陸小成，申智勇，舒喜，吳為民

(國電環(huán)境保護(hù)研究院，江蘇南京210031)

鉛銻極線在濕式電除塵器中應(yīng)用探討

陸小成，申智勇，舒喜，吳為民

(國電環(huán)境保護(hù)研究院，江蘇南京210031)

從鉛銻極線的材質(zhì)成份、加工工藝、使用長度、固定方式及安裝質(zhì)量等幾個(gè)方面探討極線在濕式電除塵器應(yīng)用的可靠性。分析認(rèn)為:控制好制造質(zhì)量，確定合理的使用長度、選擇恰當(dāng)?shù)墓潭ǚ绞揭约巴晟频陌惭b質(zhì)量控制措施可以顯著提高鉛銻極線在濕式電除塵器上應(yīng)用的可靠性。

濕式電除塵器;鉛銻極線;可靠性

0 引言

濕式靜電除塵器技術(shù)(Wet Electrostatic Precipitator，簡稱WESP)，是一種高效的終端處理技術(shù)，可以有效降低排煙濃度，并同時(shí)解決硫酸氣溶膠、石膏雨、重金屬污染等問題，是火電廠超低排放的主要技術(shù)路線［1］。極線是濕式電除塵器內(nèi)與極板配合，形成電場的重要部件。由于濕式電除塵器的工作環(huán)境限制，需要極線不僅具有良好的放電性能，同時(shí)需要具備優(yōu)良的耐腐蝕以及防結(jié)垢性能。鉛銻極線由于具有優(yōu)良的放電性能以及耐腐蝕性，在化工、有色等行業(yè)的電除霧器領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用［2］，近年來隨著濕式電除塵器在火電行業(yè)的推廣，該材質(zhì)的極線在大型火電機(jī)組的濕式電除塵器上也有較多的應(yīng)用案例［3］。

由于燃煤電廠濕式電除塵器處理煙氣量大、煙氣條件有一定差異，鉛銻極線在燃煤電廠濕式電除塵器中能否完全移植化工等行業(yè)的設(shè)計(jì)及經(jīng)驗(yàn)，存在一定疑慮。近期，鉛銻極線在某一電廠的濕式電除塵器應(yīng)用數(shù)月后出現(xiàn)斷裂并與陽極搭接短路的運(yùn)行缺陷，造成濕式電除塵器較長時(shí)間不能發(fā)揮功效，使得研究人員對(duì)鉛銻極線是否適合在火電行業(yè)應(yīng)用產(chǎn)生疑問，并引起了廣泛的討論，其中使用壽命和極距公差保證是討論的重點(diǎn)內(nèi)容。

1 鉛銻極線技術(shù)特點(diǎn)

鉛銻合金具備以下特點(diǎn):導(dǎo)電性能好，高壓電場下的電流密度完全能滿足工程需求;耐腐性能高，長期使用中不易被腐蝕;鉛中摻入2.5%～6%的銻元素作為陰極線的原材料可以提高機(jī)械強(qiáng)度和改善鑄造性能;價(jià)格便宜，適合在酸性煙氣中作為放電極線。但鉛銻極線的缺點(diǎn)是延展性要比合金材料差，例如在常溫條件下延展率達(dá)到0.5%時(shí)表面會(huì)開裂并且不可恢復(fù)。

目前濕式電除塵器配套的鉛銻極線多沿用化工行業(yè)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，采用扁鋸齒線。該線型整體由鉛銻材質(zhì)擠鑄成型，內(nèi)芯是2205材質(zhì)的不銹鋼，可以承載自身重力和張緊力，外形如圖1所示。就目前使用情況來看，該種極線存在斷線和開裂的現(xiàn)象。本文就如何保證實(shí)現(xiàn)鉛銻極線的使用壽命和可靠性，需要在加工工藝、構(gòu)造形式、安裝方式等三個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

圖1 鉛銻極線斷面示意

2 鉛銻極線的加工工藝

鉛銻極線加工工藝一般采用擠鑄方式。首先將純鉛和純銻按照一定質(zhì)量配比投入熔煉爐冶煉成制造極線需要的鉛銻合金錠待用，然后將鉛銻合金錠熔融后在熱熔擠鑄機(jī)上利用模具一次性擠壓成型。銻元素的比例、擠壓鑄造的質(zhì)量以及模具質(zhì)量對(duì)極線的質(zhì)量具有很大的影響。

2.1 摻入銻元素含量的探討

目前沒有文獻(xiàn)報(bào)道鉛銻極線的鉛銻含量百分的數(shù)據(jù)，生產(chǎn)廠商根據(jù)用戶對(duì)強(qiáng)度需求確定配比關(guān)系，例如極線硬度較高時(shí)，適當(dāng)增加鉛元素的含量。筆者測試了三個(gè)工程項(xiàng)目的極線樣品鉛銻元素的含量，內(nèi)容見表1。測試標(biāo)準(zhǔn)采用:中原子熒光法(AAS)(GB/T4103－2012)。

