燃機濕法電除塵設備電流突變原因分析

田冬明

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北唐山 063000）

1 工藝簡介

某鋼鐵廠建設一套燃氣蒸汽聯合發電機組，燃料為高爐冶煉過程中產生的高爐煤氣及焦爐煤氣，二者配比為合適熱值的混合煤氣，經燃燒做功供燃機機組發電，產生的高溫煙氣經余熱鍋爐能量交換后排放，鍋爐產生的蒸汽用于汽輪機做功發電。

鑒于燃機機組對煤氣含雜質要求相對較高，須裝設一套濕法電除塵設備，對燃氣進一步凈化。去除煤氣中的焦、苯及微塵，避免煤氣燃燒過程中雜質對燃機葉片的損傷，同時確保燃燒后的煙氣排放符合國家環保標準。

2 報警描述及運行工況

2.1 W-EP機組報警情況描述

濕法電除塵設備（簡稱W-EP）在2020 年5 月運行期間，頻繁出現EP 電流低越限報警。由圖1 可見，該現象在8日尤為嚴重，期間燃機煤壓機運行效率明顯降低，同時伴有混合煤氣溫度上升情況，機組降負荷運行。16 日以后，電流恢復穩定。通過監測數據顯示，5 月8 日煙氣氮氧化物排量明顯升高。由圖2 可見，8 日系統運行極度不穩定，煙氣氮氧化物排放顯著上升，臨近國標運行最高上限。

圖1 W-EP設備2020年5月電流/電源運行監測圖

圖2 CCPP機組2020年5月煙氣排放監測圖

2.2 W-EP運行工況描述

該燃氣蒸汽聯合發電機組的濕法電除塵設備，采用380 V交流電源變壓為40 kV直流電源，正常情況運行電流1 400 mA。其他主要工藝設計指標參見表1。

表1 W-EP工藝設計指標

高爐煤氣及焦爐煤氣按標準熱值混合后的混合氣體進入EP內部，經過電離過程對氣體粉塵進行吸附后，混合氣體進入煤氣壓縮機加壓后進入燃機燃燒做功。EP內部被吸附于集塵板上的粉塵，由沖洗工業水沖刷進入EP底部。

3 故障分析

電除塵設備常見的故障，包括反電暈、陰極線肥大、電暈閉塞、供電裝置運行不良等，反映在電氣運行數據上，會出現不同的表現形式。其中發生電暈閉塞時，會出現電流明顯突降，電壓上升的現象。該機組5 月運行工況如圖1，其電流下降形式明顯，電壓上升趨勢雖然不明顯，但基本可判斷為電暈閉塞故障。

3.1 電暈閉塞形成機制

混合燃氣沿Vx 方向進入電除塵內部電場空間后，混合燃氣及其攜帶的粉塵與電場游離離子碰撞形成帶電粒子：燃氣氣體離子和粉塵粒子。由于二者之間明顯的體積差距，便形成了不同的運行速度。燃氣氣體離子在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%。

電除塵設備內部空間已經固定，因此內部電場空間為固定長度，設混合燃氣通過電除塵內部時，其經過的電場空間長度為L，則粉塵粒子受到電場牽引的時間為：

圖3 粉塵在電場中的移動模型

而在電場環境中，粉塵受電場影響，以移動速度Vy飛向集塵板，移動距離為：

由上式可知，b的距離受兩個方向的移動速度影響。其中Vx 決定于燃氣氣體進入電除塵設備的速度。燃氣氣體流速加快時，Vx 增大，則使得粉塵粒子在電場方向的移動距離b減小。影響移動距離b的第二種情況，則是當電場強度下降后，Vy速度降低，同樣導致b減小。

當b小于粉塵距離集塵板初始距離B時，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，均會導致在單位時間內，游離于電場內的粉塵粒子增多，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，進而影響氣體離子電荷的移動，最終嚴重抑制電暈電流的產生，導致二次電流大幅度下降。若空間中含塵濃度太大時，可能使電流趨于零，使運行參數明顯下降、收塵效果明顯惡化，這種現象稱為電暈閉塞。

3.2 報警期間運行狀況的分析

以電暈閉塞最為嚴重的5 月8 日運行狀況進行分析，當日上級高爐工況調整，3#高爐檢修復風，因其過程煤氣工況不夠穩定，上級工序未將該部分氣體引入煤氣柜緩沖，而是直接進入煤氣管網并最終進入燃氣蒸汽聯合發電機組。當日煤氣溫度、壓力均較設計工況上升。煤氣進入電除塵設備時，Vx 相對提高，造成同等空間同等電場強度下含塵粒子顯著增多，阻塞電暈電流產生的情況發生，最終導致電暈閉塞，監控系統頻繁“EP電流低低報警”。

事后機組例行檢修期間，發現雖然供水壓力正常，但水噴淋系統仍有大部分堵塞。水噴淋系統堵塞后，必然造成電極板沖刷不暢。淤積的粉塵對電場強度也會造成一定程度的影響，導致粒子Vy方向運動速度降低，該狀況同樣會導致同等空間下含塵粒子的增加。

3.3 改進措施

受限于高爐工況不穩必然導致煤氣波動的情況。通過上級部門協調批準，調整高爐煤氣的輸送途徑，確保三座高爐產生的煤氣在任何狀態下，均通過2 座氣柜進行緩沖，再進入燃機機組的煤氣輸送管道，以緩解某座高爐爐況調整時的煤氣劇烈波動。

沖刷用工業水過濾不徹底，導致噴淋頭極易堵塞。在供水泵前增加Y型過濾器并定期清理。利用機組定修，對噴頭進行逐個檢查清理，確保足夠的噴淋水沖刷集塵板。

4 結束語

相較于煙氣設備僅受同系統內鍋爐燃燒影響，煤氣電除塵設備更多地受到上級煤氣供應系統的影響，氣流流速、穩定性、以及上級工藝程序煤氣除塵脫焦萘等情況。因此對于大型工礦企業，完好的聯系機制，高爐工況變化期間對工藝及時跟進調整是至關重要的環節。同時，保證電除塵設備自身的穩定運行，嚴格執行工藝參數調整及定期檢修，是確保電除塵高效運行的根本條件。