尘器领域的技术变革。高频电源为进一步提高除尘效率、达到新的环保排放要求提供了技术保障,符合国家倡导的节能减排产业政策,开拓了我国供电电源技术发展的新途径和新方向,可望得到更为广泛的应用。


  高频电源是电除尘器“节能减排”强有力的武器之一,并被一致看好为新一代供电电源的发展方向。高频电源与常规50Hz整流电源不同,其提供给电除尘器的是频率为几十kHz的高频电流。大量的工程实例证明,具有纯直流和脉冲两种供电方式的高频电源在提高除尘效率、节约能耗方面有着非常突出的技术优势。国外先进工业国家开发成功高频电源后,技术上不肯转让,意图垄断获取高额利润。我国行业企业如福建龙净、南京国电环保、浙江佳环、武汉国测等单位经过艰苦的自主创新和技术攻关,成功地开发出具有自主知识产权的国产高频电源,打破了国外垄断,使价格回到合理水平,为国内用户提供了节能减排的新武器。目前国产的大功率高频电源,其最大输出功率已接近国外水平,达到115kW(72kV/1.6A)。


  高频电源采用现代电力电子技术,将三相工频电源经三相整流桥整流成约530V的直流,再经逆变电路逆变成20kHz以上的高频交流电流,然后通过高频变压器升压,再经高频整流器进行整流滤波,形成40kHz以上的高频电流供给电除尘器电场。其功率控制方法有脉冲高度调制、脉冲宽度调制和脉冲频率调制三种方法,目前大多数高频电源采用的是脉冲频率调制方法。高频电源的供电电流由一系列高频脉冲构成,其脉冲幅度、宽度及频率均可以调整。这就意味着可以给电除尘器提供从纯直流到脉冲的各种电压波形,因而可以根据电除尘器的工况,提供最佳电压波形。


  根据以上原理,高频电源技术具有特殊性能和多方面的优势。首先,高频电源在纯直流供电条件下,可以在逼近电除尘器的击穿电压下工作,这样就可以使其供给电场内的平均电压比工频电源供给的电压提高25%~30%,在前电场应用,电晕电流可以提高一倍;其次,高频电源在几十微秒的高压脉冲工作条件下,可以有效提高粉尘荷电量,克服反电晕,提高电场场强,增加粉尘驱进速度,最终提高电除尘器的除尘效率;再次,高频电源本身效率和功率因数均大于0.9,远远高于常规工频电源,同时具有优越的脉冲供电方式,所以节能效果比常规电源更为显著;此外,体积小,重量轻(约为工频电源的1/5至1/3),控制柜和变压器一体化,并直接在电除尘顶部安装,不占控制室空间,节省电缆费用的1/3;最后,高频电源的输入方式为三相平衡供电,输入的相电流减少约一半,提高了供电系统的利用率。


  国内高频电源产品自2004年初期实现工业应用,目前已经有上百个火电机组电除尘器应用了高频电源,机组容量从125MW至1000MW。在工业应用中,高频电源表现优异,可以提高电除尘器的除尘效率,减少烟尘排放30%~70%,同时,减少电除尘器供电电能50%~80%甚至更高。


  上海外高桥第三发电有限公司是目前我国电力行业单台装机容量最大、单位能耗指标最优的火力发电厂之一,其8号1000MW超超临界机组配置了两台三室四电场电除尘器,共24台工频高压电源,8号机组自投产运行以来,除尘效率99.8%,电除尘器出口烟尘浓度稳定维持在42mg/Nm3。从2009年10月起,上海外高桥第三发电有限公司对8号机组进行节能减排优化改造,将两台三室四电场电除尘器的24台工频电源更换成高频电源。工程投运后检测表明,在同等工况下,电除尘器出口烟尘排放浓度由改造前的42mg/Nm3降低到17mg/Nm3,减排率59.5%;同时,电除尘器的高压电源总功耗也由改造前的871kW降低到266kW,节能率71.1%,这是我国首台百万千瓦机组电除尘器进行高频电源技术改造的成功应用。


  内蒙古上都电厂2#炉(600MW)电除尘器节能改造,采用高频电源后,电除尘器节电率达到了56%以上。原来的出口烟气粉尘浓度为100mg/Nm3左右,改造完成后出口烟气粉尘浓度实测为53mg/Nm3。河南三门峡华阳发电厂2#炉第一电场采用高频电源进行改造,在锅炉满负荷同等烟气条件下,一电场只采用一台高频电源时测试除尘效率为99.802%,采用两台高频电源时测试除尘效率为99.876%,粉尘排放降低37.3%,说明电除尘器一电场采用高频电源能增大电场荷电强度,减轻后电场的负荷,有利于电除尘器效率提高,而且在同等输出功率时高频电源比工频电源只需更小的输入功率,减小输入功率约32.5%,节能效果显著。


