高頻電源在粉塵除塵中的應(yīng)用

高頻電源在粉塵除塵中的應(yīng)用

1總結(jié)1.1燃煤超臨界發(fā)電機(jī)組國(guó)家能源公司南寧電廠位于廣西自治區(qū)中心的南寧。新建項(xiàng)目2.660mw/a，主要利用貴州省供應(yīng)的無煙煤和煙煤混合煤。靜電除塵器設(shè)備由浙江天潔集團(tuán)公司提供,每臺(tái)爐設(shè)計(jì)為雙室四電場(chǎng),設(shè)計(jì)除塵效率為99.85%,保證效率為99.7%。1.2設(shè)計(jì)技術(shù)原則1.3電除塵器設(shè)計(jì)要點(diǎn)結(jié)合高頻電源的提效節(jié)電的能力和特點(diǎn),可將電除塵器高壓電源部分全部采用高頻電源,其它系統(tǒng)保持原設(shè)計(jì)不變,提高電除塵器對(duì)煤種的適應(yīng)性,減少粉塵排放50%,有效保證除塵效率。在滿足環(huán)保排放要求的前提下,降低電除塵電耗70%以上。2該項(xiàng)目的可行性2.1電除塵電源選用分析國(guó)電南寧電廠項(xiàng)目設(shè)計(jì)燃煤的灰分、硫份和三氧化二鋁含量都較適中,鉀、鈉和飛灰比電阻中等偏高,單從煤質(zhì)來分析(見煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)表1),選用四電場(chǎng)除塵器的收塵面積可以達(dá)到設(shè)計(jì)除塵效率,因此,電除塵選用的工頻高壓整流變壓器是可行的,但電除塵高壓部分的總額定功率將達(dá)到2500kW,根據(jù)已投運(yùn)電廠的運(yùn)行數(shù)據(jù),電除塵在電廠的實(shí)際運(yùn)行功率按照額定功率的70%來考慮,高壓部分運(yùn)行功耗為1800kW左右,這樣運(yùn)行非常不經(jīng)濟(jì)。2.2工作頻率低,電源系統(tǒng)不平衡電除塵器采用工頻可控硅電源,在當(dāng)粉塵比電阻比較高、易出現(xiàn)反電暈現(xiàn)象時(shí)除塵效果會(huì)明顯下降,一般達(dá)不到原電除塵器設(shè)計(jì)指標(biāo)及環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)要求。工頻電源存在以下缺點(diǎn):(1)工作頻率低,效率轉(zhuǎn)換低(一般在75%以下),因此能耗高;(2)電源輸入為兩相380V交流工頻電源,又是工頻相位調(diào)節(jié),致使輸入功率因數(shù)低至0.7以下,容易造成配電系統(tǒng)的不平衡;(3)輸出紋波大,平均電壓比脈動(dòng)峰值電壓要低25%左右,致使電暈電壓低下,波形又是單一的工頻波,在高濃度粉塵、高比電阻等工況下,很難達(dá)環(huán)保排放要求。(4)工作頻率低,變壓器和濾波器體積大,重量重;(5)體積龐大的電源控制調(diào)節(jié)柜和隔離升壓用的工頻變壓器分居兩處,耗費(fèi)空間,浪費(fèi)電纜,增加基建投資費(fèi)用。2.3電除砂原理高頻設(shè)備2.3.1高頻脈動(dòng)電流送除塵器高頻電源是把三相工頻電源通過整流形成直流電,通過逆變電路形成高頻交流電,再經(jīng)整流變壓器升壓整流后形成高頻脈動(dòng)電流送除塵器,其工作頻率在20kHz左右。高頻電源的供電電流由一系列窄脈沖構(gòu)成,其脈沖幅度、寬度及頻率均可以調(diào)整,可以給電除塵器提供各種電壓波形,控制方式靈活,因而可以根據(jù)電除塵器的工況提供最合適的電壓波形,提高電除塵器的除塵效率,提高供電效率,節(jié)約電能。2.3.2電除塵電源的分布特性可以提高除塵效率高頻電源供給電場(chǎng)的是一系列的電流脈沖(脈沖寬度在5-20微秒),可以提高煙塵的荷電效率,提高粉塵遷移速度,從而提高除塵效率。