600MW機(jī)組電除塵器高頻電源的運(yùn)行與優(yōu)化

摘 要：本文介紹了遼寧華電鐵嶺發(fā)電有限公司600MW機(jī)組電除塵器高頻電源的組成部分、工作原理及在實(shí)際運(yùn)行中的優(yōu)勢(shì)。并對(duì)電除塵器除塵效率提高的同時(shí)，出現(xiàn)的能耗增加、二次揚(yáng)塵現(xiàn)象及鍋爐啟動(dòng)過程中投油穩(wěn)燃與保證電除塵器安全運(yùn)行的矛盾等實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的問題進(jìn)行逐一分析，并提出了優(yōu)化對(duì)策。

關(guān)鍵詞：高頻電源；能耗；二次揚(yáng)塵；安全運(yùn)行

一、概況

遼寧華電鐵嶺發(fā)電有限公司二期5、6號(hào)機(jī)組為2臺(tái)600MW哈爾濱鍋爐廠設(shè)計(jì)、制造的超超臨界機(jī)組，分別于2008年7月和12月投產(chǎn)發(fā)電；鍋爐型號(hào)HG-1795/26.15-YM4型，最大出力1795t/h，設(shè)計(jì)過熱器蒸汽出口溫度為605℃，再熱器蒸汽出口溫度為603℃，為超超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐、單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。設(shè)計(jì)排煙溫度130℃，熱力計(jì)算額定負(fù)荷時(shí)的排煙溫度為157 ℃。每臺(tái)爐配置兩臺(tái)50%容量的電除塵器，每臺(tái)電除塵器的煙氣通道數(shù)量為40個(gè)、雙室布置、陽極板間距400mm、流通面積240m2；沿著煙氣流動(dòng)方向分為五個(gè)電場(chǎng)。電除塵器原采用GGAJ02-1.0A/72型高壓硅整流單相、工頻整流電源，為了提高除塵效率，2016年更換為福建龍凈環(huán)保股份有限公司的STR03型高頻高壓整流電源。

二、電除塵器的高頻電源介紹

（1）高頻電源的組成部分

高頻電源結(jié)構(gòu)上由高頻控制柜和高頻變壓器組成。高頻控制柜分為前腔、后腔和側(cè)腔三個(gè)部分。側(cè)腔安裝斷路器、接觸器、控制回路，前腔安裝變換器、整流橋、電抗器、側(cè)部安裝機(jī)柜熱交換器對(duì)腔內(nèi)器件進(jìn)行散熱，同時(shí)設(shè)有儀表板，可清楚的觀察母線電壓、一次電流、二次電壓、二次電流以及操作終端的內(nèi)容。后腔安裝散熱風(fēng)機(jī)、諧振電容等。

（2）高頻電源的工作原理

高頻高壓整流電源是將三相交流電經(jīng)整流和濾波后產(chǎn)生580V左右的直流電壓，由IGBT全橋逆變，經(jīng)諧振電容震蕩產(chǎn)生最高20KHz交變電流，再經(jīng)高頻變壓器升壓整流后形成高頻高壓脈動(dòng)直流送入電除塵器。

高頻電源原理上主要由三大塊組成，即變換器、高頻變壓器、控制器，如下圖所示。三相交流輸入整流為直流電源，經(jīng)逆變?yōu)楦哳l交流，最后整流輸出直流高壓。變換器實(shí)現(xiàn)直流到高頻交流的轉(zhuǎn)換，高頻變壓器/高頻整流器實(shí)現(xiàn)升壓整流輸出，為ESP提供供電電源。

（3）高頻電源的優(yōu)點(diǎn)

