防范除尘器严重积灰的技术措施探讨

吕群

（大唐环境产业集团股份有限公司，北京 100097）

1 引言

目前，我国火力发电领域大型除尘器装置应用最广的是静电除尘装置、滤袋除尘装置，及二者结合的电袋除尘装置。电除尘器在应对日渐趋严的环保排放标准方面，又出现了干式电除尘器和湿式电除尘器，技术细节方面又有移动电极技术、导电滤槽技术、关断振打技术等，电除尘器在配套供电电源方面，国产化的高频电源、脉冲电源等高效电源技术的发展也已经日趋成熟。滤袋除尘装置在火力发电领域的应用主要是行喷吹滤袋除尘器、旋转喷吹滤袋除尘器、静态反吹滤袋除尘器[1]。

火力发电厂除尘器的灰斗因排灰故障，常会出现灰斗短暂积灰的现象，一般只要在除尘器灰斗允许的储灰容量及对应恢复正常除灰的时间范围内，不会对除尘器产生危害。而因除尘器积灰造成对除尘器危害的，都是因为故障排除不及时，使除尘器内部积灰超过了除尘器设计允许的储存量。所以，除尘器内部积灰是产生危害的首要诱因，在这个诱因爆发的前提下，才暴露出设计、安装等方面的缺陷[2]。实际在除尘器设备安全管理措施、安全操作规程日益完善的管理环境下，故障排除不及时的原因，往往是除尘器运行维护人员不清楚存在故障，或因积灰问题已经产生其他关联性故障时，不能准确判断问题发生的本质，或依靠并不彻底的解决方法，心存侥幸，导致除尘器积灰问题日积月累，甚至发生重大安全事故。如：2005年湖北蒲圻电厂1号机组（30万千瓦） 2号电除尘器“1.1”整体坍塌事故；2005年内蒙古包头第二热电厂2号机组（20万千瓦） 电除尘器一电场“3.20”灰斗整体坍塌事故；2005年内蒙古霍煤集团鸿骏铝电公司自备电厂一期3号机组“4.9”灰斗脱落事故；2006年华电国际安徽池州九华发电有限公司2号机组电除尘器“3.14”坍塌事故[3]；2014年唐山安泰钢铁有限公司“9.23”电除尘器灰斗坍塌事故等。在上述由国家相关部门通报的除尘器事故中，所有事故存在的共同点是：除尘器运行维护人员没有及时发现除尘器在长达十多天，甚至几十天的严重积灰状态下运行。这个结果就必然存在一个共性的问题，即现阶段如何判断除尘器内部严重积灰的问题上，存在技术缺陷或不足。

2 现阶段除尘器内部积灰判断的技术手段及缺陷

结合国内火力发电行业除尘器发生严重积灰的案例分析，目前国内火电厂除尘器判断内部是否积灰的技术手段主要有三个：除尘器灰斗高料位开关判断；除尘器除灰系统运行参数判别；检修拆解措施验证。

2.1 除尘器灰斗高料位开关判断及其缺陷

按照《火电厂除尘工程技术规范》（HJ2039-2014）8.2.7条“每个灰斗应设置高料位开关，必要时也可设置低料位开关”的要求，大多数除尘器的每个灰斗都只设计了高料位开关，通过高料位开关的报警指示，简单判断除尘器灰斗内部储灰情况。在灰斗高料位开关选型上，由于射频导纳料位开关相对比较经济、可靠，为此，普遍的设计选型采用的是射频导纳料位开关。理论上讲，射频导纳料位开关在设计上使用了先进的抗黏附电路，采用多参量的测量，其中交流鉴相采样器技术手段，从数学理论上解决了在开关上的挂料问题。但是，在除尘器灰斗内恶劣的环境中，射频导纳料位开关依然难免出现误报警和损害，也正是因为射频导纳料位开关在实际应用中误报警频发，很容易对运行管理人员产生认识上的误导。另外，射频导纳料位计在使用前需调试，调试时需经过有灰和无灰两种状态，才能准确标定料位计，这在除尘器除灰系统存在缺陷[4]，或除灰设计输送能力不足，或除尘器气流分布不好时，对除灰系统运行会有很大的风险隐患，如果除尘器处于运行中、检修人员又不能及时发现并排除问题，问题长期积累，最终会造成严重危害。国内有不少除尘器在投产1年内会出现严重积灰故障，主要就是因为这方面的原因。