同時(shí),在煙塵帶有足夠電荷的前提下,可盡量減少無效的電場(chǎng)電離,從而大幅度減少電除塵器電場(chǎng)供電能量損耗。另外,同時(shí)在電源本身電能轉(zhuǎn)換效率上,工頻電源只有70%左右,而高頻電源可達(dá)92%以上。高頻電源采用間隙供電方式,既能克服“反電暈”的特殊現(xiàn)象,提高除塵效率,又能大幅度的節(jié)約能耗。2.3.3高頻電源法國(guó)電電力科學(xué)研究院、南京國(guó)電環(huán)保設(shè)備有限公司研制生產(chǎn)的HF-01型高頻電源(86kW)已成功應(yīng)用于320MW機(jī)組的電除塵器上,該除塵器也為雙室五電場(chǎng),經(jīng)過權(quán)威環(huán)保部門檢測(cè)表明,使用HF-01型高頻電源,在將除塵效率從99.78%提高到99.88%的同時(shí),電耗只有工頻電源節(jié)電模式下的20%不到,電除塵器總能耗只有55.35kW。高頻電源性能指標(biāo):2.4高頻電源技術(shù)目前可選擇的方案有三種:方案1:按照原設(shè)計(jì),全部工頻電源;方案2:一電場(chǎng)使用高頻電源,二至四電場(chǎng)使用仍使用工頻電源;方案3:一至四電場(chǎng)全部使用高頻電源。從高頻電源的應(yīng)用情況來看,在前級(jí)電場(chǎng)使用高頻電源可以明顯改善電除塵器的荷電效果,而在后級(jí)電場(chǎng)采用高頻電源可以大幅度節(jié)約電能,從而達(dá)到提高電除塵器的除塵效率同時(shí)又節(jié)約電能的目的。方案1使用工頻電源,這在2.1及2.2中已經(jīng)分析過,這樣的選型能耗較高,最不經(jīng)濟(jì)。方案2的目的是為了既提高除塵效率,又節(jié)省設(shè)備造價(jià)。而方案3則在利用了高頻電源提效的同時(shí),又充分發(fā)揮了高頻電源的節(jié)電性能。推薦采用方案3全部高頻電源的方案更為合理,這樣可以同時(shí)得到提效和節(jié)能的效果,長(zhǎng)期而言,節(jié)電效益遠(yuǎn)大于初期投資,同時(shí)也使電廠設(shè)備型號(hào)統(tǒng)一,便于操作管理,也減少了備件的數(shù)量。2.5高頻電源節(jié)能技術(shù)根據(jù)煤質(zhì)特性,目前本體設(shè)計(jì)要求電源的輸出功率為72kV/2.2A,158kW,選用目前開發(fā)的高頻電源的最大額定輸出功率是72kV,1.6A或者1.4A,115kW,高頻電源的容量是適用的。使用高頻電源后,電除塵輸入功率大幅度降低。高頻電源由于能量利用率高,實(shí)際輸出功率遠(yuǎn)低于設(shè)備額定功率。如在華能南京電廠320MW機(jī)組高頻電源改造中,在滿足環(huán)保排放要求的情況下,單個(gè)電場(chǎng)最大輸出功率為3.5kW,平均輸出功率只有2.76kW,20個(gè)電場(chǎng)的總功率只有55.2kW,還不到原設(shè)計(jì)的一個(gè)電場(chǎng)的額定輸出功率(86kW)數(shù)值!因而,采用高頻電源后,選用1.6A或者1.4A的輸出功率,完全可以滿足現(xiàn)場(chǎng)的功率要求,而且,在除塵段變壓器的選型,也可根據(jù)實(shí)際需要,選用合適容量的變壓器,節(jié)省基建費(fèi)用。4引入電子除垢高頻設(shè)備4.1高頻電源控制與低壓控制國(guó)電南寧發(fā)電有限公司2×660MW機(jī)組工程配套電除塵器高壓電源采用高頻電源,一體化結(jié)構(gòu),高壓、低壓控制與配電均在高頻電源上實(shí)現(xiàn)。每電場(chǎng)配置一套HF-01型高頻電源,取消投標(biāo)方案中的整流變壓器、高壓控制柜,低壓部分可以仍然采用PLC集中控制,也可以取消振打控制柜、絕緣子和瓷軸加熱控制柜(灰斗加熱控制柜保留),取消PLC控制系統(tǒng)(灰斗加熱控制柜配置小型PLC)。