电力系统电除尘器现状分析

简介： 电除尘器是一种高效除尘器，在中国的应用始于20世纪30年代。当前，电除尘器在电力、冶金、化工、建材等行业的应用十分广泛。要保持电除尘器长期高效、稳定运行，电除尘器的设计、制造、安装、调试、运行管理和维护都必须正确合理。
关键字：电力系统 电除尘器
电除尘器是一种高效除尘器。电除尘器在中国的应用始于20世纪30年代，随着工业化水平的提高和电除尘技术的发展，国内出现了以兰州电力修造厂、上海冶金矿山机械厂、宣化冶金环保设备厂为代表的电除尘器本体制造厂；以大连电子研究所、全华电子设备厂、龙岩净化设备厂为代表的电源及控制设备制造厂以及其它电除尘器配套生产厂家。尤其龙岩净化设备厂，在生产电源及控制设备的基础上，引进技术和设备，发展为电除尘器综合性制造厂。同时国内电力、冶金等行业都有从事电除尘技术研究的科研单位，如西安热工研究所、南京电力环保研究所等。电除尘器从研究、设计、制造、安装、调试和性能测试，已能完全由国内力量完成，这极大地推动和促进了电除尘器在中国的应用和发展。当前电除尘器在电力、冶金、化工、建材等行业的应用十分广泛。
电除尘器在四川电力行业的应用始于1990年。首先是江油发电厂将3号炉原多管旋风除尘器改为电除尘器。随后河门口发电厂、重庆发电厂、华蓥山发电厂、白马发电厂、豆坝发电厂也先后将多管旋风除尘器或文丘里水膜除尘器改为电除尘器。黄桷庄发电厂、华能成都热电厂、江油发电厂、高坝发电厂等新建、扩建或改建机组锅炉全部配套电除尘器。电除尘器在火力发电厂的广泛应用，使除尘效率得到显著提高，烟尘排放浓度和排放量大大降低，这对保护环境和提高电力行业形象起了不可替代的作用。
但是，一切事物都是一分为二的。要保持电除尘器长期高效、稳定运行，电除尘器的设计、制造、安装、调试、运行管理和维护都必须正确合理，其中一个或多个环节欠缺，势必对电除尘器性能产生影响。运行中的电除尘器少数处于良好状态，多数存在这样或那样的问题。今天有责任也有能力发现和修正从电除尘器运行中暴露出来的不足，使之长期高效率、低能耗运行。
1 电除尘器运行状况
电除尘器运行状况差异很大。1999年前，运行状况比较好的有重庆发电厂各电除尘器，白马电厂23号炉电除尘器，豆坝发电厂各电除尘器，华釜山发电厂各电除尘器，珞磺电厂各电除尘器，它们的除尘效率几乎都保持在99％以上，达到或超过电除尘器设计制造时除尘效率的保证指标。黄桷庄发电厂电除尘器经大修改造和调整试验后，目前除尘效率高于99％，超过电除尘器原设计指标。白马电厂新投产的22号炉电除尘器，验收试验时除尘效率高于99.3％的保证指标。嘉陵成都热电厂各电除尘器验收试验时，除尘效率超过99.5％。其它电除尘器除尘效率都低于设计指标，有的甚至只略高于90％，还不及文丘里水膜除尘器。
2 影响电除尘器除尘效率的因素
导致多数电除尘器除尘效率不高的因素很多，而诸多因素又相互关联，在此只能分别叙述。
2.1 电除尘器选型冒进
现有的电除尘器多在几年前建成投产，受当时各种因素的影响和条件的限制，电除尘器选型普遍比较冒进。当时有两种主要认识：一是认为电除尘器既然是一种高效除尘器，它的除尘效率远高于其它形式的除尘器，只要有了它，烟尘污染就消除了；二是环境保护的投资大，经济效益低，甚至只有不断的投入而无丝毫的产出，因而对环境保护的投资是被动的。把电除尘器视为应付地方环境保护部的有利工具。在这两种思想指导下，为尽量减少对电除尘器的投资，电除尘器通流面积选得小，烟气在电场中的流速高；电除尘器电场数少，无一不是三电场。四川火力发电厂燃煤热值低，灰分高，烟气含尘浓度高，有的超过40g／m3，远高于华东地区普遍15 g／m3的含尘浓度。在两种迥然不同的前提下，华东地区电除尘器几乎全为四电场。对三电场电除尘器，一旦某电场发生故障，对除尘效率的影响很大。
2.2 电除尘器本体安装调试欠佳及验收不严
