电除尘器电场的工作特性分析

　目前,电除尘器已普遍应用于火力发电厂中,由于电除尘器在生产运行中经常受到各种因素的影响,其除尘效率往往达不到设计要求,因此,为了提高电除尘器的除尘效率,降低粉尘排放,下面根据哈三电厂电除尘器安装、调试以及对电除尘器的改造的实际情况,用电场工作特性来分析各种主要因素对电除尘器的影响,并采取相应的解
决方法。
1　电除尘器系统工作原理
图1为哈三电厂电除尘器高压供电原理接线图。
由图1可知, 380 V低压交流电经过高压控制柜电压自动调解器自动控制,经2只相并联可控硅变成0～380 V,自动按电场需要调解电压,并输入到高阻抗整流变压器的一次侧线组,其二次绕组输出高压直流电,负极通过电除尘器高压引入装置接到电除尘器,正极接电除尘器的阳极(接地) 。
在电除尘器的安装、验收、运行检查、故障判断及综合分析中运用电场的V - A特性曲线,可直观、形象地找到各种影响因素下电流和电压变化关系的规律。

图1　电除尘器供电原理接线图
2　各种因素对电场V - A特性曲线的影响影响电场V - A特性曲线的因素可分为结构因素、烟气性质、粉尘特性及操作因素。
2. 1　结构因素对V - A特性曲线的影响
2. 1. 1　阴极尺寸的影响
哈三电厂电除尘器采用负极性接线,放电极为阴极,当阴极直径增大时,阴极表面电场强度降低,起晕电压升高,同样电压下电晕电流减少。
图2表示同一极板面积下,不同的阴极半径对应的不同的V - A特性曲线。RA、RB 分别为对应于曲线A、B的阴极半径。图2中,竖线表明在相同的二次电压下,其二次电流是不同的。这一点对指导电除尘器检修和维护工作是有帮助的。
电场工作期间的粉尘附着在阴极线上就会造成阴极线下垂松驰,相当于阴极线半径增大,如果振打不及时或振打周期设置不合理等就会不断出现这样的问题,V - A特性曲线向前移动,即在同样的二次电压下,其二次电流会降低,从而使除尘效率
下降。

图2　阴极半径的影响
哈三电厂3号炉电除尘器投产的第一年,频繁出现阴极线松驰的问题,原因都是由于振打装置振打周期设置不合理所造成的。
经与西安热工环保所的专家一起对电除尘器进行了振打周期的测试,经过振打周期优化调整试验,设置较为合理的振打周期方案,从而使阴极线松驰问题得到了解决。
2. 1. 2　极间距的影响
当电场极间距增加后,电场要达到同样的平均场强,必须增加电极上的电压,对阴极的屏蔽作用增强,从而使同样极板面积下的电晕电流减少。
由于极间距增大对起晕电压的影响较小,故随着极间距d增加,曲线类似向前移动,如图3所示。根据这一特点,生产厂家经过大量的试验后采用了宽极距布置,从而提高除尘器电晕功率以达到提高除尘效率的目的。哈三电厂于1997年底对3号炉电除尘器进行了改造,将原来的同极间距300 mm增加到400 mm,有效地提高了电场
图3　极间距的影响
的工作电压和工作电流,提高了电场的工作效率。
2. 2　烟气性质对V - A特性曲线的影响
2. 2. 1　气体压力、温度变化的影响
当气体的温度T增加或压力p降低时,气体分子密度下降,负离子向电极驱进速度会因与中性分子碰撞机会的减少而增加,使阴极附近的负离子密度降低,降低了负离子对阴极附近电场的削弱作用,在同一电压下,增加了其电晕电流,曲线如图4所示。

2. 2. 2　气体成分改变的影响
由于电场内气体成分复杂,这里主要按负电性气体比例多少来说明。负电性气体分子减少,使电子与中性分子结合成负离子可能性减少,由于电子迁移率远大于离子迁移率,使整个空间分布电荷数量减少,曲线变陡,击穿电压下降,如图5所示。

