1 000 MW機組超凈排放改造后電除塵內(nèi)部螺旋線大量損壞的原因分析

司文波，蘇國強

(華能國際電力股份有限公司玉環(huán)電廠，浙江 玉環(huán) 317604)

玉環(huán)電廠4×1 000 MW鍋爐是由哈爾濱鍋爐廠引進日本三菱重工業(yè)株式會社技術(shù)制造的超超臨界變壓運行直流鍋爐，型號為HG-2953/27.46-YM1。機組靜電除塵器由浙江菲達環(huán)保科技股份有限公司設(shè)計制造，電除塵器均為三室四電場，寬極距輔助電極橫向槽板型。

玉環(huán)電廠2號機組在2015年11月超凈排放改造后電除塵設(shè)備由原來的24臺高壓硅整流變壓器變?yōu)?6個高頻整流變(每室的一電場和四電場各增加一臺整流變，并對同一個電場的陰極線進行電氣隔離，保證電場工作的可靠性)。投運后發(fā)現(xiàn)2號機組B側(cè)電除塵多個電場二次短路跳閘，為滿足超凈排放的要求，對B側(cè)電除塵進行半側(cè)隔離檢查處理，工作人員進入電除塵內(nèi)部發(fā)現(xiàn)三電場和四電場大量螺旋線已斷裂或有裂痕。斷裂螺旋線分布位置無規(guī)律，按層看各層分布均有斷線，按排看外側(cè)和內(nèi)側(cè)都有，按斷口位置看也無規(guī)律[1-3]。本文結(jié)合2號機超凈排放改造前后電除塵的運行工況變化情況，對三電場和四電場大量螺旋線斷裂的原因進行分析。

1 系統(tǒng)簡介

玉環(huán)電廠鍋爐爐膛中產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過脫硝系統(tǒng)后，進入空氣預(yù)熱器對一、二次風(fēng)預(yù)熱，然后流經(jīng)靜電除塵器，由引風(fēng)機排至煙囪。當(dāng)含塵煙氣通過靜電除塵器的高壓靜電場時，與電極間的正、負(fù)離子和電子發(fā)生碰撞或在離子擴散運動中產(chǎn)生荷電，帶上電子和離子的塵粒在電場力作用下向異性電極運動并吸附在異性電極上，通過除塵器的陰極和陽極振打裝置使電極上的飛灰落入電除塵器的灰斗內(nèi)，通過輸灰系統(tǒng)將飛灰輸送至灰?guī)臁Ｃ颗_爐設(shè)二臺電除塵器，電除塵器均為三室四電場。一二電場陰極線為芒刺線，三四電場陰極線為螺旋線，如圖1所示。

高頻電源基本原理是三相交流電經(jīng)整流和濾波后，得到 530 V 左右的直流電壓，再經(jīng)IGBT逆變，產(chǎn)生40 kHz 左右的交變高頻電流信號，經(jīng)高頻變壓器升壓至20 kV，再經(jīng)倍壓整流，產(chǎn)生平直的80 kV高頻脈動負(fù)高壓直流信號，經(jīng)阻尼電阻送入電場。同時，為了防止粉塵粘附在電除塵的絕緣子和瓷軸上，在電除塵頂部增加熱風(fēng)吹掃裝置。熱風(fēng)吹掃裝置配備離心風(fēng)機、換熱器、進回汽管道、溫度控制柜等設(shè)備。利用廠用輔助蒸汽對吹掃風(fēng)進行加熱。

圖1 電除塵內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2 電除塵螺旋線大量損壞原因分析

本次超凈排放改造螺旋線沒有更換，并且經(jīng)過研究院對斷裂螺旋線檢驗，螺旋線斷裂是由于腐蝕應(yīng)力所致，可以排除螺旋線材質(zhì)問題造成斷裂。

2.1 電除塵低低溫改造后，低溫腐蝕造成螺旋線斷裂

電除塵在低低溫工況下，飛灰比電阻有了數(shù)量級上的大幅下降。由于2號爐電除塵檢修后運行初期，排煙溫度長時間僅40～60℃，遠(yuǎn)低于85℃左右的酸露點，螺旋線表面凝聚大量硫酸的小液滴，此時在50～60 kV的高壓直流電下運行會產(chǎn)生較嚴(yán)重的腐蝕和頻繁放電。放電如達不到拉弧，在火花率整定模式下無法自動調(diào)整參數(shù)運行，但頻繁的放電將擊傷熔蝕螺旋線。這些會產(chǎn)生較多腐蝕坑，該部位在拉應(yīng)力下出現(xiàn)裂紋以致斷裂。

電場運行參數(shù)曲線見圖2。

圖2 電場運行參數(shù)曲線

2.2 通過單根螺旋線電流增大，使螺旋線損壞

3號電除塵低低溫改造后正常運行一年多，利用檢修機會進入內(nèi)部檢查發(fā)現(xiàn)，螺旋線表面沒有明顯的裂紋及腐蝕坑現(xiàn)象，但產(chǎn)生了一定數(shù)量較明顯的放電黑斑，說明電場放電會對螺旋線有影響，且放電強弱可能是破環(huán)螺旋線的因素，在這種運行工況下螺旋線的使用壽命會降低。

