防范除塵器嚴(yán)重積灰的技術(shù)措施探討

呂群

（大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司，北京 100097）

1 引言

目前，我國(guó)火力發(fā)電領(lǐng)域大型除塵器裝置應(yīng)用最廣的是靜電除塵裝置、濾袋除塵裝置，及二者結(jié)合的電袋除塵裝置。電除塵器在應(yīng)對(duì)日漸趨嚴(yán)的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)方面，又出現(xiàn)了干式電除塵器和濕式電除塵器，技術(shù)細(xì)節(jié)方面又有移動(dòng)電極技術(shù)、導(dǎo)電濾槽技術(shù)、關(guān)斷振打技術(shù)等，電除塵器在配套供電電源方面，國(guó)產(chǎn)化的高頻電源、脈沖電源等高效電源技術(shù)的發(fā)展也已經(jīng)日趨成熟。濾袋除塵裝置在火力發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用主要是行噴吹濾袋除塵器、旋轉(zhuǎn)噴吹濾袋除塵器、靜態(tài)反吹濾袋除塵器[1]。

火力發(fā)電廠除塵器的灰斗因排灰故障，常會(huì)出現(xiàn)灰斗短暫積灰的現(xiàn)象，一般只要在除塵器灰斗允許的儲(chǔ)灰容量及對(duì)應(yīng)恢復(fù)正常除灰的時(shí)間范圍內(nèi)，不會(huì)對(duì)除塵器產(chǎn)生危害。而因除塵器積灰造成對(duì)除塵器危害的，都是因?yàn)楣收吓懦患皶r(shí)，使除塵器內(nèi)部積灰超過了除塵器設(shè)計(jì)允許的儲(chǔ)存量。所以，除塵器內(nèi)部積灰是產(chǎn)生危害的首要誘因，在這個(gè)誘因爆發(fā)的前提下，才暴露出設(shè)計(jì)、安裝等方面的缺陷[2]。實(shí)際在除塵器設(shè)備安全管理措施、安全操作規(guī)程日益完善的管理環(huán)境下，故障排除不及時(shí)的原因，往往是除塵器運(yùn)行維護(hù)人員不清楚存在故障，或因積灰問題已經(jīng)產(chǎn)生其他關(guān)聯(lián)性故障時(shí)，不能準(zhǔn)確判斷問題發(fā)生的本質(zhì)，或依靠并不徹底的解決方法，心存僥幸，導(dǎo)致除塵器積灰問題日積月累，甚至發(fā)生重大安全事故。如：2005年湖北蒲圻電廠1號(hào)機(jī)組（30萬(wàn)千瓦） 2號(hào)電除塵器“1.1”整體坍塌事故；2005年內(nèi)蒙古包頭第二熱電廠2號(hào)機(jī)組（20萬(wàn)千瓦） 電除塵器一電場(chǎng)“3.20”灰斗整體坍塌事故；2005年內(nèi)蒙古霍煤集團(tuán)鴻駿鋁電公司自備電廠一期3號(hào)機(jī)組“4.9”灰斗脫落事故；2006年華電國(guó)際安徽池州九華發(fā)電有限公司2號(hào)機(jī)組電除塵器“3.14”坍塌事故[3]；2014年唐山安泰鋼鐵有限公司“9.23”電除塵器灰斗坍塌事故等。在上述由國(guó)家相關(guān)部門通報(bào)的除塵器事故中，所有事故存在的共同點(diǎn)是：除塵器運(yùn)行維護(hù)人員沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)除塵器在長(zhǎng)達(dá)十多天，甚至幾十天的嚴(yán)重積灰狀態(tài)下運(yùn)行。這個(gè)結(jié)果就必然存在一個(gè)共性的問題，即現(xiàn)階段如何判斷除塵器內(nèi)部嚴(yán)重積灰的問題上，存在技術(shù)缺陷或不足。

2 現(xiàn)階段除塵器內(nèi)部積灰判斷的技術(shù)手段及缺陷

結(jié)合國(guó)內(nèi)火力發(fā)電行業(yè)除塵器發(fā)生嚴(yán)重積灰的案例分析，目前國(guó)內(nèi)火電廠除塵器判斷內(nèi)部是否積灰的技術(shù)手段主要有三個(gè)：除塵器灰斗高料位開關(guān)判斷；除塵器除灰系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)判別；檢修拆解措施驗(yàn)證。

