石灰窑电除尘器常见故障诊断及排除

2017-06-19尹庭坚

纯碱工业 2017年3期

关键词：芯线电除尘电晕

刘洋，尹庭坚

(江苏井神盐化股份有限公司淮安碱厂，江苏淮安 223200)

参考文献

石灰窑电除尘器常见故障诊断及排除

刘洋，尹庭坚

(江苏井神盐化股份有限公司淮安碱厂，江苏淮安 223200)

结合淮安碱厂窑气除尘系统的重要设备之一静电除尘器的生产运行组织的实际情况，探讨了其常见故障和处理方法，并提出了设备长周期稳定运行的措施。

静电除尘器；窑气；整流器；阴极；阳极

1 石灰窑气含尘量的指标

纯碱厂的窑气压缩机一般可分为螺杆式(容积式)和透平式(离心式)，基于不同类型的压缩机各自性能特点，其要求的运行操作参数和介质环境也不尽相同。采用透平式窑气压缩机的厂家，对窑气含尘量要求较为严苛，窑气的含尘量须严格控制在10 mg/m3以下，否则将会破坏压缩机叶轮的动平衡，给生产安全稳定运行带来重大隐患和风险。

一方面，纯碱厂的石灰煅烧过程使用焦炭的灰分较高，一般可达约17%，燃烧后产生了大量粉尘；另一方面，经过筛分后投入窑内的石灰石中泥沙仍然存在(其含量约为2%～5%)，泥沙入窑受热干燥后即产生扬尘；加之，石灰石在倾倒、混合、煅烧过程发生撞击、摩擦、破碎也产生大量粉尘。自石灰窑顶产生的夹杂上述粉尘的窑气，其含尘量一般可高达1 000～2 000 mg/m3，经过旋风分离器、窑气洗涤塔的两级净化除尘后，含尘量可降低至150 mg/m3左右，必须经过静电除尘器的再次处理方可降低到10 mg/m3以下。为此，静电除尘器的运行质效尤为关键。

2 静电除尘器概述

2.1 静电除尘器结构组成

以规格型号为φ3760×12850静电除尘器为例进行说明，其一般由阳极系统、阴极系统、清洗喷洒装置、绝缘保温箱、气体均布装置、壳体及高压整流控制装置等部件组成。阳极系统一般由77根φ325×8-5000碳钢管构成。阴极系统一般由φ3×6000电晕芯线、阴极悬挂系统、阴极定位装置等组成。阴阳极的清洗均采用顶部喷洒装置。电压经整流增压后的高压电直接通过高压隔离开关、阻尼电阻后送入阴极系统。高压进线设有保护套管，为防止阴极系统支承绝缘子周围的温度过低而结露漏电，外加绝缘保温箱。

2.2 静电除尘器工作原理

静电除尘器管式结构，气体流向为垂直方向进出。如图1所示，电除尘器工作时，其电晕极(阴极)接高压直流电源的负极，收尘极(阳极管)接为正极，在高压电场的作用下电晕极附近的窑气被电离生成大量的正、负离子。离子碰到气体中灰尘粒子就附在尘粒上，荷电的尘粒在高压电场作用下，带正电离子的尘粒向芯线移动，由于电晕区范围小(3 mm)，因此与电晕极性相同的负离子尘粒通过范围更大的电晕外区向收尘极(阳极管)方向移动，而进入管间的含尘气体也大部分在外区通过，所以大多数带负电的尘粒朝阳极管方向运动，并汇积在管壁上，只有少数尘粒带正电荷而沉积在芯线上。荷电尘粒到达电极后，放出电荷，还原成中性尘粒，用净化河水定时(4 h/次)冲洗后经塔底排污口放出，净化后的窑气由电除尘器塔顶被抽出，送往窑气压缩工序。

