本文以徐州電廠2×1000MW國產(chǎn)超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組靜電除塵器提效改造為例，介紹了靜電除塵器采用高頻高壓供電裝置（簡稱：高頻電源）替代工頻電源系統(tǒng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了靜電除塵器出口煙塵濃度低于20mg/Nm3等超低排

放目標(biāo)，同時(shí)通過優(yōu)化完善鍋爐負(fù)荷閉環(huán)控制系統(tǒng)等措施，大幅減少了電耗量，為企業(yè)取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

一、項(xiàng)目概況

國華徐州發(fā)電有限公司一期工程2×1000MW國產(chǎn)超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)三大主機(jī)由上海電氣集團(tuán)公司制造，分別于2011年12月20日、12月31日正式運(yùn)營。同步建設(shè)脫硫脫硝工程，采用石灰石－石膏濕法煙氣脫硫工藝、SCR煙氣脫硝裝置。

靜電除塵器采用三室四電場BE型靜電除塵器，主要由干式靜電除塵器本體以及整流設(shè)備、低壓供電裝置等組成。其中每臺(tái)電除塵包含12臺(tái)GGAj021.8A/66KV和GGAj021.6A/66KV硅整流設(shè)備。每臺(tái)除塵器設(shè)置12臺(tái)高壓控制柜，包含可控硅、智能監(jiān)控器等構(gòu)成。

每臺(tái)除塵器設(shè)置4臺(tái)低壓控制板，采用DDPX型低壓控制裝置，可實(shí)現(xiàn)電磁振打器控制、電加熱恒溫控制、測溫、料位顯示等常規(guī)電除塵器的控制功能，也可實(shí)現(xiàn)過程邏輯控制；既可程序自動(dòng)控制，又可現(xiàn)場操作箱上控制。低壓控制柜1～3分別控制電除塵器Ⅰ～Ⅲ室的陰、陽極頂部電磁錘振打和高壓斷電振打，灰斗加熱、進(jìn)出口喇叭溫度檢測，灰斗高料位檢測和高壓隔離開關(guān)到位顯示等。

低壓控制柜4控制電除塵器保溫箱加熱，安全聯(lián)鎖等。電子間PLC柜實(shí)現(xiàn)卸輸灰控制。為達(dá)到本次超低排放改造要求，將采用高頻電源技術(shù)對除塵器提效改造，使靜電除塵器出口煙塵濃度低于20mg/Nm3的排放標(biāo)準(zhǔn)。

二、國華徐電燃煤電廠除塵高頻電源優(yōu)化改造原因及措施分析

（一）國華徐電燃煤電廠除塵高頻電源優(yōu)化改造范圍

1.靜電除塵器本體部分改造。改為低低溫除塵器后，原靜電除塵器本體、灰斗、煙道等殼體結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度、氣流分布裝置、阻流板和灰斗結(jié)構(gòu)、振打裝置﹑氣力輸送等相關(guān)部分進(jìn)行檢查、評估；對靜電除塵器本體適應(yīng)性改造等。

2.靜電除塵器電氣部分改造，包含高頻電源、高壓隔離開關(guān)箱、高壓控制柜改造、低壓控制系統(tǒng)改造等部分。

3.靜電除塵器電控部分改造，主要包含工作站、操作員站、交換機(jī)、通訊箱、濁度儀、DCS連接、輔網(wǎng)連接等。

（二）設(shè)計(jì)原則

在低溫省煤器投入，高頻電源全功率運(yùn)行，設(shè)計(jì)煤種邊界條件下，電除塵出口灰塵濃度不高于20mg/Nm3。

在低溫省煤器投入，設(shè)計(jì)煤種邊界條件下，電除塵出口煙塵達(dá)到20mg/Nm3時(shí)，高頻電源總功耗小于1740.8kW。

為達(dá)到本次超低排放改造要求，采用低低溫除塵及高頻電源技術(shù)對除塵器提效改造，靜電除塵器出口煙塵濃度低于20mg/Nm3，除塵效率不低于除塵改造前性能試驗(yàn)值及設(shè)計(jì)煤種折算值。