2.2 除尘器除灰系统运行参数判别及缺陷

除尘器灰斗下部配套的气力除灰装置，较常见的是正压气力除灰系统。正压气力除灰系统中的核心设备仓泵的送料控制方式，主要有料位控制和时间控制，这两种控制方式关键的控制与监控参数是仓泵料位计、灰管母管压力、气管母管压力、仓泵落料时间，在DCS分散控制系统对除灰系统运行监控上，主要观察和记录这四个参数，而且在电厂运行经验方面，更趋向于灰管母管压力和落料时间的监控与记录。这种监控方式判断除灰系统是否正常有一个前提，就是必须有正常状态下的运行曲线与实际发生变化的运行曲线进行比对，当比对结果发现实际运行曲线灰管母管压力降低、仓泵落料时间变短，就可以判定仓泵下料出现变化，这个变化如果长期存在，并且随负荷、煤质变化没有好转的趋势，那么除尘器发生积灰的可能性就很大。图1、图2是国内某电厂发生除尘器严重积灰后，除灰灰管母管压力和落料时间的变化曲线。

图1是除尘器除灰系统开始发生故障时灰管母管压力和落料时间的曲线，图2是故障状态下运行将近1个月后灰管母管压力和落料时间的曲线，从间隔较长时间、不同时间段的曲线对比看，变化非常明显，但是，连续时间内的曲线差别并不是很明显。

图1 除灰灰管母管压力和落料时间开始变化时的状态曲线

图2 除灰不畅时灰管母管压力和落料时间的状态曲线

由于DCS控制记录曲线幅度设置的影响，在长期累积造成除尘器积灰方面，气力除灰运行曲线最初发生的变化往往并不是很大，而等到曲线变化发生明显变化时，除尘器实际已经发生了严重堵灰损害，况且机组负荷、煤质、运行参数等方面的变化，时常也会造成除灰运行曲线短期内发生变化，这种情况就需要除尘、除灰运行管理人员具有高度的安全风险意识和严谨、细致的工作方法，在发现问题的初始阶段，密切跟踪、准确判断、及时处理。

2.3 检修拆解措施验证及缺陷

检修拆解验证措施主要有：1）除尘器灰斗捅灰孔进风或冒灰措施；2）除尘器灰斗流化风管是否有进风措施；3）仓泵平衡管（透气管）进风或冒灰措施[5]。这三种措施并不是日常运行点检的内容，措施的使用往往是因为已经发生了故障，为了进一步验证所采取的验证措施，最多也属于事后的处理措施。况且除灰斗流化风管是否进风措施以外，其他两种措施还存在一定的安全风险，而灰斗流化风管是否有进风措施，仅仅能用来判断除尘器灰斗是否已排空，对除尘器内灰位的高低并不能做出很好地判断。所以，当使用捅灰孔进风还是冒灰及仓泵平衡管进风还是冒灰的措施，判断除尘器内积灰严重时，假如除尘器已存在严重堵灰、积灰现象，那么积灰对除尘器的损害实际已经发生了。

3 防范除尘器严重积灰的技术措施

3.1 除尘器灰斗高料位监控方式

从传统设计理念上，保障除尘器下部除灰系统运行正常，确保除尘器灰斗高料位信号报警准确，这是最为理想的控制除尘器灰斗灰量的方式。为此，在射频导纳料位开关不能很好地满足要求的情况下，选择应用性能更加安全、可靠的灰斗料位检测仪器，是设计人员需要首要考虑的问题。近年来，伴随无源核子料位检测技术手段的不断完善，无源核子料位计已得到越来越广泛的使用。1）无源核子料位计不需与被测介质接触，灰斗内的恶劣环境对仪器仪表没有影响，也就不存在测控元件磨损、干扰等众多问题，同时因为全部元器件安装于灰斗外，维修、维护、更换更加方便；2）无源核子料位计测量的是安装位置层面灰的总量，其可以输出开关量，也可以输出模拟量，灰斗壁面挂灰不影响料位检测；3）无源核子料位计虽不能实现连续料位的测量，却可以准确反映出测点位置灰位的变化过程，有利于运行人员了解系统的运行状况。

