熱電部10#爐除塵器陽極板開裂原因分析

(中石化股份有限公司天津分公司裝備研究院，天津 300271)

熱電部10#爐除塵器陽極板開裂原因分析

李 銳

(中石化股份有限公司天津分公司裝備研究院，天津 300271)

靜電除塵器陽極板變形、開裂的現(xiàn)象時有發(fā)生，本文介紹了公司熱電部10#爐除塵器陽極板開裂的原因和相應(yīng)處理意見。

除塵器 陽極板 開裂

0 引言

電除塵器是含塵氣體通過高壓電場電離、塵粒荷電并在電場力的作用下沉積于陽極板， 經(jīng)振打清灰后實現(xiàn)塵粒與含塵氣體分離的一種除塵設(shè)備。電除塵器凈化效率高、 設(shè)備阻力小、工作溫度可靠、運(yùn)行費用低、理煙氣量大，目前在建材、電力、冶金、化工和食品加工等多個行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

1 問題簡述

2013年3月，開機(jī)檢驗發(fā)現(xiàn)在熱電部除塵脫硫車間10#爐除塵器內(nèi)部B側(cè)電場煙氣入口附近多張陽極板上出現(xiàn)不同程度的開裂。其中在除塵器內(nèi)部從北往南數(shù)第19排，從西向東數(shù)第3張陽極板損壞程度最為嚴(yán)重，廠方截取該段進(jìn)行分析，如圖1所示。

該除塵器系統(tǒng)為浙江菲達(dá)環(huán)保生產(chǎn)的設(shè)備，電除塵器安裝在布袋除塵器前，陽極板和陰極線架均鉛垂安裝，具有可靠的限位和固定等防止擺動的措施，保證運(yùn)行中各部件之間的合理間距不變。陰陽極具有良好的匹配，能夠形成較均勻的電流密度分布。結(jié)構(gòu)設(shè)計能有效地避免粉塵產(chǎn)生二次飛揚(yáng)現(xiàn)象。陰陽極振打采用旋轉(zhuǎn)重錘機(jī)械側(cè)振打。

除塵器的工作溫度為140～170℃，煙氣入口含塵濃度33.7～67.3g/Nm3，煙氣流速1.06m/s。陽極板為480C型冷軋鋼板(材質(zhì)為Q235B)，厚度1.4mm，總長度為10.95m，使用3年以上。陽極板受損位置主要集中在距地面標(biāo)高1.5～1.7m處。

2 除塵器構(gòu)造和原理

電除塵器主要由殼體、陽極系統(tǒng)、陰極系統(tǒng)、陽極及陰級振打系統(tǒng)、氣流分布裝置等組成，見圖1。各構(gòu)件其不同的結(jié)構(gòu)型式在各除塵器內(nèi)有著各自的特點和功能。電除塵殼體是密封煙氣、支承全部內(nèi)件重量及外部附加載荷的結(jié)構(gòu)件，主要是引導(dǎo)煙氣通過電場，支承陰、陽極和振打設(shè)備，形成一個與外界環(huán)境隔離的獨立的收塵空間。陽極系統(tǒng)是由陽極板、上部懸掛裝置及下部振打桿、承擊鉆。陽極板主要作用是捕集荷電粉塵，通過振打機(jī)構(gòu)的振打沖擊，使極板發(fā)生振動及抖動，將極板表面的粉塵成片剝落到灰斗 。陰極又稱放電極，是電除塵的主要部件陰極與陽極一起形成電場，產(chǎn)生電暈電流由陰極線、大框架、小框架、吊掛裝置等部分組成。流分布裝置是為保證氣在電場分布均勻而安裝的導(dǎo)流板與氣流分布板，以保證除塵效率。

圖1 靜電除塵器結(jié)構(gòu)圖

3 檢測與應(yīng)力分析

3.1宏觀檢驗

對送檢的陽極板進(jìn)行宏觀檢查，陽極板兩側(cè)各有一長約150mm的裂口，兩條裂口的延長線上有條明顯的折痕。以折痕為界，將陽極板分成兩個區(qū)域：Ⅰ區(qū)表面粘附有較多的煙塵，煙塵下為紅褐色鐵銹；Ⅱ區(qū)表面煙塵粘附較少，以紅褐色鐵銹為主，見圖2。

圖2 發(fā)生斷裂的陽極板部位

3.2斷口分析

觀察裂口可知開裂是由陽極板邊緣向內(nèi)擴(kuò)展，并且擴(kuò)展到陽極板的機(jī)加工痕跡時改變方向，見圖3和圖4。裂口的斷口平齊、有金屬光澤，開裂的起始部位有沿不同方向的卷邊現(xiàn)象，可以判斷，是由于陽極板開裂后受到多次且不同方向外力造成的，見圖5-圖7。

圖3 1#裂口的整體形貌

圖4 2#裂口的整體形貌

圖5 1#裂口邊緣形貌

圖6 2#裂口邊緣形貌

圖7 3#裂口邊緣形貌

3.3受力狀態(tài)

陽極板在使用過程中可能使陽極板撕裂的力有以下幾種：

(1)空氣不均勻造成的紊流對陽極板的沖擊力。

(2)陽極板在140～170℃環(huán)境中的熱膨脹時固定端對其產(chǎn)生的約束力。

(3)振打器工作時對陽極板產(chǎn)生的力。

(4)陰陽極工作中產(chǎn)生的異常閃爆產(chǎn)生的沖擊力。

3.4應(yīng)力計算

針對4種受力狀態(tài)進(jìn)行如下計算

(1)由于空氣不均勻造成的紊流沒有相關(guān)數(shù)據(jù)無法計算。

(2)陽極板在140～170℃環(huán)境中的熱膨脹時固定端對其產(chǎn)生的約束力。

首先求的陽極板的伸長量，根據(jù)ΔL = L×α1×ΔT,

ΔL為陽極板伸長量，mm

L為 陽極板長度，mm

α1為Q235B在20℃時的線膨脹系數(shù)11.4×10-6,K-1

ΔT為溫度差，K；(K =℃+273.15)