（三）國華徐電燃煤電廠除塵高頻電源優(yōu)化改造的措施

國華徐電靜電除塵器采用三室四電場BE型，為保證出口煙塵濃度低于20mg/Nm3等超低排放指標(biāo)達(dá)標(biāo)，本期靜電除塵器、高頻電源改造項(xiàng)目對既有系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行改造優(yōu)化。

1.總體改造優(yōu)化措施

（1）將原24臺(tái)工頻整流變更換為24臺(tái)EHC-Ⅱ2.0A/72kV直升式調(diào)頻高頻電源，每臺(tái)高頻電源增設(shè)就地電源控制箱1面，原電除塵高壓控制柜改為高頻電源柜。

（2）高頻電源內(nèi)主接觸器與高壓隔離開關(guān)狀態(tài)位置回路設(shè)安全閉鎖，高壓隔離開關(guān)柜門和所有檢修人孔門設(shè)機(jī)械鎖具，防止人員誤入帶電設(shè)備間隔。

（3）低壓遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)與高頻高壓電源遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)整合、聯(lián)動(dòng)，采用斷電、欠壓/減功率振打、分組振打等不同模式。

（4）除塵器灰斗內(nèi)壁、內(nèi)人孔門內(nèi)襯不銹鋼板，氣流分布板更換為不銹鋼材質(zhì)，部分陽極板、陰極線更換，極間距和振打桿調(diào)整，膨脹節(jié)更換，除塵器內(nèi)部泄漏氣流封堵。

（5）陰、陽極上振打桿更換密封組件，陰極振打絕緣子更換為復(fù)合高分子防污防結(jié)露型絕緣軸，陰極振打器密封部位加裝玻璃鋼防雨罩。調(diào)整陰、陽極振打錘提升高度，振打加速度在原有基礎(chǔ)上增加50%。

（6）增裝灰斗脫汞取灰門1只，更換煙塵濁度儀。

（7）第一、二電場每個(gè)灰斗各新增4只電加熱器，第三、四電場每個(gè)灰斗各新增8只電加熱器。每列保溫箱新增絕緣子熱風(fēng)吹掃系統(tǒng)1套,新增除灰輸送壓縮空氣出口管道加裝微熱再生干燥裝置1套。

（8）新增高頻電源控制通訊系統(tǒng)（2臺(tái)機(jī)組共用）冗余服務(wù)器2臺(tái)、工程師站1臺(tái)、操作員站2臺(tái)、冗余交換機(jī)，改造后的電除塵高、低壓設(shè)備控制直接納入電除塵操作員站，通過單獨(dú)通訊送至SIS系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制。

2.具體優(yōu)化改造措施

（1）高頻電源改造

所有原整流變壓器，對原變壓器底座進(jìn)行適配性改造，在原先位置上安裝高頻電源，在每臺(tái)高頻電源旁設(shè)一只高頻配電箱，高頻電源和高頻配電箱通過隨機(jī)電纜連接，同時(shí)高頻控制箱和高頻電源之間留有檢修、維護(hù)空間。

首先輸入的三相工頻交流電源接入配電箱（見圖1第①部分），再經(jīng)過三相全橋整流濾波后變成低壓直流電（見圖1第②部分整流電路），再經(jīng)過全橋IGBT等逆變電路裝置逆變控制，產(chǎn)生高頻交流脈沖（見圖1第③部分逆變電路），高頻高壓整流變壓器最后將低壓高頻交流脈沖升壓整流后（見圖1第④部分高頻變壓器），供電給電除塵器電場使用。

控制系統(tǒng)（見圖1第⑤部分MCU/DSP控制器）主控制高頻工作運(yùn)行及故障保護(hù)。散熱系統(tǒng)（見圖1第⑥部分散熱系統(tǒng)）主要為高頻變壓器、整流、逆變系統(tǒng)提供散熱。

圖1EHC-II高頻電源控制原理圖

低壓側(cè)參數(shù)說明：

一次電壓：高頻一次側(cè)交流輸入電源的電壓有效值。見圖1整流電路①，即A、B、C相交流電壓，一般為50HZ380V.