图1 窑气静电除尘器工作原理图

3 常见故障及处理

静电除尘器作为纯碱厂石灰窑气净化除尘的重要设备，评价其性能优劣的主要指标是除尘效率和出气含尘量。而电除尘的控制和调整参数主要是输出的二次电流和二次电压，正常运行，一次220 V直流电经整流增压后，其二次电压一般可达55～70 kV，二次电流可达110～140 mA。因此，日常运行之故障主要依据二次电压、二次电流的异常波动进行判定、处理。

3.1 电场短路

出现二次电压归零的状况，主要原因是阴阳两极连通，继而发生了电场短路，即逆电离，此时，电压表指针接近或几乎处于“0”位，电流却很大。譬如：电晕极芯线、冲水漏斗脱落，阳极管内结疤脱落，电场内遗留的电焊条、铁丝、废铁件、工具等可导电杂物处于收尘极与放电极之间时均可能导致电场短路发生。

停车后，及时清理恢复安装脱落的芯线、冲水漏斗，去除阳极管内脱落的疤块，清除落入管间的杂物，即可顺利排除故障。

3.2 电场失电

出现二次电流归零的状况，主要原因是电晕极失电，无法形成通电回路。譬如：整流器故障、电除尘塔体接入线熔断或脱落(见图2)等均可致其发生。

及时排除整流器故障、更换熔断的塔体接入线即可解决。

图2 电除尘塔体接入线熔断

3.3 电场闪烁

出现二次电压、二次电流持续闪烁，如图3所示，通常称之为电除尘放电现象。产生放电原因较多、且缺乏一定的规律，大致可总结以下几方面：一是电晕极和阳极管壁间距出现了或小、或大或是时小时大的不规则波动；二是阴极系统支承绝缘子放电；三是电气方面的故障。

图3 稳定电场和闪烁电场的二次电流趋势对比图

快速、准确判断此类故障较为复杂，通常需要具有电除尘结构、理论知识和丰富维保实践经验的技术人员借助铜棒，辅助观察放电闪烁火花位置，并结合DCS界面相关操作参数综合判定。

3.3.1 电晕极和阳极管壁间放电

①芯线固定重锤与固定架脱离，导致芯线因窑气通过发生晃动，重新固定即可；

②芯线未拉直或芯线安装不对中，重新调整安装即可；

③塔内冲洗水未排净，直接流入管间造成电场闪烁，找到冲洗水未切断的原因并排除即可；

④阳极管管壁、除尘器塔壁结疤较多，及时对其进行高压除疤作业；

⑤电除尘阴极芯线直接弯折后与塔顶部挂钩、塔底部重锤通过锁扣紧固连接，检维修人员施工过程将芯线弯折过长以至伸入阳极管内，电除尘即会出现闪烁放电，只需将伸入阳极管内多余芯线切除即可消除缺陷；

⑥φ3760×12850静电除尘器设计处理窑气能力是15 000 m3/h，日常生产若超过其设计能力，电场闪烁在所难免，必须要降低生产负荷或增加除尘器以匹配其处理能力方可；

⑦电除尘使用年限较长，阳极管冲刷、锈蚀严重，管壁变薄卷曲同样会造成放电现象的发生，如图4所示，此种情况，须尽快对静电除尘器进行大修。

图4 管壁锈蚀卷曲的阳极管

3.3.2 阴极系统支承绝缘子放电

①绝缘箱温度过低而箱体内结露造成放电，及时调整蒸汽供应，恢复绝缘箱温度至正常水平；

②绝缘瓷瓶损坏导致电场击穿，更换新瓷瓶即可；

③高压电缆接入线与绝缘箱壁间距过近，调整接线柱位置。

导致电场闪烁的电气故障主要有整流器积灰、高压电缆接地线裸露或接地不牢等，及时联系电气专业人员排除即可。

3.4 电晕极封闭

静电除尘器的电晕极积灰，主要是通过周期性(4 h/次)的冲洗水冲淋干净，以保持其持续旺盛的电晕放电能力。一般新建电除尘器的除尘效率都很高，但在使用一段时间之后，除尘效率往往逐渐下降、恶化，主要是因为阴极芯线积灰增加而肥大，致使放电能力被削弱，电晕电流逐渐降低，即形成所谓电晕封闭现象，导致其除尘效率恶化。主要表现为二次电压不高，电晕电流较小。

