热电部10#炉除尘器阳极板开裂原因分析

(中石化股份有限公司天津分公司装备研究院，天津 300271)

热电部10#炉除尘器阳极板开裂原因分析

李 锐

(中石化股份有限公司天津分公司装备研究院，天津 300271)

静电除尘器阳极板变形、开裂的现象时有发生，本文介绍了公司热电部10#炉除尘器阳极板开裂的原因和相应处理意见。

除尘器 阳极板 开裂

0 引言

电除尘器是含尘气体通过高压电场电离、尘粒荷电并在电场力的作用下沉积于阳极板， 经振打清灰后实现尘粒与含尘气体分离的一种除尘设备。电除尘器净化效率高、 设备阻力小、工作温度可靠、运行费用低、理烟气量大，目前在建材、电力、冶金、化工和食品加工等多个行业得到广泛应用。

1 问题简述

2013年3月，开机检验发现在热电部除尘脱硫车间10#炉除尘器内部B侧电场烟气入口附近多张阳极板上出现不同程度的开裂。其中在除尘器内部从北往南数第19排，从西向东数第3张阳极板损坏程度最为严重，厂方截取该段进行分析，如图1所示。

该除尘器系统为浙江菲达环保生产的设备，电除尘器安装在布袋除尘器前，阳极板和阴极线架均铅垂安装，具有可靠的限位和固定等防止摆动的措施，保证运行中各部件之间的合理间距不变。阴阳极具有良好的匹配，能够形成较均匀的电流密度分布。结构设计能有效地避免粉尘产生二次飞扬现象。阴阳极振打采用旋转重锤机械侧振打。

除尘器的工作温度为140～170℃，烟气入口含尘浓度33.7～67.3g/Nm3，烟气流速1.06m/s。阳极板为480C型冷轧钢板(材质为Q235B)，厚度1.4mm，总长度为10.95m，使用3年以上。阳极板受损位置主要集中在距地面标高1.5～1.7m处。

2 除尘器构造和原理

电除尘器主要由壳体、阳极系统、阴极系统、阳极及阴级振打系统、气流分布装置等组成，见图1。各构件其不同的结构型式在各除尘器内有着各自的特点和功能。电除尘壳体是密封烟气、支承全部内件重量及外部附加载荷的结构件，主要是引导烟气通过电场，支承阴、阳极和振打设备，形成一个与外界环境隔离的独立的收尘空间。阳极系统是由阳极板、上部悬挂装置及下部振打杆、承击钻。阳极板主要作用是捕集荷电粉尘，通过振打机构的振打冲击，使极板发生振动及抖动，将极板表面的粉尘成片剥落到灰斗 。阴极又称放电极，是电除尘的主要部件阴极与阳极一起形成电场，产生电晕电流由阴极线、大框架、小框架、吊挂装置等部分组成。流分布装置是为保证气在电场分布均匀而安装的导流板与气流分布板，以保证除尘效率。

图1 静电除尘器结构图

3 检测与应力分析

3.1宏观检验

对送检的阳极板进行宏观检查，阳极板两侧各有一长约150mm的裂口，两条裂口的延长线上有条明显的折痕。以折痕为界，将阳极板分成两个区域：Ⅰ区表面粘附有较多的烟尘，烟尘下为红褐色铁锈；Ⅱ区表面烟尘粘附较少，以红褐色铁锈为主，见图2。

图2 发生断裂的阳极板部位

3.2断口分析

观察裂口可知开裂是由阳极板边缘向内扩展，并且扩展到阳极板的机加工痕迹时改变方向，见图3和图4。裂口的断口平齐、有金属光泽，开裂的起始部位有沿不同方向的卷边现象，可以判断，是由于阳极板开裂后受到多次且不同方向外力造成的，见图5-图7。

图3 1#裂口的整体形貌

图4 2#裂口的整体形貌

图5 1#裂口边缘形貌

图6 2#裂口边缘形貌

图7 3#裂口边缘形貌

3.3受力状态

阳极板在使用过程中可能使阳极板撕裂的力有以下几种：

(1)空气不均匀造成的紊流对阳极板的冲击力。

(2)阳极板在140～170℃环境中的热膨胀时固定端对其产生的约束力。

(3)振打器工作时对阳极板产生的力。

(4)阴阳极工作中产生的异常闪爆产生的冲击力。

3.4应力计算

针对4种受力状态进行如下计算

(1)由于空气不均匀造成的紊流没有相关数据无法计算。

(2)阳极板在140～170℃环境中的热膨胀时固定端对其产生的约束力。

首先求的阳极板的伸长量，根据ΔL = L×α1×ΔT,

ΔL为阳极板伸长量，mm

L为 阳极板长度，mm

α1为Q235B在20℃时的线膨胀系数11.4×10-6,K-1

ΔT为温度差，K；(K =℃+273.15)