①提高除塵效率

基于高頻開關(guān)技術(shù)的高頻電源是一個(gè)與線路頻率無關(guān)的可變脈動(dòng)電源，給除塵器提供接近純直流到脈動(dòng)幅度很大的各種電壓波形，針對(duì)各種特定的工況，可以提供最合適的電壓波形，從而提高除塵效率。與工頻50/60Hz高壓電源相比，高頻電源純直流供電時(shí)的輸出電壓紋波通常小于5%，遠(yuǎn)小于工頻電源35%～45%的紋波百分比，其閃絡(luò)電壓高，運(yùn)行平均電壓可達(dá)工頻電源的1.3倍，運(yùn)行電流可達(dá)工頻電源的2倍，在同樣的電場(chǎng)里，能夠輸入更多的功率，從而能夠有效的提高收塵效率。改造前的工頻電源與改造后的高頻電源供電輸出對(duì)比圖如下圖所示：

②電源適應(yīng)性好

高頻電源功率因數(shù)可以達(dá)到0.95，轉(zhuǎn)換效率可以高達(dá)94%以上，比較工頻電源的功率因數(shù)和轉(zhuǎn)換效率至少節(jié)電22%。間歇性供電時(shí)，高頻電源供電脈寬最小可達(dá)到1ms（工頻電源最小為10ms），通過調(diào)整充斷電的時(shí)間比，可以有效抑制反電暈現(xiàn)象，達(dá)到節(jié)約電能的目的。

③電暈功率高

工頻整流電源工作時(shí)，二次電壓平均值和峰值電壓偏差較大，很高的峰值電壓極易在電場(chǎng)內(nèi)部產(chǎn)生火花，進(jìn)而造成電除塵器整體電暈效率下降；與此相反，高頻整流電源工作時(shí)，二次電壓紋波很小，基本是平穩(wěn)直流，不會(huì)出現(xiàn)工頻電源供電時(shí)很高的峰值電壓，因此電場(chǎng)內(nèi)部不易放電，可以把運(yùn)行電壓和電流大幅提升，提高了電暈功率，實(shí)現(xiàn)保效節(jié)能，特別適用于高比電阻粉塵工況。

④火花控制能力強(qiáng)

高頻電源供電時(shí)每個(gè)脈沖的時(shí)間很短，火花關(guān)斷時(shí)間<10μs（工頻電源供電時(shí)需10ms），火花能量損失小，電場(chǎng)恢復(fù)快（約為工頻電源恢復(fù)時(shí)間的25%），同時(shí)，先進(jìn)的控制系統(tǒng)保障火花產(chǎn)生后的恢復(fù)分三個(gè)不同斜率的階段進(jìn)行，有效地延緩后續(xù)火花的產(chǎn)生，從而實(shí)現(xiàn)低火花率運(yùn)行，達(dá)到更高的除塵效率。

三、電除塵器高頻電源改造后出現(xiàn)問題與對(duì)策

電除塵器高頻電源改造之后，除塵效率明顯提高了，同時(shí)帶來了能耗增加、出口二次揚(yáng)塵現(xiàn)象嚴(yán)重等問題，同時(shí)機(jī)組啟動(dòng)過程若需投油穩(wěn)燃，也會(huì)對(duì)電除塵器的安全運(yùn)行帶來隱患，下面針對(duì)以上三個(gè)問題逐一進(jìn)行分析解決。

（1）高頻電源的能耗增加問題與對(duì)策

電除塵器高頻電源改造后粉塵排放大幅度下降，同時(shí)能耗也明顯提高，具體參數(shù)對(duì)比如下表所示：

從上表中可以看出，電除塵器高頻電源改造之后，鐵嶺電廠#5、#6爐粉塵排放濃度均大幅度下降，分別下降了43 mg/Nm3、45 mg/Nm3；除塵效率分別提高了0.17%、0.17%。同時(shí)，電除塵器能耗也相應(yīng)增加為原來的217.27%、231.33%，增加了一倍左右。

對(duì)高頻電源的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化的原則如下：

①前部電場(chǎng)：二次電流低，充斷電時(shí)間比低，適用于前部電場(chǎng)粉塵濃度高環(huán)境，保持連續(xù)的低二次電流供電，既能保障除塵效率，又可以防止放電，起到節(jié)能的效果；

②后部電場(chǎng)：二次電壓高，充斷電時(shí)間比高，適用于后部電場(chǎng)粉塵濃度低的環(huán)境，既能保障粉塵的荷電效果，同樣可以起到節(jié)能的效果。

