防范除塵器嚴重積灰的技術措施探討

呂群

（大唐環境產業集團股份有限公司，北京 100097）

1 引言

目前，我國火力發電領域大型除塵器裝置應用最廣的是靜電除塵裝置、濾袋除塵裝置，及二者結合的電袋除塵裝置。電除塵器在應對日漸趨嚴的環保排放標準方面，又出現了干式電除塵器和濕式電除塵器，技術細節方面又有移動電極技術、導電濾槽技術、關斷振打技術等，電除塵器在配套供電電源方面，國產化的高頻電源、脈沖電源等高效電源技術的發展也已經日趨成熟。濾袋除塵裝置在火力發電領域的應用主要是行噴吹濾袋除塵器、旋轉噴吹濾袋除塵器、靜態反吹濾袋除塵器[1]。

火力發電廠除塵器的灰斗因排灰故障，常會出現灰斗短暫積灰的現象，一般只要在除塵器灰斗允許的儲灰容量及對應恢復正常除灰的時間范圍內，不會對除塵器產生危害。而因除塵器積灰造成對除塵器危害的，都是因為故障排除不及時，使除塵器內部積灰超過了除塵器設計允許的儲存量。所以，除塵器內部積灰是產生危害的首要誘因，在這個誘因爆發的前提下，才暴露出設計、安裝等方面的缺陷[2]。實際在除塵器設備安全管理措施、安全操作規程日益完善的管理環境下，故障排除不及時的原因，往往是除塵器運行維護人員不清楚存在故障，或因積灰問題已經產生其他關聯性故障時，不能準確判斷問題發生的本質，或依靠并不徹底的解決方法，心存僥幸，導致除塵器積灰問題日積月累，甚至發生重大安全事故。如：2005年湖北蒲圻電廠1號機組（30萬千瓦） 2號電除塵器“1.1”整體坍塌事故；2005年內蒙古包頭第二熱電廠2號機組（20萬千瓦） 電除塵器一電場“3.20”灰斗整體坍塌事故；2005年內蒙古霍煤集團鴻駿鋁電公司自備電廠一期3號機組“4.9”灰斗脫落事故；2006年華電國際安徽池州九華發電有限公司2號機組電除塵器“3.14”坍塌事故[3]；2014年唐山安泰鋼鐵有限公司“9.23”電除塵器灰斗坍塌事故等。在上述由國家相關部門通報的除塵器事故中，所有事故存在的共同點是：除塵器運行維護人員沒有及時發現除塵器在長達十多天，甚至幾十天的嚴重積灰狀態下運行。這個結果就必然存在一個共性的問題，即現階段如何判斷除塵器內部嚴重積灰的問題上，存在技術缺陷或不足。

2 現階段除塵器內部積灰判斷的技術手段及缺陷

結合國內火力發電行業除塵器發生嚴重積灰的案例分析，目前國內火電廠除塵器判斷內部是否積灰的技術手段主要有三個：除塵器灰斗高料位開關判斷；除塵器除灰系統運行參數判別；檢修拆解措施驗證。

2.1 除塵器灰斗高料位開關判斷及其缺陷

按照《火電廠除塵工程技術規范》（HJ2039-2014）8.2.7條“每個灰斗應設置高料位開關，必要時也可設置低料位開關”的要求，大多數除塵器的每個灰斗都只設計了高料位開關，通過高料位開關的報警指示，簡單判斷除塵器灰斗內部儲灰情況。在灰斗高料位開關選型上，由于射頻導納料位開關相對比較經濟、可靠，為此，普遍的設計選型采用的是射頻導納料位開關。理論上講，射頻導納料位開關在設計上使用了先進的抗黏附電路，采用多參量的測量，其中交流鑒相采樣器技術手段，從數學理論上解決了在開關上的掛料問題。但是，在除塵器灰斗內惡劣的環境中，射頻導納料位開關依然難免出現誤報警和損害，也正是因為射頻導納料位開關在實際應用中誤報警頻發，很容易對運行管理人員產生認識上的誤導。另外，射頻導納料位計在使用前需調試，調試時需經過有灰和無灰兩種狀態，才能準確標定料位計，這在除塵器除灰系統存在缺陷[4]，或除灰設計輸送能力不足，或除塵器氣流分布不好時，對除灰系統運行會有很大的風險隱患，如果除塵器處于運行中、檢修人員又不能及時發現并排除問題，問題長期積累，最終會造成嚴重危害。國內有不少除塵器在投產1年內會出現嚴重積灰故障，主要就是因為這方面的原因。