出现此类现象，只需及时清除粘附在电晕极上凝结成坚固硬块的积灰，或是直接更换积灰肥大的芯线，即可顺利排除故障。

4 电除尘长周期稳定运行的措施

静电除尘器作为一种高效除尘器，广泛应用于纯碱制造等行业，为了电除尘的持久、稳定、高效地运行，笔者对影响其运行效率的因素进行了分析排查。

4.1 合理的清洗运行周期

本文所述湿式静电除尘器采用增压河水经喷头分散冲洗。在冲洗压力和平均性都满足要求的情况下，冲洗周期是否合理对除尘器除尘效率影响较大。周期过长，极管积灰过厚，增加冲洗清扫难度导致结疤，大大降低设备除尘效率；周期过短，绝缘箱温度来不及恢复到工艺要求，造成电场闪烁。

为此，建立准确合理的清洗运行周期；同时增强对喷淋装备的维护，避免喷头堵塞和脱落；加之，定期(3月/次)对阳极管的高压除疤作业等，都可大大提高电除尘工作效率，如图5所示，阳极管经过高压除疤后，其二次电流稳定性显著提高。

图5 停产检修期间阳极管高压除疤后二次电流趋势对比图

4.2 维持正常的运行参数

在正常的窑气流量、窑气含水量、窑气含尘量等参数指标与除尘器设计的参数相差无几的情况下，除尘器可正常运行。若窑气流量增加、窑气含水量升高、窑气含尘量超标，电除尘的运行工况就会恶化，大大降低除尘效率。

4.3 电除尘器的维护和检修

电除尘的故障类型较多，分析处理也相对较复杂，为此日常生产运行要严格执行《电除尘安全运行维护规程》，对设备运行中存在的故障和缺陷实时记录处置，并按规定制定完善、合理的检修周期与项目。

每3个月对除尘器的芯线与极管间距进行调整，并记录比较调整前后的除尘效率；每月对固定重锤、吊杆、分水斗、喷头、绝缘瓷瓶、极管固定花板等以及保温、加热、排污系统的零配件和装备进行检查和更新；同时每月也要及时协调、配合电气运行人员对高压硅整流装置、控制器等电气设备进行除灰清扫。

4.4 优化电除尘DCS控制技术

电除尘器装置虽可实现DCS远程控制，但是清洗、升压过程如若手动操作，电除尘器的清洗时间和除尘效果完全取决于操作人员的精心程度和操作习惯，如果清洗流程控制不科学，不但浪费了冲洗水，而且造成电除尘使用周期缩短，降低其使用效率。

根据电除尘器运行工艺规程，建立电除尘器智能控制系统，实现电除尘器无人值守、实时动态控制。电除尘器的冲水、排水、运行状态下的二次电流上升、下降、停止等工作过程，单塔的冲洗顺序、冲洗时间，均由先进控制系统智能协调完成，实现无人监守操作。当除尘效果不好时，系统会智能升高二次电压，从而保证除尘效果。

4.5 电除尘设备材质的遴选

从电除尘设备结构原理分析，系统腐蚀是影响长周期运行的主要因素。因此，电除尘的制作材料应该考虑耐用且防腐蚀。其外壳可以使用普通钢，塔内外表面应进行有效防腐处理；其它不做防腐的金属件可以采用防腐的材料制作即可，如花板托架、喷洒装置、电晕极框架吊杆、电晕极上部框架、喷嘴、电晕极重锤定位架、沉淀极管、窑气分气罩等材质可选用316，底部两层气体分布板材质可选304，沉淀极管格栅材质可选QT，在成本允许的情况下，阳极管也可全部使用304。