电除尘器改造
摘 要：本文简述了良村热电 #1炉燃煤机组电除尘器的概况、存在的问题、主要设计性能参数及煤质、飞灰成分分析；介绍工频电源的缺点、高频电源和脉冲电源的工作原理、技术特点及优势。重点介绍了#1炉燃煤机组电除尘器超低排放改造方案及改造后的效果。
关键词：电除尘器，超低排放，高频电源，脉冲电源
1 引言
随着人类环保意识的不断增强、国家对环境保护的日益重视及京津冀一体化大发展时代的到来，环保成为一体化的重心。2015年7月27日，中国首部区域空气质量中长期规划《京津冀区域大气污染控制中长期规划》编制工作正式启动，京津冀大气治理被正式提上日程，省会石家庄大气之殇亟待解决。
根据《河北省委、省X关于推进新型城镇化的意见》、《石家庄市大气污染防治管理办法》和《石家庄大气污染防治攻坚行动方案（2013-2017）》的文件精神，积极落实《河北省燃煤发电机组超低排放改造专项行动实施方案（冀气领办【2015】37号）》、《石家庄市环保局关于石家庄市燃煤发电机组脱硫脱硝超低排放升级改造的通知（市环发【2015】53号）》要求，公司经过多方考察、认真调研，最终确定对#1燃煤机组电除尘器进行环保升级改造，使其除尘效率和烟尘出口浓度排放值达到超低排放标准。
2 电除尘器概况
良村热电一期为2ｘ330MW燃煤机组，#1炉燃煤机组配套电除尘器为双室五电场静电除尘器，2011年1月投入运行。电除尘器设计除尘效率为99.81 %，设计电除尘器烟尘出口浓度排放值≤100mg/Nm3，加上尾部的脱硫装置具有50%的除尘效果，烟尘出口浓度排放值≤ 50 mg/Nm3。但是由于实际煤种与设计煤种存在较大差异且不断变化，电除尘器内部设备磨损严重，阴阳极存在变形、断线等问题，目前电除尘器的除尘效率和烟尘出口浓度排放值已不能满足现有环保标准及脱硫系统运行要求。根据近期的测试报告，#1炉燃煤机组负荷在260MW时，电除尘器烟尘出口浓度排放值为31.4 mg/Nm3。
2.1 主要问题
1）电除尘器实测烟尘出口浓度排放值为31.4 mg/Nm3，脱硫装置具有50%的除尘效果，其烟尘出口浓度排放值已不能满足国家对发电厂燃煤机组超低排放的环保标准即≤ 5 mg/Nm3。
2）电除尘器设计除尘效率偏低，为 99.81 %；
3）电除尘器耗电率较高；不能满足国家对节能降耗的要求；
4）实际煤种变化大，造成煤种的灰分、比电阻等参数与设计值差异较大，使设备不能良好运行。
2.2 电除尘器主要设计性能参数及煤质、飞灰成分分析
#1炉燃煤机组配套两台双室五电场静电电除尘器，每台除尘器都有结构上独立的壳体。#1炉燃煤机组电除尘器主要设计性能参数见表1，煤质分析、灰分分析见表2。
3 电除尘器电源选用分析
3.1 工频电源
电除尘器采用工频可控硅电源，当粉尘比电阻比较高、易出现反电晕现象时除尘效果会明显下降，一般达不到原电除尘器设计指标及环保排放标准要求。
工频电源存在以下缺点：
1）工作频率低，效率转换低（一般在75%以下），因此能耗高；
2）电源输入为两相380V交流工频电源，又是工频相位调节，致使输入频率低至0.7以下，容易造成配电系统的不平衡；
3）输出纹波大，平均电压比脉动峰值电压要低25%左右，致使电晕电压低下，波形又是单一的工频波，在高浓度粉尘、高比电阻等工况下，很难达到超低排放环保要求；
4）工作频率低，变压器和滤波器体积大，重量重；
5）体积庞大的电源控制调节柜和隔离升压用的工频变压器分居两处，耗费空间，浪费电源，增加基建投资费用。
3.2 高频电源
3.2.1 高频电源的原理
EHC-II高频电源是一个高度集成的大功率开关电源，是传统变压器和高压控制柜的结合体，它为高压静电除尘器电场提供所必须的设备以及这些设备的控制系统。它由高频整流变压器及逆变箱、控制箱、散热系统等组成。采用侧高压输出线方式，安装简单，与隔离开关连接方便。可通过触摸屏手操器、EHC-IPAD 无线手操器进行操作，也可以采用 RS485 总线或 TCP/IP 以太网在X机进行集中管理、远程操作、参数修改、节能优化等。
EHC-II高频电源与传统的 SCR（可控硅调压工频单相电源）相比性能优越，具有输出波纹小、平均电压电流高、工况适应性强、体积小、重量轻、模块化结构、转换效率高、功率因素高、三相平衡等多项显著优点，实现了电除尘器供电电源技术水平的质的飞跃。实际应用表明，EHC-II 高频电源既能有效提高电除尘器的除尘效率，又能大幅降低电除尘器的能量消耗。
3.2.2 高频电源节能提效的性能
高频电源供给电场的是一种电流脉冲（脉冲宽度在5-20微秒），可以提高烟尘的荷电频率，提高粉尘迁移速度，从而提高除尘效率。同时，在烟尘带有足够电荷的前提下，可尽量减少无效的电场电离，从而大幅度减少电除尘器电场供电能量损耗。另外，同时在电源本身电能转换频率上，工频电源只有70%左右，而高频电源可达92%以上。高频电源采用间隙供电方式，既能克服“反电晕”的特殊现象，提高除尘效率，又能大幅度的节约能耗。
