電除塵器陽極板與陰極線粘灰故障處理及防范對策

申加旭，陳 紅，邱亞林，崔海波，耿向瑾

（云南電力試驗研究院（集團）有限公司，云南 昆明 650217）

0 引 言

電除塵器廣泛應用于煙氣處理，具有處理流量大、能耗較低、阻力損失較小及維護方便等優勢[1-2]。但是電除塵器運行中，陽極板與陰極線容易粘灰，從而誘發反電暈現象，導致除塵效率下降。國內頻發電除塵器極板和極線粘灰問題。例如，大唐三門峽發電有限公司二期630 MW機組電除塵器在長期運行后，出現陰極線和陽極板嚴重積灰、積垢等問題[3]。鄭州裕中能源公司二期1 000 MW #4機組在運行期出現極板和極線粘灰現象，導致除塵器運行電流低，除塵效率下降[4]。

云南某燃煤電廠在2018年7月-8月對#2爐電除塵器進行C級檢修，檢修初期發現陽極板和陰極線粘灰嚴重。通過現場調研和故障分析，總結了一套切實可行的防范對策。

1 設備概述

1.1 鍋爐本體

該電廠#2鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產的HG-1025/17.5-L.HM37型循環流化床鍋爐。采用循環流化床燃燒技術，循環物料的分離采用高溫絕熱旋風分離器。鍋爐主要由單爐膛、4臺高溫絕熱旋風分離器、4臺回料閥、4臺外置式換熱器、尾部對流煙道、4臺冷渣器及1臺回轉式空預器等部分組成。循環流化床燃燒用風分級送入燃燒室，以降低NOX生成量，除從布風板送入的一次風外，還從燃燒室下部錐段分二層不同高度引入二次風。脫硫劑采用石灰石，以氣力輸送方式分四點送入回料閥斜腿，分四路進入爐膛。

1.2 靜電除塵器

配置兩臺雙室五電場靜電除塵器，采用福建龍凈環保設備有限公司生產的2BE334/2-5型靜電除塵器。靜電除塵器的結構包括電氣部分和機械部分，電氣部分主要由高壓直流供電裝置（包括其控制系統）和低壓控制系統組成。機械部分主要由陽極系統、陰極系統、陰陽極系統振打裝置、保溫箱、氣流均布裝置、殼體及灰斗等組成。

2 粘灰故障介紹

2.1 陽極板粘灰故障

一電場和二電場的陽極板和陰極線粘灰嚴重，屬干松灰。一電場和二電場陽極板粘灰厚度大部分為2～3 mm，少部分為5～6 mm，經壓縮空氣吹掃后，極板粘灰均被吹掉，如圖1所示。

圖1 陽極板吹灰前后對比

2.2 陰極線粘灰故障

三電場、四電場及五電場的陰極線裹灰嚴重，且灰團較硬。正常陰極線的粘灰較松軟，經振打后，大部分能自行掉落。但檢修發現，三電場、四電場及五電場的陰極線芒刺頭裹灰達10～15 mm，質地堅硬，屬致密灰，且陰極線芒刺頭粘灰通過振打不能清除，如圖2和圖3所示。

圖2 陰極線裹灰

圖3 陰極線芒刺頭粘灰

3 故障原因分析

3.1 煤樣、灰樣成分分析

#2爐開展修前試驗之前，對入爐煤和石灰石成份進行分析，300 MW工況的實驗日期為2018年3月29日，225 MW工況的實驗日期為2018年4月24日，160 MW工況的實驗日期為2018年4月25日，結果如表1和表2所示。常規電除塵器難以達到理想除塵效果。當比電阻過大時，粉塵無法釋放電荷，不僅造成清灰困難，而且會在粉塵層增加一個附加電位，使電場場強下降，遷移速度減緩，電除塵器電流大幅增大，電壓降低，進而造成粉塵二次揚塵嚴重，除塵效果顯著惡化。