2.1 除塵器灰斗高料位開關(guān)判斷及其缺陷

按照《火電廠除塵工程技術(shù)規(guī)范》（HJ2039-2014）8.2.7條“每個(gè)灰斗應(yīng)設(shè)置高料位開關(guān)，必要時(shí)也可設(shè)置低料位開關(guān)”的要求，大多數(shù)除塵器的每個(gè)灰斗都只設(shè)計(jì)了高料位開關(guān)，通過高料位開關(guān)的報(bào)警指示，簡(jiǎn)單判斷除塵器灰斗內(nèi)部?jī)?chǔ)灰情況。在灰斗高料位開關(guān)選型上，由于射頻導(dǎo)納料位開關(guān)相對(duì)比較經(jīng)濟(jì)、可靠，為此，普遍的設(shè)計(jì)選型采用的是射頻導(dǎo)納料位開關(guān)。理論上講，射頻導(dǎo)納料位開關(guān)在設(shè)計(jì)上使用了先進(jìn)的抗黏附電路，采用多參量的測(cè)量，其中交流鑒相采樣器技術(shù)手段，從數(shù)學(xué)理論上解決了在開關(guān)上的掛料問題。但是，在除塵器灰斗內(nèi)惡劣的環(huán)境中，射頻導(dǎo)納料位開關(guān)依然難免出現(xiàn)誤報(bào)警和損害，也正是因?yàn)樯漕l導(dǎo)納料位開關(guān)在實(shí)際應(yīng)用中誤報(bào)警頻發(fā)，很容易對(duì)運(yùn)行管理人員產(chǎn)生認(rèn)識(shí)上的誤導(dǎo)。另外，射頻導(dǎo)納料位計(jì)在使用前需調(diào)試，調(diào)試時(shí)需經(jīng)過有灰和無(wú)灰兩種狀態(tài)，才能準(zhǔn)確標(biāo)定料位計(jì)，這在除塵器除灰系統(tǒng)存在缺陷[4]，或除灰設(shè)計(jì)輸送能力不足，或除塵器氣流分布不好時(shí)，對(duì)除灰系統(tǒng)運(yùn)行會(huì)有很大的風(fēng)險(xiǎn)隱患，如果除塵器處于運(yùn)行中、檢修人員又不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除問題，問題長(zhǎng)期積累，最終會(huì)造成嚴(yán)重危害。國(guó)內(nèi)有不少除塵器在投產(chǎn)1年內(nèi)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重積灰故障，主要就是因?yàn)檫@方面的原因。

2.2 除塵器除灰系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)判別及缺陷

除塵器灰斗下部配套的氣力除灰裝置，較常見的是正壓氣力除灰系統(tǒng)。正壓氣力除灰系統(tǒng)中的核心設(shè)備倉(cāng)泵的送料控制方式，主要有料位控制和時(shí)間控制，這兩種控制方式關(guān)鍵的控制與監(jiān)控參數(shù)是倉(cāng)泵料位計(jì)、灰管母管壓力、氣管母管壓力、倉(cāng)泵落料時(shí)間，在DCS分散控制系統(tǒng)對(duì)除灰系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控上，主要觀察和記錄這四個(gè)參數(shù)，而且在電廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)方面，更趨向于灰管母管壓力和落料時(shí)間的監(jiān)控與記錄。這種監(jiān)控方式判斷除灰系統(tǒng)是否正常有一個(gè)前提，就是必須有正常狀態(tài)下的運(yùn)行曲線與實(shí)際發(fā)生變化的運(yùn)行曲線進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)比對(duì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)際運(yùn)行曲線灰管母管壓力降低、倉(cāng)泵落料時(shí)間變短，就可以判定倉(cāng)泵下料出現(xiàn)變化，這個(gè)變化如果長(zhǎng)期存在，并且隨負(fù)荷、煤質(zhì)變化沒有好轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，那么除塵器發(fā)生積灰的可能性就很大。圖1、圖2是國(guó)內(nèi)某電廠發(fā)生除塵器嚴(yán)重積灰后，除灰灰管母管壓力和落料時(shí)間的變化曲線。

圖1是除塵器除灰系統(tǒng)開始發(fā)生故障時(shí)灰管母管壓力和落料時(shí)間的曲線，圖2是故障狀態(tài)下運(yùn)行將近1個(gè)月后灰管母管壓力和落料時(shí)間的曲線，從間隔較長(zhǎng)時(shí)間、不同時(shí)間段的曲線對(duì)比看，變化非常明顯，但是，連續(xù)時(shí)間內(nèi)的曲線差別并不是很明顯。