2號機組電除塵正常運行時采用脈沖供電方式，即高能供電與低能供電交替進行的一種控制方式，二次電流設(shè)定值為1 000 mA。電除塵改造后調(diào)試期間將2號機組電除塵高壓電場運行方式更改為火花率整定方式(高頻電源的工作頻率依據(jù)二次設(shè)定參數(shù)調(diào)整的一種連續(xù)供電的控制方式)后，B側(cè)電除塵多個四電場發(fā)生二次短路跳閘。

2號機組在超凈排放改造后，在A、B側(cè)一電場和四電場共增加了12個整流變，以B側(cè)四電場為例由原來的四室四、五室四、六室四，三個整流變改為四室四1、四室四2、五室四1、五室四2、六室四1、六室四2，六個整流變，而電除塵內(nèi)部的螺旋線個數(shù)并沒有增加，只是將原有的螺旋線進行電氣隔離，一半由四室四1整流變接帶，另一半由四室四2整流變接帶。所以正常運行時(脈沖供電方式)二電場和三電場的二次電流是一電場和四電場的2倍左右，這樣通過螺旋線的電流基本一致,見表1。

表1 側(cè)電場正常運行時二次電流

表1顯示，二次電流隨機組負(fù)荷等因素實時變化，但各電場變化趨勢基本一致。

但在電場運行方式更改為火化率整定后，所有整流變二次電流都增至1 000 mA，對于二電場和三電場而言二次電流增加一倍左右，然而通過四電場的螺旋線電流變?yōu)檎＿\行時的四倍以上。因此，可以判定很有可能因電場運行方式改變后通過螺旋線電流急劇增大，使螺旋線損壞。

3 防止電除塵螺旋線大量損壞的運行策略

2號機組電除塵高頻改造后，電場正常運行方式為脈沖供電方式,當(dāng)脈沖供電無法滿足超凈排放要求時，為了提高電除塵的效率，還需將電場控制方式改為火花率整定方式，建議重新整定四電場火花率整定控制方式定值，防止火花率整定方式運行時通過螺旋線的電流超限。

2號機組煙氣冷卻器改造后，煙氣冷卻器出口煙氣溫度長期低于設(shè)計值運行(設(shè)計值為90℃)。煙氣溫度的降低達到降低飛灰比電阻和降低煙氣量的效果，實現(xiàn)了電除塵器設(shè)備的除塵提效，但也會對電除塵內(nèi)部的螺旋線造成低溫腐蝕，應(yīng)綜合考慮環(huán)保要求和設(shè)備壽命等因素，優(yōu)化煙氣冷卻器運行方式，提高電除塵入口煙氣溫度。

低低溫改造后，飛灰比電阻大幅下降。經(jīng)過研究和計算，采用高可靠性的芒刺線同樣可以保證除塵效率不下降。考慮以后長期可靠運行，建議在保證排放指標(biāo)的前提下同期更換為RSB芒刺線和RS-1小刺芒刺線。

4 結(jié)語

在日益嚴(yán)格的環(huán)保要求及新政策的引導(dǎo)下，各燃煤電廠陸續(xù)對已投產(chǎn)機組進行超凈排放改造。各電廠在超凈排放改造前應(yīng)充分考慮改造后對其他設(shè)備運行工況的影響，盡量使設(shè)計方案符合電廠的實際運行情況。在改造后最好將改造前后運行情況進行對比，發(fā)現(xiàn)運行工況變化后應(yīng)及時查找原因，不能盲目地追求環(huán)保指標(biāo)而使其他未改造設(shè)備壽命大大縮短。華能玉環(huán)電廠2號機組和3號機組改造后各項環(huán)保參數(shù)已達到超凈排放要求，并經(jīng)過長時間穩(wěn)定運行，對超凈排放改造后機組的運行控制積累了大量的經(jīng)驗,對于其他電廠具有良好的借鑒意義和推廣價值。

參考文獻：

[1] 哈爾濱鍋爐廠.玉環(huán)1 000 MW超超臨界鍋爐設(shè)計說明書[R]. 哈爾濱鍋爐廠,2004.

[2]華能玉環(huán)電廠.華能玉環(huán)電廠輔機運行規(guī)程[R]. 華能玉環(huán)電廠,2014.

[3]朱法華,李輝,王強.高頻電源在我國電除塵器上的應(yīng)用及節(jié)能減排潛力分析[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報, 2011,1(1): 26-32.

ZHU Fahua, LI Hui, WANG Qiang. Application of High Frequency Power Supply for ESp in the power industry of China and its potential for energy saving and emissions reducing[J]．Journal of Environmental Engineering Technology，2011,1(1)：26-32．