影响电除尘器运行参数的主要原因及对策
摘要：本文通过对影响电除尘运行参数的常见原因分析并结合神头第一发电厂三期电除尘（#5——#8电除尘）多年来运行参数的实际状况和常见故障探讨，找出当前影响神一三期电除尘运行参数的主要原因：电场部分极板极丝腐蚀、变形、间距改变；振大强度不够；高压电缆老化；本体磨损漏风；升压变容量不足等并提出相应的对策：更换部分极板极丝及老化的高压电缆；全部采用宽间距、双侧振打改造；彻底消除漏风；合理调整燃烧、降低排烟温度等，以达到三期电除尘运行参数最佳、除尘效率最佳的目的。
关键词：参数原因分析对策
1.概述：
电除尘器一般是利用直流负高压使气体电离、产生电晕放电，进而使粉尘荷电，并在强电场力的作用下，将粉尘从气体中分离出来的除尘装置，其特点是除尘效率高，普遍在99%以上，设计效率最高可达99.99%，一般能保证除尘器出口含尘浓度为50—100毫克/米3阻力损失小，一般为49—196Pa，因而风机的耗电量少，按每小时处理1000m3烟气量计算，电能消耗约为0.2—0.8KW/h,处理烟气量大，对烟气浓度的适应性较好，运行费用低。但其一次性投入与钢材消耗量大，占地面积大，对制造、安装和操作水平要求较高，对烟气温度变化较敏感，应用范围受粉尘比电阻的限制，据资料记载：电除尘器最适合的比电阻范围为104—5×1010(Ω·cm)，若在此范围外，则需采取一定的技术措施。
神一三期四台电除尘器是由捷克的机械部分和东德的电气部分组成，由于设计、制造、安装、均存在不合理因素，投运以来，运行参数一直不佳，从未达到设计参数，经过工程技术人员和有关专家的多次研究探讨，又经过机械、电控系统的技术改造，虽然有所好转，但仍未达到额定运行参数值。特别是近几年来，随着设备的老化，运行参数一直不稳，经常出现：二次电压低甚至接近为零或升至较低电压便发生闪络；二次电流升不起维持在低电流运行或二次电流不稳定急剧摆动等现象。根据我们多年的运行、检修经验和技术分析，对影响我厂三期电除尘器运行参数的原因及对策作以下探讨。
2.影响运行参数的原因分析：
2.1反电晕对运行参数的影响：
电除尘器最适合的粉尘比电阻范围为104—5×1010(Ω·cm)，而我厂粉尘比电阻经测试为1011—1013(Ω·cm)，超过此临界值则为高比电阻粉尘。所谓反电晕就是指沉积在收尘极表面上的高比电阻粉尘层所产生的局部放电现象。当粉尘比电阻超过临界值1010(Ω·cm)，后，电除尘器的性能就随着比电阻的增高而下降。比电阻超过1012(Ω·cm)，，采用常规电除尘器就难以达到理想的效果。这是因为：若沉积在收尘极上的粉尘是良导体，则不会干扰正常的电晕放电，当如果是高比电阻粉尘，则电荷不易释放。随着沉积在收尘极上的粉尘层增厚，释放电荷更加困难。此时一方面由于粉尘层未能将电荷全部释放，其表面仍有与电晕极相同的极性，便排斥后来的荷电粉尘。另一方面由于粉尘层电荷释放缓慢，于是在粉尘间形成较大的电位梯度。当粉尘层中的电场强度大于其临界值时，就在粉尘层的孔隙间产生局部击穿，产生与电晕极极性相反的正离子，所产生的正离子便向电晕极运动，中和电晕区带负电的粒子。其结果是电流大幅度增大，电压降低。运行参数及为不稳，电除尘性能显著恶化。
电除尘器的性能超过临界值1010(Ω·cm)，后随着比电阻的增高而下降也可根据欧姆定理来论证：电流通过具有一定电阻的粉尘的电压降为
△U=j*Rs=j*póR(V)
其中：j——粉尘层中的电流密度（A/cm）
óR——粉尘层厚度（cm）
p——比电阻(Ω·cm)，
作用于电极之间的电压为
Ug=U-△U=U-jpóR(v)
U——电除尘器外加电压