表1 試驗入爐煤分析

表2 石灰石成分分析

由表2和表3可知，灰中氧化鈣（CaO）含量最高。投入石灰石脫硫后，比電阻隨CaO含量增加而迅速上升，如圖4所示，對除塵效果影響較大。

對燃燒后的灰樣成分進行分析。其中，設計煤質為小龍潭煤礦，校核煤質一為小龍潭坑，校核煤質二為布沼壩坑，結果如表3所示。

3.2 高比電阻粉塵影響分析

反電暈是指沉積在收塵極表面上的高比電阻粉塵層產生的局部放電現象。電除塵器最適合的粉塵比電阻范圍為104～1 010 Ω·cm，當粉塵比電阻超過臨界值1 010 Ω·cm后，電除塵器的性能隨粉塵比電阻的增高而下降[5]。當粉塵比電阻超過1 012 Ω·cm時，采用

圖4 灰中氧化鈣含量對比電阻的影響

脫硫劑采用石灰石，石灰石氧化鈣含量高，進一步加劇灰中氧化鈣的含量，對除塵器造成不利影響，如表4所示。實驗機組負荷均為300 MW，允許排放濃度均為不大于50 mg/Nm3。

表3 灰成分分析

3.3 投運低壓省煤器影響分析

2011年該電廠為降低鍋爐排煙溫度，在電除塵入口布置了低壓省煤器[6]。低壓省煤器受熱面安裝于空預器出口至電除塵入口的四個上行豎直煙道內，分甲乙兩側對稱布置，四個煙道內各布置一組受熱面，如圖5所示。

機組電負荷162 MW時，低壓省煤器入口煙溫為105.95～129.19 ℃，低壓省煤器出口煙溫為113.74～117.78 ℃（即除塵器進口煙溫），除塵器出口煙溫為108～117 ℃，如圖6所示。

圖5 低壓省煤器布置圖

表4 除塵器除塵效率實測分析

由表1可知，煙氣酸露點溫度為131～135 ℃。當煙氣溫度低于酸露點溫度時，硫酸蒸汽（SO3）結露呈液態，腐蝕除塵器設備。投用低壓省煤器后，電除塵器運行期間入口煙溫較低。BE型電除塵器的入口煙溫要求為130 ℃以上，但機組運行中入口煙溫多為100～120 ℃。雖然煙溫低可升高干灰比電阻，提高除塵效率，但也會導致火化率增多，四電場和五電場灰斗內干灰流動性[7]。檢修期間發現如下問題：（1）三電場#3、#4灰斗下料口出現嚴重的干灰板結現象；（2）四電場各倉泵灰斗下料口有局部板結現象；（3）五電場#3、#4灰斗積灰較多，灰較潮。

3.4 脫硝系統影響分析

脫硝裝置未投用前，一電場和二電場的陽極板基本無粘灰現象，2015年投用后，一電場和二電場的陽極板粘灰逐年增多。2018年機組負荷較高，粘灰嚴重，導致一電場和二電場的陽極板粘灰嚴重，三電場、四電場及五電場的陰極線裹灰嚴重。通過對#2爐進行C級檢修發現，有四個噴嘴損壞，損壞比例為16.67%（共計24套噴嘴），如圖7所示。

當機組電負荷294 MW時，#2爐尿素流量為0.674 6 t/h，按噴嘴損壞比例計算，有0.11 t/h液氨不經過噴嘴霧化，直接噴入分離器；當機組電負荷197 MW時，#2爐尿素流量0.189 t/h，有0.03 t/h液氨不經過噴嘴霧化，直接進入分離器反應。氨氣量分布不均，氨逃逸量增大。多余的氨與煙氣中的硫化物發生反應，當氨逃逸不嚴重時生成NH4HSO4，當氨逃逸嚴重生成（NH4）2SO4，化學反應式為：