一次電流：高頻一次側(cè)交流輸入電源的電流有效值，可以通過一次電流設(shè)定值限定一次電流大小。見見圖1整流電路①，即A、B、C相交流電流，隨高頻輸出功率的變化而變化。

直流母線：三相整流橋整流后直流電壓平均值。見圖1整流電路①。

高壓側(cè)參數(shù)說明：

額定電壓：變壓器二次輸出額定電壓，即設(shè)備允許最大輸出二次電壓值。

額定電流：變壓器二次輸出額定電流，即設(shè)備允許最大輸出二次電流值。

二次電壓：變壓器二次輸出電壓平均值，隨電除塵電場工況變化而變化?？梢酝ㄟ^二次電壓設(shè)定值限定二次電壓大小。見圖1高頻變壓器③。

二次電流：變壓器二次輸出電流平均值，隨電除塵電場工況變化而變化。可以通過二次電流設(shè)定值限定二次電流大小。見圖1高頻變壓器③。

工作方式：分為自動(dòng)跟蹤控制方式與充電比節(jié)能控制。

①自動(dòng)跟蹤控制方式：高頻控制器根據(jù)現(xiàn)場工況自動(dòng)控制IGBT逆變器頻率（頻率范圍0-20KHZ），從而調(diào)節(jié)輸入到電除塵電場的功率，提供合適的電暈電壓電流。

②充電比節(jié)能控制方式：高頻控制器不但調(diào)節(jié)IGBT逆變器頻率，而且對電除塵電場粉塵荷電時(shí)間進(jìn)行控制，脈沖寬度為電場粉塵荷電時(shí)間，脈沖周期減去脈沖寬度為電場荷電粉塵在陽極板的放電時(shí)間。通過不同充電比脈沖寬度與脈沖周期的組合，可以適應(yīng)各種類型的粉塵比電阻，降低及杜絕反電暈的反生，同時(shí)極大的降低了電除塵的能耗。

閃絡(luò)說明:閃絡(luò)電場瞬時(shí)的擊穿，擊穿電壓為電場最高工作點(diǎn)電壓，通過快速的尋找閃絡(luò)點(diǎn)，探測尋找電場的最高工作點(diǎn)電壓，可以通過閃絡(luò)頻率時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié),從而實(shí)現(xiàn)對電場工況進(jìn)行跟蹤。

（2）高壓隔離開關(guān)箱改造

原高壓隔離開關(guān)箱拆除，在原有位置安裝不銹鋼高壓隔離開關(guān)箱，高頻電源應(yīng)與新高壓隔離開關(guān)箱連接良好，高壓隔離開關(guān)箱與保溫箱密封可靠。高頻電源控制單元與整流變?yōu)橐惑w化結(jié)構(gòu)，需將原有高壓控制柜改造為電源饋線柜，高頻電源直接由饋線開關(guān)送出至本體高頻電源發(fā)生裝置，改造后的電源饋線柜應(yīng)具備一次電壓、一次電流的顯示功能。

（3）安全聯(lián)鎖

電除塵器本體上的所有檢修人孔門、通向除塵器高壓電氣設(shè)備的‘門’均有可靠的閉鎖手段。

①電氣聯(lián)鎖：高壓隔離開關(guān)不在工作位置保護(hù)通過高壓隔離開關(guān)柜內(nèi)質(zhì)量可靠的雙觸點(diǎn)的行程開關(guān)，送入高頻電源控制回路。高壓隔離開關(guān)柜的行程開關(guān)的任一位置的斷開，高頻電源開關(guān)應(yīng)無法合閘，并在后臺(tái)顯示安全聯(lián)鎖故障。