  高频电源节能减排的优异性能,引起了业界的重视,也得到了国家相关部门的大力支持。2008年,国家将电除尘器高频电源的研发列入了《国家重大产业技术开发专项》;2009年,高频电源列入了《国家重点节能技术推广目录(第二批)》;2010年,国家又将高频电源列入了《当前国家鼓励发展的环保产业设备(产品)目录》。因高频电源技术创新成果突出,福建龙净获得福建省科技进步一等奖,南京国电环保获得江苏省2009年科技成果转化专项支持。
   
  软件体现硬实力,60%以上的节能效率让电除尘节能优化控制系统成新宠


  核心提示


  电除尘器是火电厂治污减排的重要设备,在大家的印象中也是耗能大户,约占整台机组发电量的0.2%~0.5%。但是今天电除尘行业正在大力推广的电除尘节能新技术应用,能够降低60%以上的能耗,是奇迹,也是真切的事实。在保证除尘效率不降低的前提下,电除尘节能优化控制系统大幅降低电除尘电气设备的电耗,降低厂用电率,减少企业发电成本,降低设备运行费用,对企业节能减排工作都起到极大的促进作用,有着巨大的经济效益、环境效益和社会效益。


  多年来的研究与实践表明:电除尘节能一定要在满足排放要求或除尘效率有所提高的前提下进行,电除尘器确实具有很大的节电潜力,但优化控制的方法一定要得当。


  传统观点认为,电除尘器供电功率越高,除尘效率越高。但华北电力大学关于电除尘器理论能耗的研究表明,在理想状态下分离100MW机组锅炉烟气量的尘粒只需200W左右的能量,从理论上论证了电除尘器运行中有许多电能白白消耗掉了。同时在燃煤品质低下、灰分含量高的条件下,由于灰分比电阻值大,电场内经常性存在反电晕现象,这时若过分增加电除尘器供电功率,反而会加重反电晕、引起除尘效率降低。理论分析和实践证明,采用间歇脉冲供电技术能够克服高比电阻粉尘引起的反电晕,不但减少电除尘功率消耗,而且可以提高除尘效率。


  另外,现阶段国内火电厂机组负荷经常会在50%~80%区间波动,负荷变化比较大。当机组负荷变化时,如果电除尘一直运行在某一固定模式下,在保证电除尘排放达标的前提下,将会白白浪费大量电能。在这种情况下可以降低运行功率来实现保效节能。


  锅炉燃烧煤种、烟气量、烟气温度以及人员操作因素等都是不断变化的,都会影响电除尘器的运行,在一定条件下具有节能潜力,也是节能优化控制必须考虑的一个方面。


  在研究优化控制之前,先要澄清能耗概念。关于电除尘器的能耗,要注意区分和理解电除尘器设备容量、设计功耗、实际功耗、节能功耗等若干不同概念。电除尘器设备容量是指电除尘器所有配套电气设备(高压供电设备、低压振打、加热控制设备等)的额定容量的总和;设计功耗是指电除尘器所有配套电气设备在常规运行时的总平均功耗,在电除尘器设计阶段一般采用经验系数法计算得出,是对电除尘器功耗预测的参考值;实际功耗是指电除尘器所有配套电气设备在常规运行(未采用节能)时的实际平均功耗;节能功耗是指电除尘器所有配套电气设备采用节能运行方式时的实际平均功耗。由于受粉尘浓度对电晕放电抑制和其他多种因素的影响,电除尘器各电场的实际工作电流电压难以达到设计值,振打、电加热设备也是间断性工作,同时考虑是否采用了节能运行方式,以上各项数值之间的关系是:设备容量〉设计功耗〉实际功耗〉节能功耗。以一台600MW机组电除尘器为例,其设备容量约为3600kW左右,设计功耗约为1600kW,实际功耗在700~1200kW之间,节能功耗一般在300kW以下。


  几年来,各除尘环保厂家纷纷投入人力财力物力,研究开发出多种电除尘器节能控制技术,有电除尘器整体节能优化控制的,有高压供电设备优化运行的,有高频电源应用的,有断电振打控制应用的,也有电加热系统运行改进的。这些应用,需要根据燃煤的变化,通过优化试验不断优化调整、完善。


