浅析天津石化热电厂电除尘存在的问题及对策
摘要：本文针对天津石油化工公司热电厂电除尘器在运行中出现的一些问题，主要从运行及维护的角度来分析其产生的原因。结合可操作的方法，从运行调整、检修及调试上分析原因，并提出相应的改进措施，以提高除尘效率，达到环境保护的要求。
关键词：电除尘器,除尘效率,环境保护
前言
国家推出了新的《火电厂污染物排放标准》，要求燃煤电厂烟尘最高允许排放浓度第一时段为350mg/Nm3，第二时段为150mg/Nm3，第三时段为50mg/Nm3。2003年10月1日实施的天津市地方标准《锅炉大气污染物排放标准》（DB12/151—2003）要求，2006年1月1日后烟尘排放极限值为30mg/Nm3。
随着国家对环境保护的进一步重视，对电除尘器的要求越来越高，电除尘器已被称为电厂的“第四主机”。天津石油化工公司（以下简称天津石化）热电厂自投产以来，对锅炉烟气的处理全部采用电除尘器，到目前为止，先后共采用了6台电除尘器，自电除尘器投入运行以来，除尘效果总是不令人十分满意，烟囱烟色情况不是很理想，锅炉烟尘排放始终达不到环境保护的要求。
1设备运行的现状及分析
1．1设备概况
天津石化热电厂一、二期工程均采用卧式干式电除尘器，具体有关参数如下：
| 项目名称 | 型号 | 电场数 | 烟气流通面积 | 工作温度 | 除尘效率 | 本体漏风率 | 阳极板 | 阴极线 | 同极间距 | 阳极振打方式 | 阴极振打方式 | 输灰方式 | 设计煤种灰分 |
| 一期电除尘器 | BDX-100×3 | 单室三电场 | 100m2 | 150℃ | ≥98％ | ＜5％ | 480C型 | 一、二电场采用RS线、三电场采用星形线 | 300mm | 摇臂锤侧向振打 | 摇臂锤侧向振打 | 气力输灰和水力输灰 | 29.86％ |
| 二期电除尘器 | YSC4×3.5(400)―2×6.8―12 | 双室四电场 | 164.4m2 |
150℃ | ≥99.4％ | ＜3％ | 480C型 | RS新型管状芒刺线 | 400mm | 侧传动旋转重锤式单侧振打 | 顶部传动旋转重锤式单侧振打 | 正压式浓相气力输灰 | 29.86％ |
1．2设备运行中存在的问题
设备在运行中存在以下问题：
（1）一、二次电压正常，一、二次电流偏小。
（2）一、二次电压和电流变化均无规律，闪络不规范，指针有时剧烈摆动。
（3）放电频繁，严重时造成击穿现象，二次电流几乎为零。
（4）一、二次电压和电流均正常，但除尘效率不高，烟囱烟色偏浓。
（5）电场突然跳闸。
（6）振打装置时有失灵，振打周期跟不上实际运行情况的变化，有待调整到最佳方式下运行。
以上所述现象都不同程度地在6台电除尘器的各个电场中出现过，有的现象时有时无地出现，但始终没有根治，需要从根本上找原因，加以消除。
1．3原因分析
1.3.1烟气及粉尘性质的影响
烟气性质主要取决于燃煤的成分，也和锅炉燃烧方式、制粉系统型式及其运行操作条件有关。粉尘的性质主要取决于粉尘的化学成分、物相结构、理化特性和粉尘浓度、粒径分布及形状、大小、密度、粘附力等。
