燃機(jī)濕法電除塵設(shè)備電流突變?cè)蚍治?/h1>
2021-01-04 03:12田冬明
冶金動(dòng)力 2020年12期
田冬明
（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山 063000）
1 工藝簡(jiǎn)介
某鋼鐵廠建設(shè)一套燃?xì)庹羝?lián)合發(fā)電機(jī)組，燃料為高爐冶煉過程中產(chǎn)生的高爐煤氣及焦?fàn)t煤氣，二者配比為合適熱值的混合煤氣，經(jīng)燃燒做功供燃機(jī)機(jī)組發(fā)電，產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)余熱鍋爐能量交換后排放，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽用于汽輪機(jī)做功發(fā)電。
鑒于燃機(jī)機(jī)組對(duì)煤氣含雜質(zhì)要求相對(duì)較高，須裝設(shè)一套濕法電除塵設(shè)備，對(duì)燃?xì)膺M(jìn)一步凈化。去除煤氣中的焦、苯及微塵，避免煤氣燃燒過程中雜質(zhì)對(duì)燃機(jī)葉片的損傷，同時(shí)確保燃燒后的煙氣排放符合國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。
2 報(bào)警描述及運(yùn)行工況
2.1 W-EP機(jī)組報(bào)警情況描述
濕法電除塵設(shè)備（簡(jiǎn)稱W-EP）在2020 年5 月運(yùn)行期間，頻繁出現(xiàn)EP 電流低越限報(bào)警。由圖1 可見，該現(xiàn)象在8日尤為嚴(yán)重，期間燃機(jī)煤壓機(jī)運(yùn)行效率明顯降低，同時(shí)伴有混合煤氣溫度上升情況，機(jī)組降負(fù)荷運(yùn)行。16 日以后，電流恢復(fù)穩(wěn)定。通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，5 月8 日煙氣氮氧化物排量明顯升高。由圖2 可見，8 日系統(tǒng)運(yùn)行極度不穩(wěn)定，煙氣氮氧化物排放顯著上升，臨近國(guó)標(biāo)運(yùn)行最高上限。
圖1 W-EP設(shè)備2020年5月電流/電源運(yùn)行監(jiān)測(cè)圖
圖2 CCPP機(jī)組2020年5月煙氣排放監(jiān)測(cè)圖
2.2 W-EP運(yùn)行工況描述
該燃?xì)庹羝?lián)合發(fā)電機(jī)組的濕法電除塵設(shè)備，采用380 V交流電源變壓為40 kV直流電源，正常情況運(yùn)行電流1 400 mA。其他主要工藝設(shè)計(jì)指標(biāo)參見表1。
表1 W-EP工藝設(shè)計(jì)指標(biāo)
高爐煤氣及焦?fàn)t煤氣按標(biāo)準(zhǔn)熱值混合后的混合氣體進(jìn)入EP內(nèi)部，經(jīng)過電離過程對(duì)氣體粉塵進(jìn)行吸附后，混合氣體進(jìn)入煤氣壓縮機(jī)加壓后進(jìn)入燃機(jī)燃燒做功。EP內(nèi)部被吸附于集塵板上的粉塵，由沖洗工業(yè)水沖刷進(jìn)入EP底部。
3 故障分析
電除塵設(shè)備常見的故障，包括反電暈、陰極線肥大、電暈閉塞、供電裝置運(yùn)行不良等，反映在電氣運(yùn)行數(shù)據(jù)上，會(huì)出現(xiàn)不同的表現(xiàn)形式。其中發(fā)生電暈閉塞時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電流明顯突降，電壓上升的現(xiàn)象。該機(jī)組5 月運(yùn)行工況如圖1，其電流下降形式明顯，電壓上升趨勢(shì)雖然不明顯，但基本可判斷為電暈閉塞故障。
3.1 電暈閉塞形成機(jī)制
混合燃?xì)庋豓x 方向進(jìn)入電除塵內(nèi)部電場(chǎng)空間后，混合燃?xì)饧捌鋽y帶的粉塵與電場(chǎng)游離離子碰撞形成帶電粒子：燃?xì)鈿怏w離子和粉塵粒子。由于二者之間明顯的體積差距，便形成了不同的運(yùn)行速度。燃?xì)鈿怏w離子在Vy方向速度明顯偏快，且占主要成分，一般可占放電電流的98%以上；由粉塵形成的粒子電流僅為電流總量的1%～2%。
電除塵設(shè)備內(nèi)部空間已經(jīng)固定，因此內(nèi)部電場(chǎng)空間為固定長(zhǎng)度，設(shè)混合燃?xì)馔ㄟ^電除塵內(nèi)部時(shí)，其經(jīng)過的電場(chǎng)空間長(zhǎng)度為L(zhǎng)，則粉塵粒子受到電場(chǎng)牽引的時(shí)間為：
圖3 粉塵在電場(chǎng)中的移動(dòng)模型
而在電場(chǎng)環(huán)境中，粉塵受電場(chǎng)影響，以移動(dòng)速度Vy飛向集塵板，移動(dòng)距離為：