由上式可看出：如果粉尘比电阻不太高，则沉积在收尘极上的粉尘层中的电压降对空间电压Ug的影响可或略不计。但是随着比电阻的升高，若超过临界值1010(Ω·cm)，后，则粉尘层中的电压△U变得很大，达到一定程度致使粉尘层局部击穿，并产生火花放电，即通常所说的反电晕现象。
概括地说，反电晕对电流—电压特性最明显的影响是：
a).降低火花放电电压，使二次电压降低；
b).形成稳定的反电晕陷口而发生电流的突变或非连续性，使运行参数及为不稳；
c).最大电晕电流大为增加，在即将发生火花放电时，二次电流为正常电流值的好几倍。
防止和减弱反电晕的措施是[3]：设法降低粉尘比电阻，使粉尘层不被击穿。主要方法有以下几种：
对烟气进行调质处理。（其中有：增湿处理；化学调质处理）
采用高温电除尘器。
采用宽间距电除尘器。
4)采用高压脉冲供电系统，是彻底消除反电晕，解决高比电阻粉尘不易捕集的最有效的手段。其简单原理是在直流电压的基础上跌加作用时间很短的脉冲电压。直流电压为临界起晕电压，脉冲电压使气体电离产生电晕电流。这种供电方式，可在不降低电场电压的情况下，通过改变脉冲电压的频率和宽度来控制电晕电流。使沉集在收尘极上粉尘层的电晕电流密度和比电阻的乘积永远低于粉尘层的击穿电压，从而彻底避免反电晕现象。同时还将使电除尘器的能耗大幅度地下降，具有很大的经济效益。美国、日本、丹麦等国早已成功运行并已证实了实际的使用效果。是我国电除尘的发展、应用方向。
神一除尘器的粉尘比电阻经环保设备厂测试为1011—1013(Ω·cm)，，是高比电阻粉尘，不利于收尘，运行中电场内经常发生反电晕现象，由于频繁的放电，严重影响运行参数的升高。根据这种状况并结合解决我厂除尘器的其他问题，前几年#5、#8电除尘器进行了宽间距改造，同极距由300mm加到400mm,运行电压由30KV升到45KV左右，同时又采用了高压微机控制，运行参数有所提高，在很大程度上防止和减弱了反电晕现象，但仍未完全消除。#6、#7电除尘器一直未改造，随着设备的老化，不仅反电晕现象时有发生，而且还暴露出电晕线肥大和阳极板粉尘堆积的情况，严重影响运行参数的稳定和提高，有待于今后作全面的改造。
2.2电晕线肥大和阳极板粉尘堆积对运行参数的影响：
电晕线越细，产生的电晕越强烈，但因在电晕极周围的离子区有少量的粉尘粒子获得正电荷，便向负极性的电晕极运动并沉积在电晕线上，若粉尘的粘附性很强，不容易振打下来，于是电晕线的粉尘越集越多，即电晕线变粗，大大地降低电晕放电效果，这就是电晕线肥大；粘附性很强的粉尘有时还会在阳极板上堆积起来。以上两种情况都会使运行参数明显降低。其产生的原因主要有以下几方面：
1）除尘器低负荷或停止运行时电除尘的温度低与露点，水或硫酸凝结在尘粒之间及尘粒与电极之间，使其表面溶解，当除尘器再次运行时，溶解的物质凝固或结晶，产生大的附着力。
2）由于粉尘的性质而粘附，探索使用合适的煤种加以解决。
3）部分极板、极丝腐蚀严重，吸附在表面上的粉尘振打不易清除，虽然利用停炉机会更换部分阴极丝，但腐蚀的阳极板需等到大修才可更换。
4）漏风使冷空气从检查门、烟道、伸缩节、绝缘套管等处进入电场，不仅会增加烟气处理量，而且会由于温度下降出现冷凝水，引起电晕极结灰肥大、绝缘套管爬电和腐蚀等后果。
5）振打强度不够或振打故障，造成电晕线肥大和阳极板粉尘堆积，影响电流电压的升高。我们在日常实践中发现：当电流电压明显降低，经调整微机不起作用时，暂停电场几分钟（振打继续运行）重新投入后电流电压明显升高，而过几分钟后运行参数又返回原来状态，充分说明振打强度不够。98年针对阳极振打两电场共用一套易发生犯卡的问题对#6电除尘器进行双侧振打改造后，经过长期的运行观察我们发现不仅犯卡故障明显减少，而且电晕线肥大和阳极板粉尘堆积的情况也得以大幅度改善。
2.3电晕闭塞对运行参数的影响：
