1 000 MW機(jī)組超凈排放改造后電除塵內(nèi)部螺旋線大量損壞的原因分析

司文波，蘇國(guó)強(qiáng)

(華能國(guó)際電力股份有限公司玉環(huán)電廠，浙江 玉環(huán) 317604)

玉環(huán)電廠4×1 000 MW鍋爐是由哈爾濱鍋爐廠引進(jìn)日本三菱重工業(yè)株式會(huì)社技術(shù)制造的超超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐，型號(hào)為HG-2953/27.46-YM1。機(jī)組靜電除塵器由浙江菲達(dá)環(huán)保科技股份有限公司設(shè)計(jì)制造，電除塵器均為三室四電場(chǎng)，寬極距輔助電極橫向槽板型。

玉環(huán)電廠2號(hào)機(jī)組在2015年11月超凈排放改造后電除塵設(shè)備由原來(lái)的24臺(tái)高壓硅整流變壓器變?yōu)?6個(gè)高頻整流變(每室的一電場(chǎng)和四電場(chǎng)各增加一臺(tái)整流變，并對(duì)同一個(gè)電場(chǎng)的陰極線進(jìn)行電氣隔離，保證電場(chǎng)工作的可靠性)。投運(yùn)后發(fā)現(xiàn)2號(hào)機(jī)組B側(cè)電除塵多個(gè)電場(chǎng)二次短路跳閘，為滿足超凈排放的要求，對(duì)B側(cè)電除塵進(jìn)行半側(cè)隔離檢查處理，工作人員進(jìn)入電除塵內(nèi)部發(fā)現(xiàn)三電場(chǎng)和四電場(chǎng)大量螺旋線已斷裂或有裂痕。斷裂螺旋線分布位置無(wú)規(guī)律，按層看各層分布均有斷線，按排看外側(cè)和內(nèi)側(cè)都有，按斷口位置看也無(wú)規(guī)律[1-3]。本文結(jié)合2號(hào)機(jī)超凈排放改造前后電除塵的運(yùn)行工況變化情況，對(duì)三電場(chǎng)和四電場(chǎng)大量螺旋線斷裂的原因進(jìn)行分析。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

玉環(huán)電廠鍋爐爐膛中產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過(guò)脫硝系統(tǒng)后，進(jìn)入空氣預(yù)熱器對(duì)一、二次風(fēng)預(yù)熱，然后流經(jīng)靜電除塵器，由引風(fēng)機(jī)排至煙囪。當(dāng)含塵煙氣通過(guò)靜電除塵器的高壓靜電場(chǎng)時(shí)，與電極間的正、負(fù)離子和電子發(fā)生碰撞或在離子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生荷電，帶上電子和離子的塵粒在電場(chǎng)力作用下向異性電極運(yùn)動(dòng)并吸附在異性電極上，通過(guò)除塵器的陰極和陽(yáng)極振打裝置使電極上的飛灰落入電除塵器的灰斗內(nèi)，通過(guò)輸灰系統(tǒng)將飛灰輸送至灰?guī)臁Ｃ颗_(tái)爐設(shè)二臺(tái)電除塵器，電除塵器均為三室四電場(chǎng)。一二電場(chǎng)陰極線為芒刺線，三四電場(chǎng)陰極線為螺旋線，如圖1所示。

高頻電源基本原理是三相交流電經(jīng)整流和濾波后，得到 530 V 左右的直流電壓，再經(jīng)IGBT逆變，產(chǎn)生40 kHz 左右的交變高頻電流信號(hào)，經(jīng)高頻變壓器升壓至20 kV，再經(jīng)倍壓整流，產(chǎn)生平直的80 kV高頻脈動(dòng)負(fù)高壓直流信號(hào)，經(jīng)阻尼電阻送入電場(chǎng)。同時(shí)，為了防止粉塵粘附在電除塵的絕緣子和瓷軸上，在電除塵頂部增加熱風(fēng)吹掃裝置。熱風(fēng)吹掃裝置配備離心風(fēng)機(jī)、換熱器、進(jìn)回汽管道、溫度控制柜等設(shè)備。利用廠用輔助蒸汽對(duì)吹掃風(fēng)進(jìn)行加熱。

圖1 電除塵內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2 電除塵螺旋線大量損壞原因分析

本次超凈排放改造螺旋線沒(méi)有更換，并且經(jīng)過(guò)研究院對(duì)斷裂螺旋線檢驗(yàn)，螺旋線斷裂是由于腐蝕應(yīng)力所致，可以排除螺旋線材質(zhì)問(wèn)題造成斷裂。

2.1 電除塵低低溫改造后，低溫腐蝕造成螺旋線斷裂

電除塵在低低溫工況下，飛灰比電阻有了數(shù)量級(jí)上的大幅下降。由于2號(hào)爐電除塵檢修后運(yùn)行初期，排煙溫度長(zhǎng)時(shí)間僅40～60℃，遠(yuǎn)低于85℃左右的酸露點(diǎn)，螺旋線表面凝聚大量硫酸的小液滴，此時(shí)在50～60 kV的高壓直流電下運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的腐蝕和頻繁放電。放電如達(dá)不到拉弧，在火花率整定模式下無(wú)法自動(dòng)調(diào)整參數(shù)運(yùn)行，但頻繁的放電將擊傷熔蝕螺旋線。這些會(huì)產(chǎn)生較多腐蝕坑，該部位在拉應(yīng)力下出現(xiàn)裂紋以致斷裂。