由上式可知，b的距離受兩個(gè)方向的移動(dòng)速度影響。其中Vx 決定于燃?xì)鈿怏w進(jìn)入電除塵設(shè)備的速度。燃?xì)鈿怏w流速加快時(shí)，Vx 增大，則使得粉塵粒子在電場(chǎng)方向的移動(dòng)距離b減小。影響移動(dòng)距離b的第二種情況，則是當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度下降后，Vy速度降低，同樣導(dǎo)致b減小。
當(dāng)b小于粉塵距離集塵板初始距離B時(shí)，則粉塵不能被集塵板捕獲，不能形成有效電流。無論基于何種原因，上述情況下，均會(huì)導(dǎo)致在單位時(shí)間內(nèi)，游離于電場(chǎng)內(nèi)的粉塵粒子增多，粉塵粒子形成的電暈電流雖然占比很小，但形成的空間電荷卻很大，進(jìn)而影響氣體離子電荷的移動(dòng)，最終嚴(yán)重抑制電暈電流的產(chǎn)生，導(dǎo)致二次電流大幅度下降。若空間中含塵濃度太大時(shí)，可能使電流趨于零，使運(yùn)行參數(shù)明顯下降、收塵效果明顯惡化，這種現(xiàn)象稱為電暈閉塞。
3.2 報(bào)警期間運(yùn)行狀況的分析
以電暈閉塞最為嚴(yán)重的5 月8 日運(yùn)行狀況進(jìn)行分析，當(dāng)日上級(jí)高爐工況調(diào)整，3#高爐檢修復(fù)風(fēng)，因其過程煤氣工況不夠穩(wěn)定，上級(jí)工序未將該部分氣體引入煤氣柜緩沖，而是直接進(jìn)入煤氣管網(wǎng)并最終進(jìn)入燃?xì)庹羝?lián)合發(fā)電機(jī)組。當(dāng)日煤氣溫度、壓力均較設(shè)計(jì)工況上升。煤氣進(jìn)入電除塵設(shè)備時(shí)，Vx 相對(duì)提高，造成同等空間同等電場(chǎng)強(qiáng)度下含塵粒子顯著增多，阻塞電暈電流產(chǎn)生的情況發(fā)生，最終導(dǎo)致電暈閉塞，監(jiān)控系統(tǒng)頻繁“EP電流低低報(bào)警”。
事后機(jī)組例行檢修期間，發(fā)現(xiàn)雖然供水壓力正常，但水噴淋系統(tǒng)仍有大部分堵塞。水噴淋系統(tǒng)堵塞后，必然造成電極板沖刷不暢。淤積的粉塵對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度也會(huì)造成一定程度的影響，導(dǎo)致粒子Vy方向運(yùn)動(dòng)速度降低，該狀況同樣會(huì)導(dǎo)致同等空間下含塵粒子的增加。
3.3 改進(jìn)措施
受限于高爐工況不穩(wěn)必然導(dǎo)致煤氣波動(dòng)的情況。通過上級(jí)部門協(xié)調(diào)批準(zhǔn)，調(diào)整高爐煤氣的輸送途徑，確保三座高爐產(chǎn)生的煤氣在任何狀態(tài)下，均通過2 座氣柜進(jìn)行緩沖，再進(jìn)入燃機(jī)機(jī)組的煤氣輸送管道，以緩解某座高爐爐況調(diào)整時(shí)的煤氣劇烈波動(dòng)。
沖刷用工業(yè)水過濾不徹底，導(dǎo)致噴淋頭極易堵塞。在供水泵前增加Y型過濾器并定期清理。利用機(jī)組定修，對(duì)噴頭進(jìn)行逐個(gè)檢查清理，確保足夠的噴淋水沖刷集塵板。
4 結(jié)束語
相較于煙氣設(shè)備僅受同系統(tǒng)內(nèi)鍋爐燃燒影響，煤氣電除塵設(shè)備更多地受到上級(jí)煤氣供應(yīng)系統(tǒng)的影響，氣流流速、穩(wěn)定性、以及上級(jí)工藝程序煤氣除塵脫焦萘等情況。因此對(duì)于大型工礦企業(yè)，完好的聯(lián)系機(jī)制，高爐工況變化期間對(duì)工藝及時(shí)跟進(jìn)調(diào)整是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。同時(shí)，保證電除塵設(shè)備自身的穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)格執(zhí)行工藝參數(shù)調(diào)整及定期檢修，是確保電除塵高效運(yùn)行的根本條件。
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鑒于燃機(jī)機(jī)組對(duì)煤氣含雜質(zhì)要求相對(duì)較高，須裝設(shè)一套濕法電除塵設(shè)備，對(duì)燃?xì)膺M(jìn)一步凈化。去除煤氣中的焦、苯及微塵，避免煤氣燃燒過程中雜質(zhì)對(duì)燃機(jī)葉片的損傷，同時(shí)確保燃燒后的煙氣排放符合國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。
2 報(bào)警描述及運(yùn)行工況
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圖1 W-EP設(shè)備2020年5月電流/電源運(yùn)行監(jiān)測(cè)圖
圖2 CCPP機(jī)組2020年5月煙氣排放監(jiān)測(cè)圖