圖6 162 MW時除塵器進出口煙溫

圖7 尿素溶液噴射系統（噴嘴）

生成的NH4HSO4在200 ℃以上呈液態，具有強腐蝕性和強黏性。NH4HSO4易與煙氣中粉塵粘合，提高細微顆粒的凝并能力，降低煙塵表面比電阻值。當NH4HSO4少量時，有助于提高電除塵器的除塵效率。由于NH4HSO4的強粘性，如果大量的NH4HSO4與灰塵結合后黏附在電除塵器的極板或極線上，將極難掉落或振打下來，嚴重時導致電流降低，設備腐蝕。

分析五電場陽極板和陰極線的送檢灰樣發現，#2爐五電場陰極線渣樣中亞硫酸銨含量為0.08%，硫酸銨含量為45.71%；#2爐五電場陽極板渣樣中亞硫酸銨含量為0.08%，硫酸銨含量為0%。硫酸銨在400 ℃以上時為固體粉末，提高了進入靜電除塵煙氣的粉塵濃度，加重了電除塵器的工作負荷。其他條件不變的情況下，靜電除塵器需縮短清灰周期，否則當煙氣濕度增加時，灰塵易粘結在陰極線和陽極板上。尤其是低壓省煤器投運期間，由于排煙溫度的降低，灰塵更易粘結，從而引起除塵器供電異常，效率下降[8-9]。

4 故障防范對策

分析故障原因，可從設備檢修、集控運行、技術改造及參數優化調整等方面提出如下建議。

4.1 設備檢修

（1）清除除塵器陽極板上粘灰和陰極線裹灰，保持極板、和極線清潔。

（2）加強對SNCR系統設備的維護、檢修及消缺力度，防止設備噴槍霧化不好，氨氣分布不均，氨逃逸增大。

（3）修復損壞的噴嘴（尿素溶液噴射系統），并對24個噴嘴做霧化試驗。

（4）加強輸灰系統設備點檢，避免灰斗高料位。

4.2 集控運行

（1）優化尿素溶液配制工藝，嚴控尿素溶液濃度，溶液混合均勻，防止噴槍堵塞。

（2）嚴控氨逃逸指標，盡可能降低尿素使用總量，嚴控尿素溶液噴射量。

（3）高負荷時，排煙溫度控制在130 ℃以上；低負荷時，排煙溫度控制在125 ℃以上。溫度達不到要求時，建議切除低溫省煤器，以提高排煙溫度[10]。

（4）加強吹灰，定期吹掃電除塵器。SNCR脫硝系統運行中，部分氨逃逸造成空預器積灰堵塞，需加強對SNCR反應器區域和空預器的吹灰，尤其對空預器低溫段的吹灰。

4.3 技術改造

（1）開展增強型頂部電磁振打+超聲波輔助吹灰和側部機械振打等技術改造工藝路線的可行性調研[11]。

（2）縮短除塵器振打周期或采用供電小分區停電方式進行振打。

4.4 參數優化調整

（1）確保還原劑投入溫度窗口，SNCR最佳溫度窗口為850～1 100 ℃。噴射點的選擇應考慮鍋爐運行負荷和煤種的改變。

（2）把鍋爐負荷參數輸入SNCR系統作為還原劑噴射量的控制參數，縮短SNCR系統反應時間。

（3）提高靜電除塵器運行操作水平。SNCR系統投入時，應縮短除塵器清灰周期，及時調整電流和電壓，以保證靜電除塵器處理效率。

（4）加強氨逃逸在線檢測設備的維護，保證氨逃逸在線檢測結果的代表性和準確性。將監測結果輸入SNCR系統作為還原劑噴射量的控制參數，應長期分析運行數值，結合鍋爐負荷參數進行控制優化。

（5）根據機組負荷，計算噴射系統速度場、溫度場及濃度場數值，確定最佳噴射方案。

（6）研究制定添加劑Na2CO3、CO、烴類及其衍生物的可行性措施，以擴大SNCR反應溫度窗口，減少二次污染物的生成。

5 結 論

本文分析了云南某電廠300 MW機組配套電除塵器極板和極線的粘灰故障。根據故障原因和生產實際，分別從設備檢修、集控運行、技術改造及參數優化調整等方面提出了對策建議。