电除尘器安装调试是十分重要的环节，要由具备相当经验的队伍承担，才能使极线平面和极板平面平整，极板与极板框架的连接可靠、振打力传递良好，同极距和异极距满足要求。某发电厂200 MW机组电除尘器由某电力建设安装公司安装，不但安装质量低劣，并且在安装过程中大量阴极线和阳极板变形乃至损坏而又未予以更换，致使电除尘器投运时除尘效率远远低于设计指标。后经电除尘器制造厂的安装队伍进行调整、修复、更换后，除尘效率高于设计指标。
电除尘器的验收目前是薄弱环节。土建及机械安装部分由现场监理负责，但往往对此部分验收较差。电除尘器投产前，只有嘉陵成都热电厂进行气流分布验收试验，其余均未进行气流分布和振打验收试验，只进行了冷态伏安特性试验。
2.3 运行参数偏离设计值
运行参数偏离设计值的原因是多方面的，如设计时资料提供不准，锅炉负荷变化，锅炉健康状况，燃煤变化等。
2.3.1 设计基础资料不准
电除尘器制造厂在接受订单后，都会根据现场场地情况、锅炉烟气流量、烟气温度和压力、烟气含尘浓度、烟尘比电阻、烟气温度、燃煤含硫量等参数设计制作模型电除尘器，对气流分布进行模拟和调整，并在模拟电除尘器上，用与实机相同的极配形式，向电场供电进行收尘试验。对不能进行模拟的振打系统，则用实机的极线框架、阳极板排及框架，与实机相同的振打方式进行振打试验并确定振打锤大小。电除尘器制造厂根据现场提供的参数所设计制造的电除尘器一般不存在大的缺陷，因而发电厂向电除尘器制造厂提供基本参数的准确度就尤显重要。某发电厂除尘器改造时提供给电除尘器制造厂的最大实际烟气量为42万m3／h，而其实际烟气量应在50万m3／h左右。这一偏差，就使电除尘器在其它一切状况均正常时，除尘效率由设计值98％下降到96.3％，烟尘排放量增加约一倍。
2.3.2 锅炉负荷变化
健康状态良好的锅炉在正常负荷下，烟气流量、排烟温度、烟气含尘浓度等参数值与电除尘器设计的参数值相差不大，电除尘器能很好地正常运行。当锅炉向小机组供汽或母管制机组锅炉多向母管供汽而超额定负荷运行时，烟气流量增大，排烟温度升高，烟气实际流量进一步增加，同时锅炉超负荷运行用风量增加往往低于给粉量增加，烟气含尘浓度也增加。这些都使得电除尘器运行工况恶化甚至使电除尘器超载运行，除尘效率降低。
锅炉负荷在低到某程度时，为使燃烧稳定，部分发电厂投加重油或天然气助燃。这使烟气温度增加，烟气中出现大量粘稠物（重油助燃时），电除尘器极线和极板清灰困难，久而久之，阴极线肥大，阳极板积灰，导致在额定二次电压下二次电流明显下降，除尘效率显著降低。
2.3.3 燃煤变化
随计划经济向市场经济过渡，发电厂燃煤采购更具自主性，因此节约了燃煤采购成本，但也带来负面影响。虽然以相同的成本所购买燃煤总发热量有所增加，但燃煤热值低、灰分高，对输煤、制粉、除尘、输灰、贮灰等都不利。低热值燃煤使锅炉实际燃煤量增加，而燃煤热值与灰分呈反比例关系，这意味着燃煤量增加10％，灰量增加20％。如果燃煤量增加50％，灰量将增加125％。这不但使电除尘器处理烟气含尘浓度超过设计值，甚至使原设计极配形式不适用。烟气含尘浓度增加，还加速均风设施磨损。煤质的变化，若使煤灰比电阻升高，尘粒趋极速度降低，对除尘更加不利。
2.3.4 锅炉健康状态不良
锅炉空气预热器堵灰，排烟温度升高，实际烟气流量增加；空气预热器泄漏，烟气过剩空气系数增大，烟气量增加。二者都使电除尘器内烟气流速上升，后者还使烟气温度场不均匀，局部烟气温度过低，使其通过的电场局部积灰，甚至导致极板腐蚀。
炉内水、汽泄漏，将增加烟气湿度，虽然在极短时间内因烟气被调质而降低了煤灰比电阻，除尘效率会升高，但时间稍长，电除尘器将严重积灰，尤其泄漏量大时，极板甚至结垢。
2.4 供电控制不佳
电除尘器直流高压由380 V交流经可控硅整流变压器供给。控制特性目前几乎采用临界火花或恒定火花频率，控制参数是二次电压极大值或二次电压极大值出现的频次，对电压的控制则通过控制可控硅在交流每半波的导通角或可控硅在一定时间内的开关比实现。为使电场获得最大的电晕功率，就二次电压而言，应使其平均值最高。显然这需要提高非极大值时的电压，因而，对电压大范围的调整应通过变压器抽头实现，而小范围调整由可控硅完成。也就是说，要获得最高平均电压，可控硅的导通角或开关比应尽可能大。这一点，个别发电厂因对控制特性和控制方式、可控硅调压原理的理解尚存在偏颇而被忽视。