電場(chǎng)運(yùn)行參數(shù)曲線見(jiàn)圖2。

圖2 電場(chǎng)運(yùn)行參數(shù)曲線

2.2 通過(guò)單根螺旋線電流增大，使螺旋線損壞

3號(hào)電除塵低低溫改造后正常運(yùn)行一年多，利用檢修機(jī)會(huì)進(jìn)入內(nèi)部檢查發(fā)現(xiàn)，螺旋線表面沒(méi)有明顯的裂紋及腐蝕坑現(xiàn)象，但產(chǎn)生了一定數(shù)量較明顯的放電黑斑，說(shuō)明電場(chǎng)放電會(huì)對(duì)螺旋線有影響，且放電強(qiáng)弱可能是破環(huán)螺旋線的因素，在這種運(yùn)行工況下螺旋線的使用壽命會(huì)降低。

2號(hào)機(jī)組電除塵正常運(yùn)行時(shí)采用脈沖供電方式，即高能供電與低能供電交替進(jìn)行的一種控制方式，二次電流設(shè)定值為1 000 mA。電除塵改造后調(diào)試期間將2號(hào)機(jī)組電除塵高壓電場(chǎng)運(yùn)行方式更改為火花率整定方式(高頻電源的工作頻率依據(jù)二次設(shè)定參數(shù)調(diào)整的一種連續(xù)供電的控制方式)后，B側(cè)電除塵多個(gè)四電場(chǎng)發(fā)生二次短路跳閘。

2號(hào)機(jī)組在超凈排放改造后，在A、B側(cè)一電場(chǎng)和四電場(chǎng)共增加了12個(gè)整流變，以B側(cè)四電場(chǎng)為例由原來(lái)的四室四、五室四、六室四，三個(gè)整流變改為四室四1、四室四2、五室四1、五室四2、六室四1、六室四2，六個(gè)整流變，而電除塵內(nèi)部的螺旋線個(gè)數(shù)并沒(méi)有增加，只是將原有的螺旋線進(jìn)行電氣隔離，一半由四室四1整流變接帶，另一半由四室四2整流變接帶。所以正常運(yùn)行時(shí)(脈沖供電方式)二電場(chǎng)和三電場(chǎng)的二次電流是一電場(chǎng)和四電場(chǎng)的2倍左右，這樣通過(guò)螺旋線的電流基本一致,見(jiàn)表1。

表1 側(cè)電場(chǎng)正常運(yùn)行時(shí)二次電流

表1顯示，二次電流隨機(jī)組負(fù)荷等因素實(shí)時(shí)變化，但各電場(chǎng)變化趨勢(shì)基本一致。

但在電場(chǎng)運(yùn)行方式更改為火化率整定后，所有整流變二次電流都增至1 000 mA，對(duì)于二電場(chǎng)和三電場(chǎng)而言二次電流增加一倍左右，然而通過(guò)四電場(chǎng)的螺旋線電流變?yōu)檎＿\(yùn)行時(shí)的四倍以上。因此，可以判定很有可能因電場(chǎng)運(yùn)行方式改變后通過(guò)螺旋線電流急劇增大，使螺旋線損壞。

3 防止電除塵螺旋線大量損壞的運(yùn)行策略

2號(hào)機(jī)組電除塵高頻改造后，電場(chǎng)正常運(yùn)行方式為脈沖供電方式,當(dāng)脈沖供電無(wú)法滿足超凈排放要求時(shí)，為了提高電除塵的效率，還需將電場(chǎng)控制方式改為火花率整定方式，建議重新整定四電場(chǎng)火花率整定控制方式定值，防止火花率整定方式運(yùn)行時(shí)通過(guò)螺旋線的電流超限。

2號(hào)機(jī)組煙氣冷卻器改造后，煙氣冷卻器出口煙氣溫度長(zhǎng)期低于設(shè)計(jì)值運(yùn)行(設(shè)計(jì)值為90℃)。煙氣溫度的降低達(dá)到降低飛灰比電阻和降低煙氣量的效果，實(shí)現(xiàn)了電除塵器設(shè)備的除塵提效，但也會(huì)對(duì)電除塵內(nèi)部的螺旋線造成低溫腐蝕，應(yīng)綜合考慮環(huán)保要求和設(shè)備壽命等因素，優(yōu)化煙氣冷卻器運(yùn)行方式，提高電除塵入口煙氣溫度。

低低溫改造后，飛灰比電阻大幅下降。經(jīng)過(guò)研究和計(jì)算，采用高可靠性的芒刺線同樣可以保證除塵效率不下降?？紤]以后長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，建議在保證排放指標(biāo)的前提下同期更換為RSB芒刺線和RS-1小刺芒刺線。

4 結(jié)語(yǔ)

在日益嚴(yán)格的環(huán)保要求及新政策的引導(dǎo)下，各燃煤電廠陸續(xù)對(duì)已投產(chǎn)機(jī)組進(jìn)行超凈排放改造。各電廠在超凈排放改造前應(yīng)充分考慮改造后對(duì)其他設(shè)備運(yùn)行工況的影響，盡量使設(shè)計(jì)方案符合電廠的實(shí)際運(yùn)行情況。在改造后最好將改造前后運(yùn)行情況進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)運(yùn)行工況變化后應(yīng)及時(shí)查找原因，不能盲目地追求環(huán)保指標(biāo)而使其他未改造設(shè)備壽命大大縮短。華能玉環(huán)電廠2號(hào)機(jī)組和3號(hào)機(jī)組改造后各項(xiàng)環(huán)保參數(shù)已達(dá)到超凈排放要求，并經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)超凈排放改造后機(jī)組的運(yùn)行控制積累了大量的經(jīng)驗(yàn),對(duì)于其他電廠具有良好的借鑒意義和推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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