MEEP 清灰钢刷失效分析与试验装置设计

赵胜清，赵海宝，郦建国，何林菊，何毓忠，王贤明

(浙江菲达环保科技股份有限公司，浙江 诸暨 311800)

0 引言

移动电极电除尘器是用于燃煤电厂烟气除尘的新技术，具有有效避免二次扬尘、出口粉尘浓度低、可有效收集PM2.5、结构紧凑、电能损耗低等特点。在国务院提出“大气污染治理十条措施”的背景下，移动电极电除尘器可显著降低燃煤电厂粉尘排放、减少PM2.5微细颗粒物排放［1］、节能减排，是大气污染治理的能手［2－3］。钢刷作为移动电极电除尘器寿命的瓶颈之一，其国产化的质量把控显得尤为重要。钢刷的寿命评估、失效形式分析和相应的改进是电除尘器厂家的关注点，钢刷相应工作参数的掌握可大幅提高移动电极电除尘器的维护性能，从而大幅提高除尘效率并降低运行成本。

1 钢刷工作状态和失效形式分析

移动电极电除尘器的除尘方式为旋转钢刷在非集尘区域清刷阳极板使得吸附在阳极板上的粉尘被顺势刷下。旋转钢刷安装时，左右两个钢刷轴间距可调整，使得两轴间距比钢刷外径小5～10 mm，因此钢刷在工作时显弹性状态并且被弯曲成为弧形面。每旋转一圈，钢刷被强制过盈刮刷移动阳极板，使得在阳极板上的粉尘被清除。钢刷与极板接触一次，同时经过一次弹性变形，完成一个循环，因此，钢针承受的主要是周期性载荷。

“米巴赫”焊机电极钢刷的钢针结构与本文的清灰钢刷相似，魏崇光［4］等认为钢刷破坏的主要原因为大于3 mm 的钢渣异物嵌人刷面钢针间隙内而引起钢针倒伏。嵌人的异物使钢针在运动过程中承受的弯曲应力超过了屈服极限，钢针产生塑性变形而倒伏。倒伏的钢针脱离了工作状态，减少了钢刷的有效承压面积，从而加大了倒伏区周围钢针的负荷，随着运行次数的增加而使得倒伏现象不断向周围扩展［4］。因此，在移动电极电除尘器钢刷的失效形式试验时，不仅需要考虑钢针的强度、磨损、疲劳，还考虑由于钢针的塑性变形而产生的倒伏。

2 日立对MEEP 钢刷的研究现状

2.1 日立1979年模拟试验研究情况［5－6］

1979年日立工业建设公司(简称日立)研制出首台移动电极电除尘器，对移动电极、清灰刷、链条等关键部件进行改良。日立在1982年开始进行用于移动电极电除尘器的钢刷试验，装置结构和试验结果如图1所示。

图1 日立钢刷试验装置结构和试验结果

日立的磨耗试验装置在有粉尘状态下进行了约1年的试验，其磨耗量约为5mm。因为控制集尘极与刷子接触程度的轴距离是可调的，每年进行一次调整，保证钢刷对移动极板的清灰效果。MEEP 运行的结果表明，刷子每年的磨耗约为2.5 mm，实际运行的MEEP 可延长调整的时间间隔。日立通过对试验MEEP 半年的运行情况确认了设备整体的可靠性，并通过对第一台投运设备约2年的追踪调查得到了技术方面的确认。

2.2 日立2006年改进后的试验结果［7］

T.M 等［7］认为对于移动电极电除尘器，一个重要的因素是提高移动部分的可靠性。旋转刷由一个旋转轴和刷子组成，刷子由钢线组成，固定在旋转轴上。传统的旋转刷结构虽然结构简单，但整个待刷极板平面不是在一个平面上，导致钢刷的应力变化大，从而寿命降低，传统旋转极板结构如图2(a)所示，因此，日本日立为改善钢刷寿命这个移动极板的可靠性瓶颈，对旋转极板的结构做了改进，如图2(b)所示。旋转极板结构的改进不仅刚度大大增加，从而使阳极板长度也可增长，增大集成面积;同时，从试验结果得出，由于待刷面的平面度增加，使得钢刷的寿命也增加了近一半。根据6年的实际试验结果，钢刷磨损总量约为10 mm，用于阳极板结构改进后的钢刷的更换时间预计将会超过15年。日本日立对移动极板改进前后的钢刷试验结果如图3所示。