2. 3　操作因素对V - A特性曲线影响
操作因素指在设备运行维护中可操作改变的因素,这里分别论述振打效果、燃烧不充分、漏风与偏流对V - A特性的影响。
2. 3. 1　振打效果的影响
振打效果的好坏,将直接影响电极上的积灰程度。哈三电厂的3号炉600MW机组的电除尘器振打锤由于质量过大,落体加速度大,是造成阴极线断裂的一个重要原因。为此,对阴极振打锤进行了测试、更换。原来的振打锤质量为4. 5 kg/个,更换为3 kg/个,共更换了464个。除尘器效率的高低与阴阳极振打周期有着密切关系,如果调整不当,除尘器效率会下降,甚至造成粉尘的二次飞杨,使除尘器效率进一步降低。
从理论上讲,电除尘器阳极板的积灰厚度是确定振打时间的重要依据。实际上,在运行中的电场不能准确地测量其积粉程度,且振打周期很难与粉尘的浓度、化学成分、粒度分布、介电常数、表面形状、粘附力、比电阻等诸多因素的变化相配合。在投运初期,采用厂家提供的振打方案,在没有条件直接测试除尘器效率的条件下,采用改变振打周期,记录其高压柜(控制电源)输出功率的方法来选取合适的振打周期。
2. 3. 2　漏风与偏流的影响
漏风严重会改变V - A特性,产生局部低温放电,电场相当于不完全短路,这是因为漏风引起粉尘浓度的减少所致。其短路前后V - A特性曲线如图6所示。

严重偏流会导致电极过度晃动,极间距改变,类似图6的A、B曲线之间跳动,击穿电压随之改变,偏流还可能造成烟气流速降低。粉尘的捕集量增多,局部积灰严重,造成击穿电压下降。哈三电厂3号炉电除尘器经1年多的运行,存在许多影响除尘器效率的问题。4台电除尘器本体漏风,几乎所有电场都存在漏风点,造成4台电除尘器的一至三电场经常发生阴阳极线间结焦。
3　V - A特性曲线在实际中的应用
3. 1　冷态下设备状况分析
3. 1. 1　判定电除尘器电场安装质量
电除尘器空载通电升压试验是检测电场一个重要手段,电场极间距对保证电除尘器长期高效运行至关重要。电场安装或检修质量的好坏,不但要求其电场空载电压试验的击穿电压高,而且相应的电流也要大。从机理分析,粉尘是在荷电情况下才被捕集的,而荷电与电流关系密切,V -A特性能充分反映电场的放电性能。图7是一个
模拟电场的V - A特性曲线,曲线1为安装良好的电场,有大电流、高电压;曲线2说明阴阳极中心严重错位造成电场放电不均,电流下降;曲线3为部分极间距偏小,使击穿电压下降,虽然同样电压下电流较大,但因击穿电压下降,最大电流反而减小(即I3、I1 ) ;曲线4为个别极间距严重偏小,在未影响到电场放电时,曲线沿着曲线1变化,待
电压达到缩小的极间距击穿电压时,突然出现火花,所以击穿电压低, I4 较小。

3. 1. 2　指导电除尘器大修
在设备大修前,记录电极积灰已清除的电场V - A 特性曲线,与安装时或历次大修后的特性曲线相比较,再结合运行、检修的有关记录分析掌握设备的健康运行状况,能有重点地加强检修质量。在设备大修结束后,作一次特性曲线来检验电场极间距调整的质量,电场中很多问题可以通过极间距的改变反映出来,极间距的改变能影响
除尘器效率,所以大修中的极间距调整是一项很重要的工作。大修时,通过分析电场的V - A特性曲线能找出大修中在电场留下的物品及杂物,不至于在启机后电除尘器升压才发现问题,影响电除尘器的投运。哈三电场3号炉除尘器电场在未改造前每2
～3天就会发生电场短路故障。经多次检查发现:阳极板脱落,运行时极板在电场力的作用下左右摇摆,使高压电源柜输出电压加不上去,电压升高,电场就发生短路故障。究其原因是极板焊口脱落造成的。为此,将阳极板耳和阳极板间用铆钉加固,再焊接,解决了阳极板脱落的问题。
哈三电厂3号炉电除尘器一电场的线型为锯齿线,由于线型、结构设计不合理,线框架单薄易变形、安装工艺不佳、振打锤质量过大等诸多问题,造成4台除尘器8个一电场的线频繁断线,而且断裂部位都发生在线根部。
经分析,线根部断裂是“低周疲劳”造成的,故提出线改型方案,将根部的易断裂的部位采用圆弧型,以消除线根部的应力;锯齿也采用圆弧锯齿。经运行检验,运行效果良好。
实践证明,电场清扫不干净时,冷态下的电场V - A特性曲线将会有明显的改变,特别在后级电场中更为明显。因为后级电场的粉尘粒度小、粘附性强、比电阻偏高,对电流的阻碍明显。图8为哈三电厂3号炉电除尘器在1997年7月大修时所作的2B2电场V - A特性曲线。

