新型高效节能电除尘器供电电源研究

新一代电除尘供电电源技术 高效节能电除尘器高频电源应用及其发展方向 曹为民 王强 陈祥 张鹏宙 汤光华 南京国电环保设备有限公司 江苏省 南京市 210044 New Generation Power Supply Technology of Electrostatic Precipitation Application and Development Direction of Efficient Energy Saving High Frequency Power Supply Used for Electrostatic Precipitator Cao Weimin Wang Qiang Chen Xiang Zhang Pengzhou Tang Guanghua Nanjing GUODIAN Environmental Protection Equipment CO LTD Nanjing 210044 Jiangsu Province China ABSTRACT The applications of high frequency power supply in 300MW 600MW and 1000MW thermal generating units are provided separately The related datum of energy saving and emission reduction is compared and analyzed detailed in this article Development trend of power supply for electrostatic precipitator is discussed according to the characteristics of high frequency power supply KEYWORDS electrostatic precipitation power supply energy saving and emission reduction high frequency power supply trend of development 摘要 摘要 本文分别给出了高频电源在 300MW 600MW 和 1000MW 火力发电机组上的工程应用 对节能减排 相关数据进行了详细的对比分析 文中根据高频电源的 特点讨论了静电除尘器供电电源的发展趋势 关键词 关键词 电除尘 供电电源 节能减排 高频电源 发 展方向 1 引言 火电厂 水泥和冶金等行业的烟尘排放造 成了严重的大气污染 其中火电厂的烟尘排放 是大气污染的重要来源之一 电除尘技术以其 除尘效率高 维护费用低等优点成为广泛应用 在火力发电行业烟气净化中的一项环保技术 据不完全统计 电除尘器在火力发电除尘装置 中的市场占有率在 95 以上 电除尘器供电电 源是火电厂除尘的关键设备 也是电厂的重要 能耗设备 它的供电方式直接决定了电除尘器 的除尘效果 在国家烟尘排放标准日趋严格和节能减排 等一系列政策的影响下 继续采用传统的工频 供电方式将无法满足新形式下对电除尘器除尘 效率和能耗指标的要求 另外 统计资料表明 中国动力煤 70 属于含硫量小于 1 的低硫煤 在低硫煤中 又有 40 属于含硫量小于 0 5 的 特低硫煤 这意味着 中国电除尘器面临高比 电阻粉尘的收集问题 这些无疑对电除尘供电 电源技术提出了新的挑战 2 电除尘器电源国内外发展现状 目前除尘器行业 静电除尘器占绝大多数 少量为布袋除尘器 布袋除尘器在处理湿度大 温度高 具有腐蚀性的气体时 其核心部件滤袋 寿命短 价格贵 日常维护费用高 未得到广泛 使用 电除尘电源是电除尘装置的核心部分 其性 能直接影响除尘的效率 目前普遍采用的是可控 硅移相控制电源 工频 转换效率低于 70 在 实际使用中存在输出纹波大 电场电压低 对高 比电阻等烟气的除尘效果差 国外从上世纪 90 年代开始进行电除尘器高 频电源的研发 瑞典 ALSTOM 和丹麦 SMITH 公司 的产品是国外 SIR 高频开关 电源的典型代表 该技术过去一直为国外垄断 产品的价格及后 期的维护费高 推广应用有一定的限制 国内 只有少量应用 为了打破国外公司的技术垄断 国内从 2000 年以来 有几家单位进行了电除尘器高频 电源的研发 至目前仅有福建龙净 武汉国测 等公司研制出小电流 小功率的电除尘高频电 源产品 其输出功率与大型电除尘器使用要求 尚有差距 南京国电环保设备有限公司历经三年 成 功研制了大功率电除尘高频电源 多项指标均 达到国际先进国内领先水平 由于该技术的先 进性 2009 年 6 月 通过了中国电机工程学会 对该产品的技术鉴定 2008 年 该项技术被国 家发改委列为国家重大产业技术开发专项 2009 年 该产品获得了江苏省科技厅科技成果 转化专项资金 1000 万元的资助 目前 该产品 在国内已首次成功应用于 300MW 600MW 和 1000MW 的电除尘器上 为了满足不同装机容量 机组电除尘器的需要 已有 5 种不同规格的高 频电源 3 高频电源基本原理及特点 3 1 高频电源基本原理 静电除尘器高频电源采用现代电力电子技 术 通过工频交流 直流 高频交流 高频脉 动直流的能量转变形式 供给电场一系列的窄 电流脉冲 脉冲宽度在 5 