4.2方案說明4.2.1高壓隔離開關(guān)柜采用南京國(guó)電環(huán)保設(shè)備有限公司(國(guó)電環(huán)保設(shè)備研究院)生產(chǎn)的HF-01型高頻電源,規(guī)格:72kV1.4A,有多種運(yùn)行方式,具備完善的保護(hù)功能。高壓隔離開關(guān)柜:包括兩點(diǎn)式隔離刀閘、阻尼電阻和穿墻套管。高壓隔離開關(guān)為戶外式,刀閘軸上及開關(guān)箱門處裝有行程開關(guān),用來實(shí)現(xiàn)安全聯(lián)鎖,當(dāng)隔離刀閘未合到位或開關(guān)箱門未合上時(shí)將使高壓控制柜跳閘,從而保護(hù)操作人員的安全。增配4面電源分配柜:供各電場(chǎng)高頻電源配電用,空氣斷路器選用施耐德CompactNS400型產(chǎn)品。4.2.2plc控制方案1:振打、瓷軸加熱,絕緣子加熱由高頻電源進(jìn)行配電和控制,灰斗加熱單配小型PLC控制。方案2:配一臺(tái)PLC程控柜,PLC型號(hào)為MODICONTSXQUANTUM型,振打、瓷軸加熱,絕緣子加熱,灰斗加熱均由PLC控制,配一臺(tái)繼電器柜,PLC所有輸入輸出信號(hào)均用繼電器隔離振打配電與控制(如表2)。4.2.3加熱設(shè)備的連接和控制由高頻電源控制。具備溫度控制和定時(shí)加熱控制功能。4.2.4灰斗加熱和回波器由小型號(hào)PLC控制,低壓電器采用施耐德-梅蘭日蘭產(chǎn)品,具備溫度控制和定時(shí)加熱控制功能。4.2.5帶源裝置和安裝箱的光照明媚采用空氣斷路器選用施耐德CompactNS型產(chǎn)品,不銹鋼外殼。檢修電源箱帶漏電保護(hù),帶24V安全電源。4.2.6電源輸入線程板采用施耐德產(chǎn)品,斷路器型號(hào):施耐德MasterpactMTH1型,4000A。4.2.7振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)箱采用不銹鋼外殼,帶三位操作旋紐開關(guān)。4.2.9盤上覆電,運(yùn)行高壓柜安全聯(lián)鎖柜上布置有各個(gè)電場(chǎng)以及對(duì)應(yīng)室的鑰匙,只有當(dāng)鑰匙都在盤上時(shí)相應(yīng)電場(chǎng)高壓柜才能運(yùn)行。當(dāng)拔去某一電場(chǎng)或某一室的鑰匙時(shí),相應(yīng)電場(chǎng)或相應(yīng)室的高頻電源主回路接觸器將分?jǐn)嗖?bào)警,從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。4.2.10通信電纜在除塵器頂部采用電纜,與上位機(jī)連接采用光纜。4.3設(shè)備列表如表3和表45投資估算和經(jīng)濟(jì)分析5.1電除塵器產(chǎn)權(quán)根據(jù)分配需要,可減少電源投資高頻電源價(jià)格比工頻電源高,在使用高頻電源后工程造價(jià)要增加。但在使用高頻電源后,其他部分設(shè)備和材料可以相應(yīng)減少。因高頻電源是一體化結(jié)構(gòu),直接安裝在電除塵器頂部,僅有動(dòng)力電纜和通訊光纜與電除塵器配電室相連接,將有許多電纜不再需要或長(zhǎng)度、規(guī)格減少許多,從而節(jié)約投資。每臺(tái)機(jī)組綜合工程造價(jià)增加132萬元。具體見表5采用高頻電源后每臺(tái)機(jī)組增加費(fèi)用:(低壓設(shè)備按PLC方案考慮)5.2能耗效益估算電除塵器節(jié)電量與節(jié)電效益比較(如表6)5.3節(jié)能技術(shù)整臺(tái)機(jī)組除塵器進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì),高