摘要：調(diào)研了國(guó)內(nèi)200臺(tái)套燃煤電廠電除塵器電耗，按機(jī)組容量的不同，將其劃分為300MW、600MW和1000MW三個(gè)等級(jí)，分別從鼓勵(lì)先進(jìn)和淘汰落后兩個(gè)角度研究了電除塵器電耗評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定了不同機(jī)組容量、不同煤種除塵難易性及不同出口煙塵濃度下的電除塵器能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值。以能效限定值來(lái)衡量電除塵器能耗是否超標(biāo)，以節(jié)能評(píng)價(jià)值來(lái)衡量電除塵器是否節(jié)能運(yùn)行，為強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電除塵器能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值》的研制提供理論基礎(chǔ)。

1 前言

電除塵器具有處理煙氣量大、除塵效率高、適應(yīng)范圍廣、設(shè)備阻力低、使用簡(jiǎn)單可靠、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低且無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，一直以來(lái)都是我國(guó)電力行業(yè)消煙除塵的主流設(shè)備，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)燃煤電廠中電除塵器的使用裝機(jī)容量比例為80%以上。《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)出臺(tái)后，尤其是近年來(lái)隨著燃煤電廠煙氣污染物“超低排放”相關(guān)政策的實(shí)施，對(duì)我國(guó)電除塵技術(shù)的要求越來(lái)越高，同時(shí)對(duì)電除塵器的能耗也帶來(lái)了挑戰(zhàn)。盡管適應(yīng)我國(guó)新排放要求的電除塵技術(shù)層出不窮，但總體上看，設(shè)備性能及能耗等仍參差不齊，且設(shè)備能耗評(píng)價(jià)缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

電除塵器的主要能耗為設(shè)備電耗。為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排政策，挖掘電除塵技術(shù)潛力，規(guī)范、完善電除塵器電耗評(píng)價(jià)制度，本文基于國(guó)內(nèi)200臺(tái)套燃煤電廠電除塵器電耗調(diào)研數(shù)據(jù)和相關(guān)文獻(xiàn)資料，分別從鼓勵(lì)先進(jìn)和淘汰落后兩個(gè)角度對(duì)國(guó)內(nèi)電除塵器電耗情況進(jìn)行分析，研究了電除塵器電耗評(píng)價(jià)指標(biāo)，為強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電除塵器能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值》的研制提供理論基礎(chǔ)。

2 國(guó)內(nèi)電除塵器電耗調(diào)研

電除塵器總電耗包括電除塵器電耗和設(shè)備壓力降引起的引風(fēng)機(jī)電耗。其中電除塵器電耗可分為高壓供電設(shè)備電耗和低壓用電設(shè)備電耗(包括振打電機(jī)、灰斗加熱、絕緣子加熱等電耗)。

電除塵器電耗數(shù)據(jù)通過(guò)調(diào)研得到。本文調(diào)研了國(guó)內(nèi)主要的電除塵器本體廠家和電源廠家所生產(chǎn)的200臺(tái)套燃煤電廠電除塵器的電耗，涵蓋10家本體廠家和12家電源廠家，這些廠家的業(yè)績(jī)占現(xiàn)役電除塵器總數(shù)的80%以上。機(jī)組容量涉及300MW~1050MW，其中300MW級(jí)機(jī)組電除塵器78臺(tái)套，600MW級(jí)機(jī)組電除塵器102臺(tái)套，1000級(jí)機(jī)組電除塵器20臺(tái)套。

設(shè)備壓力降引起的引風(fēng)機(jī)電耗數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算得到。不同機(jī)組的電除塵器本體壓力降差別不大，本文中均按250Pa計(jì)。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中由于電動(dòng)機(jī)發(fā)熱、傳動(dòng)部件間摩擦等因素引起的能量損失不能被忽略。因此，在計(jì)算引風(fēng)機(jī)電耗過(guò)程中，需要考慮引風(fēng)機(jī)效率系數(shù)和傳動(dòng)效率系數(shù)，本文按0.85計(jì)。計(jì)算公式如下：

式中：

W阻——設(shè)備壓力降引起的引風(fēng)機(jī)單位時(shí)間的電耗，單位為千瓦時(shí)每小時(shí)，kW˙h/h;

Q——電除塵器處理煙氣量，單位為立方米每小時(shí)，m3/h;

