碳粉收集裝置在發電機集電環上的應用

孫 鳴，董 朋，呂建紅，劉 彤，李 峰

（國華徐州發電有限公司，江蘇 徐州 221166）

0 引 言

機組運行過程中，碳刷與滑環摩擦會產生細小的碳粉。目前，集電環裝置中滑環與碳刷摩擦產生的熱量與碳粉采用風管出風的方法排出，其碳粉顆粒物的總質量濃度為PM10，有時甚至達到PM2.5。排風中含有一定濃度的碳粉，其周圍環境為6 kV開關室，嚴重威脅電氣設備的安全運行。因此，開展碳粉搜集裝置的研究非常有必要。

1 碳粉收集裝置

1.1 碳粉搜集技術的對比

目前在用的基本為布袋式凈化技術和靜電凈化技術。對平板式靜電碳粉收集裝置與布袋收集碳粉裝置從運行時間、維護周期及成本等方面進行比較，見表1。

表1 平板式靜電碳粉收集裝置與布袋收集碳粉裝置的比較表

1.2 碳粉搜集裝置的選用

結合徐州電廠現場設備的具體情況，決定選用平板式靜電碳粉搜集裝置來治理現場碳粉擴散問題。

2 改造方案的制定

2.1 蜂窩式靜電碳粉收集裝置優點

考察調研同類型電廠的情況，制定方案為采用蜂窩式靜電碳粉收集裝置（4組靜電電場），其優點為：收集裝置體積小，設備安裝靈活，懸吊安裝；阻力損失小（12～50 Pa）容塵量大，便于維護；數據處理集成化、模塊化；連續有效工作時間長、功耗低；能收集小于0.01 μm的顆粒物；能在溫度（-10～70 ℃）、濕度（≤85%）的工況下正常工作。

2.2 蜂窩式靜電碳粉收集裝置構成

碳粉收集裝置由電氣控制柜、靜電場、高壓發生器、信號控制PCB板、PM10傳感器、風壓變送器及控制程序等部件組成，實現對碳粉收集的自動控制。通過加裝此裝置達到收塵效果。碳粉收集裝置主要包括進風罩、前置壓差傳感器、預過濾器、PM10進口濃度監測傳感器、4組靜電電場模塊、后置壓差傳感器、PM10出口濃度監測傳感器、溫度傳感器及出風罩[1]。

2.3 凈化工藝流程概述

來自發電機組的污染氣體通過進風口進入本裝置系統。氣流首先進入預過濾器，預過濾器去除氣流中可能存在的纖維、毛發等污染物。氣流隨后進入第1級靜電場裝置至第4級靜電場裝置。根據需要開啟靜電場裝置，可以開啟一個靜電場裝置，也可以開啟2個或更多的靜電場裝置。當某個電場發生故障時，可以關閉該電場，不影響其他電場的工作。當開啟一個靜電場裝置不能達到排放要求時，可以同時開啟2個或2個以上的靜電場裝置。經過凈化的氣流通過出風口排放。本工藝設計有前置傳感器與后置傳感器。前置傳感器包括溫度監控、PM10進口濃度監控及差壓信號監控。后置傳感器包括PM10出口濃度監控與差壓信號監控。靜電場裝置采用高壓靜電產生大量的高濃度負離子，可以使通過的碳塵氣溶膠帶上飽和電量，帶電的碳塵氣溶膠在電場的作用下遷移到固定的收集板上，從而達到凈化的目的。

3 改造方案的實施

3.1 方案的實施

本次改造將在原刷架出風口管路上安裝收塵裝置，以達到碳粉收集作用。安裝方式采用吊裝，上部支撐采用焊接，其余部分用螺栓連接，PLC柜采用立式安裝，電源取自機用MCC段。根據現有和改造后的安裝方式，依照拆除原集電環刷架出風管直線段及彎管段→懸掛吊架焊接（依據預埋墊塊位置）→刷架出風管及彎管安裝（與碳粉收集裝置安裝高度配裝）→碳粉收集裝置吊裝→電控箱安裝→電氣接線調試的順序進行改造。

3.2 改造后要達到的技術性能指標和參數

風道面積0.9 m2；風道風速2.5 m/s；處理風量7 200 m3/h；2組電場收集碳粉效率≥90%；4組電場收集碳粉效率≥95%。

4 碳粉收集裝置安裝后相關試驗驗證

4.1 性能參數及相關指標的試驗數值

（1）靜電場有效工作風速≤2.5 m/s，實測風速均值為12～14 m/s，測量的風速對應截面積為0.38 m2。取中間風速值13 m/s×0.38 m2=4.94 m3/s（風量）。靜電場內實際工作風速為4.94 m3/s÷2.0 m2（靜電場除塵面積）=2.47 m/s，實測工作風速基本滿足靜電場有效工作風速。

（2）靜電場二次高壓側有效工作電壓≥DC 6 000 V，實測工作電壓為：DC 6 200 V。

（3）碳粉收集裝置允許工作溫度為-10～70 ℃，在線測出風管道氣體溫度為33～41 ℃。

（4）碳粉收集裝置允許工作濕度＜70%，儀表測出風管道氣體濕度為13%～28%。

4.2 實測靜電場運行PM10去除率檢測數據

實測靜電場運行PM10去除率檢測數據，見表2。

表2 靜電場運行PM10去除率檢測數據

5 結 論

通過在發電機集電環處加裝碳粉收集裝置，使碳粉得到有效收集，保障了發電機集電環的穩定運行。因發電機集電環發生碳粉引起接地故障不是普發性故障，故本次項目經濟效益與社會效益不是特別明顯。但是發電機一旦發生因碳粉引起的接地故障，則會與電網瓦解，造成機組跳閘事故，帶來巨大經濟損失和社會負面影響。通過加裝本設備，大大降低了因碳粉引起的發電機集電環接地故障發生率。通過試驗數據可知，本設備能有效平穩地收集集電環裝置排放的碳粉顆粒物，去除率≥90%。碳粉顆粒物經靜電場模塊吸附后的PM10日平均排放濃度值＜50 μg/m3，符合國家頒布的環境空氣質量標準要求[2]，大幅改善了廠區的環境，提高了人們的生活質量。