05 烟囱烟气携带灰团原因分析.doc

全国火电大机组（600MW级）竞赛第9届年会论文集环保烟囱烟气携带灰团原因分析黄健孙国尹君尹民权孟庆华（华电国际邹县发电厂）摘要：本文主要针对邹县电厂三期锅炉的烟气携带灰团的现状，从电除尘器的设计、监造、安装以及电除尘器运行管理应注意的几个方面，分析了影响电除尘器除尘效率的因素。提出了锅炉改造，配套取干除灰设备的设计、管理应注意的问题。关键词：电除尘器 效率降低分析 1概述华电国际邹县发电厂现总装机容量为2540MW，是山东电力网的主力电厂。一期、二期工程230OMW机组是我国最早自行设计制造 (经改造后目前四台机组实际出力均为335MW) 的国产机组，已分别于1985年1989年建成投产。三期工程2600MW机组是国内最早采用引进技术国产化的600MW亚临界机组。分别于1997年1月和11月投产。该锅炉是美国Foster Wheeler公司生产的亚临界中间再热自然循环单汽包2020t/h燃煤锅炉。早期人们对待锅炉燃烧后的烟气没有采用除尘设备前，只是注重燃烧的调整，以烟囱不冒黑烟为标准，后来出现了各种干式和湿式除尘设备，以湿式除尘效率最高，除尘效率可以达到80%90%，到了上世纪70年代后期，广泛使用的水膜式除尘器采用了入口烟道螺旋进入、出口烟道轴向引出技术，还在入口烟道加装文丘里喷嘴，此等水膜式除尘器效率也只有95%左右。人们发现烟囱逸出的烟气具有动能和热浮力，可以使烟气不致迅速与周围的空气混合而继续上升，从而使其中的污染物得到更大程度的扩散和稀释，因此就将烟囱向更高的高度发展以减少飞灰污染，到了20世纪80年代，美国的烟囱达到368米，前苏联则高达450米。中国当前的大气污染物中，粉尘的71%来自煤的燃烧。截止到2000年从排放量来看，电站锅炉粉尘排放量约2800吨/年，其中1700万吨是由煤燃烧产生的，而25%是电站排放的。由此引发的环境问题日趋严重，为了给人类的生存和繁衍创造一个良好的环境，随着经济的发展和科学技术的提高，电除尘器以除尘效率高开始广泛推广使用。特别是300MW及以上机组普遍采用。随着科学技术的不断进步，人们对控制环境污染的认识有新的提升，已经不再只是注重锅炉烟尘浓度的排放，而是提出了一个新的环保理念，即称为“环保设备”。按照新的环保理念设计安装的电厂已不只注重电除尘器方面，环保设备包括除尘、脱硫、脱氮、脱碳、脱硝、除氯、除重金属等。而NOX则在脱硫过程中被催化裂解变成氮气和水排入大气。按照国家规定，一般地区大气中粉尘的浓度为：任何一次测定结果的最高允许浓度为0.5mg/m3，任何一日的平均最高允许浓度为0.15 mg/m3。我厂综合分析了本地区的风特征，逆温层，垂直运动和大气稳定状况等扩散气象条件，确定50米以上为有利烟体扩散的高度，故烟囱的高度（烟囱高度+烟体抬升高度）应不低于350米。根据计算，210米烟囱不能满足1200MW容量的排放要求。而240米高的烟囱在1200MW容量时，能满足排放要求。故确定两台锅炉合建一座单管普通烟囱。240米高的烟囱，烟囱出口内径10米，出口烟气流速29.5m/s，抬升约800米，减轻二氧化硫的污染。因此为了减少飞灰污染采用静电除尘器。电除尘器的除尘过程由三个基本阶段，a）尘粒荷电；b）收尘；c）清除所捕集的尘粒。实际上除尘器中尘粒荷电，是通过电晕放电产生大量离子并使其附着在尘粒上来实现的。它由放电极（负极）、集尘极（正极）、高压直流供电装置、振打装置等。