表1 三種鉛銻極線樣品中主要元素含量分析表

表1中鉛含量≮98%，銻含量在1.5%～2.0%之間。銻含量與硬度、剛度以及脆性呈正相關(guān)。樣品二銻含量為1.937%的極線脆硬，折彎后產(chǎn)生較多的牛毛細(xì)紋，細(xì)紋是引起斷線的致命缺陷，而樣品一銻含量在1.471%相對(duì)柔軟，折彎后沒有細(xì)紋。筆者認(rèn)為鉛銻極線中鉛、銻元素的質(zhì)量含量為98%和1.5%比較適合，既需要保證極線的剛度，也不至于冷硬裂紋出現(xiàn)。

2.2 擠鑄成型質(zhì)量探討

極線斷面是長扁平型的結(jié)構(gòu)，邊緣芒刺區(qū)域厚度僅2.0mm，中心部分厚度有10mm。從鑄造學(xué)角度分析，薄邊區(qū)域可瞬間凝固，而中心卻是逐漸凝固，收縮不均勻時(shí)中心部位產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，需要避免出現(xiàn)收縮裂紋、疏松和氣孔等缺陷。從材料學(xué)角度推測，邊緣部分是富鉛的α固溶體長條晶枝構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，中間過渡帶是富鉛的α固溶體和富銻的β固溶體組成的共晶體，而中心部位是α固溶體晶間存在雜亂的層片狀疏松β固溶體晶體。如果出現(xiàn)這種微觀偏析，則材料本身就會(huì)發(fā)生非均勻性腐蝕［4］。因此，在擠鑄成型的過程中，設(shè)定好擠鑄速率、擠鑄溫度和冷卻工藝是決定鉛銻極線壽命的關(guān)鍵。

2.3 工裝及模具質(zhì)量影響的探討

鉛銻極線中心的不銹鋼內(nèi)芯需要在擠鑄時(shí)同步添加，其生產(chǎn)步序是伺服機(jī)構(gòu)勻速喂鋼絲進(jìn)擠壓模具內(nèi)，擠鑄機(jī)構(gòu)擠出熔融的鉛銻液包裹鋼絲后一起沿定型模具口擠出。

該環(huán)節(jié)中模具設(shè)計(jì)、鋼絲喂進(jìn)速度以及擠鑄速度等是難點(diǎn)，比較常見的制造缺陷是鋼絲和外包鉛銻材質(zhì)之間偏心，出現(xiàn)隱性質(zhì)量缺陷，較薄的邊緣在受拉應(yīng)力時(shí)會(huì)開裂形成點(diǎn)蝕(詳見圖2)。

圖2 模具缺陷造成芯線偏心

綜上，在制造環(huán)節(jié)中需要控制好材質(zhì)配比和擠鑄的質(zhì)量，確保100%合格產(chǎn)品進(jìn)入工程現(xiàn)場。

3 鉛銻極線極構(gòu)造形式

目前濕式電除塵器工藝參數(shù)和布置形式迥異，例如源自電除霧器行業(yè)的技術(shù)流派設(shè)計(jì)的濕式除塵器沿襲了電除霧器的風(fēng)格，源自干式電除塵器行業(yè)的技術(shù)流派設(shè)計(jì)的濕式電除塵器陰極線沿襲了干式電除塵器的風(fēng)格。但是除塵器陰極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于保證可靠運(yùn)行非常重要，極線長度和固定方式是陰極構(gòu)造的兩個(gè)重要參數(shù)，其影響陰極系統(tǒng)的可靠性。

3.1 鉛銻極線長度的探討

現(xiàn)已建成濕式除塵器的極線長度差異較大，例如立式濕式電除塵器的極線長度短則4.5m(放電區(qū)間3m)，長則有8m(放電區(qū)間6m)甚至8.5m (放電區(qū)間6.5m)。在技術(shù)發(fā)展成熟的干式電除塵器行業(yè)類似的星形線或麻花線的線長一般不超過3.5m，其控制長度的原因是:極線過長容易松弛、引起閃絡(luò)腐蝕而斷線;極線過長，在電場中擺動(dòng)幅度大而易折斷;極線長度過長，拉張于陰極框架上形同“細(xì)面條”，固定可靠性降低。

表2對(duì)比了三種不同除塵器極線和風(fēng)速的參數(shù)范圍，表中數(shù)據(jù)也說明極線長度不宜過長。因此，鉛銻極線長度不宜過長，極線越短不僅可以簡化陰極構(gòu)造形式，而且運(yùn)行參數(shù)也更加穩(wěn)定。

表2 三種除塵器的極線長度和煙氣流速參數(shù)表(常規(guī)值)

3.2 極線固定方式的探討

鉛銻極線的固定方式是項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)需要慎重考慮的一個(gè)重要細(xì)節(jié)，固定方式需要滿足以下條件:極線軸向的張緊狀態(tài)，避免松動(dòng)后引起極線晃動(dòng);極線與極板的異極距數(shù)值穩(wěn)定;安裝和維護(hù)方便。

