碳粉收集裝置在發(fā)電機集電環(huán)上的應用

孫 鳴，董 朋，呂建紅，劉 彤，李 峰

（國華徐州發(fā)電有限公司，江蘇 徐州 221166）

0 引 言

機組運行過程中，碳刷與滑環(huán)摩擦會產(chǎn)生細小的碳粉。目前，集電環(huán)裝置中滑環(huán)與碳刷摩擦產(chǎn)生的熱量與碳粉采用風管出風的方法排出，其碳粉顆粒物的總質(zhì)量濃度為PM10，有時甚至達到PM2.5。排風中含有一定濃度的碳粉，其周圍環(huán)境為6 kV開關室，嚴重威脅電氣設備的安全運行。因此，開展碳粉搜集裝置的研究非常有必要。

1 碳粉收集裝置

1.1 碳粉搜集技術(shù)的對比

目前在用的基本為布袋式凈化技術(shù)和靜電凈化技術(shù)。對平板式靜電碳粉收集裝置與布袋收集碳粉裝置從運行時間、維護周期及成本等方面進行比較，見表1。

表1 平板式靜電碳粉收集裝置與布袋收集碳粉裝置的比較表

1.2 碳粉搜集裝置的選用

結(jié)合徐州電廠現(xiàn)場設備的具體情況，決定選用平板式靜電碳粉搜集裝置來治理現(xiàn)場碳粉擴散問題。

2 改造方案的制定

2.1 蜂窩式靜電碳粉收集裝置優(yōu)點

考察調(diào)研同類型電廠的情況，制定方案為采用蜂窩式靜電碳粉收集裝置（4組靜電電場），其優(yōu)點為：收集裝置體積小，設備安裝靈活，懸吊安裝；阻力損失?。?2～50 Pa）容塵量大，便于維護；數(shù)據(jù)處理集成化、模塊化；連續(xù)有效工作時間長、功耗低；能收集小于0.01 μm的顆粒物；能在溫度（-10～70 ℃）、濕度（≤85%）的工況下正常工作。

2.2 蜂窩式靜電碳粉收集裝置構(gòu)成

碳粉收集裝置由電氣控制柜、靜電場、高壓發(fā)生器、信號控制PCB板、PM10傳感器、風壓變送器及控制程序等部件組成，實現(xiàn)對碳粉收集的自動控制。通過加裝此裝置達到收塵效果。碳粉收集裝置主要包括進風罩、前置壓差傳感器、預過濾器、PM10進口濃度監(jiān)測傳感器、4組靜電電場模塊、后置壓差傳感器、PM10出口濃度監(jiān)測傳感器、溫度傳感器及出風罩[1]。

2.3 凈化工藝流程概述

來自發(fā)電機組的污染氣體通過進風口進入本裝置系統(tǒng)。氣流首先進入預過濾器，預過濾器去除氣流中可能存在的纖維、毛發(fā)等污染物。氣流隨后進入第1級靜電場裝置至第4級靜電場裝置。根據(jù)需要開啟靜電場裝置，可以開啟一個靜電場裝置，也可以開啟2個或更多的靜電場裝置。當某個電場發(fā)生故障時，可以關閉該電場，不影響其他電場的工作。當開啟一個靜電場裝置不能達到排放要求時，可以同時開啟2個或2個以上的靜電場裝置。經(jīng)過凈化的氣流通過出風口排放。本工藝設計有前置傳感器與后置傳感器。前置傳感器包括溫度監(jiān)控、PM10進口濃度監(jiān)控及差壓信號監(jiān)控。后置傳感器包括PM10出口濃度監(jiān)控與差壓信號監(jiān)控。靜電場裝置采用高壓靜電產(chǎn)生大量的高濃度負離子，可以使通過的碳塵氣溶膠帶上飽和電量，帶電的碳塵氣溶膠在電場的作用下遷移到固定的收集板上，從而達到凈化的目的。

3 改造方案的實施

3.1 方案的實施

本次改造將在原刷架出風口管路上安裝收塵裝置，以達到碳粉收集作用。安裝方式采用吊裝，上部支撐采用焊接，其余部分用螺栓連接，PLC柜采用立式安裝，電源取自機用MCC段。根據(jù)現(xiàn)有和改造后的安裝方式，依照拆除原集電環(huán)刷架出風管直線段及彎管段→懸掛吊架焊接（依據(jù)預埋墊塊位置）→刷架出風管及彎管安裝（與碳粉收集裝置安裝高度配裝）→碳粉收集裝置吊裝→電控箱安裝→電氣接線調(diào)試的順序進行改造。

3.2 改造后要達到的技術(shù)性能指標和參數(shù)

風道面積0.9 m2；風道風速2.5 m/s；處理風量7 200 m3/h；2組電場收集碳粉效率≥90%；4組電場收集碳粉效率≥95%。

4 碳粉收集裝置安裝后相關試驗驗證

4.1 性能參數(shù)及相關指標的試驗數(shù)值

（1）靜電場有效工作風速≤2.5 m/s，實測風速均值為12～14 m/s，測量的風速對應截面積為0.38 m2。取中間風速值13 m/s×0.38 m2=4.94 m3/s（風量）。靜電場內(nèi)實際工作風速為4.94 m3/s÷2.0 m2（靜電場除塵面積）=2.47 m/s，實測工作風速基本滿足靜電場有效工作風速。

（2）靜電場二次高壓側(cè)有效工作電壓≥DC 6 000 V，實測工作電壓為：DC 6 200 V。

（3）碳粉收集裝置允許工作溫度為-10～70 ℃，在線測出風管道氣體溫度為33～41 ℃。

（4）碳粉收集裝置允許工作濕度＜70%，儀表測出風管道氣體濕度為13%～28%。

4.2 實測靜電場運行PM10去除率檢測數(shù)據(jù)

實測靜電場運行PM10去除率檢測數(shù)據(jù)，見表2。

表2 靜電場運行PM10去除率檢測數(shù)據(jù)

5 結(jié) 論

通過在發(fā)電機集電環(huán)處加裝碳粉收集裝置，使碳粉得到有效收集，保障了發(fā)電機集電環(huán)的穩(wěn)定運行。因發(fā)電機集電環(huán)發(fā)生碳粉引起接地故障不是普發(fā)性故障，故本次項目經(jīng)濟效益與社會效益不是特別明顯。但是發(fā)電機一旦發(fā)生因碳粉引起的接地故障，則會與電網(wǎng)瓦解，造成機組跳閘事故，帶來巨大經(jīng)濟損失和社會負面影響。通過加裝本設備，大大降低了因碳粉引起的發(fā)電機集電環(huán)接地故障發(fā)生率。通過試驗數(shù)據(jù)可知，本設備能有效平穩(wěn)地收集集電環(huán)裝置排放的碳粉顆粒物，去除率≥90%。碳粉顆粒物經(jīng)靜電場模塊吸附后的PM10日平均排放濃度值＜50 μg/m3，符合國家頒布的環(huán)境空氣質(zhì)量標準要求[2]，大幅改善了廠區(qū)的環(huán)境，提高了人們的生活質(zhì)量。