邹县三期每台锅炉配置两台卧式双室四电场干式静电除尘器。电除尘器主要技术规范见附表1。附表1邹县电厂一、二、三期电除尘器技术规范类别一、二期（300MW）三期（600MW）电除尘器生产厂家长春发电设备修造厂浙江电除尘器总厂电除尘器型号DC2.3-245（DC244.8）2 FAA445 M476-135（F410-4）形式卧式双室三电场干式静电除尘器卧式双室四电场干式静电除尘器台数2台/炉2台/炉有效截面积245 m2/台410.4 m2/台设计静化效率99.5%99.6%入口烟气中含尘量29 g/m3（最大含尘量35 g/m3）31 g/m3出口烟气中含尘量0.15 g/m30.25 g/m3入口水蒸汽含量7.195处理烟气量/最大处理烟气量9.17105 m3/h台1.0087106 m3/h台1796070 m3/h台 (设计煤种)1806765 m3/h 台(校核煤种电场有效长度39903 mm45004mm烟气温度150160136(暖风器投入时可达 145 )烟气露点温度102102烟气流速0.983 m/s0.916 m/s同极间距300（II期二、三电场405）mm400 mm电场供电额定电流I期1200 mA1200 mA电场供电额定电压I期60kV / II期第一电场：60kV第二、三电场：72kV72kV阴极线材料及形式第一、 二电场：管状芒刺线第三电场：锯齿线SPCC 新型管状芒刺线2电除尘器存在问题邹县发电厂#5、#6炉电除尘器自从1987年投产以来，每台锅炉的电除尘器一直运行比较正常，除尘效果很好。自从2002年4月份以来，除尘效率不稳定，发现有时烟囱逸出的烟气浓度偏高，在厂区偶尔出现极细的飞灰结成的小灰团下落，发现在飞灰下落时的特点不是细小灰尘，而是成颗粒状的小灰团。到2004年落灰团的次数明显增多。经过观察发现落灰团的规律是；落灰团时间多发生在夜间，而且冬季出现的概率比较高，低负荷时比高负荷时明显，一、二期烟囱比三期烟囱落灰严重。通过笔者在厂区不同位置做的10多个飞灰沉降观测平台，发现在落灰团时，三期烟囱落下的灰团颗粒比较小，颗粒直径约为1mm左右，每平方米每日沉降飞灰颗粒大约有1319个，根据笔者经验推断其除尘效率已经接近95%。一、二期烟囱落下的灰团颗粒比较大，颗粒直径约为3mm左右，大约每平方米每日沉降飞灰颗粒1728个之间，根据笔者经验推断其除尘效率已经接近92%。3造成电除尘器效率降低的原因分析3.1粉尘的比电阻；3.1.1粉尘比电阻和除尘效率的关系:粉尘的比电阻是决定电除尘器除尘效率高低的一个主要因素。一般要求烟尘的比电阻在1041012 欧姆-厘米为最佳，我厂燃用煤种的比电阻在1012 属于最佳范围的高限，只要保证电除尘器入口温度在120130之间，就能降低比电阻（）值。1012欧姆-厘米，除尘效率趋于恶化。3.1.2温度影响：电除尘器入口温度降低（低于120），粉尘表面吸附水蒸汽和其它化学导电物质，形成一层导电薄膜，比电阻值降低。电除尘器入口温度升高（高于130），导电能力增加，比电阻值下降。运行中电除尘器入口烟气温度变化；#5、#6锅炉设计排烟温度135，由于锅炉负荷、煤质、燃烧等工况变化使得排烟温度降低；随着环境温度的变化排烟温度也有不同的变化，加上后部烟道（电除尘器入口）漏风，特别是冬季锅炉的排烟温度就更低至110左右，有时甚至100以下（见附表2）。#5、#6电除尘器设计烟气温度136 。