从运行角度来看，使用的煤种的类型对电除尘的影响很大，特别因煤种不同出现比电阻较高，粉尘浓度增大的时候，天津石化热电厂所燃烧的煤种变化较大，煤种对除尘效率的影响不可忽略。在粉尘的特性中，比电阻是电除尘技术中一个重要概念，也是影响除尘性能的一个极其重要的参数（当荷电粉尘达到电极后，会因其自身导电性能的好坏、粒径的大小、粘附性的高低等对电场工作特性产生不同的影响，其中衡量粉尘导电性能好坏的参数称为粉尘的比电阻）。一般来说，对比电阻＜104Ω·cm或比电阻＞1012Ω·cm的粉尘，除尘效率较低。当比电阻＞1011Ω·cm时，粉尘达到集尘极后，会积聚一层带负电荷的粉尘层，由于同性相斥，使随后到达的粉尘驱进速度不断下降，当比电阻过大，还会造成反电晕，产生电性中和，导致除尘效率大幅下降；当比电阻＜104Ω·cm时，荷电粉尘到达极板后，迅速释放电荷，依附不住，容易引起二次飞扬，降低除尘效率且增大电耗。
燃烧不同煤种，将会出现粉尘直径大小及浓度分布不同，粉尘直径能通过影响其驱进速度来影响除尘效果。一般而言，驱进速度大时，除尘效果较好。
1.3.2烟气温度和湿度的影响
锅炉排烟温度对除尘效率的影响通过比电阻来表现，粉尘的比电阻可看成由两个并联的电阻组成，其中一个为体积比电阻，即通过粉尘内部导电呈现的电阻，一个为表面比电阻，即通过粉尘表面导电呈现的电阻，组成粉尘的各种成分的导电性能决定了粉尘体积比电阻大小，组成粉尘的各种物质的导电性能受温度影响显著，当温度较高时，粉尘内传导电流的离子与电子将获得更大的能量使粉尘层的导电能力升高，体积比电阻下降。运行中变化的烟气温度对比电阻的影响较大，图1为粉尘比电阻与温度的关系，是比较典型的燃煤锅炉粉尘比电阻随温度变化的曲线。
由图1可以看出，粉尘比电阻最高对应的温度，与锅炉设计的排烟温度比较接近（正常情况下排烟温度为130～150℃，天津石化热电厂一期锅炉设计排烟温度为150℃，二期锅炉设计排烟温度为133℃），这也说明了电厂中粉尘比电阻的重要性。
表面导电则是决定于气体成分中的湿度与导电物质。其导电机理是烟气中的冷凝物质（在相对较低温度下会凝结成露），在粉尘表面形成了导电层。所以适当的湿度会降低粉尘比电阻，有利于提高除尘效率。
温度和湿度除了影响比电阻，还会通过影响电场V－I特性来影响电除尘器的运行效果，当气体的温度上升时，气体分子密度下降，负离子向电极驱进速度就会因与中性分子碰撞机会的减少而增加，使放电极的负离子密度降低，负离子对放电极附近电场的作用削弱。在同样电压下，其电晕电流就要增加，对除尘有利。当烟气中水分子较多时，因为水气分子产生一种负离子，大于空气分子，与电子碰撞的机会较多，使电子在电场中加速的平均自由行程缩短，即电离不易发展。水气负离子因质量大，其驱进速度小于气体负离子，使得电场空间中负电荷分布密度增加，电场更趋均匀，击穿电压升高，这样，在同样电压下，电场的最大工作电流就会得到提高，对提高除尘效率是很重要的。
1.3.3振打装置的问题
荷电粉尘到达电极后，在静电力与粘附力的作用下在电极上形成一定厚度的粉尘层，通过振打装置给电极一个足够大的加速度，在已捕获的粉尘中产生惯性力，用来克服粉尘在电极上的附着力，使粉尘脱离极板掉到灰斗。振打装置有两个指标——振打周期和振打强度，这两个参数的设置和配合，对于除尘器极板和极线的清灰效果非常重要。沉积于收尘极上的粉尘要通过振打才能落入灰斗，因而要求在较小的振打力下使板面各点都能获得足够大的振打强度，而且尽可能均匀，评定振打强度的唯一标准是振打加速度。根据粉尘性质的不同，在收尘极板面上最小加速度值不得低于50～200g（g＝9.8m/s2），对于放电极框架振打加速度不得小于400～500g（g＝9.8m/s2）。显然必须的振打加速度与粉尘的性质和烟气的条件有关，对于粘性大、潮湿、易结露的粉尘应采取较大的加速度值。