2.2 除塵器除灰系統運行參數判別及缺陷

除塵器灰斗下部配套的氣力除灰裝置，較常見的是正壓氣力除灰系統。正壓氣力除灰系統中的核心設備倉泵的送料控制方式，主要有料位控制和時間控制，這兩種控制方式關鍵的控制與監控參數是倉泵料位計、灰管母管壓力、氣管母管壓力、倉泵落料時間，在DCS分散控制系統對除灰系統運行監控上，主要觀察和記錄這四個參數，而且在電廠運行經驗方面，更趨向于灰管母管壓力和落料時間的監控與記錄。這種監控方式判斷除灰系統是否正常有一個前提，就是必須有正常狀態下的運行曲線與實際發生變化的運行曲線進行比對，當比對結果發現實際運行曲線灰管母管壓力降低、倉泵落料時間變短，就可以判定倉泵下料出現變化，這個變化如果長期存在，并且隨負荷、煤質變化沒有好轉的趨勢，那么除塵器發生積灰的可能性就很大。圖1、圖2是國內某電廠發生除塵器嚴重積灰后，除灰灰管母管壓力和落料時間的變化曲線。

圖1是除塵器除灰系統開始發生故障時灰管母管壓力和落料時間的曲線，圖2是故障狀態下運行將近1個月后灰管母管壓力和落料時間的曲線，從間隔較長時間、不同時間段的曲線對比看，變化非常明顯，但是，連續時間內的曲線差別并不是很明顯。

圖1 除灰灰管母管壓力和落料時間開始變化時的狀態曲線

圖2 除灰不暢時灰管母管壓力和落料時間的狀態曲線

由于DCS控制記錄曲線幅度設置的影響，在長期累積造成除塵器積灰方面，氣力除灰運行曲線最初發生的變化往往并不是很大，而等到曲線變化發生明顯變化時，除塵器實際已經發生了嚴重堵灰損害，況且機組負荷、煤質、運行參數等方面的變化，時常也會造成除灰運行曲線短期內發生變化，這種情況就需要除塵、除灰運行管理人員具有高度的安全風險意識和嚴謹、細致的工作方法，在發現問題的初始階段，密切跟蹤、準確判斷、及時處理。

2.3 檢修拆解措施驗證及缺陷

檢修拆解驗證措施主要有：1）除塵器灰斗捅灰孔進風或冒灰措施；2）除塵器灰斗流化風管是否有進風措施；3）倉泵平衡管（透氣管）進風或冒灰措施[5]。這三種措施并不是日常運行點檢的內容，措施的使用往往是因為已經發生了故障，為了進一步驗證所采取的驗證措施，最多也屬于事后的處理措施。況且除灰斗流化風管是否進風措施以外，其他兩種措施還存在一定的安全風險，而灰斗流化風管是否有進風措施，僅僅能用來判斷除塵器灰斗是否已排空，對除塵器內灰位的高低并不能做出很好地判斷。所以，當使用捅灰孔進風還是冒灰及倉泵平衡管進風還是冒灰的措施，判斷除塵器內積灰嚴重時，假如除塵器已存在嚴重堵灰、積灰現象，那么積灰對除塵器的損害實際已經發生了。

3 防范除塵器嚴重積灰的技術措施

3.1 除塵器灰斗高料位監控方式

從傳統設計理念上，保障除塵器下部除灰系統運行正常，確保除塵器灰斗高料位信號報警準確，這是最為理想的控制除塵器灰斗灰量的方式。為此，在射頻導納料位開關不能很好地滿足要求的情況下，選擇應用性能更加安全、可靠的灰斗料位檢測儀器，是設計人員需要首要考慮的問題。近年來，伴隨無源核子料位檢測技術手段的不斷完善，無源核子料位計已得到越來越廣泛的使用。1）無源核子料位計不需與被測介質接觸，灰斗內的惡劣環境對儀器儀表沒有影響，也就不存在測控元件磨損、干擾等眾多問題，同時因為全部元器件安裝于灰斗外，維修、維護、更換更加方便；2）無源核子料位計測量的是安裝位置層面灰的總量，其可以輸出開關量，也可以輸出模擬量，灰斗壁面掛灰不影響料位檢測；3）無源核子料位計雖不能實現連續料位的測量，卻可以準確反映出測點位置灰位的變化過程，有利于運行人員了解系統的運行狀況。