2.5 振打清灰制度不合理
电力行业使用的电除尘器，无一不是采用振打方式清灰。在振打力度和均匀性都满足要求时，振打制度是否合理，对电除尘器除尘效率影响极大。振打过频，收集在阳极板上的粉尘不能成块状落入灰斗，二次飞扬严重，尤其末级电场的二次飞扬，将大大降低除尘效率。反之，振打间隔时间过长，阳极板上积灰太厚，使空间电场电压下降，二次电流降低，电晕功率减小，除尘效率下降；阳极板严重积灰甚至形成反电晕，使已经被收集在阳极板上的粉尘再次进入气流。
大多数发电厂沿用电除尘器制造厂所推荐的振打制度，个别电除尘器作了小调整，但也是摸着石头过河。而事实上建立正确的振打制度，要遵从必需的程序，采用恰当的试验方法才能完成。
2.6 运行监督不力
对运行中的电除尘器普遍监督不力。有效的监督，必需有效的监督制度和完善的监督仪表。发电厂都有各自的电除尘器运行监督制度，但监督仪表配备不完善，只有最基本的配置，如各电场一次、二次电压及电流表，可控硅导通角指示表，灰斗温度，灰斗灰位计等，除白马电厂22号炉电除尘器配备了烟气浊度仪外，其余均没有配备烟气浊度仪。一些仪表同时用于运行控制，因而对其适用性及可靠性的要求则更高。而事实上，现有仪表多数为早期产品，受技术、元器件质量、工艺水平等限制，恰恰在适用性及可靠性上存在差距。仪表的不足，固然需要改进、完善、更换，但现实前提下，只有充分发挥人的作用予以弥补。
某发电厂某台电除尘器，运行中浑然不觉阳极振打锤完全脱落，到检修时方被发现。事实上工作人员可以通过观察各电场二次电压、二次电流变化，各灰斗排灰量比例变化，烟囱出口烟色变化分析发现问题。
某发电厂发生电除尘器电场内积灰搭桥短路，高压供电保护动作，电场退出运行的故障频次高。灰斗温度低、灰位计故障、卸灰机故障、炉内水汽泄漏都是因素。故障人员可以通过二次电压非正常下降、一次电流和二次电流不正常加大发现问题，在高压供电保护尚为动作前采取措施，不但不致使电场长时退出运行，还会在短路保护失灵时避免或减小供电设施的损失。
2.7 故障诊断不准
电除尘器运行过程中出现故障难免。避免故障的发生固然重要，但故障发生后准确判断故障类型和故障部位并正确处理同样重要。
某发电厂电除尘器健康状况良好，运行参数及振打制度等正常，从电晕功率看，除尘效果应很好，但仅观察烟囱出口烟色便可判断其除尘效率低，地方环境监测站的测试报告也证明除尘效果差。出现这一不易理解的情况，在现场发现是有关人员忽视了电除尘器末级电场与槽型板之间尘中走廊积灰。此处积灰埋没了阳极板排振打砧。一方面，清灰振打时，振打锤下降到低位必然触及积灰，使积灰扬起，因槽型板收尘能力有限，扬灰大部分被气流带出电除尘器，同时由于振打锤与振打砧之间存在积灰缓冲层，削弱了振打清灰效果；另一方面，气流中的积灰只能达到一定高度，此时振打落向尘中走廊的粉尘被烟气带走。
2.8 重视和管理不够
尽管电除尘器已是燃煤发电机组四大主设备之一，但出于电除尘器性能、健康水平与并不直接威胁机组发电，加之目前地方环保部门对发电厂环保设施的运行监督不力，电除尘器在发电厂建设和生产过程中往往被忽视。某发电厂进口机组，对发电机、变压器、汽轮机、锅炉及其主要辅机都有索赔条款，而唯独电除尘器没有，这说明对环境保护不重视。
电除尘器虽然不如锅炉、汽轮机、发电机复杂，但其设备先进、技术要求高，建立专业化的管理机构是电除尘器持久稳定和高效运行的组织保证，能源部曾建议装有电除尘器的发电厂应建立专业化的除灰（尘）车间（分场），配备得力的车间干部、技术人员和适宜的班组技术力量。局属装有电除尘器的火力发电厂早期多数有此建制，部分发电厂则将电除尘器按专业分别划归锅炉车间和电气车间兼管，而今，因减人增效将已有的建制撤销，这无疑对保证电除尘器持久稳定和高效运行不利。
随着环境保护要求日趋严格，环保执法必然加强，国家不是限时治理了灰渣下河这一老大难污染吗？当烟尘排放不能满足环境保护标准时，“一票否决”将使发电厂十分被动。