天津石化热电厂除尘振打装置由微机程控运行，由于大部分程控程序不能正常运行，从每次电除尘器大、小修时进入内部仔细检查来看，极板和极线都有不同程度的积灰现象，特别是二期两台电除尘器在2003年锅炉掺烧瓦斯气后，极板极线的积灰尤为严重。而且由于振打装置的振打周期及振打强度较小变动与烟尘的多变性不符，同时维护保养跟不上，设备的机械缺陷也影响振打效果。以上因素都会不同程度地影响电除尘器的除尘效率。
1.3.4电除尘器自身及输灰系统的影响
电除尘器内部结构因素往往与烟尘性质、操作因素一起对除尘效率产生影响。电除尘器工作条件比较恶劣，受到热胀冷缩、烟气冲刷、生锈腐蚀等不利影响，有的电除尘器异极间距大小已经发生变化，不在放电极距之内，这一点在电除尘器大、小修后进行空载升压试验时可以反映出来，闪络电压经常有达不到规定电压的现象，有的甚至电压升不起来。电除尘器经过长时间的运行，部分放电极变形，由于投油枪烧油导致极板、极线上油污、粘灰严重，使除尘效果严重下降。
除尘器本体外壳对除尘效率的影响主要表现在漏风上，有可能漏风的地方包括：人孔门、灰斗、振打装置处。漏风对电除尘的影响是全方位的，如容易引起二次飞扬、低温结露、发生电极腐蚀、绝缘部件爬电、造成冷热不均使物件变形、局部积灰、烟气流速不均等，其最直接的影响是增加了烟气的处理量。从除尘效率公式（式中：η—除尘效率，A—极板面积，ω—有效驱进速度，Q—烟气量），可知当Q增大时，η下降。
另外，当输灰系统出灰不畅，进料阀故障，可引起灰斗满灰，最终使电场短路跳闸。常发生短路还会使极板、极线使用寿命下降。还有因电除尘器灰斗加热不够引起结露腐蚀、变形、积灰的情况也不少。
1.3.5运行调整的影响
电除尘器的运行监视和调整，相对较少，因为大多数参数只是除尘器性能的反映，不能调整。但是可以通过一些参数来反映除尘效率，及时发现存在的问题。最重要的参数是电场V－I特性，通过V－I特性一般可以看出该电除尘器的运行状况。一台多电场的运行良好的电除尘器，其一般具有以下规律：
（1）从前电场到后电场，火花率逐步下降，如一电场火花率为100次/min，则末级电场为10～20次/min，或者更少。
（2）电晕电流逐步上升，至末级电场电流能够接近或达到额定电流，但一电场电流至少达到额定值的35％左右（0.5A），电压高低则要视烟气及粉尘情况而定，但末级电场电压一般最低，因为效率高的电除尘器，其末级电场的V－I特性已接近热态下的空载状态。
但从天津石化热电厂电除尘器来看，上述两点都不是很理想，尤其是末级电场的电流经常偏小，而前级电场的火花率也无明显的规律性，这说明已存在制约效率进一步提高的因素。可能以下几点不正常：
（1）电极上积灰严重，四电场灰细、粘附力强，积灰普遍较前级电场严重。
（2）是否存在漏爬电现象，后级电场灰斗比较容易堵塞，当局部积灰在电场未出现低阻性导通前，会出现以上情况。
（3）供电装置是否存在“假闪”现象，“假闪”可能由本机灵敏过高引起，也可能因接地、屏蔽没做好等。
运行调整还包括对仓泵输灰系统的监视调整，锅炉有关运行参数、飞灰可燃物和振打效果等的综合调整。
1.3.6其它因素的影响