实际上对于无源核子料位计，同样也存在发生故障而失效的可能，另外，无源核子料位计也缺乏紧急状态下的考验和验证。所以，在涉及除尘器严重积灰等重大设备运行安全问题方面，一种技术也不可能解决所有的问题。综合判断，冗余治理，也是必不可少的管理保障措施。

3.2 除尘器除灰系统运行参数控制方式

在运行方面，由于除尘器下部气力除灰系统普遍采用监控灰管母管压力和落料时间的方式进行监控，对于除尘器发生严重积灰的过程，除了明知除灰系统有故障，而人为处理不及时的责任事故外，最难防范的是不宜察觉的、长期的、缓慢的积累过程。如国内曾经发生过长达4个多月的缓慢累积造成除尘器严重积灰的案例。在除灰系统运行方面，仓泵落料不畅也会发生灰管母管压力降低、仓泵落料时间变短的情况，为此，在除灰系统控制上，引入灰管母管压力、仓泵落料时间的报警监控功能，对于避免除尘器严重积灰，也有重要的作用。

3.3 除尘器灰斗高料位自动排灰、报警技术措施

在灰斗辅助环节设计上，通常设计有捅灰孔、紧急排灰口、流化气化口，缺乏自动化的除尘器发生严重积灰状况下的安全保护环节。国内已有企业依据多年的实践经验，开发出了当除尘器发生严重积灰，且灰位超出高料位一定高度时，可自动排灰和报警功能的灰斗及其装置，为防范除尘器严重积灰设置了最后一道安全保护（如图3）。

图3 自动放灰安全信号阀及其装置结构图

如图3所示，如灰斗下部的除灰系统出现不易察觉的输灰故障，或灰斗高料位计出现不易发现的故障时，由于故障的存在，灰斗内部灰位与灰量将因设备持续运行缓慢增加，此时灰斗处于危险状态，如果运行人员不能及时发现，伴随积灰超过灰斗正常储灰高度，达到自动放灰，安全阀伸于灰斗上部的进灰管口高度时，灰尘就会自然流入到进灰管内，同时随着灰管内流入灰尘高度的积累，具有良好流动性的灰尘，将推动自动放灰安全信号阀盖开启，进灰管内的灰尘也就自动从阀门处流出，从而减缓灰斗内灰位的上涨。自动放灰安全信号阀盖开启时，带动阀门门杆移动，触动阀内部接触开关断开，为远程监控传送开关量报警信号，实现灰斗自动排灰同时的远程报警功能。事实上，只要自动放灰安全信号阀开启放灰，就为巡检人员及时发现问题提供了直接判断的依据。

4 结论

尽管除尘器异常积灰问题时有发生，但从产生的原因及现阶段的技术手段分析，该类问题并不是不可防范、不可预知的。在除尘器、除灰设计方案策划阶段，注意采用如下技术措施，对除尘器预防和防范异常积灰都具有积极的作用。1）尽可能选用可靠性、稳定性好，使用寿命长、故障率低、干扰因素少的灰斗高料位计；2）在除尘器控制上，引入除灰灰管母管压力、仓泵落料时间异常的报警监控功能，可起到及早发现、及时处理除尘器积灰故障的预警作用；3）在除尘器内灰位超出灰斗高料位计一定高度条件下，在除尘器上设计安全、简便的检查与报警装置，可对除尘器起到有效的安全保护作用。

[1] 啜广毅，王力腾，沈继平.燃煤电厂烟气除尘技术介绍[J].中国环保产业，2013（2）: 52-56.

[2] 张德轩，陈国榘.对几次电除尘器坍塌事故原因的初探[J].电力环境保护，2006，22（4）: 25-29.

[3] 国家电监会办公厅.关于加强火电厂电除尘器安全管理的通知[L].2007-1-19.

[4] 李中存，徐刚华，杨美璁等.1000MW机组电除尘灰斗高料位及输灰堵管的分析及处理[J].贵州电力技术，2015，18（8）: 12-14.

[5] 张晓博.火电厂电除尘器灰斗积灰简单判别法[J].华电技术，2014，36（10）: 63-64.