由于排烟温度的降低使得烟气含尘量水分增加，灰尘容易粘结在阴极线和阳极板上，不容易振打下来。如果电除尘器内温度长期低于102 的烟气露点温度，不但造成除尘效率下降更会对电除尘器造成严重腐蚀。附表2近年来#5、6锅炉冬季排烟温度炉号时间排烟温度电负荷MW备注甲侧乙侧平均#5炉2003.12.15. 13:10123126124.5420吹灰后#5炉2003.12.25. 8:10102/119/135103/124/137118.7/121.3323未吹灰#5炉2003.12.26. 8:10103/121/140103/124/137121.3/121.3346未吹灰#5炉2003.12.27. 8:10102/119/135104/123/138118.7/118.7302未吹灰#5炉2003.12.30. 8:10105/122/138102/126/134121.7/120.7317未吹灰#6炉2003.12.26. 8:10139/129/104124/103/135120.7120.7338未吹灰#6炉2003.12.27. 8:10138/123/99122/103/132120/119301未吹灰#6炉2003.12.29. 8:10136/122/102125/107/132120/121.3317未吹灰#6炉2004.2.1. 21:42119119119335吹灰后#6炉2004.12.29. 22:52119121120346吹灰后#6炉2005.1.2.10:00122126124470吹灰后3.1.3湿度影响：当电除尘器入口温度在90150范围时，水份对各种矿物粉尘的比电阻值影响很大，比电阻值随湿度的增加而减少。电除尘器入口烟气中水蒸汽含量按照7.195左右设计。经过空气压缩机压缩后的压缩空气中水分子以过热蒸汽的形式存在，水分子的含量约(1040)g/m3，随着压力的降低水分子变为饱和状态，一般压缩空气的露点低于环境温度520，大量的压缩空气进入电除尘器将增加电除尘器入口烟气中水蒸汽含量。自从2002年以来投入运行的#5、#6锅炉电除尘器取干灰系统，全部采用大仓泵式压缩空气干灰输送系统，多少都会加重电除尘器的漏风。设计取干灰系统，即在电除尘器的第一电场直接安装（4只）大仓泵式取干灰系统，在第二、三电场采用链式输粉机加（4只）大仓泵式取干灰系统。输粉机轴承等不严密处漏风，大仓泵每输送一个仓泵干灰的切换时间设置为300秒置换一次，当进行置换时，大仓泵内压缩空气（一个大仓泵体积约2.15m3左右）会通过排气管道排至电除尘器入口端，不但增加了电除尘器的漏风系数，降低了电除尘器入口烟气温度，由于其排气气流的直吹方向还会引起灰尘二次飞扬。更为严重的是，由于取干灰的螺杆式压缩机压缩出的压缩空气不是净化空气，除了含有水份以外关键携带一定数量的机械润滑油，一般螺杆式压缩机压缩出的压缩空气中的含油量为(40300)mg/m3。从大仓泵内排出的这种气、油、灰黏结性极强，粘结在极线上，不容易脱落，还会烧结成黑色的灰球，从而大大的降低了电除尘器的除尘效率。3.2气流的均匀性；3.2.1除尘器效率直接与烟气流速有关，一般设计流速在(11.5)m/s范围内，烟气流速过高，烟尘在电场内停留时间缩短，同时还会直接冲刷尘层或恰值振打时将灰尘吹起引起二次飞扬。由于实际运行中电除尘器内部各部位的烟气流速各不相同，通过等速线可以看出，流速增大（接近1.5m/s）除尘效率下降，而且流速偏差越大，除尘效率下降也越大。