②機(jī)械聯(lián)鎖：高壓隔離開關(guān)柜門都設(shè)有獨(dú)立的機(jī)械鎖具，所有的鑰匙全部集中在鑰匙箱內(nèi)對應(yīng)位置，一把鑰匙只能打開一把鎖具。高頻電源分、合閘與高壓隔離開關(guān)柜門之間的所有邏輯通過機(jī)械鑰匙交換和傳遞的方式實(shí)現(xiàn)，滿足電廠安全生產(chǎn)運(yùn)行管理的要求，防止誤操作。

（4）電控部分

在每臺(tái)機(jī)組的1#除塵器頂部放置2只通訊箱（放置位置在靠近2#除塵器的一側(cè)，減少通訊距離），每只通訊箱內(nèi)包含24只ENET-I網(wǎng)關(guān)、1只EDS-208A-MM-SC交換機(jī)、1只EDS-316交換機(jī)、1只EDS-208A交換機(jī)。高頻電源上的COM0口通過戶外網(wǎng)線連接到1#通訊箱的ENET-I網(wǎng)關(guān)上（通訊協(xié)議為ModbusRTU，波特率9600，數(shù)據(jù)位8位，停止位1位，校驗(yàn)位無），高頻電源上的COM1口通過戶外網(wǎng)線連接到2#通訊箱。2只通訊箱冗余。

通訊箱電源采用雙電源自動(dòng)切換裝置，一路來自灰控樓MCC柜，另一路來自脫硫UPS電源。（2#機(jī)組除塵器頂部通訊鏈路和1#機(jī)組除塵器頂部通訊鏈路一致）除塵控制室內(nèi)新增1臺(tái)交換機(jī)柜（1#機(jī)組、2#機(jī)組共用1臺(tái)交換機(jī)柜），柜內(nèi)電源冗余（斷路器型號為ATSNSX63N4P），柜內(nèi)包含2只赫斯曼交換機(jī)（冗余）、1套工程師站。

1#通訊箱通過光纖連接到1#赫斯曼交換機(jī)（通訊協(xié)議為ModbusTCP/IP），2#通訊箱通過光纖連接到2#赫斯曼交換機(jī)。1#、2#交換機(jī)通過網(wǎng)線連接到工程師站。2只交換機(jī)上分別預(yù)留4個(gè)到輔網(wǎng)的通訊接口。工程師站組態(tài)內(nèi)容包括1#機(jī)組、2#機(jī)組上的高壓數(shù)據(jù)和低壓數(shù)據(jù)。

工程師室內(nèi)新增1套操作員站，通過2根光纖分別連到除塵控制室內(nèi)的交換機(jī)柜的2只交換機(jī)上。脫硫控制室新增1套操作員站，通過2根光纖分別連到除塵控制室內(nèi)的交換機(jī)柜的2只交換機(jī)上。業(yè)主提供鍋爐負(fù)荷信號，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

（5）DCS部分

每一個(gè)電場的高頻電源包含所有的電流、電壓（包括一次電流、電壓和二次電流、電壓等）4-20mA模擬量輸出端子，并將以上所有信號通過硬接線送至脫硫DCS系統(tǒng)。提供接入DCS系統(tǒng)的所有電纜。DCS機(jī)柜由業(yè)主提供，我公司負(fù)責(zé)按圖施工。在原先濁度儀位置安裝，將濁度儀反饋信號送入工作站及操作員站。

3.改造后靜電除塵器系統(tǒng)運(yùn)行分析

靜電除塵器當(dāng)前運(yùn)行穩(wěn)定，高頻電源均采用濁度閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能方式運(yùn)行，其主要功能是使電除塵出口粉塵儀與相應(yīng)的高頻電源形成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，由軟件根據(jù)粉塵濃度來自動(dòng)調(diào)節(jié)高頻電源的輸出電流，輔助以振打系統(tǒng)采用減電壓振打。