P——電除塵器壓力降，單位為帕斯卡，Pa。

0.85——引風(fēng)機(jī)效率系數(shù)與傳動(dòng)效率系數(shù)的乘積。

300MW級(jí)、600MW級(jí)和1000MW級(jí)機(jī)組電除塵器的工況煙氣量分別按200×104m3/h、360×104m3/h、500×104m3/h計(jì)，根據(jù)公式(1)可得，其引風(fēng)機(jī)電耗分別為163kW、294kW和408kW。

根據(jù)上述調(diào)研及計(jì)算數(shù)據(jù)，可得300MW級(jí)、600MW級(jí)和1000MW級(jí)機(jī)組電除塵器總電耗分別如圖1、圖2、圖3所示。其中，300MW級(jí)機(jī)組電除塵器總電耗平均值為896kW，最大值為1600.7kW，最小值為445.5kW;600MW級(jí)機(jī)組電除塵器總電耗平均值為1341kW，最大值為2762kW，最小值為470.2kW;1000MW級(jí)機(jī)組電除塵器總電耗平均值為1683kW，最大值為2928kW，最小值為1039.8kW。

圖1 300MW級(jí)機(jī)組電除塵器總電耗統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖2 600MW級(jí)機(jī)組電除塵器總電耗統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖3 1000MW級(jí)機(jī)組電除塵器總電耗統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3 比電耗

3.1 “比電耗”的提出

為較客觀、科學(xué)地表述電除塵器電耗情況，本文引入“比電耗”的概念對(duì)電除塵器的電耗水平進(jìn)行評(píng)價(jià)。比電耗是指在工況條件下電除塵器處理單位含塵煙氣量所需的總電耗，其單位為千瓦時(shí)每立方米，kW˙h/m³，計(jì)算公式如下：

式中：

C——比電耗，單位為千瓦時(shí)每立方米，kW˙h/m³;

W——電除塵器單位時(shí)間的總電耗，單位為千瓦時(shí)每小時(shí)，kW˙h/h;

Q——電除塵器單位時(shí)間處理的工況煙氣量，單位為立方米每小時(shí)，m3/h。

3.2 比電耗的影響因素及修正

電除塵器比電耗的影響因素十分復(fù)雜，不僅與機(jī)組容量、電除塵器對(duì)煤種除塵難易性、出口煙氣含塵濃度要求等有關(guān)，還與電除塵器的高壓電源型式及控制方式、運(yùn)行條件等有關(guān)，且不同的電除塵器制造廠家采用的結(jié)構(gòu)型式和技術(shù)水平存有差異也將直接影響電除塵器的比電耗。電源型式、控制方式及運(yùn)行條件等影響因素對(duì)電除塵器比電耗無(wú)需修正或無(wú)法修正，因此，本文中僅對(duì)機(jī)組容量、電除塵器對(duì)煤種除塵難易性以及出口煙氣含塵濃度三方面因素進(jìn)行修正，如公式(3)所示。

式中，

Cx ——不同條件下的比電耗，單位為千瓦時(shí)每立方米，kW˙h/m³;

C ——某一基準(zhǔn)值下的比電耗，單位為千瓦時(shí)每立方米，kW˙h/m³;

K1——機(jī)組容量修正系數(shù);

K2——煤種除塵難易性修正系數(shù);

K3 ——出口煙塵濃度修正系數(shù)。

1)機(jī)組容量修正系數(shù)K1的確定

對(duì)機(jī)組容量而言，大容量機(jī)組單位耗煤量和排污量與小容量機(jī)組相比較小，處理單位煙氣量所需的電耗也較低，因此，電除塵器機(jī)組容量越大，相對(duì)比電耗越小。根據(jù)國(guó)務(wù)院出臺(tái)的《關(guān)于加快關(guān)停小火電機(jī)組若干意見(jiàn)的通知》中提出的“上大壓小”要求，小容量機(jī)組應(yīng)占被淘汰的高能耗機(jī)組的絕大多數(shù)，機(jī)組容量對(duì)應(yīng)的比電耗系數(shù)不應(yīng)修正，但考慮到目前我國(guó)300MW級(jí)小容量機(jī)組較多這一實(shí)際情況，本文中將此系數(shù)作出適當(dāng)修正。300MW級(jí)、600MW級(jí)、1000MW級(jí)機(jī)組容量對(duì)應(yīng)比電耗修正系數(shù)可分別定為1.05、1.0、0.97。