已经通过实例证明：仅仅改善气流的分布，就可以将效率由60%70%提高到95%以上，反之气流的突变同样会引起电除尘器效率恶化。一般提高气流均匀性的措施之一就是在电除尘器入口加装均流板。由于气流对电除尘器入口均流板的冲击、磨损，以及长期震动和失修出现均流板、导流板等损毁。2005年2月11日检查发现#6炉电除尘器入口均流板损坏情况；A侧通道入口均流板脱落10多，B侧通道入口均流板脱落20多块，C侧通道入口均流板局部脱落，D侧通道入口均流板脱落30多块。均流板的开孔率是通过测试的，现在的均流板脱落位置多数正对烟道的位置，形成了十多米高，几米宽的气流通道，造成了现在气流的不均匀。由于局部的均流板被损坏导致气流分布不均匀。3.2.2除尘器进口的含尘浓度：电除尘器内的电晕电流是由气体离子和烟尘离子二部分组成。如果烟尘浓度增加，则电场内的烟尘离子就会增加，从而抑制了电晕电流的产生，使某一些烟尘得不到足够的电荷，使除尘效率下降。如果含尘浓度很高，由电晕区产生的离子都沉积到灰尘上，离子的活动达到极小值，这是电流几乎减少到零，也就是通常说的“电晕闭塞”。当煤质变差和气流不均匀时均会对含尘量有所影响，但是除尘器进口的含尘量只要不大于50g/ m3即可。3.2.3电除尘器入口含尘量设计在31 g/m3。按照我厂入炉煤灰份升高20%25%，可使锅炉的飞灰浓度升高20%左右。由于煤的发热量降低就使得锅炉的燃料量增加，由于一、二次风增加，造成锅炉烟气量增加，而烟气量的增加又提高了烟气流速，又加重了尾部受热面的磨损。由于电除尘入口含尘量增高，不但造成电除尘器烟气处理量超负荷运行其磨损也加重。从理论计算得出，飞灰浓度升高1倍，则磨损速度升高23倍，磨损速度会升高56倍。对于电除尘器内部的磨损不但是阴极线、阳极板、框架和支撑，主要是飞灰对电除尘器入口均流板和导流板的磨损影响最大。通过附表3、4可以看出两种（设计、校核）煤种由于灰份升高5.69%，则每年#5、#6锅炉多排放灰41.34万吨。设想现在煤质灰份从校核煤种的基础上再增加5.69%，加上发热量的降低，电除尘器的排灰量可想而知。附表3#5、6锅炉设计煤种灰渣量灰渣量容量MW小时灰渣量（t/h）日排灰渣量(t/h)年排灰渣量(万t/年)灰渣灰渣灰渣灰渣灰渣灰渣160067.7417.0084.741354.8340.01694.844.0311.0555.082600135.4834.00169.482709.6680.03389.688.0622.1110.16附表4 #5、6锅炉校核煤种灰渣量灰渣量容量MW小时灰渣量（t/h）日排灰渣量(t/d)年排灰渣量(万t/年)灰渣灰渣灰渣灰渣灰渣灰渣160091.8723.06114.931837.4461.22296.659.7214.9974.712600183.7446.12229.863674.8922.44577.2119.429.98149.423.2.4为了减少电除尘器的入口的含尘量，在#5、6锅炉的尾部烟道设计了省煤器下部和预热器底部排灰系统（排灰量见附表5）。省煤器和预热器放灰斗设计在省煤器和预热器下部转向室处，因为转弯烟道外侧飞灰浓度大，流速低，当烟气有下行烟道转入水平烟道时，由于气流转弯，较大颗粒被抛向后墙及灰斗内，再经灰斗下部落灰管排出。由此看出一台锅炉的省煤器和预热器放灰系统每小时排灰量9.1吨，每日要从此处排放183多吨较大颗粒的灰。