20 微秒 脉冲频率在 20kHz 50kHz 高频电源在纯直流供电方式时 电压波动小 电晕电压高 电晕电流大 从而 增加了电晕功率 从根本上解决了烟尘荷电效 率低的难题 尤其是高比电阻烟尘 提高了除尘 效率 同时 在烟尘带有足够电荷的前提下 尽量减少无效的电场电离 从而大幅度减少静 电除尘器电场供电能量损耗 达到了既提效又 节能的目的 工频电源 电除尘器 电场 工 频 整流变压器2 相 AC380V50Hz 交流 可控硅 50Hz 直流 电场 电除尘器 直流直流 高 频 整流变压器 3 相 AC380V50Hz 高频 逆变器 整 流 电 路 20kHz交流 高频电源 图 1 工频电源与高频电源供电原理图 Fig 1 Schematic of frequency and high frequency power supply 3 2 高频电源特点 目前 工频电源也在进行节电方法的研究 它采用所谓的 脉冲供电 与高频电源的脉冲 供电有着本质的区别 工频电源的节能是以牺 牲除尘效率为代价的 这已经被大量的试验和 工程实践所证明 与工频电源相比 高频电源除了初期投资 费用高具有如下优点 1 在同等条件下减少烟尘排放最高可达 70 2 在除尘效率不变的情况下 节能幅度最高可 达 90 3 最优化的控制策略和多种控制模式 能适应 各种工况 4 一体化设计 体积小 可高度集成 5 安装更方便 辅助设备更少 6 采用三相平衡电源 对电网影响小 无缺相 损耗 无电网污染 堪称绿色电源 4 高频电源的工程应用 4 1 高频电源在 300MW 机组上的工程应用 华能南京电厂为适应新的大气污染物排放 标准 有效提高除尘效率 电厂在2007年对1 炉除尘器进行了整体改造 2台电除尘器共配套 使用20套工频供电电源 华能南京电厂为节能提效的需要 2008年 10月 对2 炉除尘器进行了整体改造 2台电除 尘器配套使用20套南京国电环保设备有限公司 生产的HF 01型高频供电电源 2009年2月 江苏省环境监测中心测试了华 能南京电厂2台炉的电除尘器 现场监测比对了 其除尘效率和运行能耗等 测试结果如表一 表 一 高频电源与工频电源电除尘效率和能耗对比关系表 Tab 1 comparison of dust collection efficiency and energy consumption between frequency and high frequency power supply 炉号 1 炉 工频电源 2 炉 高频电源 运行方式节电模式节电模式 电除尘甲侧电除尘乙侧电除尘甲侧电除尘乙侧电除尘 功耗 kW 165120 727 128 1 单台炉电除尘器 功率 kW 285 755 2 出口浓度 mg m3 62 5 65 2 40 1 35 6 除尘效率 99 7699 7399 8699 88 汽机负荷 MW 310 325 320 330 结论 1 2 机组电除尘出口烟尘浓度比 1 机组减少 40 6 2 2 机组电除尘电场总功耗比 1 机组减少 80 7 华能南京电厂2 炉配套的高频电源与1 炉 配套的工频电源相比较 高频电源安装更方便 操作更简单 设备占地面积减少了80 设备总 重量减少了70 动力电缆的投资减少了50 同等条件下 高频电源节电达80 减少烟尘排 放超过45 4 2 高频电源在 600MW 机组上的工程应用 国电蚌埠发电厂规划容量 2400MW 一期工 程建设 2 台 600MW 国产超临界机组 第一台机 组于 2008 年下半年投产 第二台机组于 2009 年上半年投产 一期 2 600MW 机组锅炉采用哈 尔滨锅炉厂有限责任公司生产的超临界参数变 压直流炉 国电蚌埠发电厂为了节能减排的需要 于 2009年11月至2010年1月间先后对 1 2机组电 除尘器分别进行了整体改造 此次改造总计配 套使用32套南京国电环保设备有限公司生产的 HF 01型高频供电电源 安装改造完成后即正式 投入运行 测试结果见表二 表 二 采用高频电源改造前后电除尘效率和能耗对比关系表 Tab 2 comparison of dust collection efficiency and energy consumption before and after reconstruction to high frequency power supply 炉号 1 炉 2 炉 供电电源工频电源 改造前 高频电源 改造后 工频电源 改造前 高频电源 改造后 运行方式连续脉冲连续脉冲 电除尘A 侧电除尘B 侧电除尘A 侧电除尘B 侧电除尘A 侧电除尘B 侧电除尘A 侧电除尘B 侧电除尘 单台炉电除尘器功率 kW 580155932 3207 出口浓度 mg m3 71 174 5648 146 6102 7112 959 566 2 除尘效率 99 6699 6899 7799 899 6599 6799 7799 76 汽机负荷 MW 573571 3572574 结论 1 1 机组改造后与改造前相比 电除尘出口烟尘浓度下降了 35 0 功耗下降了 69 8 2 2 机组改造后与改造前相比 电除尘出口烟尘浓度下降了 41 7 功耗下降了 81 2 从表二中的测试数据可以看出 采用高频 电源改造后 1 2 炉的烟尘排放量比改造前 分别降低了 35 和 41 7 节约能耗分别高达 69 8 和 81 2 节能减排效果显著 