2)煤種除塵難易性修正系數(shù)K2的確定

電除塵器對(duì)煤種的除塵難易性是指在給定的煤、飛灰及煙氣成分、煙氣溫度、飛灰粒度等條件下，電除塵器達(dá)到性能指標(biāo)的難易程度。其評(píng)價(jià)可分為“容易”、“較容易”、“一般”、“較難”、“難”。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，本文按煤、飛灰成分將其劃分為“較好”、“一般”、“較差”。

電除塵器的電耗水平與其性能密切相關(guān)，而影響電除塵器性能的因素很復(fù)雜，對(duì)燃煤電廠而言，大體上可分為三大類：工況條件，包括燃煤性質(zhì)(成分、揮發(fā)分、發(fā)熱量、灰熔融性等)、飛灰性質(zhì)(成分、粒徑、密度、比電阻、粘附性等)、煙氣性質(zhì)(溫度、濕度、煙氣成分等)等;電除塵器的技術(shù)狀況和運(yùn)行條件。在上述影響因素中工況條件為主要影響因素，其中煤、飛灰成分對(duì)電除塵器性能的影響最大。在達(dá)到相同除塵效率前提下，煤質(zhì)越差，所需比集塵面積越大，即所需電除塵器容量越大，比電耗也越大。例如，當(dāng)電除塵器出口煙氣含塵濃度限值為30mg/m3時(shí)，對(duì)除塵難易性為“較好”的煤種，電除塵器所需比集塵面積約為130m2/(m3˙s-1);對(duì)除塵難易性為“一般”的煤種，電除塵器的容量約需增加10%，;對(duì)除塵難易性為“較差”的煤種，電除塵器所需比集塵面積還約需增加10%。結(jié)合多年的電除塵器選型設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及《電除塵器選型設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》的相關(guān)內(nèi)容，煤種除塵難易性為“較好”、“一般”、“較差”對(duì)應(yīng)比電耗修正系數(shù)可分別定為0.9、1.0、1.1。

3)出口煙氣含塵濃度修正系數(shù)K3的確定

對(duì)出口煙氣含塵濃度而言，在其它條件相同的情況下，出口煙氣含塵濃度限值越低，所需的電除塵器容量越大，電除塵器比電耗越大。例如，電除塵器對(duì)煤種除塵難易性為“較好”的煤種，當(dāng)電除塵器出口煙氣含塵濃度限值為30mg/m3時(shí)，所需比集塵面積約為130m2/(m3˙s-1);當(dāng)電除塵器出口煙氣含塵濃度限值20mg/m3時(shí)，電除塵器的容量約需增加20%;如果電除塵器出口煙氣含塵濃度限值要達(dá)到15mg/m3時(shí)，電除塵器的容量還約需增加20%。根據(jù)多年的電除塵器選型設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合《電除塵器選型設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》的相關(guān)內(nèi)容，出口煙塵濃度為30mg/m3、20mg/m3、15mg/m3對(duì)應(yīng)比電耗修正系數(shù)可分別定為1.0、1.2、1.4。

4 電除塵器電耗評(píng)價(jià)指標(biāo)

4.1 電除塵器能效限定指標(biāo)

為淘汰落后產(chǎn)品，引入“能效限定值”的概念，即在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下，且性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，電除塵器所允許的最大比電耗，本文將其作為能耗限定指標(biāo)。比電耗超過(guò)此指標(biāo)的電除塵器屬高能耗產(chǎn)品。

本文選取各機(jī)組容量在煤種除塵難易性為“一般”、出口煙氣含塵濃度為30mg/m3時(shí)的能效限定值為主要分析對(duì)象。結(jié)合比電耗影響因素對(duì)應(yīng)修正系數(shù)以及比電耗計(jì)算公式(2)，可得300MW級(jí)、600MW級(jí)、1000MW級(jí)機(jī)組電除塵器在該條件下的能效限定值分別為0.59×10-3kWh/m3、0.56×10-3kWh/m3、0.54×10- 3kWh/m3。300MW級(jí)、600MW級(jí)和1000MW級(jí)機(jī)組電除塵器的工況煙氣量按200×104m3/h、360×104m3/h、500×104m3/h計(jì)，可得對(duì)應(yīng)能效限定值的電耗分別為1176kW、2016kW、2716kW。根據(jù)K2、K3，可得不同煤種除塵難易性、不同出口煙氣含塵濃度時(shí)電除塵器的能效限定值及對(duì)應(yīng)的電耗值。