圖1 除灰灰管母管壓力和落料時(shí)間開始變化時(shí)的狀態(tài)曲線

圖2 除灰不暢時(shí)灰管母管壓力和落料時(shí)間的狀態(tài)曲線

由于DCS控制記錄曲線幅度設(shè)置的影響，在長(zhǎng)期累積造成除塵器積灰方面，氣力除灰運(yùn)行曲線最初發(fā)生的變化往往并不是很大，而等到曲線變化發(fā)生明顯變化時(shí)，除塵器實(shí)際已經(jīng)發(fā)生了嚴(yán)重堵灰損害，況且機(jī)組負(fù)荷、煤質(zhì)、運(yùn)行參數(shù)等方面的變化，時(shí)常也會(huì)造成除灰運(yùn)行曲線短期內(nèi)發(fā)生變化，這種情況就需要除塵、除灰運(yùn)行管理人員具有高度的安全風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致的工作方法，在發(fā)現(xiàn)問題的初始階段，密切跟蹤、準(zhǔn)確判斷、及時(shí)處理。

2.3 檢修拆解措施驗(yàn)證及缺陷

檢修拆解驗(yàn)證措施主要有：1）除塵器灰斗捅灰孔進(jìn)風(fēng)或冒灰措施；2）除塵器灰斗流化風(fēng)管是否有進(jìn)風(fēng)措施；3）倉(cāng)泵平衡管（透氣管）進(jìn)風(fēng)或冒灰措施[5]。這三種措施并不是日常運(yùn)行點(diǎn)檢的內(nèi)容，措施的使用往往是因?yàn)橐呀?jīng)發(fā)生了故障，為了進(jìn)一步驗(yàn)證所采取的驗(yàn)證措施，最多也屬于事后的處理措施。況且除灰斗流化風(fēng)管是否進(jìn)風(fēng)措施以外，其他兩種措施還存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，而灰斗流化風(fēng)管是否有進(jìn)風(fēng)措施，僅僅能用來(lái)判斷除塵器灰斗是否已排空，對(duì)除塵器內(nèi)灰位的高低并不能做出很好地判斷。所以，當(dāng)使用捅灰孔進(jìn)風(fēng)還是冒灰及倉(cāng)泵平衡管進(jìn)風(fēng)還是冒灰的措施，判斷除塵器內(nèi)積灰嚴(yán)重時(shí)，假如除塵器已存在嚴(yán)重堵灰、積灰現(xiàn)象，那么積灰對(duì)除塵器的損害實(shí)際已經(jīng)發(fā)生了。

3 防范除塵器嚴(yán)重積灰的技術(shù)措施

3.1 除塵器灰斗高料位監(jiān)控方式

從傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念上，保障除塵器下部除灰系統(tǒng)運(yùn)行正常，確保除塵器灰斗高料位信號(hào)報(bào)警準(zhǔn)確，這是最為理想的控制除塵器灰斗灰量的方式。為此，在射頻導(dǎo)納料位開關(guān)不能很好地滿足要求的情況下，選擇應(yīng)用性能更加安全、可靠的灰斗料位檢測(cè)儀器，是設(shè)計(jì)人員需要首要考慮的問題。近年來(lái)，伴隨無(wú)源核子料位檢測(cè)技術(shù)手段的不斷完善，無(wú)源核子料位計(jì)已得到越來(lái)越廣泛的使用。1）無(wú)源核子料位計(jì)不需與被測(cè)介質(zhì)接觸，灰斗內(nèi)的惡劣環(huán)境對(duì)儀器儀表沒有影響，也就不存在測(cè)控元件磨損、干擾等眾多問題，同時(shí)因?yàn)槿吭骷惭b于灰斗外，維修、維護(hù)、更換更加方便；2）無(wú)源核子料位計(jì)測(cè)量的是安裝位置層面灰的總量，其可以輸出開關(guān)量，也可以輸出模擬量，灰斗壁面掛灰不影響料位檢測(cè)；3）無(wú)源核子料位計(jì)雖不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)料位的測(cè)量，卻可以準(zhǔn)確反映出測(cè)點(diǎn)位置灰位的變化過程，有利于運(yùn)行人員了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。

實(shí)際上對(duì)于無(wú)源核子料位計(jì)，同樣也存在發(fā)生故障而失效的可能，另外，無(wú)源核子料位計(jì)也缺乏緊急狀態(tài)下的考驗(yàn)和驗(yàn)證。所以，在涉及除塵器嚴(yán)重積灰等重大設(shè)備運(yùn)行安全問題方面，一種技術(shù)也不可能解決所有的問題。綜合判斷，冗余治理，也是必不可少的管理保障措施。

