电除尘系统网络结构优化和系统安全

一、电除尘概述

电除尘器是燃煤发电机组常用的一种环保设备，其工作原理是电除尘器在两个曲率半径相差较大的金属阳极和阴极上，通过高压直流电或高频电源（工作频率一般为几千赫兹及以上），维持一个足以使气体电离的静电场。气体电离后所生成的电子、阴离子、阳离子，吸附在通过电场的粉尘上，从而使粉尘获得电荷。荷电粉尘在电场力的作用下，向电极性相反的电极运行而沉积在电极上。达到粉尘与气体分离的目的。当沉积在电极上的粉尘达到一定厚度时，借助于振打机构使粉尘落入下部灰斗中，振打系统以矩阵形式连接。振打器跨接在行线和列线之间，通过控制行、列选开关的通断，选择矩阵中的任一个振打器动作，确保沉积在电极上的粉尘经过振打后落入下方输灰系统同时清洁的烟气通过电场区域后，经过烟气脱硫，将烟气释放到环境中。

综上所述，电除尘器工作时，参与控制并保证除尘效率的主要设备为高压电源和振打装置。

二、我公司除尘器情况

我公司新建2*100MW 机组项目电除尘使用龙净环保公司的BEH 高效节能型电除尘器。配套电除尘器高频电源采用龙净环保最新一代全新防护型高频电源，柜体主要由控制柜部分和变压器部分两部分组成；振打方式采用顶部电磁振打清灰方式，顶部电磁振打器安装于除尘器顶部，隔离于烟尘之外。

我公司除尘器出口的烟尘浓度要求 ⩽20mg/Nm3 ，按照单台除尘器3 室（列）5 电场进行布置，每台锅炉配置2 台除尘器，每台除尘器设置三个室（列），且进口数和出口数均为3，如下图（图一）所示。除尘器振打系统按室布置，每室布置一定数量的振打电机，以矩阵形式连接并进行操作，振打系统确保沉积在电极上的粉尘经过振打后落入下方输灰系统（振打系统的布置特点、接线、操作方式要求其必须按室进行操作）；除尘器每个室分五个电场，每室的五个电场各配置一套高频电源设备，每台除尘器共配置15 个高频电源，图四），龙净公司通常的网络连接方式为按室进行连接。

三、电除尘器控制方式存在的问题

参照某电厂龙净环保公司电除尘系统控制方式，该电厂高频电源系统、振打系统采用单片机和CAN 总线来构造分布式低压控制系统，以IPC 远程监控方式，采用MODBUS 协议通讯。通过通讯方式，将设备运行参数、设定参数、故障状态传送到智能网络前端机DAU（图三），通过TCP/IP 协议将智能网络前端机DAU 存储的信息传输至IPC 计算机，IPC 计算机可发送指令进行高频电源系统、振打系统的相关操作（图二）。

该厂电除尘系统的操作需要在电除尘IPC 上进行，为了完善单元机组的集中控制，进行了电除尘系统接入DCS 系统优化，在单元机组的某台工控机上安装接收软件（实现接口机功能），通过DCS 系统的虚拟DPU 程序接收并编译电除尘高频电源系统、振打系统的IO 数据和程序，并将该虚拟DPU 接入单元机组DCS 系统，实现高频电源系统及振打系统在集中控制室的监视与控制（图二）。

此种网络方式存在的以下问题：

1、高频电源按照通道（列）进行串联连接，当出现通道通讯中断或其他故障时，可使当前通道高频电源（或两通道高频电源）失去监视与控制（图三），此时工况变化易引起机组出口粉尘超标，甚至可造成机组停机。

2、单台除尘器使用一台智能网络前端机DAU 进行控制，当该台网络前端机的硬件、电源或网络出现故障时，可造成当台除尘器高频电源系统及振打系统全部失去监视与控制，此时工况变化易引起机组出口粉尘超标，甚至可造成机组停机（图二）。如某电厂2024 年1 月1 号机组因高频电源动力电缆短路故障，导致电除尘 380VPC 1B 段失电，B 列电除尘跳闸，同时由于 1 号机电除尘智能网络前端机DAU 只取 380V PC B 段电源供电，当该路电源发生故障后，智能网络前端机DAU 无法工作，导致集控室无法监视就地电除尘运行状态及参数，造成 A 列电除尘无法调整及监视，环保参数粉尘超标，故申请紧急停运。

3、当电除尘接口机故障或虚拟DPU 故障，则造成整个除尘系统通讯瘫痪，如未能及时恢复，集控室运行人员将失去所有除尘器高频电源系统及振打系统的监视与控制，此时需要运行人员至就地电除尘IPC 上进行操作，增加集控运行人员的操作强度（图二），如未能及时进行操作或其他异常工况，易发生环保指标超标。

四、控制方式与网络结构优化

电除尘通常采用通讯方式实现数据连接，鉴于龙净公司某电厂电除尘系统通讯及控制方式存在的问题，我公司新建 2^* 100MW 机组项目对龙净公司电除尘系统的通讯方式及网络结构进行了优化。

1、不设除尘系统控制站IPC，将单元机组电除尘的控制纳入单元机组DCS 进行控制，在集控室完成单元机组除尘系统的全部自动控制、远方手操和运行监视。

2、DAU 故障、网络前端机柜电源失去均可使其当前控制的除尘器失去监视和控制功能，取消智能网络前端机DAU，将通讯信号直接接入DCS 系统，相对原有的通讯方式，DCS 系统内的DPU 采用冗余布置，同时电源采用稳定可靠的双电源控制，减少了因通讯或通讯设备故障影响整个系统运行的风险。

3、根据高频电源系统行列分布的特点，将通讯连接的方式由室（列）连接方式优化为单电场连接方式，将单个电场的6 台高频电源以串联方式连接，当某电场高频电源通讯故障时，仅影响某电场的高频电源控制（图四），此时运行人员可通过增加或减少其他四个电场高频电源负荷的方式对电除尘进行控制，避免一室（列）高频电源通讯故障影响到整个电除尘系统的除尘效果，减少因电除尘引起环保超标的隐患。

4、针对高频电源及振打系统的行列分布特点，按照分层分散原则，将单电场的高频电源与单通道（列）的振打系统通过通讯方式接入DCS 系统单块通讯卡，最大程度降低单系统、单块卡件故障对系统的影响。