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)電機組國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)備由浙江天潔集團公司提供,每臺爐設(shè)計為雙室四電場,設(shè)計除塵效率為99.85%,保證效率為99.7%。1.2設(shè)計技術(shù)原則1.3電除塵器設(shè)計要點結(jié)合高頻電源的提效節(jié)電的能力和特點,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)計不變,提高電除塵器對煤種的適應(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該項目的可行性2.1電除塵電源選用分析國電南寧電廠項目設(shè)計燃煤的灰分、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),選用四電場除塵器的收塵面積可以達到設(shè)計除塵效率,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到2500kW,根據(jù)已投運電廠的運行數(shù)據(jù),電除塵在電廠的實際運行功率按照額定功率的70%來考慮,高壓部分運行功耗為1800kW左右,這樣運行非常不經(jīng)濟。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)象時除塵效果會明顯下降,一般達不到原電除塵器設(shè)計指標(biāo)及環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)要求。工頻電源存在以下缺點:(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,耗費空間,浪費電纜,增加基建投資費用。2.3電除砂原理高頻設(shè)備2.3.1高頻脈動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,在煙塵帶有足夠電荷的前提下,可盡量減少無效的電場電離,從而大幅度減少電除塵器電場供電能量損耗。另外,同時在電源本身電能轉(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高頻電源法國電電力科學(xué)研究院、南京國電環(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機組的電除塵器上,該除塵器也為雙室五電場,經(jīng)過權(quán)威環(huán)保部門檢測表明,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,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,全部工頻電源;方案2:一電場使用高頻電源,二至四電場使用仍使用工頻電源;方案3:一至四電場全部使用高頻電源。從高頻電源的應(yīng)用情況來看,在前級電場使用高頻電源可以明顯改善電除塵器的荷電效果,而在后級電場采用高頻電源可以大幅度節(jié)約電能,從而達到提高電除塵器的除塵效率同時又節(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。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。而方案3則在利用了高頻電源提效的同時,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,這樣可以同時得到提效和節(jié)能的效果,長期而言,節(jié)電效益遠大于初期投資,同時也使電廠設(shè)備型號統(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,實際輸出功率遠低于設(shè)備額定功率。如在華能南京電廠320MW機組高頻電源改造中,在滿足環(huán)保排放要求的情況下,單個電場最大輸出功率為3.5kW,平均輸出功率只有2.76kW,20個電場的總功率只有55.2kW,還不到原設(shè)計的一個電場的額定輸出功率(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)場的功率要求,而且,在除塵段變壓器的選型,也可根據(jù)實際需要,選用合適容量的變壓器,節(jié)省基建費用。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電南寧發(fā)電有限公司2×660MW機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現(xiàn)。每電場配置一套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)柜采用南京國電環(huán)保設(shè)備有限公司(國電環(huán)保設(shè)備研究院)生產(chǎn)的HF-01型高頻電源,規(guī)格:72kV1.4A,有多種運行方式,具備完善的保護功能。高壓隔離開關(guān)柜:包括兩點式隔離刀閘、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)箱門未合上時將使高壓控制柜跳閘,從而保護操作人員的安全。增配4面電源分配柜:供各電場高頻電源配電用,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行配電和控制,灰斗加熱單配小型PLC控制。方案2:配一臺PLC程控柜,PLC型號為MODICONTSXQUANTUM型,振打、瓷軸加熱,絕緣子加熱,灰斗加熱均由PLC控制,配一臺繼電器柜,PLC所有輸入輸出信號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加熱控制功能。4.2.4灰斗加熱和回波器由小型號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,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:施耐德MasterpactMTH1型,4000A。4.2.7振動試驗臺箱采用不銹鋼外殼,帶三位操作旋紐開關(guān)。4.2.9盤上覆電,運行高壓柜安全聯(lián)鎖柜上布置有各個電場以及對應(yīng)室的鑰匙,只有當(dāng)鑰匙都在盤上時相應(yīng)電場高壓柜才能運行。當(dāng)拔去某一電場或某一室的鑰匙時,相應(yīng)電場或相應(yīng)室的高頻電源主回路接觸器將分?jǐn)嗖缶?從而實現(xiàn)保護功能。4.2.10通信電纜在除塵器頂部采用電纜,與上位機連接采用光纜。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格比工頻電源高,在使用高頻電源后工程造價要增加。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度、規(guī)格減少許多,從而節(jié)約投資。每臺機組綜合工程造價增加132萬元。具體見表5采用高頻電源后每臺機組增加費用:(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)整臺機組除塵器進行節(jié)能優(yōu)化設(shè)計,高