图2 改进前、后移动极板结构

图3 移动极板改进前后的钢刷试验结果

2.3 日立2011年钢刷结构改进试验［8］

日立在2011年为改进旋转钢刷结构，将旋转形式改为固定形式。由于反电晕出现的最小粉尘层厚度为20 μm，因此，只要保证移动极板上粉尘层厚度低于20 μm，即可避免反电晕发生，以此为试验目标，将旋转刷改进后得出了一个简单的具有足够移除粉尘性能的固定清灰刷，并且通过试验研究刷子留下的粉尘厚度是否适应这个条件，结果表明，单级刷如果被安装成与水平线小于45°的夹角的时候，刷子就可以有效地移除粉尘。因为在大于45°时与电极板接触的钢刷数量会减少。

日立的MEEP连续运行试验结果表明，新的固定刷可保证系统长期运行的稳定性和使用4年以上的寿命，并且新的固定刷可以被分解成小的几个部分，从而可以非常容易地通过狭窄的位置替换失效的钢刷。

3 试验装置和试验方法设计

3.1 钢刷材料对比

在日本投运的移动电极电除尘器的清灰钢刷，其钢针产用的不锈钢材料为SUS304，SUS304 对应国内GB 牌号为0Cr18Ni9 (新标准0Cr19Ni9)。由于国内材料与国外材料在制造时标准和方式不同，存在一定的差异性，针对国内钢刷的试验非常具有必要性。

3.2 试验装置方案及试验总体方法

本试验分一次试验和二次试验，如图4、5 所示，一次试验在无灰的情况下进行，极板结构与实际移动极板结构完全相同。二次试验装置在一次试验装置基础上改造，充分利用一试验的装置，从而减低试验成本。二次试验的转鼓极板之间留着缝隙，模拟移动极板之间的缝隙，转鼓极板的转动模拟移动极板上下的移动。

图4 一次钢刷试验装置示意

图5 二次钢刷试验装置示意

3.3 一次试验计划与试验结果处理方法

(1)通过收集断裂而掉落的钢针，统计钢针断裂数量随时间变化情况。由于在无灰的环境下试验，掉落的钢针容易收集。

(2)在法兰连接处跟换钢刷，试验不同种类钢刷的性能，选出最佳的刷毛材料、刷毛直径、刷毛长度、螺旋组数等。并判断刷紧力和磨损的关系。

(3)在试验开始前对钢刷进行平行光投影，测出各断面的外直径，试验结束后，再通过平行光投影测出各断面直径，数据处理后的出倒伏随时间变化情况，以等效每年的时间调整一次轴间距并记录倒伏量，以25 mm 倒伏量为报废标准。

3.4 二次试验计划与试验结果处理方法

测试钢刷在有灰环境下的磨损情况，比较与一次试验测试方法的的结果，得出因加灰和转鼓型极板的修正方法。试验结果预计在1年后整理完成，与包头第一热电厂的移动电极电除尘器实际情况对比，得出钢刷的主要失效形式和寿命，评估工程可行性并提出优化改进方案。

4 结语

在研究了用于移动电极电除尘器的钢刷失效形式和日立针对钢刷试验的三次试验结果的基础上，设计了钢刷试验装置，为提高钢刷寿命和降低移动电极电除尘器出口粉尘排放浓度提供了试验数据，推动了移动电极电除尘器关键部件的研究进程，为移动电极电除尘器钢刷的改进和现有设备间距时间调整提供了参考。

［1］赵永水.燃煤电厂PM2.5微细颗粒物控制新技术:旋转电极式电除尘性能特点及安装技术［J］.能源环境保护，2012，(4):1－4.

［2］朱建波，郦建国，吴泉明，等.旋转电极式电除尘技术研究进展、工程应用及注意问题［C］.第十五届中国科协年会第9 分会场:火电厂烟气净化与节能技术研讨会论文集.贵阳:2012.

［3］郦建国，王自宽，舒英钢，等.旋转电极式电除尘器的应用与技术经济性分析［C］.第14 届中国电除尘学术会议论文集.重庆:2011.

［4］魏崇光，任振东，范金城.“米巴赫”焊机电极钢刷测试分析及研制［J］.常州技术师范学院学报，1999，(5):1－5.

［5］Gaylord W.Penney.Adhesive Behavior of Dustin Electrostatic Precipitation［J］.Journal of the Air Po11ution Control Association，1975，(2):113－117.

［6］薮田宏昭.移動電極形電気式集塵装置［J］.集塵技術，1990:21－26.

［7］Misaka T，Oura T，Yamazaki M.Improvement of Reliability for Moving Electrode Type Electrostatic Precipitator［C］.ICESP X.2006.

［8］Ando H，Shiromaru N，Mochizuki Y.Recent Technology of Moving Electrode Electrostatic Precipitator［J］.International Journal of Plasma Environmental Science ＆ Technology，2011，(5):130－134.