经测算 使用高频电源每年可节电约 695 万度以上 节 电效益每年约 271 万元 按 0 39 元 KW h 计 4 3 高频电源在 1000MW 机组上的工程应用 上海外高桥第三发电有限责任公司装机容 量 2 1000MW 安装 7 号和 8 号 2 台国内最大 容量的国产引进型超超临界汽轮发电机组 每 台锅炉配置 A B 两台国外设计 国内制造的三 室四电场电除尘器 为了积极响应 十一五 节能减排政策号 召 并为上海世博会的召开提供更加令人满意 的空气质量 该厂积极进行技改项目的实施和 加大科技创新力度 于2009年10月6日利用8 炉 C级检修期间 采用南京国电环保设备有限公司 生产的HF 01型高频电源先对8 炉A侧除尘器的 一 二电场进行了前期改造 并于2009年10月 30日投入运行 华东中试所和南京国电环保研究院分别对 8炉电除尘器A侧一 二电场改造前后及B侧C级 检修前后的除尘效率和运行功耗等数据进行了 比对测试 测试结果表明 双方的测试数据一 致性较好 不存在明显的差异 测试结果见表 三 表 三 8炉电除尘器A侧一 二电场改造前后除尘效率对比关系表 Tab 3 comparison of dust collection efficiency of 1 and 2 electric field of the 8th furnace at A side before and after reconstruction 项 目A 侧改造前连续供电节能方式一节能方式二B 侧 C 修后 机组负荷 MW 998 3 1005 31001 3 1004 7996 7 1003 0974 5 1001 2999 3 1005 5 入口浓度 g Nm3 8 748 668 9212 228 82 出口浓度 mg Nm3 32 7014 1017 6028 6723 90 除尘效率 99 62099 83699 80199 76399 728 比 A 侧改造前减排 56 8447 6337 63 比 B 侧 C 修后减排 39 7126 8412 87 除尘器功耗 kw 656766474422593 一 二电场功耗 kw 29438614195217 比 A 侧改造前功耗减少 52 0467 69 比 B 侧 C 修后功耗减少 35 0256 22 注 1 A 侧改造后进行了三种运行方式下的现场测试 包括连续供电 节能方式一和节能方式二 2 表中 B 侧 C 修表示电除尘器 B 侧在 C 级检修后的相关测试数据 表三给出了8 炉电除尘器A侧改造前和A侧 一 二电场改造后在三种不同运行模式下的除 尘效率和烟尘排放及功耗对比情况 从表三中 的数据可以看出 A侧一 二电场改造后 在连 续供电 非节能模式 时的除尘效率从改造前的 99 620 上升到了99 836 与A侧改造前相比 此时的烟尘减排率高达56 84 出口烟尘浓度 从改造前的32 70mg Nm3 降到了改造后的14 10 mg Nm3 在节能方式一工作下 其除尘效率达 到了99 801 烟尘减排率达到了47 63 减排 效果明显 随着节能的进一步增加 其除尘效 率略微有所下降到99 763 但仍比A侧改造前 的烟尘排放减少了37 63 从表三中的数据还 可以获知 A侧改造后在连续供电模式下 其烟 尘减排量比B侧C修后高出了39 71 即使是在 节能方式二下 其减排量亦比B侧C修后高出了 12 87 根据除尘器输入端母排上的电度表计数显 示 整台除尘器的功率 A侧改造前其功耗高 达656kW 其中 一 二电场的功耗为294kW 功率因素低至0 65 其电源转换效率只有72 而改造后高频电源采用节能一 节能二模式时 一二电场功耗从原来的294kW分别降为141kW和 95kW 功率因素达到0 86以上 电源转换效率 也提高到84 以上 节能率分别达到52 04 和 67 69 节能效果显著 从上述的功耗计算表 中可以明显的看出 在节能方式一和节能方式 二下 A侧改造后与B侧C修后相比 减排效果显 著的同时功耗明显下降 5 电除尘技术发展趋势 目前 市场上除尘器种类繁多 在不同的 场合针对不同的需求除尘器有不同的应用 对 于电力除尘而言 由于其现场环境恶劣 工况 复杂 现有的绝大部分除尘器无法满足其除尘 效率要求 电除尘技术作为广泛应用于电力除 尘的一项环保技术 在过去很长一段时期为我 国电力烟尘减排事业起到了巨大的推动作用 它在该领域贡献巨大 中国的电除尘技术经历了 60 年代的起步阶 段 70 年代的初级发展阶段 80 年代的提升阶 段 90 年代的高速发展阶段 发展总是相对的 在新的形势下 电除尘技术该如何去满足新的 要求和接受新的挑战 尤其是目前我国在相当 长的一段时期内仍然以煤为主要能源的格局下 过去曾占据绝对主导地位的应用于电力除尘行 业的电除尘技术该走向何方 引起了国内外广 大专家学者和研究人员的深入思考和研究 在 这个背景下 电除尘器进入了再创新阶段 涌 现出了诸如泛比电阻电除尘技术 电袋复合式 除尘技术 移动电极电除尘技术 薄膜电除尘 技术 层流电凝聚技术 磁控电除尘技术 高 浓度电除尘技术 等离子体技术 高频开关电 源技术等一批电除尘器新技术 上述电除尘器 新技术体现在对除尘器本体改进和供电电源的 技术创新上 高频开关电源技术是对电除尘技术的一场 革命 是在对电除尘机理深入研究和科学试验 并对电除尘供电电源进行重大技术创新的