当含尘气体通过电场空间时，粉尘粒子与其中的游离离子碰撞而荷电，于是在电除尘器内便出现两种形式的电荷——离子电荷和粒子电荷。故电晕电流一方面是由于气体离子的运动而形成，另一方面是由粉尘粒子运动而形成，但是粉尘粒子大小和质量都比气体离子大的多，所以气体离子的运动速度为粉尘离子的数百倍（气体离子的平均速度为60-100m/s,而粉尘离子的速度小于60m/s）这样，由粉尘离子所形成的电晕电流仅占总电晕电流的1-2%，随着烟气中含尘浓度的增加，粉尘离子的数量也增多，以致由于粉尘离子形成的电晕电流虽不大，但形成的空间电荷却很大，接近于气体离子所形成的空间电荷，严重抑制电晕电流的产生，使尘粒不能获得足够的电荷，以致二次电流大幅度的下降，若含尘浓度太大时，可能使电流趋于零，使运行参数明显下降、收尘效果明显恶化，这种现象称为电晕闭塞。其产生的原因主要有以下几方面：
1）烟气含尘浓度大。据我们多年的观察发现：三期电除尘有时由于煤质的不同含尘浓度大时，电除尘的电流电压都受到不同程度的影响，（特别是一、二次电流下降尤为明显）下灰斗量很大，收尘效果恶化；同样工况的电除尘器，不作高压微机电控系统和振打微机电控系统的任何调整，有时电流电压很高，下灰斗量正常，说明烟气含尘浓度对电除尘的运行参数影响很大。
2）烟气流速（电场风速）增加，也会在不同程度上产生电晕闭塞现象。三期电除尘器设计的烟气流速为1.159m/s,若烟气流速超过此参数，则必然会影响到运行中电流电压的升高。电除尘器是负压运行，当本体的联结处密封不严而漏风时，冷空气就会从外部进入电场，使通过电除尘器的烟气流速增大，则在每一单位时间内停留在电场中的烟尘量增大，因而会在不同程度上产生电晕闭塞现象，使运行参数恶化。
为减小烟气含尘浓度大的影响，前几年利用大修将三期电除尘的电晕线由锯齿线改为适于捕集高浓度粉尘的芒刺线，改造后电晕闭塞现象明显减少；但随着近年来除尘器本体的老化，除尘器到大修周期因其他原因而未能及时安排大修，漏风增多未能彻底治理，导致电晕闭塞现象又有所增加，运行中二次电流有时明显下降，甚至使电流趋于零。
2.4锅炉排烟温度和压力对运行参数的影响：
烟气的温度和压力影响电晕始发电压，起晕时电晕极表面的电场强度、电晕极附近的空间电荷密度和分子离子的有效迁移率等，温度和压力对电除尘器性能的某些影响可以通过烟气密度ò的变化来分析。
ò=ò0*T0/T*P/P0 （kg/m3）
ò0——烟气在T0和P0时的密度（kg/m3）
T0——标准状态的温度（273k）
P0——标准状态的大气压（101325pa）
T——烟气的实际温度（k）
P——烟气的实际压力(pa)
由上式可知：参数ò随温度的升高和压力的降低而减小，当ò降低时，电晕始发电压，起晕时电晕极表面的电场强度和火花放电电压等都要降低，致使二次电压升不起来。这是因为：当ò减小时离子的有效迁移率由于和中性分子碰撞次数减少而增大，因为在外加电压一定的情况下，这将导致电晕极附近的空间电荷密度减小和收尘极的平均电流增大。电晕极附近的空间电荷密度减小，导致在电晕极表面以较低的电场强度获得一定的电晕电流，于是当ò减小时，为了在阳极板上保持一定的平均电晕电流密度，则外加电压必须降低，致使运行参数降低。
神一三期锅炉排烟温度最高可达到180℃左右，而电除尘器的最佳运行温度是140℃—150℃，在这种高温下运行将直接影响电除尘的二次电压和二次电流的升高。而烟气压力经过以前的测试影响不大，所以降低锅炉排烟温度有利于提高电除尘的运行参数。
2.5.高压短路对运行参数的影响：
高压短路直接影响电除尘运行参数，发生高压完全短路后，二次电流I2上升，二次电压U2=0，相应的电场失去除尘作用，为防止短路电流烧毁电场或损坏整流变，必须紧停相应的控制柜，可见：高压短路对电除尘运行参数影响最大。高压短路时的现象和原因主要有以下几方面：