ΔL=10950mm×11.4×10-6,K-1×[(170+273.15)-(20+273.05)]=18.7mm

厂方介绍，阳极板安装时有30mm的膨胀量，故阳极板在140～170℃环境中的热膨胀量不会对阳极板产生约束力。

(3)振打器工作时对阳极板产生的力。

该力的主要作用是使阳极板上的积灰脱落，其方向平行与阳极板平面，作用点位于固定阳极板底部的装置上。

基于振打器的工作原理，较易在阳极板的某些薄弱部位产生疲劳裂纹。并且由于振打力传到阳极板顶部作用力减弱，常使该部位积灰严重，为清除顶部积灰常采用增大振打速度及缩短振打周期的措施。但过大的振打加速度和缩短振打周期容易使阳极系统和阳极振打装置产生疲劳损坏。

(4)阴阳极工作中产生的异常闪爆产生的冲击力

静电放电能否产生火花取决于放电能量的大小(对于能产生火花的最小放电能量值，目前也没有明确的数据)。

根据导体间放电能量计算公式：W=1/2CV2(W为放电能量，C为导体间的等效电容，V表示导体间的电位差)。

从上式可以看出，导体间的电位差不变的情况下，增加导体间的等效电容会使阴阳极板间的放电能量增加。等效电容可由式C=ε S/d，(ε为两极间介质的介电常数，S为极板面积，d为两极间的距离)。在除尘器中，阴极线和阳极板可形成一个有效电容而影响阴阳两级间等效电容的唯一因素为极间距。当积灰严重时，会减小异极距，当极距减小到一定程度时，放电能量达到静电放电产生火花的要求，在阳极板和阴极线上产生火花。

除尘器在运行过程中烟尘中具有可燃物并有助燃的氧气，再加上产生的电火花就形成了闪爆的条件。闪爆发生具有不确定性，且没有相关数据无法计算冲击力大小。

4 失效原因分析

根据宏观检验结果，阳极板表面及断口存在锈蚀，但未见明显的腐蚀坑，因而腐蚀不是造成开裂的原因。

从断口分析可知阳极板开裂后受到多次且不同方向外力。

由应力计算可知，阳极板在140～170℃环境中的热膨胀不会使阳极板产生开裂。

对于紊流及闪爆对阳极板产生的冲击力虽不能准确计算，但根据阳极板的现场安装结构可知，阳极板是下端固定上端自由的的悬臂梁。当紊流及闪爆对阳极板产生的冲击力作用于阳极板时，在靠近固定端处阳极板受到的力矩最大，此处较易开裂。

振打力作用到阳极板的某些薄弱部位较易产生疲劳裂纹，且过大的振打加速度和缩短振打周期容易使阳极系统和阳极振打装置产生疲劳损坏，这也是造成阳极板开裂的原因。

5 结论和建议

综合上述分析结果，阳极板开裂的主要原因是紊流及闪爆对阳极板产生的冲击力和振打作用到阳极板产生的疲劳力共同作用引起的。建议如下：

(1)阳极板下部加装加强板。

(2)避免阳极板在安装后受到空气紊流及异常闪爆的影响。

(3)减少意外停车，并采取相应措施使其对整个除尘系统的影响降到最低。

[1] 盛华敏, 何建民. 电除尘器内部除尘效果的探讨[J]. 浙江电力, 2004,4,61～63.

[2] 李军印. 静电除尘器阳、阴极板腐蚀原因分析[J], 腐蚀与防护, 2002,23(3), 130-132.

Analyzing the Reasons for Cracking of Collection Plate of 10#Furnace in Thermal Plant

LI Rui
(Tianjin Petrochemical Equipment &Instrumentation Research Institute, Sinopec, Tianjin 300271, China)

In view of cracking or deformation of collection plate happened occasionally. In the paper, the reasons for cracking of collection plate of 10# furnace in the thermal power plant were analyzed. Effective suggestion and advice have been proposed.

electrostatic precipitator; collection plate; cracking

TG172.9

A

10.13726/j.cnki.11-2706/tq.2014.08.075.03

李锐 (1987-) ，男，硕士，助理工程师，主要从事红外热成像技术应用研究工作和加热炉、锅炉、管线保温（保冷）节能检测技术研究。