由于种种原因，我厂#5、#6炉省煤器和预热器后部排灰系统从2002年开始不能正常投入使用，已经全部停用，如此大量夹带着较大的颗粒的灰尘，必然加剧电除尘器入口均流板、支撑以及烟道的磨损。附表5#5、6锅炉各部分灰渣量分配比序 号项 目单位数据备注1渣占总灰渣量%20FWEC提供2省煤器放灰斗排灰占总灰量%5FWEC提供3空气预热器放灰斗排灰占总灰量%5FWEC提供4灰应占总灰渣量%80FWEC提供3.2.5入炉煤灰份和发热量的变化：我厂三期锅炉设计煤种为兖州矿区煤，煤质的简要成分和耗煤量见附表6。由于近年来煤质变化，原煤灰份增加，发热量降低。随炉烟排出的灰量取决于燃料的种类、性质、燃烧方式和锅炉的容量。我厂设计煤种的灰份含量为28%左右，2002年以来进煤灰份偏高，特别是汽车进煤灰份达40%(有时还高)。煤的发热量也偏低，有时只有1873 kJ/kg。附表6 #5、6锅炉燃煤量及灰份锅炉号燃料收到基低位发热量灰份耗煤量Qnet.v.arAart/ht/d104t/a5、6设计煤种4672kJ/kg28.74%502.810056266.5校核煤种4114kJ/kg34.43%57011400302.1 注:日利用按照20小时，年利用小时数为5300小时。3.3操作技术3.3.1阴极线积灰：在阴极线产生电晕后，极线周围由于电离的产生，有许多带正电荷的离子就吸附在阴极线上。虽然烟气中只有约1%1.6%的尘粒吸附在阴极线上，其所带电荷的总量与吸附在阳极板表面尘粒所带电荷的总量基本相等。而电荷的全部中和又需要一定的时间，这个过程比阳极板表面电荷的中和时间相对来说要长的多。这使尘粒更为牢固地吸附在阴极线上。这一现象当烟尘中含尘量增加时，出现更快，也更严重。如果不及时清除或清除不掉，则阴极线上的积灰将迅速增厚出现通常说的“阴极肥大”现象。尘粒厚厚地包围在阴极线上，使电晕现象大大减弱直到消失，出现电晕闭塞。进入电除尘器的压缩空气中含的油分子同样会加重这一现象，当然都与烟气的含尘浓度有关。3.3.2粉尘聚集在阴极线和阳极板上，必须定期予以清除，才能使除尘器运行正常。清灰的好坏是保证电除尘器正常工作的重要条件之一，也是影响最终除尘效率的重要因素。在振打强度已定的条件下，则振打频率应根据锅炉负荷的变化而设定。阴极线的振打：阴极线积的粉尘一般都比较少，但是对放电的影响很大，如果粉尘不能及时清除掉，就会在阴极线上产生灰球封闭和灰柱，使除尘效率降低。当灰球封闭和灰柱达到一定程度时，甚至会使除尘器完全停止工作。因此对阴极线通常采用连续振打方式，使粉尘到达阴极线后能很快被振打下来。阳极板的振打；阳极板上的集尘最后是否落入灰斗对电除尘器的除尘效率影响很大。所以对于阳极板的振打均采取间歇振打。振打强度的大小应考虑到阳极板上的尘层在振打后能剥落入灰斗，又要使剥落的片状灰团尽量不再破碎造成二次飞扬的增大，从而影响除尘效率。振打时间的间隔，应由阳极板上集尘的厚度来决定。厚度一般(510）mm左右。由于沿气流方向各电场集尘程度不同，故各电场的振打时间间隔也不同。一般第一电场粉尘的沉降量约为出口电场的10倍，所以最后一个电场的振打频率比入口电场低的多。要恰到好处地根据各电场捕集的粉尘量来分别确定各电场的最佳振打间隔时间比较困难。同时要考虑振打加速度。投产初期设定的振打周期是按锅炉高负荷设定的，现在锅炉的负荷变化频繁，峰谷差大，所以必须根据运行规律重新科学的设定振打时间的间隔。