筆者梳理目前已投運(yùn)的的多個(gè)濕式電除塵器陰極線的固定方式，大致分為三種:方式A上端固定于結(jié)構(gòu)梁上，全方向約束形成“死點(diǎn)”，下端吊掛4～6kg的重錘，水平方向和垂直向上約束，垂直向下自由;方式B上端固定于結(jié)構(gòu)梁上，全方向約束形成“死點(diǎn)”，下端帶有絲桿，緊固于結(jié)構(gòu)梁上，利用測力扳手保證極線的張緊力;方式C上、下端全部固定與結(jié)構(gòu)梁上，都是全方向約束形成“死點(diǎn)”。三種極線固定方式對(duì)比分析見表3。

表3 三種極線固定方式對(duì)比

表3對(duì)這三種固定方式進(jìn)行了簡單對(duì)比:從經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性、安裝檢修等方面考慮，方案A造價(jià)低、結(jié)構(gòu)簡單、安裝精度滿足設(shè)計(jì)要求，因此一般推薦采用方式A。

4 濕式除塵器安裝要求

濕式電除塵器的安裝質(zhì)量是保證效率的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，施工人員需了解鉛銻線材質(zhì)的特點(diǎn)，盡量減少對(duì)極線擠壓、纏繞和急彎等應(yīng)力傷害。具體措施:施工中為轉(zhuǎn)運(yùn)方便，將長條極線現(xiàn)場盤卷后吊運(yùn)至殼體，冷態(tài)盤卷時(shí)表面脆硬容易產(chǎn)生毛細(xì)裂紋;施工中多次調(diào)整和固定極線，二次拆裝可能會(huì)在折彎點(diǎn)出現(xiàn)冷彎應(yīng)力開裂;施工中采用撬杠強(qiáng)行張緊極線，撬杠支點(diǎn)處鉛銻塑性變形極線壁厚減薄甚至穿孔。在陰、陽極安裝的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處，項(xiàng)目管理單位、設(shè)計(jì)單位和監(jiān)理單位應(yīng)加大檢查力度，在封閉人孔門升壓前應(yīng)對(duì)極線固定端逐一檢查，排除一切可能影響升壓的隱患，如果少數(shù)極線有細(xì)小裂痕，可以涂抹玻璃鱗片或者用烙鐵煨合開裂處，裂紋嚴(yán)重處必須要更換極線。

5 結(jié)語

綜上所述，在制造環(huán)節(jié)確定鉛銻材質(zhì)各元素合理質(zhì)量含量、避免擠鑄缺陷;在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)盡量降低極線長度并選擇恰當(dāng)?shù)墓潭ǚ绞?，降低極線斷裂的風(fēng)險(xiǎn);在安裝環(huán)節(jié)，嚴(yán)把施工質(zhì)量并強(qiáng)化節(jié)點(diǎn)檢查，避免將安裝缺陷帶入運(yùn)行階段。如果所有的質(zhì)量控制環(huán)節(jié)都能有效實(shí)現(xiàn)，極線的可靠性大幅提高，其在濕式電除塵器行業(yè)推廣的價(jià)值將更加凸顯。

［1］常景彩.柔性集塵極應(yīng)用于燃煤脫硫煙氣深度凈化的試驗(yàn)研究［D］.濟(jì)南:山東大學(xué)，2011.

［2］陳俊，林祖涵，顏迅.新型濕式電除霧(塵)器在脫硫脫硝尾氣深度凈化工程的實(shí)踐應(yīng)用［J］.電力科技與環(huán)保，2014，30(3):46－48.

［3］蔣海濤，田紹鋼，付玉玲，等.濕式靜電除霧技術(shù)及在燃煤電廠的應(yīng)用［J］.發(fā)電設(shè)備，2014，28(1):61－64.

［4］樊玉川，王志堅(jiān)，陳蘇里，等.鉛銻合金在充放電時(shí)銻的微觀作用機(jī)理探討［J］.湖南冶金，2006，34(4):8－12.

Discussion about Pb－Sb discharge electrode applied in WESP

The reliability of Pb－Sb discharge electrode which applied in WESP were discussed from material composition，processing technology，wire length，fixed mode and installation quality，etc.The results showed that excellent manufacturing quality，reasonable wire length，appropriate method of fixation，effective quality control measure of installation can significantly improve the reliability of Pb－Sb discharge electrode in the field of WESP.

WESP;Pb－Sb discharge electrode;reliability

X701.2

B

1674－8069(2015)05－045－03

2015-03-17;

2015-05-20

陸小成(1973-)，男，高級(jí)工程師，從事燃煤電廠煙氣的超凈排放技術(shù)研究、開發(fā)和設(shè)計(jì)工作。E－mail:luxiaocheng@nepri.com

國電科學(xué)技術(shù)研究院科技項(xiàng)目“濕式靜電除塵技術(shù)研究與應(yīng)用”(D13Y11)