由图8可知,哈三电厂3号炉电除尘器的电源容量为1. 2 A /60 kV;曲线A为清洁的电极冷态状态下的试验曲线;曲线B为电极严重积灰时冷态下的试验曲线。曲线B明显后移,即不达到一定的工作电流,其二次电压显著增大。
3. 2　热态下电场工作状况分析
在运行中的电除尘器一般都采用火花跟踪方式,此时电压与电流不停地重复上升—出现火花—电流下降—电流再上升这样的一个基本过程,在实际运行中要人为地准确描绘出其电场的V - A 特性曲线是有一定困难的,但在微机控制中可以达到这个要求。因为用手动控制来不及进行调节,电流就已经变化了,电流随时进行摆动,
读不准,通过分段升压不但影响电场正常工作,而且电场随时存在可能影响V - A 特性曲线的因素,再加上闪络的扰动,也只能大致地绘出电场的V - A特性曲线。因此,对于正在运行的设备,常根据V - A特性相同的变化规律,通过观察最高运行电压及其运行电流值来代替电场的V - A特性曲线并进行分析。
3. 2. 1 　机组负荷增加(如投粉量增加或煤的灰分增加) ,使烟气中的粉尘浓度增高,电流下降,特性曲线变得平坦。发现电场V - A特性曲线变陡,就可以判断出负荷在减少,及时采取措施进行调整。
3. 2. 2　在运行中对异常情况进行分析电场在投运初期,电场的各运行参数值偏高,
但投运一段时间后,则参数值下降,这主要是由于电极表面积灰所致。电场参数的稳定时间和运行参数的整定有关,如振打周期的设定、排灰系统是否正常等有关系。实际上只有对电极上积灰情况进行V - A特性分析,才能采取有效的措施。
3. 3　影响除尘器效率的因素
影响电除尘器效率的因素很多。a. 燃煤电厂烟气及粉尘的性质。烟气性质主
要取决于燃煤成分,也与锅炉燃烧方式、制粉系统型式及其运行操作条件有关;粉尘性质主要取决于粉尘的化学成分、物相结构、理化特性,包括比电阻、粉尘浓度、粒径分布及形状、密度、磨擦角、粘附力等。
b. 电除尘器的结构特点。如电场长度及电场串联数、电极结构形式、电场集尘面积、极间距、供电方式、振打清灰方式、电气控制特性、气流分布情况及辅助设施的可靠程度等。c. 操作因素。如锅炉有关运行参数、飞灰可燃物、电场的V - A特性曲线、振打效果、漏风与粉尘二次飞扬等。
3. 3. 1　气流分布对电场的影响
气流分布不均将极大影响电除尘器效率。哈三电厂3号炉除尘器因设计问题, 4台电
除尘器都存在气流分布不均的问题。电除尘器四周气流偏大,中间偏小且有金属光泽,另外一些地方粉尘堆积很厚,证明是烟气分布不均所致。
检查时发现:第一、第四台除尘器的内层分布方格板积灰高度已超过通风孔的高度。这说明这两台除尘器的进烟气量远远小于二、三电场。为了改善烟气分布不均的问题,取消了一号、四号除尘器的出、入口挡板以增加进烟量,并将4台除尘
器入口均布板进行扩孔。
3. 3. 2　操作因素的影响
操作因素的影响会集中在V - A特性曲线中反映出来。从V - A特性曲线上,可以看到一条随时间变化的电晕功率曲线,电场电晕功率越大,除尘效率越高。一般要求供电装置具有良好的电压跟踪特性,也要求使用者能够选择合适的火花频率,以达到最大的电晕功率输出。图9为三组电晕功率与除尘效率的关系( P—η)图。