影响电除尘器的其它因素还有电除尘器的元件特性、抗干扰性能等。若元件发生热击穿或特性改变，会使装置中各种控制信号发生改变，逻辑关系混乱，很容易引起频繁跳机，在天津石化热电厂实际运行中，经常需要更换高压控制柜相关的电路板。
2在运行中的合理调整
在影响电除尘器除尘效率的上述因素中，有的可从整个锅炉机组的合理调整中减少不利因素，创造有利条件来提高除尘效率。主要从以下几点着手：
2．1调整燃烧
当司炉在对锅炉进行燃烧调整时，不仅要考虑机组的安全性、经济性，也要考虑对除尘的影响，而实际上这两者是一致的，在调整上要做到：
（1）进行合理的配风，针对负荷和煤种的变化，及时调整风量和各一、二次风的分配，保证总风量适中，以烟气氧量控制在4.5％～5.5％为原则。烟气氧量过高将导致排烟量过多，会降低除尘效率。在实际运行中，因有负荷调峰的情况，当负荷变动时，如不相应调整，就有可能使烟量不合理地变化。在2006年3月份天津市电力监督检测中心对天津石化热电厂＃4、7锅炉分别进行了大修前热力检测，检测结果为：＃4锅炉的排烟氧量为7.54％，＃7锅炉的排烟氧量为4.79％。
（2）通过调整使飞灰含碳量控制在10％以内（当飞灰含碳量＞10％时，粉尘的比电阻将会小于104Ω·cm，会导致除尘效率急剧下降，二次飞扬比较严重），这是最基本的要求，在煤种变动不大的情况下，可以通过调整燃烧火焰中心，减少煤粉细度等方法来实现。天津石化热电厂锅炉飞灰含碳量一般在10％左右。
以上两点不仅对稳定燃烧有利，可降低飞灰、提高热效率，而且对除尘效果也有利。因此锅炉运行时，进行合理的燃烧调整有利于各方面的要求。
2．2对运行工况勤于监视调整
督促电除尘值班人员对运行工况勤于调整监视，对设备状况勤于检查，做到及时发现故障，及时消除。对一些特殊工况，如粉尘比电阻太高（现象为二次电压高，一、二次电流偏小），可在不影响环保的情况下，将该电场暂时退出运行进行停电振打（振打3min左右，如条件允许也可更长时间），也会收到较好的效果。
2．3加强对仓泵输灰系统的监视
当发现仓泵升压时间过长或不升压时，应迅速判明原因，防止仓泵漏气进电除尘器，引起二次飞扬。同时，对仓泵的出灰情况应时刻掌握，防止仓泵出灰不畅而导致灰斗积灰，这种现象在各电除尘运行中都经常出现，应吸取经验。必要时，可采用手动运行，加强出灰。当仓泵故障不能出灰时，要根据实际情况，适当降低对应电场的除尘出力，同时，应尽快恢复该仓泵的正常运行。
2．4制粉系统的调整
由于天津石化热电厂的输煤系统不能对各种煤进行配煤，有时煤种不合适时，可使飞灰含碳量上升到百分之十几，出现这种情况时，可及时调整制粉系统，关小粗粉分离器挡板，减小煤粉细度，降低飞灰含碳量，提高除尘效率。煤的干湿，同样对电除尘效率有影响，当煤太干时，会使粉尘比电阻太高，影响电除尘效率，所以当煤太干时要合理供煤，并及时将信息反馈给有关部门。
3测试和检修
电除尘器工作环境恶劣，长期受到冲刷，热胀冷缩。有时用水冲洗，加剧低温腐蚀生锈和灰斗积灰等，各部件的状况与刚安装时的状况变化很大，因此进行检修、测试并加以校正修复大有必要，这也是解决电除尘问题的根本方法。
3．1振打装置的维护与检修
良好的振打清灰效果不仅取决于粉尘的性质、振打周期、电场极板、极线的结构和固定方式，而且和后期的维护、检修质量密切相关。振打机构是电除尘器内部唯一影响除尘效率的活动部件。如果某一振打锤头或某一振打系统发生故障，则该系统的阳极板排或电晕极框架就无法清灰或者局部清灰不彻底，进而造成整个电场的电压值下降，影响除尘效率。