  福建龙净经过多年理论分析和应用实践,开发出的新型电除尘节能优化控制系统就是其典型代表。此系统在统计分析大量电除尘器现场运行数据、伏安曲线的基础上,建立了科学的电除尘工况特性分析诊断数学模型,基于这一模型能够可靠地计算出电除尘器的反电晕指数和常电晕指数,准确判断电场工况是处于反电晕状态还是正常电晕状态,从而正确地反映整台电除尘器的工况状态和变化趋势。同时以现场工况分析为基础,以锅炉负荷、浊度、烟气温度、吹灰信号等多种信号为反馈控制信号,开发实现了新的电除尘器节能软件。在节能软件控制下,节能系统可以根据工况变化的情况自动分析、自动调整运行参数、自动选择间歇脉冲供电占空比,使电除尘器始终处于比较经济的运行模式,从而达到保证除尘效率的前提下最大限度地节约电除尘的耗电量,实现提效最优化和节能最大化。


  节能新技术在国电、华能、华电、大唐、中电投五大电力集团和华润、国华、粤电等地方电力集团的众多电除尘器现场成功应用并长期稳定运行,取得了很好的节能效果,平均节电率大于60%,最高可达80%~90%。比如,节能技术应用后,华能曲阜电厂1#炉电除尘运行功耗由1098.8kW下降为166.7kW,国电铜陵1#炉电除尘运行功耗由838.2kW下降为140.9kW,大唐韩城二电厂1#炉电除尘运行功耗由1508.1kW下降为418.1kW,华电可门2#炉电除尘日均电耗由2.78万度下降为0.59万度,华润阜阳1#炉电除尘日均电耗由1.76万度下降为0.57万度。


  由于对设备节能指标的高度重视,在电厂和电除尘厂家的共同努力下,节能控制技术已得到比较广泛的应用,双方在电除尘器节能降耗方面携手双赢,取得很大的经济效益与社会效益。从众多现场测试数据的统计平均结果来看(按机组年运行280天、每度电0.4元计算),在横向比较方面,应用节能技术后一台600MW机组电除尘器每年电耗费用约172万元,明显优于相同机组的布袋除尘器(每年电耗费用约432.8万元)和电袋除尘器(每年电耗费用约378.1万元);在纵向比较方面,应用节能技术后每万kW机组电除尘日均节电约300度,一年计算下来可节电8.4万度、节省电费3.36万元,一台60万kW机组电除尘器一年可节电504万度、节省电费201.6万元。假如全国燃煤发电机组(总装机约6亿kW)电除尘器有一半采用节能控制技术,共计一年节电约25.2亿度,节省电费10.08亿元,也相当于每年节约标准煤90.7万吨。


    单相变三相,工频三相高压整流电源力拓用武之地


  核心提示


  三相电源由于在结构和工艺上与常规单相电源完全一致,操作和使用方法也完全相同,产品成熟性和可靠性也基本一样,特别适合高浓度粉尘工况,需要提高运行电流的现有单相电源的技术升级改造,可以直接替换,提高除尘效率。三相电源的产品规格可以做得更大,适合单电场大收尘面积的场合。


  工频三相高压整流电源从2004年开始开发,直接采用电网三相380V交流电源输入,通过6只可控硅同步移相调压交替导通。其实早在上世纪70年代末,国内外都曾经试验开发过三相高压电源,但由于当时电子控制技术手段比较落后,只停留在试验室状态就终止了,无法形成产业化产品。


  工频三相高压整流电源主回路的基本原理是,由三相380VAC/50Hz-3Φ工频交流信号输入,通过6只可控硅同步移相调压,经三相整流变压器升压后,三相整流成一路300Hz直流高压信号输出,加到电除尘器电场。


  电除尘用工频三相高压整流电源采用三相制供电方式,各相电压,电流,磁通的大小相等,相位上依次相差120°,与常规单相高压电源相比,从根本上解决了电网供电的平衡问题,设备效率从70%提高到95%,功率因数达到0.93以上。


  同常规单相高压电源比较,三相电源纹波系数较小,其二次电压波形接近为一条直线,在相同极间距的条件下,三相电源的二次输出电压平均值比常规单相电源最大可提高35%,二次电流可提高1倍以上,对于中、低比电阻粉尘,需要提高运行电流的场合,可以显著提高除尘效率。