曲线3为实验室测得曲线1、2为现场测得。从图9可以看出,由于电除尘器不同及工作条件不同,三组( P—η)曲线的定量关系不同,但均呈现相同的规律:初始阶段随着比电晕功率增大,除尘效率增长较快,到一定程度后,曲线趋于平坦,如果电晕功率值比设计值小很多,无疑电除尘器的效率会大幅下降。
一台多电场运行良好的电除尘器,其V - A特性一般具有以下规律:在相同的火花控制方式下,从前到后,火花频率逐渐下降,如第一电场火花频率为120次/min,最后级电场为10～20次/min或更少甚至不出现火花。电晕电流逐渐上升,从第一电场至末级电场,电流能够接近或达到额定电流,但第一电场一般至少达到额定电流值的35%～40%。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,其末级电场的伏安特性已接近热态下的空载伏安特性。例如当末级电场闪络频繁、电流较小而前几级电场都运行正常时,可以从以下几方面找原因:
a. 电极上积灰是否严重,后级电场粉尘粒度细、粘附力强,积灰现象普遍比前级电场严重,还要检查振打装置是否正常工作。
b. 是否存在漏电现象,检查灰斗是否堵塞,绝缘部件是否结露、污染。c. 供电装置是否存在“假闪”现象,假闪现象可能由本机灵敏度高引起的,也可能因抗干扰能
力差,如接地、屏蔽没做好等。对以上三方面原因可以通过V - A特性曲线进行一定的分析。如果V - A特性曲线较长,已能呈现一定的变化规律,则第一种情况曲线较平
坦,第三种情况曲线较陡,第二种情况起始点向原点靠扰,与原点距离及曲线的陡坦要视其绝缘下降程度来定。如有一台实际运行的三电场电除尘器,所有电场的电晕电流较小,闪络已不规则,其烟色明显较浓,结合其投运以来电流逐渐下降的情况,判断为阴极严重积灰。经停机检修,发现其大部分星形电晕线积灰严重,积灰直径达到5 cm以上,说明了该电除尘器阴极振打效果差,引起伏安特性异常,已使电除尘器的除尘效率严重下降。由于阴极振打装置采用的是高位布置的主转动轴方式,常出现振打轴变形、振打机构不同步、产生振打联片断裂,使振打电机在工作、振打装置不工
作现象。对此,对阴极振打装置进行改造,将高位布置的振打装置改为水平腰部振打,使类似的问题得以解决。
气流分布不均、振打方式及振打周期不合理、烟气旁路、漏风等都会增加粉尘的二次飞扬。粉尘二次飞扬引起电场伏安特性的改变,一般不明显,但对电除尘器的效率影响是较大的。测量出口烟尘中粉尘粒径分布是判断电除尘器粉尘二次飞扬程度的一种有效可行的办法,因为粉尘二次飞扬随烟气逸出电除尘器以细小粉尘为主,通过最佳振打周期的试验调整,可以将因振打引起的粉尘二次飞扬减小到最小程度。
4　结论
在实际工作中,对电除尘器的异常情况采用电场工作特性进行分析可以减少检修盲目性,特别对新安装的电除尘器以及电除尘器大小修、设备的维护等具有指导作用,可以节省大量的物力财力,提高设备的完好率,从而提高电除尘器的效率。
应用电除尘器的电场V - A特性曲线来分析电场发生故障的原因是行之有效的方法,有助于解决电除尘器实际工作中出现的各种问题。