根據(jù)電除塵器電耗調(diào)研數(shù)據(jù)，在煤種除塵難易性為“一般”、出口煙氣含塵濃度為30mg/m3的條件下，300MW級(jí)機(jī)組電除塵器能耗超標(biāo)數(shù)量為14臺(tái)，占該等級(jí)機(jī)組的17.9%;600MW級(jí)機(jī)組能耗超標(biāo)數(shù)量為4臺(tái)，占該等級(jí)機(jī)組的3.9%;1000MW機(jī)組能耗超標(biāo)數(shù)量為1臺(tái)，占該等級(jí)機(jī)組的5.0%。

需要說(shuō)明的是，一般情況下，機(jī)組容量越大能耗超標(biāo)機(jī)組百分比越小，但1000MW級(jí)機(jī)組能耗超標(biāo)機(jī)組所占比例為5.0%,，略高于600MW級(jí)機(jī)組的3.9%，這是調(diào)研數(shù)據(jù)中1000MW級(jí)樣品數(shù)量偏少僅為20臺(tái)所致。實(shí)際上，1000MW級(jí)機(jī)組能耗超標(biāo)機(jī)組數(shù)量只有1臺(tái)。

4.2電除塵器節(jié)能評(píng)價(jià)指標(biāo)

為鼓勵(lì)先進(jìn)產(chǎn)品，引入“節(jié)能評(píng)價(jià)值”的概念，即在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下，且性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，節(jié)能型電除塵器所允許的最大比電耗，本文將其作為節(jié)能評(píng)價(jià)指標(biāo)。比電耗低于此指標(biāo)的電除塵器屬節(jié)能型產(chǎn)品。

本文選取各機(jī)組容量在煤種除塵難易性為“一般”、出口煙氣含塵濃度為30mg/m3時(shí)的節(jié)能評(píng)價(jià)值作為主要分析對(duì)象。結(jié)合比電耗影響因素對(duì)應(yīng)修正系數(shù)以及比電耗計(jì)算公式(2)，可得300MW級(jí)、600MW級(jí)、1000MW級(jí)機(jī)組電除塵器在該條件下的節(jié)能評(píng)價(jià)值分別為0.28×10-3kWh/m3、0.27×10-3kWh/m3、0.26×10-3kWh/m3，其對(duì)應(yīng)節(jié)能評(píng)價(jià)值的總電耗分別為567kW、972kW、1310kW。根據(jù)K2、K3，可得不同煤種除塵難易性、不同出口煙氣含塵濃度時(shí)電除塵器的節(jié)能評(píng)價(jià)值及對(duì)應(yīng)的電耗值。

根據(jù)電除塵器電耗調(diào)研數(shù)據(jù)，在煤種除塵難易性為“一般”、出口煙氣含塵濃度為30mg/m3的條件下，300MW機(jī)組電除塵器節(jié)能達(dá)標(biāo)數(shù)量為10臺(tái)，占該等級(jí)機(jī)組的12.8%;600MW級(jí)機(jī)組電除塵器節(jié)能達(dá)標(biāo)數(shù)量為31臺(tái)，占該等級(jí)機(jī)組的30.4%;1000MW機(jī)組電除塵器節(jié)能達(dá)標(biāo)數(shù)量為8臺(tái)，占該等級(jí)機(jī)組的40.0%。

5 電除塵器電耗評(píng)價(jià)指標(biāo)分析

根據(jù)本文的電除塵器電耗指標(biāo)，調(diào)研樣本中電除塵器能耗超標(biāo)數(shù)量為19臺(tái)，占所有機(jī)組的9.5%;節(jié)能達(dá)標(biāo)數(shù)量為49臺(tái)，占所有機(jī)組的24.5%。

調(diào)研樣本中電源廠家提供的樣本占了較大比例，電除塵器處于節(jié)能模式下運(yùn)行的比例也較大，據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料介紹，在一定條件下電除塵器節(jié)電效果可達(dá)30%~50%0，調(diào)研也表明，電除塵器在不同的的不同電源型式及運(yùn)行方式下其電耗差距在50%以上;且出口煙氣含塵濃度值可能達(dá)不到30mg/m3的要求，實(shí)際節(jié)能達(dá)標(biāo)的電除塵器比例會(huì)小于上述數(shù)據(jù)。