實際上對于無源核子料位計，同樣也存在發生故障而失效的可能，另外，無源核子料位計也缺乏緊急狀態下的考驗和驗證。所以，在涉及除塵器嚴重積灰等重大設備運行安全問題方面，一種技術也不可能解決所有的問題。綜合判斷，冗余治理，也是必不可少的管理保障措施。

3.2 除塵器除灰系統運行參數控制方式

在運行方面，由于除塵器下部氣力除灰系統普遍采用監控灰管母管壓力和落料時間的方式進行監控，對于除塵器發生嚴重積灰的過程，除了明知除灰系統有故障，而人為處理不及時的責任事故外，最難防范的是不宜察覺的、長期的、緩慢的積累過程。如國內曾經發生過長達4個多月的緩慢累積造成除塵器嚴重積灰的案例。在除灰系統運行方面，倉泵落料不暢也會發生灰管母管壓力降低、倉泵落料時間變短的情況，為此，在除灰系統控制上，引入灰管母管壓力、倉泵落料時間的報警監控功能，對于避免除塵器嚴重積灰，也有重要的作用。

3.3 除塵器灰斗高料位自動排灰、報警技術措施

在灰斗輔助環節設計上，通常設計有捅灰孔、緊急排灰口、流化氣化口，缺乏自動化的除塵器發生嚴重積灰狀況下的安全保護環節。國內已有企業依據多年的實踐經驗，開發出了當除塵器發生嚴重積灰，且灰位超出高料位一定高度時，可自動排灰和報警功能的灰斗及其裝置，為防范除塵器嚴重積灰設置了最后一道安全保護（如圖3）。

圖3 自動放灰安全信號閥及其裝置結構圖

如圖3所示，如灰斗下部的除灰系統出現不易察覺的輸灰故障，或灰斗高料位計出現不易發現的故障時，由于故障的存在，灰斗內部灰位與灰量將因設備持續運行緩慢增加，此時灰斗處于危險狀態，如果運行人員不能及時發現，伴隨積灰超過灰斗正常儲灰高度，達到自動放灰，安全閥伸于灰斗上部的進灰管口高度時，灰塵就會自然流入到進灰管內，同時隨著灰管內流入灰塵高度的積累，具有良好流動性的灰塵，將推動自動放灰安全信號閥蓋開啟，進灰管內的灰塵也就自動從閥門處流出，從而減緩灰斗內灰位的上漲。自動放灰安全信號閥蓋開啟時，帶動閥門門桿移動，觸動閥內部接觸開關斷開，為遠程監控傳送開關量報警信號，實現灰斗自動排灰同時的遠程報警功能。事實上，只要自動放灰安全信號閥開啟放灰，就為巡檢人員及時發現問題提供了直接判斷的依據。

4 結論

盡管除塵器異常積灰問題時有發生，但從產生的原因及現階段的技術手段分析，該類問題并不是不可防范、不可預知的。在除塵器、除灰設計方案策劃階段，注意采用如下技術措施，對除塵器預防和防范異常積灰都具有積極的作用。1）盡可能選用可靠性、穩定性好，使用壽命長、故障率低、干擾因素少的灰斗高料位計；2）在除塵器控制上，引入除灰灰管母管壓力、倉泵落料時間異常的報警監控功能，可起到及早發現、及時處理除塵器積灰故障的預警作用；3）在除塵器內灰位超出灰斗高料位計一定高度條件下，在除塵器上設計安全、簡便的檢查與報警裝置，可對除塵器起到有效的安全保護作用。

[1] 啜廣毅，王力騰，沈繼平.燃煤電廠煙氣除塵技術介紹[J].中國環保產業，2013（2）: 52-56.

[2] 張德軒，陳國榘.對幾次電除塵器坍塌事故原因的初探[J].電力環境保護，2006，22（4）: 25-29.

[3] 國家電監會辦公廳.關于加強火電廠電除塵器安全管理的通知[L].2007-1-19.

[4] 李中存，徐剛華，楊美璁等.1000MW機組電除塵灰斗高料位及輸灰堵管的分析及處理[J].貴州電力技術，2015，18（8）: 12-14.

[5] 張曉博.火電廠電除塵器灰斗積灰簡單判別法[J].華電技術，2014，36（10）: 63-64.