由此實(shí)現(xiàn)除塵器隨機(jī)組負(fù)荷不同，煙氣量及煙塵濁度的不同而自動(dòng)調(diào)整高頻電源的輸出參數(shù)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明：在實(shí)現(xiàn)目標(biāo)濁度情況下，當(dāng)2號機(jī)組負(fù)荷分別穩(wěn)定運(yùn)行于500-799MW、800-849MW和850-1000MW時(shí)，電除塵各電場二次電流調(diào)節(jié)分別運(yùn)行在450–800mA、700-1000mA和800-1200mA范圍內(nèi)，使除塵器出口粉塵濃度處于合理區(qū)間的同時(shí)，降低了電除塵整套高頻電源的能耗，除塵器煙塵凈化效果明顯，所有機(jī)組除塵器當(dāng)前在出口濃度均穩(wěn)定在10-15mg/Nm3范圍以內(nèi)。

根據(jù)現(xiàn)場除塵器實(shí)際運(yùn)行工況，2號機(jī)組靜電除塵器1-4電場高頻電源全部設(shè)定為節(jié)能工況運(yùn)行，節(jié)能效果顯著且除塵效果明顯，出口排放始終穩(wěn)定在10-15mg/Nm3范圍。該模式下，高頻電源根據(jù)負(fù)荷不同，二次電流分別按照設(shè)定范圍值自動(dòng)調(diào)節(jié)，耗電量可控制在700-1200kW/h范圍，能耗指標(biāo)優(yōu)勢明顯。

當(dāng)前2號機(jī)組靜電除塵器電場灰斗加熱系統(tǒng)設(shè)定溫度為60℃啟動(dòng)，80℃停運(yùn)，因此在機(jī)組運(yùn)行過程中屬于停運(yùn)狀態(tài)，除塵系統(tǒng)整體運(yùn)行電耗可控制在800-1200W/h范圍內(nèi)。

4.國華徐電燃煤電廠除塵高頻電源優(yōu)化改造效果評價(jià)

（1）在低溫省煤器投入和解列情況下，高頻電源全功率運(yùn)行，設(shè)計(jì)煤種邊界條件下，電除塵出口煙塵濃度均不高于20mg/Nm3，比30mg/Nm3的原除塵達(dá)標(biāo)數(shù)值降低了33.3%，而且目前除塵效率非常穩(wěn)定，效果十分明顯，整套系統(tǒng)全部達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

（2）在低溫省煤器投入，設(shè)計(jì)煤種邊界條件下，電除塵出口煙塵達(dá)到20mg/Nm3時(shí)，高頻電源總功耗不高于1740.8kW,比原2100kW的標(biāo)準(zhǔn)總功耗降低較多，將電除塵原年運(yùn)行費(fèi)用662.2萬元，降為548.9萬元，每年約減少113.3萬元的運(yùn)行費(fèi)用，（計(jì)算公式：總費(fèi)用=功耗*電費(fèi)*24小時(shí)*365天,其中電費(fèi)按0.36元/KW計(jì)算）實(shí)現(xiàn)了增效降耗的改造效果。

（3）如果在上表高頻電源控制參數(shù)設(shè)定基礎(chǔ)上繼續(xù)優(yōu)化各負(fù)荷段高頻電源二次電流調(diào)節(jié)范圍，能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的節(jié)能效果。

5.總結(jié)

當(dāng)前由于人們環(huán)境意識的增強(qiáng)以及國家對環(huán)境保護(hù)力度的加大，對于電廠的除塵效果要求越來越高，尤其是對于燃煤電廠而言，如果不及時(shí)采取措施進(jìn)行優(yōu)化，將會(huì)為環(huán)境帶來諸多不利影響。本次以國華徐州電廠為例展開分析，對其存在問題、優(yōu)化范圍、優(yōu)化原則、具體優(yōu)化路徑、優(yōu)化效果及今后改進(jìn)措施進(jìn)行闡述，旨在為今后其他同行提供借鑒。