在日常运行巡检中检查阴、阳极振打装置是否运行正常，阴极振打保温箱是否密封完好。减速机是否漏油，油位是否正常。并及时补充、更换减速机润滑油。
振打装置经过检修后，振打装置应固定牢靠，不得有晃动。每个振打锤头应转动灵活，无卡死、碰撞现象。振打锤与臂应转动灵活，无卡涩现象。阳极振打装置提升自如，脱钩灵活。侧部振打轴中心线水平极限偏差为±1.5mm，其同轴度在相邻两轴承座之间不大于1mm，在轴全长上偏差不大于3mm。振打锤应打在锤座中心，允许误差为±3mm。
3．2电除尘器异极距的控制
电除尘器阴极线和阳极板的安装直接影响除尘效率，天津石化热电厂电除尘器运行多年，各通道异极距均有改变，应对极距不合格通道进行调整，直到合格为之。测异极距实质就是测放电极极距。
测量放电极距时，要先将阴极大框架固定，避免测量过程中出现晃动，影响测量精度。另外应注意阴极大框架与侧墙板、阴极瓷支柱与大梁内壁的距离。隔离开关柜内阴极引线与地之间的距离不能超过放电极距。
3．3空载升压试验
要注意在大小修后，对电除尘器进行的空载升压试验严格把关，这也是对电除尘器检修质量的最重要的考核指标。
3．4漏风率的控制
电力行业标准规定，电除尘器漏风率不大于3％，从实际运行情况来看，有时一、二次电流、电压均正常，但烟色仍不理想。这种现象一般是由二次飞扬所引起，而漏风率是引起二次飞扬的原因之一，因此，在日常运行和停运检修时，都要注意查找电除尘器本体焊口、人孔门、穿墙套管底部螺栓、灰斗等处的气密性，尽量减小漏风率，同时，对锅炉漏风点也应控制，减小进电除尘器的总烟气量。
3．5其它缺陷的消除
利用检修机会，对电除尘器内部的阴极线断线、掉刺变形现象予以消除，对各种设备，如高压控制柜，电加热装置、高压隔离开关与高压电缆、阻尼电阻等的异常，应及时发现并处理。对各种高压设备防潮、防尘方面要加以注意。如果条件许可，可以对电除尘器进行入口气流分布试验，并加以校正，使进入电除尘器的烟气均匀分布，避免气流长期偏斜。从电除尘器生产厂家的经验表明：当气流分布不均时，对电除尘器除尘效率的影响后果不亚于电场力对粉尘的影响。
提高电除尘器的辅助设施与配套设备的可靠性，这些尽管技术要求不高，但如果轻视的话，带来的后果却很严重，尤其需要注意的是输灰系统的可靠性，从实际运行情况来看，在影响电除尘器投运率的各项因素中，输灰系统的故障占了30％左右。尽管天津石化热电厂的输灰系统工作状况较好，但也存在一些问题，常见的有气力输灰不畅、灰斗堵塞以及进出料阀故障和灰斗灰位信号不准引起电场满灰短路等。
4结束语
电除尘器除尘效率的高低直接影响到电厂的社会效益和经济效益。从实际情况来看，上述措施不难操作，只要有针对性的加以实施，必将使天津石化热电厂电除尘器的除尘效率得到提高，达到环境保护的要求。
参考文献
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［3］石油化工设备维护检修规程．第8册，电站设备/中国石油化工集团公司，中国石油化工股份有限公司修订．—2版．北京：中国石化出版社，2004，749～752。
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