3.2 除塵器除灰系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)控制方式

在運(yùn)行方面，由于除塵器下部氣力除灰系統(tǒng)普遍采用監(jiān)控灰管母管壓力和落料時(shí)間的方式進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)于除塵器發(fā)生嚴(yán)重積灰的過程，除了明知除灰系統(tǒng)有故障，而人為處理不及時(shí)的責(zé)任事故外，最難防范的是不宜察覺的、長(zhǎng)期的、緩慢的積累過程。如國(guó)內(nèi)曾經(jīng)發(fā)生過長(zhǎng)達(dá)4個(gè)多月的緩慢累積造成除塵器嚴(yán)重積灰的案例。在除灰系統(tǒng)運(yùn)行方面，倉(cāng)泵落料不暢也會(huì)發(fā)生灰管母管壓力降低、倉(cāng)泵落料時(shí)間變短的情況，為此，在除灰系統(tǒng)控制上，引入灰管母管壓力、倉(cāng)泵落料時(shí)間的報(bào)警監(jiān)控功能，對(duì)于避免除塵器嚴(yán)重積灰，也有重要的作用。

3.3 除塵器灰斗高料位自動(dòng)排灰、報(bào)警技術(shù)措施

在灰斗輔助環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)上，通常設(shè)計(jì)有捅灰孔、緊急排灰口、流化氣化口，缺乏自動(dòng)化的除塵器發(fā)生嚴(yán)重積灰狀況下的安全保護(hù)環(huán)節(jié)。國(guó)內(nèi)已有企業(yè)依據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)出了當(dāng)除塵器發(fā)生嚴(yán)重積灰，且灰位超出高料位一定高度時(shí)，可自動(dòng)排灰和報(bào)警功能的灰斗及其裝置，為防范除塵器嚴(yán)重積灰設(shè)置了最后一道安全保護(hù)（如圖3）。

圖3 自動(dòng)放灰安全信號(hào)閥及其裝置結(jié)構(gòu)圖

如圖3所示，如灰斗下部的除灰系統(tǒng)出現(xiàn)不易察覺的輸灰故障，或灰斗高料位計(jì)出現(xiàn)不易發(fā)現(xiàn)的故障時(shí)，由于故障的存在，灰斗內(nèi)部灰位與灰量將因設(shè)備持續(xù)運(yùn)行緩慢增加，此時(shí)灰斗處于危險(xiǎn)狀態(tài)，如果運(yùn)行人員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，伴隨積灰超過灰斗正常儲(chǔ)灰高度，達(dá)到自動(dòng)放灰，安全閥伸于灰斗上部的進(jìn)灰管口高度時(shí)，灰塵就會(huì)自然流入到進(jìn)灰管內(nèi)，同時(shí)隨著灰管內(nèi)流入灰塵高度的積累，具有良好流動(dòng)性的灰塵，將推動(dòng)自動(dòng)放灰安全信號(hào)閥蓋開啟，進(jìn)灰管內(nèi)的灰塵也就自動(dòng)從閥門處流出，從而減緩灰斗內(nèi)灰位的上漲。自動(dòng)放灰安全信號(hào)閥蓋開啟時(shí)，帶動(dòng)閥門門桿移動(dòng)，觸動(dòng)閥內(nèi)部接觸開關(guān)斷開，為遠(yuǎn)程監(jiān)控傳送開關(guān)量報(bào)警信號(hào)，實(shí)現(xiàn)灰斗自動(dòng)排灰同時(shí)的遠(yuǎn)程報(bào)警功能。事實(shí)上，只要自動(dòng)放灰安全信號(hào)閥開啟放灰，就為巡檢人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題提供了直接判斷的依據(jù)。

4 結(jié)論

盡管除塵器異常積灰問題時(shí)有發(fā)生，但從產(chǎn)生的原因及現(xiàn)階段的技術(shù)手段分析，該類問題并不是不可防范、不可預(yù)知的。在除塵器、除灰設(shè)計(jì)方案策劃階段，注意采用如下技術(shù)措施，對(duì)除塵器預(yù)防和防范異常積灰都具有積極的作用。1）盡可能選用可靠性、穩(wěn)定性好，使用壽命長(zhǎng)、故障率低、干擾因素少的灰斗高料位計(jì)；2）在除塵器控制上，引入除灰灰管母管壓力、倉(cāng)泵落料時(shí)間異常的報(bào)警監(jiān)控功能，可起到及早發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理除塵器積灰故障的預(yù)警作用；3）在除塵器內(nèi)灰位超出灰斗高料位計(jì)一定高度條件下，在除塵器上設(shè)計(jì)安全、簡(jiǎn)便的檢查與報(bào)警裝置，可對(duì)除塵器起到有效的安全保護(hù)作用。

[1] 啜廣毅，王力騰，沈繼平.燃煤電廠煙氣除塵技術(shù)介紹[J].中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2013（2）: 52-56.

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