碳粉收集装置在发电机集电环上的应用

孙 鸣，董 朋，吕建红，刘 彤，李 峰

（国华徐州发电有限公司，江苏 徐州 221166）

0 引 言

机组运行过程中，碳刷与滑环摩擦会产生细小的碳粉。目前，集电环装置中滑环与碳刷摩擦产生的热量与碳粉采用风管出风的方法排出，其碳粉颗粒物的总质量浓度为PM10，有时甚至达到PM2.5。排风中含有一定浓度的碳粉，其周围环境为6 kV开关室，严重威胁电气设备的安全运行。因此，开展碳粉搜集装置的研究非常有必要。

1 碳粉收集装置

1.1 碳粉搜集技术的对比

目前在用的基本为布袋式净化技术和静电净化技术。对平板式静电碳粉收集装置与布袋收集碳粉装置从运行时间、维护周期及成本等方面进行比较，见表1。

表1 平板式静电碳粉收集装置与布袋收集碳粉装置的比较表

1.2 碳粉搜集装置的选用

结合徐州电厂现场设备的具体情况，决定选用平板式静电碳粉搜集装置来治理现场碳粉扩散问题。

2 改造方案的制定

2.1 蜂窝式静电碳粉收集装置优点

考察调研同类型电厂的情况，制定方案为采用蜂窝式静电碳粉收集装置（4组静电电场），其优点为：收集装置体积小，设备安装灵活，悬吊安装；阻力损失小（12～50 Pa）容尘量大，便于维护；数据处理集成化、模块化；连续有效工作时间长、功耗低；能收集小于0.01 μm的颗粒物；能在温度（-10～70 ℃）、湿度（≤85%）的工况下正常工作。

2.2 蜂窝式静电碳粉收集装置构成

碳粉收集装置由电气控制柜、静电场、高压发生器、信号控制PCB板、PM10传感器、风压变送器及控制程序等部件组成，实现对碳粉收集的自动控制。通过加装此装置达到收尘效果。碳粉收集装置主要包括进风罩、前置压差传感器、预过滤器、PM10进口浓度监测传感器、4组静电电场模块、后置压差传感器、PM10出口浓度监测传感器、温度传感器及出风罩[1]。

2.3 净化工艺流程概述

来自发电机组的污染气体通过进风口进入本装置系统。气流首先进入预过滤器，预过滤器去除气流中可能存在的纤维、毛发等污染物。气流随后进入第1级静电场装置至第4级静电场装置。根据需要开启静电场装置，可以开启一个静电场装置，也可以开启2个或更多的静电场装置。当某个电场发生故障时，可以关闭该电场，不影响其他电场的工作。当开启一个静电场装置不能达到排放要求时，可以同时开启2个或2个以上的静电场装置。经过净化的气流通过出风口排放。本工艺设计有前置传感器与后置传感器。前置传感器包括温度监控、PM10进口浓度监控及差压信号监控。后置传感器包括PM10出口浓度监控与差压信号监控。静电场装置采用高压静电产生大量的高浓度负离子，可以使通过的碳尘气溶胶带上饱和电量，带电的碳尘气溶胶在电场的作用下迁移到固定的收集板上，从而达到净化的目的。

3 改造方案的实施

3.1 方案的实施

本次改造将在原刷架出风口管路上安装收尘装置，以达到碳粉收集作用。安装方式采用吊装，上部支撑采用焊接，其余部分用螺栓连接，PLC柜采用立式安装，电源取自机用MCC段。根据现有和改造后的安装方式，依照拆除原集电环刷架出风管直线段及弯管段→悬挂吊架焊接（依据预埋垫块位置）→刷架出风管及弯管安装（与碳粉收集装置安装高度配装）→碳粉收集装置吊装→电控箱安装→电气接线调试的顺序进行改造。

3.2 改造后要达到的技术性能指标和参数

风道面积0.9 m2；风道风速2.5 m/s；处理风量7 200 m3/h；2组电场收集碳粉效率≥90%；4组电场收集碳粉效率≥95%。

4 碳粉收集装置安装后相关试验验证

4.1 性能参数及相关指标的试验数值

（1）静电场有效工作风速≤2.5 m/s，实测风速均值为12～14 m/s，测量的风速对应截面积为0.38 m2。取中间风速值13 m/s×0.38 m2=4.94 m3/s（风量）。静电场内实际工作风速为4.94 m3/s÷2.0 m2（静电场除尘面积）=2.47 m/s，实测工作风速基本满足静电场有效工作风速。

（2）静电场二次高压侧有效工作电压≥DC 6 000 V，实测工作电压为：DC 6 200 V。

（3）碳粉收集装置允许工作温度为-10～70 ℃，在线测出风管道气体温度为33～41 ℃。

（4）碳粉收集装置允许工作湿度＜70%，仪表测出风管道气体湿度为13%～28%。

4.2 实测静电场运行PM10去除率检测数据

实测静电场运行PM10去除率检测数据，见表2。

表2 静电场运行PM10去除率检测数据

5 结 论

通过在发电机集电环处加装碳粉收集装置，使碳粉得到有效收集，保障了发电机集电环的稳定运行。因发电机集电环发生碳粉引起接地故障不是普发性故障，故本次项目经济效益与社会效益不是特别明显。但是发电机一旦发生因碳粉引起的接地故障，则会与电网瓦解，造成机组跳闸事故，带来巨大经济损失和社会负面影响。通过加装本设备，大大降低了因碳粉引起的发电机集电环接地故障发生率。通过试验数据可知，本设备能有效平稳地收集集电环装置排放的碳粉颗粒物，去除率≥90%。碳粉颗粒物经静电场模块吸附后的PM10日平均排放浓度值＜50 μg/m3，符合国家颁布的环境空气质量标准要求[2]，大幅改善了厂区的环境，提高了人们的生活质量。