2.2 W-EP運(yùn)行工況描述
該燃?xì)庹羝?lián)合發(fā)電機(jī)組的濕法電除塵設(shè)備，采用380 V交流電源變壓為40 kV直流電源，正常情況運(yùn)行電流1 400 mA。其他主要工藝設(shè)計(jì)指標(biāo)參見表1。
表1 W-EP工藝設(shè)計(jì)指標(biāo)
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圖3 粉塵在電場(chǎng)中的移動(dòng)模型
而在電場(chǎng)環(huán)境中，粉塵受電場(chǎng)影響，以移動(dòng)速度Vy飛向集塵板，移動(dòng)距離為：
由上式可知，b的距離受兩個(gè)方向的移動(dòng)速度影響。其中Vx 決定于燃?xì)鈿怏w進(jìn)入電除塵設(shè)備的速度。燃?xì)鈿怏w流速加快時(shí)，Vx 增大，則使得粉塵粒子在電場(chǎng)方向的移動(dòng)距離b減小。影響移動(dòng)距離b的第二種情況，則是當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度下降后，Vy速度降低，同樣導(dǎo)致b減小。
當(dāng)b小于粉塵距離集塵板初始距離B時(shí)，則粉塵不能被集塵板捕獲，不能形成有效電流。無論基于何種原因，上述情況下，均會(huì)導(dǎo)致在單位時(shí)間內(nèi)，游離于電場(chǎng)內(nèi)的粉塵粒子增多，粉塵粒子形成的電暈電流雖然占比很小，但形成的空間電荷卻很大，進(jìn)而影響氣體離子電荷的移動(dòng)，最終嚴(yán)重抑制電暈電流的產(chǎn)生，導(dǎo)致二次電流大幅度下降。若空間中含塵濃度太大時(shí)，可能使電流趨于零，使運(yùn)行參數(shù)明顯下降、收塵效果明顯惡化，這種現(xiàn)象稱為電暈閉塞。
3.2 報(bào)警期間運(yùn)行狀況的分析
以電暈閉塞最為嚴(yán)重的5 月8 日運(yùn)行狀況進(jìn)行分析，當(dāng)日上級(jí)高爐工況調(diào)整，3#高爐檢修復(fù)風(fēng)，因其過程煤氣工況不夠穩(wěn)定，上級(jí)工序未將該部分氣體引入煤氣柜緩沖，而是直接進(jìn)入煤氣管網(wǎng)并最終進(jìn)入燃?xì)庹羝?lián)合發(fā)電機(jī)組。當(dāng)日煤氣溫度、壓力均較設(shè)計(jì)工況上升。煤氣進(jìn)入電除塵設(shè)備時(shí)，Vx 相對(duì)提高，造成同等空間同等電場(chǎng)強(qiáng)度下含塵粒子顯著增多，阻塞電暈電流產(chǎn)生的情況發(fā)生，最終導(dǎo)致電暈閉塞，監(jiān)控系統(tǒng)頻繁“EP電流低低報(bào)警”。
事后機(jī)組例行檢修期間，發(fā)現(xiàn)雖然供水壓力正常，但水噴淋系統(tǒng)仍有大部分堵塞。水噴淋系統(tǒng)堵塞后，必然造成電極板沖刷不暢。淤積的粉塵對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度也會(huì)造成一定程度的影響，導(dǎo)致粒子Vy方向運(yùn)動(dòng)速度降低，該狀況同樣會(huì)導(dǎo)致同等空間下含塵粒子的增加。
3.3 改進(jìn)措施
受限于高爐工況不穩(wěn)必然導(dǎo)致煤氣波動(dòng)的情況。通過上級(jí)部門協(xié)調(diào)批準(zhǔn)，調(diào)整高爐煤氣的輸送途徑，確保三座高爐產(chǎn)生的煤氣在任何狀態(tài)下，均通過2 座氣柜進(jìn)行緩沖，再進(jìn)入燃機(jī)機(jī)組的煤氣輸送管道，以緩解某座高爐爐況調(diào)整時(shí)的煤氣劇烈波動(dòng)。
沖刷用工業(yè)水過濾不徹底，導(dǎo)致噴淋頭極易堵塞。在供水泵前增加Y型過濾器并定期清理。利用機(jī)組定修，對(duì)噴頭進(jìn)行逐個(gè)檢查清理，確保足夠的噴淋水沖刷集塵板。
4 結(jié)束語
相較于煙氣設(shè)備僅受同系統(tǒng)內(nèi)鍋爐燃燒影響，煤氣電除塵設(shè)備更多地受到上級(jí)煤氣供應(yīng)系統(tǒng)的影響，氣流流速、穩(wěn)定性、以及上級(jí)工藝程序煤氣除塵脫焦萘等情況。因此對(duì)于大型工礦企業(yè)，完好的聯(lián)系機(jī)制，高爐工況變化期間對(duì)工藝及時(shí)跟進(jìn)調(diào)整是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。同時(shí)，保證電除塵設(shè)備自身的穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)格執(zhí)行工藝參數(shù)調(diào)整及定期檢修，是確保電除塵高效運(yùn)行的根本條件。
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