2011年3月中國(guó)華能集團(tuán)發(fā)布的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《優(yōu)秀節(jié)約環(huán)保型燃煤發(fā)電廠標(biāo)準(zhǔn)》(試行)規(guī)定在不考慮引風(fēng)機(jī)電耗時(shí)對(duì)于優(yōu)秀的節(jié)約環(huán)保型600MW級(jí)以上超臨界機(jī)組，電除塵器廠用電率≤0.20%，其它機(jī)組≤0.25%0。隨著環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展，各大發(fā)電集團(tuán)對(duì)發(fā)電相關(guān)設(shè)備用電率提出了更高的指標(biāo)，要求優(yōu)秀節(jié)能型電除塵器在不考慮引風(fēng)機(jī)電耗時(shí)的廠用電率應(yīng)低于0.1%，一般規(guī)定，300MW級(jí)、600MW級(jí)、1000MW級(jí)機(jī)組的優(yōu)秀節(jié)能電耗分別不高于350kW、600kW、900kW，即考慮引風(fēng)機(jī)電耗時(shí)其對(duì)應(yīng)的節(jié)能總電耗分別為513kW、894kW、1308kW。本文中在煤種除塵難易性為“一般”、出口煙氣含塵濃度為30mg/m3的條件下300MW級(jí)、600MW級(jí)、1000MW級(jí)機(jī)組考慮引風(fēng)機(jī)電耗時(shí)電除塵器節(jié)能評(píng)價(jià)值對(duì)應(yīng)的總電耗分別為567kW、972kW、1310kW，其值略大于各大發(fā)電集團(tuán)提出的優(yōu)秀節(jié)能電耗。本文確定的電除塵器節(jié)能評(píng)價(jià)值基本符合各大發(fā)電集團(tuán)提出的用電率要求。

目前我國(guó)電除塵器供電電源技術(shù)的發(fā)展取得很大進(jìn)展，機(jī)組采用普通供電方式時(shí)的電耗較節(jié)能運(yùn)行方式高出幾倍的情況比比皆是，這也是形成電除塵器電耗水平參差不齊的主要原因之一。電除塵器不同的電控技術(shù)也會(huì)對(duì)電耗產(chǎn)生重大影響，我國(guó)數(shù)以千計(jì)的現(xiàn)役電除塵器中，采用普通形式的電源或采用普通運(yùn)行方式的產(chǎn)品不占少數(shù)。調(diào)研樣本表明，不同級(jí)別機(jī)組總電耗差異較大，即使相同等級(jí)機(jī)組配套電除塵器總電耗差距也達(dá)4倍以上。因此，不能對(duì)能效限定值提出過(guò)高的要求。根據(jù)我國(guó)國(guó)情，本文確定的能效限定值是合理的，電除塵器能效限定值與節(jié)能評(píng)價(jià)值相差較大也是符合實(shí)際情況的。

6 結(jié)論

1)通過(guò)調(diào)研國(guó)內(nèi)200臺(tái)套燃煤電廠電除塵器電耗，發(fā)現(xiàn)其電耗水平參差不齊，相同等級(jí)機(jī)組配套電除塵器總電耗差距達(dá)4倍以上，表明我國(guó)電除塵器有很大的“節(jié)能”空間，急需出臺(tái)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)予以規(guī)范。

2)本文通過(guò)比電耗來(lái)分析電除塵器的電耗水平，確定了合理的電耗評(píng)價(jià)指標(biāo)。以能效限定值來(lái)衡量電除塵器能耗是否超標(biāo)，以節(jié)能評(píng)價(jià)值來(lái)衡量電除塵器是否節(jié)能運(yùn)行，為國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研制提供了理論基礎(chǔ)。

3)強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電除塵器能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值》即將出臺(tái)，擬定現(xiàn)役20%左右的機(jī)組電除塵器為節(jié)能型產(chǎn)品，將予以鼓勵(lì)，現(xiàn)役10%左右的機(jī)組電除塵器為高能耗產(chǎn)品，將予以淘汰。這給我國(guó)電除塵技術(shù)帶來(lái)了挑戰(zhàn)，同時(shí)也將給電控技術(shù)帶來(lái)機(jī)遇。