1）运行中的电除尘器当二次电流I2上升，二次电压U2下降（有时U2=0）就有高压短路的重大嫌疑；当I2.U2的变化值不大，则是由于烟气条件发生了变化，导致负荷加重，导致外部回路的压降降低，或是由于整变变二次输出抽头位置不合适以及电场绝缘降低的原因，此时应从电场本体上查出绝缘降低的原因，调整锅炉运行工况，或改变整流变的二次抽头位置。
2）当U2下降较大，二次电流表、二次电压表反向大幅度摆动时，即二次电压表瞬间下降至零值，而二次电流表瞬时大幅度上升时，此时多是由于电场本体内部阴极线或阳极板断裂或开焊，异极距在烟气流动条件下时大时小，甚至短路（此时I2至表头，U2=0）整流变噪声忽大忽小，温升较高，从设备安全角度应紧停高压柜运行，待停炉后处理电除尘本体。
3）I2较正常值偏大，U2=0表针无摆动，其原因大多是：
（1）电场内极板、极线完全短路或积灰短路、高压电缆对地击穿。
（2）电场或阴极绝缘瓷瓶严重受潮或进水绝缘降低甚至到0、进水使阴极绝吊杆在运行中放电而碳化完全失去绝缘作用，造成高压短路。高压瓷瓶破裂。
（3）变压器故障。
神一三期电除尘由于部分设备的老化，在运行中经常出现电场绝缘低、甚至为零或高压电缆老化对地击穿的现象，严重影响电除尘运行中的电流电压参数，急需利用大修进行部分设备的更换。
2.6微机控制柜的运行环境及电除尘器升压变容量不足对运行参数的影响：
微机控制柜的周围环境好坏直接影响到微机内部电控元件能否正确的执行和反馈控制，若电控元件集灰太多，势必会影响散热引起温度升高，从而误发信号、严重影响运行中的电流电压参数。三期电除尘由于投产安装时配电室密封不严，在电除尘运行时大量的灰尘进入配电室内，严重影响微机控制系统的正确动作，虽然加强了定期的清扫，但远远不能满足微机运行的需要。目前，除#5电除尘配电室经大修改造环境有明显改善外，#6、#7、#8电除尘配电室的环境在运行中仍很恶劣，急需彻底整改密封。
电除尘器的升压变对运行参数影响很大，由于神一电除尘器的机械部分由捷克制造，而电控柜和升压变由东德制造，设计时没有进行严密的配套计算，电除尘器的收尘面积太大，相当于国产30万机组电除尘器的收尘面积，升压变的容量较小。而升压变容量足够大时，负载变化对其输出电压影响很小，反之升压变容量不足则负载变化对其参数影响就大，由于设计时升压变与本体容量不配套，升压变的容量较小，所以，当电流上升时，变压器本身整流硅堆、阻尼电阻及高压电缆压降很大，从而降低了电场的电压，使电场电压和电流都不能升高，参数达不到额定的要求。
解决办法是：加宽极距，减少收尘面积，（#5、#8电除尘器以实施）但此方法同样受变压器最高允许电压的限制，电压达到额定的55KV时，变压器已经过流。故根本解决办法是更换大容量的升压变压器。
3.结论：
通过以上分析可知影响当前神一三期电除尘运行参数的主要原因有：
尘比电阻大。排烟温度高。
部分极板、极丝腐蚀、变形、间距改变。
振大强度不够。
高压电缆老化；本体磨损漏风；部分保温箱漏风、漏雨、保温不足。
升压变容量不足，运行参数达不到额定值。
配电室密封不严，微机运行环境差。
4.措施与对策：
针对目前的情况应采取的措施及长远对策为：
选择合适煤种并合理燃烧、降低排烟温度。
利用大修机会，更换腐蚀、变形的极板、极丝及不合格的高压电缆、彻底消除漏风、投入保温箱加热。彻底解决#6、#7、#8配电室密封不严问题。
全部采用宽间距、双侧振打改造（#5、#8已采用宽间距、#6已采用双侧振打）。
更换大容量的升压变压器或采用高压脉冲供电电源。
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