3.2.3 高频电源的技术参数
1）额定直流输出电压： 80kV，电压调节范围：0-100%；
2）额定直流输出电流：200mA-2400mA，输出电流调节范围：0-100%；
3）输入电压：三相电压 380V，±10%；
4）输入电压频率：50Hz ±2%；
5）电能转换效率≥93%,功率因数＞92%(额定负载条件)；
6）变压器油温升：≤40℃。
3.3 脉冲电源
3.3.1脉冲电源原理
Coroboth ?-Ⅲ脉冲电源是一个高集成、模块化的大功率电源。它为高压静电除尘器电场提供所必须的设备以及这些设备的控制系统。它由主油箱、逆变箱、控制箱、控制柜和散热系统组成。采用侧高压输出线方式，安装简单，与隔离开关连接方便。Coroboth ?-Ⅲ脉冲电源是一种功率叠加电源，它的功率输出由两部分组成：基波和脉冲。基波部分输出的直流负高压，与脉冲部分输出的微秒级负高压脉冲，通过耦合叠加电路，产生一种基波叠加脉冲的电压形式，供给电除尘电场。其原理图如图1所示：
3.3.2脉冲电源的优势
1）基波为高频，火花少，波纹系数低，功率因数高；
2）电源柜和控制柜均安装在ESP顶部，基础电压和激能脉冲一体化；
3）脉冲电源特别适合于高比电阻粉尘、细微颗粒粉尘（PM10，PM2.5）以及有超低排放要求和受场地资金限制而急需提高除尘效率的场合；
4）脉冲电源占地面积小、布置灵活。用在常规末级电场、次末级电场，可去除原整流变，控制排放值<10mg/Nm3 ，额定功率低于单相电源功率，同时达到更好的减排和节能双重目的。
3.3.3脉冲电源的节能减排机理
1）对于中、低比电阻的粉尘，通过提升二次电流密度来提升电晕电流可提高除尘效果，但功耗增加大，较大部分电流浪费在电场中，参见伏安曲线(图2)；
2）对于中高比电阻的粉尘，在直流电源中，通过增加二次输出功率提高荷电效果，容易引起反电晕使除尘效率降低(图3) ；
3）在直流电源中，通过间歇或充电比供电（脉冲供电）可避免反电晕，但平均电压大幅降低，峰值电压没改变，提高除尘效率有限；
4）Coroboth?采用专用激能脉冲电源来大幅提高脉冲能量，荷电时间从毫秒级提升到微秒级，以达到大幅提高高比电阻粉尘的除尘效果。
3.3.4脉冲电源的技术参数
1）基波输出电压：60kV；
2）基波输出电流：1.2A（最大规格）；
3）脉冲输出电压：80kV， 调节范围： 0~100%；
4）脉冲输出频率： 0~100Hz；
5）输入电压：三相380V， ±10%；
6）输入电压频率：50Hz ±2%。
4 电除尘器改造方案
4.1 改造方案内容
1）电除尘器电源的改造 #1炉燃煤机组电除尘器一、二、三电场的工频电源更换为高频电源（EHC-II 1.8A/80kv），四、五电场的工频电源更换为分体式高频脉冲电源（COROBOTH-I-C 1.8 A/80kv）；将改造前电除尘器的一体式高低压控制柜改造为高压、低压分离式控制柜；原工频电源的两相380V供电电源改为适合于高频和高频脉冲电源的三相供电电源，并X原柜内的可控硅；
2）电除尘器本体的改造 电除尘器一、二电场内的单阴极线更换为双阴极线，四电场的阴极线由RSв-1线更换为螺旋线；
3）除尘器低压加热柜改造 原有的S7-200PLC控制系统，更换为S7-300PLC冗余控制系统；对所有低压部分接线进行改造；
4）电除尘器控制系统及操作软件改造 原有操作软件及控制系统进行升级改造，改造后的高频电源和高频脉冲电源纳入新的电除尘器控制系统，并对低压振打部分进行相应调整，保证系统的完整性、一致性和可操作性；对原有设备进行X机控制程序、监视画面进行修改、优化与调试，根据需要增加PLC I/O卡件、连接电缆、通讯电缆等设备材料。
4.2 改造后电除尘器运行参数
#1炉燃煤机组在锅炉负荷260MW的运行工况下，电除尘器低压设备运行正常,电场高压设备运行正常,电除尘器两个室的五个电场高压电源运行参数设定见表3，电除尘器的高压运行参数见表4。
#1炉燃煤机组电除尘器于2015年10月投入运行，运行正常，效果良好。经某权威检测机构测试，改造后电除尘器的除尘效率能达到99.93%以上，电除尘器最佳烟尘出口浓度排放值为7.7 mg/Nm3（如图5所示），则再经过湿法脱硫系统后（脱硫装置具有50%的除尘效果），其烟尘出口浓度排放值≤5mg/Nm3，符合国家对发电厂燃煤机组超低排放的环保标准。
5 结论
综上所述，电力行业以煤为主的能源结构特点决定了其在未来一段时间内仍会以煤电为主，这就使电力行业成为我国大气污染防治的重点行业之一。因此，电力行业尤其是火电行业将会继续推进节能减排的进程。在我国能源资源和节能减排的双重约束下，对现有燃煤电厂进行超低排放升级改造和建设环境友好型的清洁燃煤电厂是我国大气污染防治的一条出路，对推进电力行业的节能减、实现其可持续发展有重大意义。
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