ΔL=10950mm×11.4×10-6,K-1×[(170+273.15)-(20+273.05)]=18.7mm

廠方介紹，陽極板安裝時有30mm的膨脹量，故陽極板在140～170℃環(huán)境中的熱膨脹量不會對陽極板產(chǎn)生約束力。

(3)振打器工作時對陽極板產(chǎn)生的力。

該力的主要作用是使陽極板上的積灰脫落，其方向平行與陽極板平面，作用點位于固定陽極板底部的裝置上。

基于振打器的工作原理，較易在陽極板的某些薄弱部位產(chǎn)生疲勞裂紋。并且由于振打力傳到陽極板頂部作用力減弱，常使該部位積灰嚴(yán)重，為清除頂部積灰常采用增大振打速度及縮短振打周期的措施。但過大的振打加速度和縮短振打周期容易使陽極系統(tǒng)和陽極振打裝置產(chǎn)生疲勞損壞。

(4)陰陽極工作中產(chǎn)生的異常閃爆產(chǎn)生的沖擊力

靜電放電能否產(chǎn)生火花取決于放電能量的大小(對于能產(chǎn)生火花的最小放電能量值，目前也沒有明確的數(shù)據(jù))。

根據(jù)導(dǎo)體間放電能量計算公式：W=1/2CV2(W為放電能量，C為導(dǎo)體間的等效電容，V表示導(dǎo)體間的電位差)。

從上式可以看出，導(dǎo)體間的電位差不變的情況下，增加導(dǎo)體間的等效電容會使陰陽極板間的放電能量增加。等效電容可由式C=ε S/d，(ε為兩極間介質(zhì)的介電常數(shù)，S為極板面積，d為兩極間的距離)。在除塵器中，陰極線和陽極板可形成一個有效電容而影響陰陽兩級間等效電容的唯一因素為極間距。當(dāng)積灰嚴(yán)重時，會減小異極距，當(dāng)極距減小到一定程度時，放電能量達(dá)到靜電放電產(chǎn)生火花的要求，在陽極板和陰極線上產(chǎn)生火花。

除塵器在運(yùn)行過程中煙塵中具有可燃物并有助燃的氧氣，再加上產(chǎn)生的電火花就形成了閃爆的條件。閃爆發(fā)生具有不確定性，且沒有相關(guān)數(shù)據(jù)無法計算沖擊力大小。

4 失效原因分析

根據(jù)宏觀檢驗結(jié)果，陽極板表面及斷口存在銹蝕，但未見明顯的腐蝕坑，因而腐蝕不是造成開裂的原因。

從斷口分析可知陽極板開裂后受到多次且不同方向外力。

由應(yīng)力計算可知，陽極板在140～170℃環(huán)境中的熱膨脹不會使陽極板產(chǎn)生開裂。

對于紊流及閃爆對陽極板產(chǎn)生的沖擊力雖不能準(zhǔn)確計算，但根據(jù)陽極板的現(xiàn)場安裝結(jié)構(gòu)可知，陽極板是下端固定上端自由的的懸臂梁。當(dāng)紊流及閃爆對陽極板產(chǎn)生的沖擊力作用于陽極板時，在靠近固定端處陽極板受到的力矩最大，此處較易開裂。

振打力作用到陽極板的某些薄弱部位較易產(chǎn)生疲勞裂紋，且過大的振打加速度和縮短振打周期容易使陽極系統(tǒng)和陽極振打裝置產(chǎn)生疲勞損壞，這也是造成陽極板開裂的原因。

5 結(jié)論和建議

綜合上述分析結(jié)果，陽極板開裂的主要原因是紊流及閃爆對陽極板產(chǎn)生的沖擊力和振打作用到陽極板產(chǎn)生的疲勞力共同作用引起的。建議如下：

(1)陽極板下部加裝加強(qiáng)板。

(2)避免陽極板在安裝后受到空氣紊流及異常閃爆的影響。

(3)減少意外停車，并采取相應(yīng)措施使其對整個除塵系統(tǒng)的影響降到最低。

[1] 盛華敏, 何建民. 電除塵器內(nèi)部除塵效果的探討[J]. 浙江電力, 2004,4,61～63.

[2] 李軍印. 靜電除塵器陽、陰極板腐蝕原因分析[J], 腐蝕與防護(hù), 2002,23(3), 130-132.

Analyzing the Reasons for Cracking of Collection Plate of 10#Furnace in Thermal Plant

LI Rui
(Tianjin Petrochemical Equipment &Instrumentation Research Institute, Sinopec, Tianjin 300271, China)

In view of cracking or deformation of collection plate happened occasionally. In the paper, the reasons for cracking of collection plate of 10# furnace in the thermal power plant were analyzed. Effective suggestion and advice have been proposed.

electrostatic precipitator; collection plate; cracking

TG172.9

A

10.13726/j.cnki.11-2706/tq.2014.08.075.03

李銳 (1987-) ，男，碩士，助理工程師，主要從事紅外熱成像技術(shù)應(yīng)用研究工作和加熱爐、鍋爐、管線保溫（保冷）節(jié)能檢測技術(shù)研究。