3.3.3锅炉投油助燃或煤、油混烧：一般点火初期要在锅炉热负荷达到50%60%以上停用油枪以后，方可投入电除尘器运行。由于机组正常运行中低负荷运行或燃烧不稳定时投油助燃，加上近年来由于煤质变差，夜间电负荷过低造成投油稳燃。三期锅炉制粉系统切换的设计程序是：每次启动磨煤机前自动投入油枪，一般烧油30分钟左右。而需要停止的磨煤机烧油约20分钟左右。由于煤、油混烧容易产生燃烧不完全，特别是油枪的雾化程度不好时尤其明显，会加重电极表面积灰。特别是尾部两个电场由于灰细，粘性好，振打时不易脱落，造成阴极线电晕放电受到抑制。3.3.4运行中阴极振打锤、振打砧发生脱落现象。阴极振打耐磨套、轴瓦，阴极传动托辊、托轴出现不同程度的磨损。阴极振打系统螺栓退出磨损造成振打轴轴瓦、轴径处被磨细，造成新轴瓦安装困难。阴极振打轴因为轴和轴瓦磨损不均匀造成轴系扭转，附加力矩增大，振打电机烧坏，造成振打失效影响了收尘效果。下部排灰系统灰斗排灰不畅，灰斗料位高造成电场短路或导致电除尘器后级电场阴极线、阳极板积灰。部分阴极框架下沉，造成旋转瓷轴与阴极振打减速机输出轴脱开。3.4漏风3.4.1由于漏风加大烟气流速，缩短了烟气在电场的停留时间，降低烟气温度，结露，造成二次飞扬。电除尘器率增大，工况改变，使烟气流速增加，温度下降，从而尘粒荷电性能变弱。电除尘器内设计工作负压-4 kPa左右，最大负压-6 kPa。因为电除尘器体积庞大负压高，所以严格控制漏风率(35)%，以保证除尘效率。振打轴穿墙绝缘板开裂，箱型梁、星型排灰阀、枪式水封池等不严密处引起漏风。电除尘壳体、入口烟道（膨胀节）外部有保温和瓦楞装饰板漏风不易发现，大修中拆除保温后发现多处漏风。2005年2月11日检查发现#5、#6炉电除尘器入口烟门处漏风严重，经过测算#5、#6炉入口烟门处漏风量均在5692 m3/h以上。3.4.2电除尘下部灰斗星型电动排灰阀排灰方式设计为连续排灰。当锅炉长期满（高）负荷运行时灰斗排空的现象不突出。现在经常低负荷运行，由于灰量少，特别是夜间锅炉负荷只有55%60%，此时连续排灰就会容易出现灰斗排空现象，就会从星型电动排灰阀下部排灰系统中向电除尘器内漏风，不但造成漏风还容易引起二次飞扬。另外加上取干灰系统的大仓泵定时置换时，进气、出灰、排放等阀门不同步，就会使进灰系统出现瞬时正压，如果发生在夜间灰斗的灰量在低限，就会出现气流上窜至灰斗内，出现灰、气共腾，其危害程度远远大于前者。3.5火花率3.5.1单位时间内火花的发生率称为火花率。运行中，使放电电压=击穿电压，一旦击穿，马上降低放电电压，然后再次靠近，再击穿，再靠近。电场击穿时，电极之间将出现火花。尘粒的驱进速度与电场强度成正比。运行中保持电场内强度尽量达到最大值，此时外加电压应有最大的电压，也就是“最大放电电压”。该电压应愈接近击穿电压愈好，一般将其调节到0.95的击穿电压，而击穿电压随着电极形状、烟尘性质、温度、尘粒直径、导电度和浓度等因素的变化而变化。现在CRT上反映的电压不准。3.5.2整流变压器油质老化或变压器不能正常工作，电场电压升不上来。电场振打编程时间不准确导致了极线、极板上的灰不能及时清除下来，有的电场阴阳极同时振打，造成了收灰过程中的二次飞扬收尘量下降。控制柜初、次级电压、电流表不准，输出功率大于输入功率，控制柜报警回路未投。电除尘器大框架的瓷套管、阻尼电阻、支持绝缘子破损故障，因箱形梁内（电加热器故障）湿度大，支持绝缘子表面积灰后产生爬电现象和瓷套管破碎造成大框架变形，