在對(duì)高頻電源參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化之后，單臺(tái)機(jī)組每天能耗下降了大約7000kWh。

（2）電除塵器出口粉塵的二次飛揚(yáng)問題與對(duì)策

電除塵器出口的粉塵二次飛揚(yáng)問題比較嚴(yán)重，尤其是入口加裝了低溫省煤器之后，平均一天24小時(shí)比較明顯的二次飛揚(yáng)現(xiàn)象有34—36次。經(jīng)過我們分析，二次飛揚(yáng)問題是由于電除塵器前低溫省煤器投運(yùn)后，煙溫降低導(dǎo)致粉塵比電阻下降，電除塵器整體效率提高的同時(shí)，靜電除塵器陽極板對(duì)粉塵的粘附力下降，粉塵顆粒間的斥力加強(qiáng)，造成二次揚(yáng)塵現(xiàn)象比較嚴(yán)重。

總體來講，為了降低電除塵器出口的粉塵二次飛揚(yáng)，運(yùn)行中總結(jié)如下幾條措施：

①維護(hù)好干式電除塵器和輸灰系統(tǒng)等除塵設(shè)備的正常運(yùn)行。

②適當(dāng)延長振打周期，其中五電場(chǎng)振打周期從原來的60分鐘延長為90分鐘；

③在振打時(shí)，只需一個(gè)陽極進(jìn)行振打，避免任何時(shí)候兩個(gè)陽極同時(shí)振打；

④取消出口五電場(chǎng)的長振打，縮短其單次振打時(shí)間。

按照上述原則對(duì)電除塵器振打進(jìn)行優(yōu)化后，二次揚(yáng)塵問題基本解決了。

（3）機(jī)組啟動(dòng)過程中保證電除塵器安全運(yùn)行的對(duì)策

機(jī)組啟動(dòng)過程中，若需投油穩(wěn)燃，未完全燃燒的燃油顆粒流經(jīng)電除塵器時(shí)，由于陽極板的電荷作用燃油顆粒會(huì)積存在陽極板上，當(dāng)遇有電除塵器火花放電等明火時(shí)，可能會(huì)造成二次燃燒，帶來運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。為了盡量減少陽極板積油可能對(duì)電除塵器造成污染，同時(shí)盡量降低粉塵的排放，實(shí)際運(yùn)行中總結(jié)了如下對(duì)策：

①機(jī)組剛剛啟動(dòng)時(shí)，只投運(yùn)二、三電場(chǎng)運(yùn)行，將二次電流控制較低范圍以內(nèi)；

②隨著鍋爐負(fù)荷、煙氣流量的增加逐漸提高二次電流，再逐級(jí)投入其他電場(chǎng)；

③逐級(jí)投入電場(chǎng)的同時(shí)投入電除塵器連續(xù)振打；

④保證吸收塔入口粉塵排放控制在50mg/m2以內(nèi)。

這樣就能保障機(jī)組啟動(dòng)過程中煙塵排放達(dá)標(biāo)的同時(shí)，確保電除塵器極板不積存燃油顆粒。

四、結(jié)論

遼寧華電鐵嶺發(fā)電有限公司600MW機(jī)組電除塵器高頻電源改造之后，在運(yùn)行中逐步摸索經(jīng)驗(yàn)，在保障粉塵排放完全滿足國家相關(guān)環(huán)保規(guī)定的同時(shí)，電除塵器運(yùn)行參數(shù)得到了進(jìn)一步優(yōu)化，高頻電源能耗高、二次揚(yáng)塵等問題得到了有效控制，機(jī)組啟動(dòng)過程中電除塵器的安全問題也得到了有效解決。

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作者簡介

李闖（1981—），男，漢族，東北電力大學(xué)工程碩士，高級(jí)工程師，從事火力發(fā)電廠集控運(yùn)行工作，遼寧華電鐵嶺發(fā)電有限公司。

（作者單位：遼寧華電鐵嶺發(fā)電有限公司）