铅锑极线在湿式电除尘器中应用探讨

陆小成，申智勇，舒喜，吴为民

(国电环境保护研究院，江苏南京210031)

铅锑极线在湿式电除尘器中应用探讨

陆小成，申智勇，舒喜，吴为民

(国电环境保护研究院，江苏南京210031)

从铅锑极线的材质成份、加工工艺、使用长度、固定方式及安装质量等几个方面探讨极线在湿式电除尘器应用的可靠性。分析认为:控制好制造质量，确定合理的使用长度、选择恰当的固定方式以及完善的安装质量控制措施可以显著提高铅锑极线在湿式电除尘器上应用的可靠性。

湿式电除尘器;铅锑极线;可靠性

0 引言

湿式静电除尘器技术(Wet Electrostatic Precipitator，简称WESP)，是一种高效的终端处理技术，可以有效降低排烟浓度，并同时解决硫酸气溶胶、石膏雨、重金属污染等问题，是火电厂超低排放的主要技术路线［1］。极线是湿式电除尘器内与极板配合，形成电场的重要部件。由于湿式电除尘器的工作环境限制，需要极线不仅具有良好的放电性能，同时需要具备优良的耐腐蚀以及防结垢性能。铅锑极线由于具有优良的放电性能以及耐腐蚀性，在化工、有色等行业的电除雾器领域中得到广泛应用［2］，近年来随着湿式电除尘器在火电行业的推广，该材质的极线在大型火电机组的湿式电除尘器上也有较多的应用案例［3］。

由于燃煤电厂湿式电除尘器处理烟气量大、烟气条件有一定差异，铅锑极线在燃煤电厂湿式电除尘器中能否完全移植化工等行业的设计及经验，存在一定疑虑。近期，铅锑极线在某一电厂的湿式电除尘器应用数月后出现断裂并与阳极搭接短路的运行缺陷，造成湿式电除尘器较长时间不能发挥功效，使得研究人员对铅锑极线是否适合在火电行业应用产生疑问，并引起了广泛的讨论，其中使用寿命和极距公差保证是讨论的重点内容。

1 铅锑极线技术特点

铅锑合金具备以下特点:导电性能好，高压电场下的电流密度完全能满足工程需求;耐腐性能高，长期使用中不易被腐蚀;铅中掺入2.5%～6%的锑元素作为阴极线的原材料可以提高机械强度和改善铸造性能;价格便宜，适合在酸性烟气中作为放电极线。但铅锑极线的缺点是延展性要比合金材料差，例如在常温条件下延展率达到0.5%时表面会开裂并且不可恢复。

目前湿式电除尘器配套的铅锑极线多沿用化工行业的设计经验，采用扁锯齿线。该线型整体由铅锑材质挤铸成型，内芯是2205材质的不锈钢，可以承载自身重力和张紧力，外形如图1所示。就目前使用情况来看，该种极线存在断线和开裂的现象。本文就如何保证实现铅锑极线的使用寿命和可靠性，需要在加工工艺、构造形式、安装方式等三个方面进行优化设计。

图1 铅锑极线断面示意

2 铅锑极线的加工工艺

铅锑极线加工工艺一般采用挤铸方式。首先将纯铅和纯锑按照一定质量配比投入熔炼炉冶炼成制造极线需要的铅锑合金锭待用，然后将铅锑合金锭熔融后在热熔挤铸机上利用模具一次性挤压成型。锑元素的比例、挤压铸造的质量以及模具质量对极线的质量具有很大的影响。

2.1 掺入锑元素含量的探讨

目前没有文献报道铅锑极线的铅锑含量百分的数据，生产厂商根据用户对强度需求确定配比关系，例如极线硬度较高时，适当增加铅元素的含量。笔者测试了三个工程项目的极线样品铅锑元素的含量，内容见表1。测试标准采用:中原子荧光法(AAS)(GB/T4103－2012)。

表1 三种铅锑极线样品中主要元素含量分析表

表1中铅含量≮98%，锑含量在1.5%～2.0%之间。锑含量与硬度、刚度以及脆性呈正相关。样品二锑含量为1.937%的极线脆硬，折弯后产生较多的牛毛细纹，细纹是引起断线的致命缺陷，而样品一锑含量在1.471%相对柔软，折弯后没有细纹。笔者认为铅锑极线中铅、锑元素的质量含量为98%和1.5%比较适合，既需要保证极线的刚度，也不至于冷硬裂纹出现。

2.2 挤铸成型质量探讨

极线断面是长扁平型的结构，边缘芒刺区域厚度仅2.0mm，中心部分厚度有10mm。从铸造学角度分析，薄边区域可瞬间凝固，而中心却是逐渐凝固，收缩不均匀时中心部位产生较大的内应力，需要避免出现收缩裂纹、疏松和气孔等缺陷。从材料学角度推测，边缘部分是富铅的α固溶体长条晶枝构成的网状结构，中间过渡带是富铅的α固溶体和富锑的β固溶体组成的共晶体，而中心部位是α固溶体晶间存在杂乱的层片状疏松β固溶体晶体。如果出现这种微观偏析，则材料本身就会发生非均匀性腐蚀［4］。因此，在挤铸成型的过程中，设定好挤铸速率、挤铸温度和冷却工艺是决定铅锑极线寿命的关键。

2.3 工装及模具质量影响的探讨

铅锑极线中心的不锈钢内芯需要在挤铸时同步添加，其生产步序是伺服机构匀速喂钢丝进挤压模具内，挤铸机构挤出熔融的铅锑液包裹钢丝后一起沿定型模具口挤出。

该环节中模具设计、钢丝喂进速度以及挤铸速度等是难点，比较常见的制造缺陷是钢丝和外包铅锑材质之间偏心，出现隐性质量缺陷，较薄的边缘在受拉应力时会开裂形成点蚀(详见图2)。