  国内工频三相高压电源,由厦门绿洋公司、中荷环保等单位在2005年前后开发成功。电力行业中,萧山电厂125MW机组首台工业应用,而后又成功应用到600MW机组。冶金行业中,2006年在河南中州铝业氧化铝1#窑,通过同一台双室三电场的电除尘器,西侧保留原来的常规单相电源,东侧改为三相高压整流电源。在本体参数完全一致的条件下,进行长达6个月的对比试验,经多次测试结果,东侧电除尘器出口排放从原来的600多mg/Nm3下降到100mg/Nm3以下,平均降低排放400mg/Nm3,设备投运率比单相电源提高了5.3%。后来连续改造四台窑,都取得比较好的减排效果。2007年在杭州钢铁烧结机头双室四电场电除尘器采用2+2的三相/单相组合电源控制技术,近3年来一直保持30mg/Nm3以下的排放。2008年起先后在台州300MW发电厂、日照烧结机头、河南长城铝业和冀东水泥厂得到应用。在电除尘器应用的几大行业,从有色到冶金,从冶金到电力,从电力到建材,同时推广三相电源。从2009年起,全国已有7~8家电源企业生产推广三相电源,取得了较大的成绩。
   
  撷取高频与常规电源二者之长,性价比成就中频电源市场竞争力


  核心提示


  中频电源在国内已有多个改造项目的工程应用,并达到了良好的使用效果。其除尘效果及节能指标均可与高频电源相媲美,具有很好的性价比。


  电除尘用中频高压直流电源(以下简称中频电源)采用控制与变压整流分体式结构,从结构形式上与常规的可控硅电源相同。中频电源为三相输入,三相供电平衡,功率因数大于0.95,无缺相损耗,电源效率大于90%,这些优点与高频电源相似。由于其结构与常规可控硅电源相同,中频电源也具有常规电源的优点,如维护方便、可靠性高、大功率实现容易等。


  与工频电源相比,中频电源的适应性更强。可根据电除尘器的工况提供更有效的电压波形。间歇供电时,供电脉宽最小可达2ms,可任意调节占空比,具有更灵活的间歇比组合,可有效抑制反电晕现象,特别适用于高比电阻粉尘工况。中频电源的火花关断时间〈15us,火花能量很小,电场恢复快,可有效提高电场的平均电压。


  从电除尘效率经典多依奇公式理论可知,影响除尘效率的主要因素有三个:电除尘器的比集尘面积、电除尘器的处理烟气量及带电粒子在电场中的驱进速度。


  在电除尘改造项目中,由于场地或资金投入的限制,往往只对电除尘系统的电气进行改造,这样比集尘面积不会增加。因此,影响电除尘效率的三个因素中,可以改变的是粉尘驱进速度。如果提高驱进速度,即可提高电除尘的效率。


  影响带电粒子在电场中的驱进速度的因素也有很多,如带电粒子的大小,烟气的粘度,电场强度等。而在只改变电除尘器供电电源的前提下,真正能提高驱进速度的只有加强电场强度。电场强度与加在电场间的电压成正比,也就是说,提高电除尘器输入电压能提高驱进速度,从而达到提高电除尘器除尘效率的目的。


  电除尘直流高压电源输出波形可以用纹波因数来度量,纹波因数越小,波形越平直。在负载一定的情况下,纹波脉动频率可以反映纹波因数,纹波脉动频率越高,纹波因数越小,波形越平直。佳环公司生产的JHZP中频电源的工作频率为400Hz,经过变压器升压整流后的输出的直流电压纹波脉动频率为4.8kHz,输出电压纹波很小,与高频电源的输出电压纹波相关甚小。中频电源输入电场的平均直流电压比工频电源高出约20%。中频电源的输出电压纹波系数小于5%,几乎为一条直线,避免了工频电源纹波大峰值电压在电场中容易出现闪络的问题,从而提高了电除尘器电场的直流电压,提高了除尘效率。


  汉川电厂#2炉改造前电除尘器本体为双室三电场,配备工频1.0A/72kV高压电源。改造后,电除尘器本体为双室四电场,配备中频电源(一电场配1.4A/80kV,二、三电场配1.0A/80kV,四电场配1.2A/80kV)。#2炉改造完成后,除尘器本体与#1炉相同,两台除尘器只有高压电源不同,#1炉采用的是单相工频可控硅高压电源。在相同煤种、相同负荷等工况几乎一致的情况下,#1炉排放为68mg/m3,而#2炉二次参数有了明显提高,火花现象减少,三、四电场几乎没有火花,其排放为28mg/m3,采用中频电源的除尘器排放浓度低,可达到小于30mg/m3的国家排放指标要求。


  2010年4月,中频电源在松藻电力公司的技改工程中也取得降低能耗45%、排放达到42.5mg/m3的良好效果,随后在整个重庆能源集团进一步推广应用。