燃机湿法电除尘设备电流突变原因分析

田冬明

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山 063000）

1 工艺简介

某钢铁厂建设一套燃气蒸汽联合发电机组，燃料为高炉冶炼过程中产生的高炉煤气及焦炉煤气，二者配比为合适热值的混合煤气，经燃烧做功供燃机机组发电，产生的高温烟气经余热锅炉能量交换后排放，锅炉产生的蒸汽用于汽轮机做功发电。

鉴于燃机机组对煤气含杂质要求相对较高，须装设一套湿法电除尘设备，对燃气进一步净化。去除煤气中的焦、苯及微尘，避免煤气燃烧过程中杂质对燃机叶片的损伤，同时确保燃烧后的烟气排放符合国家环保标准。

2 报警描述及运行工况

2.1 W-EP机组报警情况描述

湿法电除尘设备（简称W-EP）在2020 年5 月运行期间，频繁出现EP 电流低越限报警。由图1 可见，该现象在8日尤为严重，期间燃机煤压机运行效率明显降低，同时伴有混合煤气温度上升情况，机组降负荷运行。16 日以后，电流恢复稳定。通过监测数据显示，5 月8 日烟气氮氧化物排量明显升高。由图2 可见，8 日系统运行极度不稳定，烟气氮氧化物排放显著上升，临近国标运行最高上限。

图1 W-EP设备2020年5月电流/电源运行监测图

图2 CCPP机组2020年5月烟气排放监测图

2.2 W-EP运行工况描述

该燃气蒸汽联合发电机组的湿法电除尘设备，采用380 V交流电源变压为40 kV直流电源，正常情况运行电流1 400 mA。其他主要工艺设计指标参见表1。

表1 W-EP工艺设计指标

高炉煤气及焦炉煤气按标准热值混合后的混合气体进入EP内部，经过电离过程对气体粉尘进行吸附后，混合气体进入煤气压缩机加压后进入燃机燃烧做功。EP内部被吸附于集尘板上的粉尘，由冲洗工业水冲刷进入EP底部。

3 故障分析

电除尘设备常见的故障，包括反电晕、阴极线肥大、电晕闭塞、供电装置运行不良等，反映在电气运行数据上，会出现不同的表现形式。其中发生电晕闭塞时，会出现电流明显突降，电压上升的现象。该机组5 月运行工况如图1，其电流下降形式明显，电压上升趋势虽然不明显，但基本可判断为电晕闭塞故障。

3.1 电晕闭塞形成机制

混合燃气沿Vx 方向进入电除尘内部电场空间后，混合燃气及其携带的粉尘与电场游离离子碰撞形成带电粒子：燃气气体离子和粉尘粒子。由于二者之间明显的体积差距，便形成了不同的运行速度。燃气气体离子在Vy方向速度明显偏快，且占主要成分，一般可占放电电流的98%以上；由粉尘形成的粒子电流仅为电流总量的1%～2%。

电除尘设备内部空间已经固定，因此内部电场空间为固定长度，设混合燃气通过电除尘内部时，其经过的电场空间长度为L，则粉尘粒子受到电场牵引的时间为：

图3 粉尘在电场中的移动模型

而在电场环境中，粉尘受电场影响，以移动速度Vy飞向集尘板，移动距离为：

由上式可知，b的距离受两个方向的移动速度影响。其中Vx 决定于燃气气体进入电除尘设备的速度。燃气气体流速加快时，Vx 增大，则使得粉尘粒子在电场方向的移动距离b减小。影响移动距离b的第二种情况，则是当电场强度下降后，Vy速度降低，同样导致b减小。

当b小于粉尘距离集尘板初始距离B时，则粉尘不能被集尘板捕获，不能形成有效电流。无论基于何种原因，上述情况下，均会导致在单位时间内，游离于电场内的粉尘粒子增多，粉尘粒子形成的电晕电流虽然占比很小，但形成的空间电荷却很大，进而影响气体离子电荷的移动，最终严重抑制电晕电流的产生，导致二次电流大幅度下降。若空间中含尘浓度太大时，可能使电流趋于零，使运行参数明显下降、收尘效果明显恶化，这种现象称为电晕闭塞。

3.2 报警期间运行状况的分析

以电晕闭塞最为严重的5 月8 日运行状况进行分析，当日上级高炉工况调整，3#高炉检修复风，因其过程煤气工况不够稳定，上级工序未将该部分气体引入煤气柜缓冲，而是直接进入煤气管网并最终进入燃气蒸汽联合发电机组。当日煤气温度、压力均较设计工况上升。煤气进入电除尘设备时，Vx 相对提高，造成同等空间同等电场强度下含尘粒子显著增多，阻塞电晕电流产生的情况发生，最终导致电晕闭塞，监控系统频繁“EP电流低低报警”。

事后机组例行检修期间，发现虽然供水压力正常，但水喷淋系统仍有大部分堵塞。水喷淋系统堵塞后，必然造成电极板冲刷不畅。淤积的粉尘对电场强度也会造成一定程度的影响，导致粒子Vy方向运动速度降低，该状况同样会导致同等空间下含尘粒子的增加。

3.3 改进措施

受限于高炉工况不稳必然导致煤气波动的情况。通过上级部门协调批准，调整高炉煤气的输送途径，确保三座高炉产生的煤气在任何状态下，均通过2 座气柜进行缓冲，再进入燃机机组的煤气输送管道，以缓解某座高炉炉况调整时的煤气剧烈波动。

冲刷用工业水过滤不彻底，导致喷淋头极易堵塞。在供水泵前增加Y型过滤器并定期清理。利用机组定修，对喷头进行逐个检查清理，确保足够的喷淋水冲刷集尘板。

4 结束语

相较于烟气设备仅受同系统内锅炉燃烧影响，煤气电除尘设备更多地受到上级煤气供应系统的影响，气流流速、稳定性、以及上级工艺程序煤气除尘脱焦萘等情况。因此对于大型工矿企业，完好的联系机制，高炉工况变化期间对工艺及时跟进调整是至关重要的环节。同时，保证电除尘设备自身的稳定运行，严格执行工艺参数调整及定期检修，是确保电除尘高效运行的根本条件。