图2 模具缺陷造成芯线偏心

综上，在制造环节中需要控制好材质配比和挤铸的质量，确保100%合格产品进入工程现场。

3 铅锑极线极构造形式

目前湿式电除尘器工艺参数和布置形式迥异，例如源自电除雾器行业的技术流派设计的湿式除尘器沿袭了电除雾器的风格，源自干式电除尘器行业的技术流派设计的湿式电除尘器阴极线沿袭了干式电除尘器的风格。但是除尘器阴极结构设计对于保证可靠运行非常重要，极线长度和固定方式是阴极构造的两个重要参数，其影响阴极系统的可靠性。

3.1 铅锑极线长度的探讨

现已建成湿式除尘器的极线长度差异较大，例如立式湿式电除尘器的极线长度短则4.5m(放电区间3m)，长则有8m(放电区间6m)甚至8.5m (放电区间6.5m)。在技术发展成熟的干式电除尘器行业类似的星形线或麻花线的线长一般不超过3.5m，其控制长度的原因是:极线过长容易松弛、引起闪络腐蚀而断线;极线过长，在电场中摆动幅度大而易折断;极线长度过长，拉张于阴极框架上形同“细面条”，固定可靠性降低。

表2对比了三种不同除尘器极线和风速的参数范围，表中数据也说明极线长度不宜过长。因此，铅锑极线长度不宜过长，极线越短不仅可以简化阴极构造形式，而且运行参数也更加稳定。

表2 三种除尘器的极线长度和烟气流速参数表(常规值)

3.2 极线固定方式的探讨

铅锑极线的固定方式是项目工程设计需要慎重考虑的一个重要细节，固定方式需要满足以下条件:极线轴向的张紧状态，避免松动后引起极线晃动;极线与极板的异极距数值稳定;安装和维护方便。

笔者梳理目前已投运的的多个湿式电除尘器阴极线的固定方式，大致分为三种:方式A上端固定于结构梁上，全方向约束形成“死点”，下端吊挂4～6kg的重锤，水平方向和垂直向上约束，垂直向下自由;方式B上端固定于结构梁上，全方向约束形成“死点”，下端带有丝杆，紧固于结构梁上，利用测力扳手保证极线的张紧力;方式C上、下端全部固定与结构梁上，都是全方向约束形成“死点”。三种极线固定方式对比分析见表3。

表3 三种极线固定方式对比

表3对这三种固定方式进行了简单对比:从经济性、稳定性、安装检修等方面考虑，方案A造价低、结构简单、安装精度满足设计要求，因此一般推荐采用方式A。

4 湿式除尘器安装要求

湿式电除尘器的安装质量是保证效率的一个重要环节，施工人员需了解铅锑线材质的特点，尽量减少对极线挤压、缠绕和急弯等应力伤害。具体措施:施工中为转运方便，将长条极线现场盘卷后吊运至壳体，冷态盘卷时表面脆硬容易产生毛细裂纹;施工中多次调整和固定极线，二次拆装可能会在折弯点出现冷弯应力开裂;施工中采用撬杠强行张紧极线，撬杠支点处铅锑塑性变形极线壁厚减薄甚至穿孔。在阴、阳极安装的关键节点处，项目管理单位、设计单位和监理单位应加大检查力度，在封闭人孔门升压前应对极线固定端逐一检查，排除一切可能影响升压的隐患，如果少数极线有细小裂痕，可以涂抹玻璃鳞片或者用烙铁煨合开裂处，裂纹严重处必须要更换极线。

5 结语

综上所述，在制造环节确定铅锑材质各元素合理质量含量、避免挤铸缺陷;在设计环节尽量降低极线长度并选择恰当的固定方式，降低极线断裂的风险;在安装环节，严把施工质量并强化节点检查，避免将安装缺陷带入运行阶段。如果所有的质量控制环节都能有效实现，极线的可靠性大幅提高，其在湿式电除尘器行业推广的价值将更加凸显。

［1］常景彩.柔性集尘极应用于燃煤脱硫烟气深度净化的试验研究［D］.济南:山东大学，2011.

［2］陈俊，林祖涵，颜迅.新型湿式电除雾(尘)器在脱硫脱硝尾气深度净化工程的实践应用［J］.电力科技与环保，2014，30(3):46－48.

［3］蒋海涛，田绍钢，付玉玲，等.湿式静电除雾技术及在燃煤电厂的应用［J］.发电设备，2014，28(1):61－64.

［4］樊玉川，王志坚，陈苏里，等.铅锑合金在充放电时锑的微观作用机理探讨［J］.湖南冶金，2006，34(4):8－12.

Discussion about Pb－Sb discharge electrode applied in WESP

The reliability of Pb－Sb discharge electrode which applied in WESP were discussed from material composition，processing technology，wire length，fixed mode and installation quality，etc.The results showed that excellent manufacturing quality，reasonable wire length，appropriate method of fixation，effective quality control measure of installation can significantly improve the reliability of Pb－Sb discharge electrode in the field of WESP.

WESP;Pb－Sb discharge electrode;reliability

X701.2

B

1674－8069(2015)05－045－03

2015-03-17;

2015-05-20

陆小成(1973-)，男，高级工程师，从事燃煤电厂烟气的超净排放技术研究、开发和设计工作。E－mail:luxiaocheng@nepri.com

国电科学技术研究院科技项目“湿式静电除尘技术研究与应用”(D13Y11)