石灰窯電除塵器常見故障診斷及排除

劉 洋，尹庭堅

(江蘇井神鹽化股份有限公司淮安堿廠，江蘇淮安 223200)

參考文獻

石灰窯電除塵器常見故障診斷及排除

劉 洋，尹庭堅

(江蘇井神鹽化股份有限公司淮安堿廠，江蘇淮安 223200)

結(jié)合淮安堿廠窯氣除塵系統(tǒng)的重要設備之一靜電除塵器的生產(chǎn)運行組織的實際情況，探討了其常見故障和處理方法，并提出了設備長周期穩(wěn)定運行的措施。

靜電除塵器；窯氣；整流器；陰極；陽極

1 石灰窯氣含塵量的指標

純堿廠的窯氣壓縮機一般可分為螺桿式(容積式)和透平式(離心式)，基于不同類型的壓縮機各自性能特點，其要求的運行操作參數(shù)和介質(zhì)環(huán)境也不盡相同。采用透平式窯氣壓縮機的廠家，對窯氣含塵量要求較為嚴苛，窯氣的含塵量須嚴格控制在10 mg/m3以下，否則將會破壞壓縮機葉輪的動平衡，給生產(chǎn)安全穩(wěn)定運行帶來重大隱患和風險。

一方面，純堿廠的石灰煅燒過程使用焦炭的灰分較高，一般可達約17%，燃燒后產(chǎn)生了大量粉塵；另一方面，經(jīng)過篩分后投入窯內(nèi)的石灰石中泥沙仍然存在(其含量約為2%～5%)，泥沙入窯受熱干燥后即產(chǎn)生揚塵；加之，石灰石在傾倒、混合、煅燒過程發(fā)生撞擊、摩擦、破碎也產(chǎn)生大量粉塵。自石灰窯頂產(chǎn)生的夾雜上述粉塵的窯氣，其含塵量一般可高達1 000～2 000 mg/m3，經(jīng)過旋風分離器、窯氣洗滌塔的兩級凈化除塵后，含塵量可降低至150 mg/m3左右，必須經(jīng)過靜電除塵器的再次處理方可降低到10 mg/m3以下。為此，靜電除塵器的運行質(zhì)效尤為關鍵。

2 靜電除塵器概述

2.1 靜電除塵器結(jié)構(gòu)組成

以規(guī)格型號為φ3760×12850靜電除塵器為例進行說明，其一般由陽極系統(tǒng)、陰極系統(tǒng)、清洗噴灑裝置、絕緣保溫箱、氣體均布裝置、殼體及高壓整流控制裝置等部件組成。陽極系統(tǒng)一般由77根φ325×8-5000碳鋼管構(gòu)成。陰極系統(tǒng)一般由φ3×6000電暈芯線、陰極懸掛系統(tǒng)、陰極定位裝置等組成。陰陽極的清洗均采用頂部噴灑裝置。電壓經(jīng)整流增壓后的高壓電直接通過高壓隔離開關、阻尼電阻后送入陰極系統(tǒng)。高壓進線設有保護套管，為防止陰極系統(tǒng)支承絕緣子周圍的溫度過低而結(jié)露漏電，外加絕緣保溫箱。

2.2 靜電除塵器工作原理

靜電除塵器管式結(jié)構(gòu)，氣體流向為垂直方向進出。如圖1所示，電除塵器工作時，其電暈極(陰極)接高壓直流電源的負極，收塵極(陽極管)接為正極，在高壓電場的作用下電暈極附近的窯氣被電離生成大量的正、負離子。離子碰到氣體中灰塵粒子就附在塵粒上，荷電的塵粒在高壓電場作用下，帶正電離子的塵粒向芯線移動，由于電暈區(qū)范圍小(3 mm)，因此與電暈極性相同的負離子塵粒通過范圍更大的電暈外區(qū)向收塵極(陽極管)方向移動，而進入管間的含塵氣體也大部分在外區(qū)通過，所以大多數(shù)帶負電的塵粒朝陽極管方向運動，并匯積在管壁上，只有少數(shù)塵粒帶正電荷而沉積在芯線上。荷電塵粒到達電極后，放出電荷，還原成中性塵粒，用凈化河水定時(4 h/次)沖洗后經(jīng)塔底排污口放出，凈化后的窯氣由電除塵器塔頂被抽出，送往窯氣壓縮工序。

圖1 窯氣靜電除塵器工作原理圖

3 常見故障及處理

靜電除塵器作為純堿廠石灰窯氣凈化除塵的重要設備，評價其性能優(yōu)劣的主要指標是除塵效率和出氣含塵量。而電除塵的控制和調(diào)整參數(shù)主要是輸出的二次電流和二次電壓，正常運行，一次220 V直流電經(jīng)整流增壓后，其二次電壓一般可達55～70 kV，二次電流可達110～140 mA。因此，日常運行之故障主要依據(jù)二次電壓、二次電流的異常波動進行判定、處理。

3.1 電場短路

出現(xiàn)二次電壓歸零的狀況，主要原因是陰陽兩極連通，繼而發(fā)生了電場短路，即逆電離，此時，電壓表指針接近或幾乎處于“0”位，電流卻很大。譬如：電暈極芯線、沖水漏斗脫落，陽極管內(nèi)結(jié)疤脫落，電場內(nèi)遺留的電焊條、鐵絲、廢鐵件、工具等可導電雜物處于收塵極與放電極之間時均可能導致電場短路發(fā)生。

停車后，及時清理恢復安裝脫落的芯線、沖水漏斗，去除陽極管內(nèi)脫落的疤塊，清除落入管間的雜物，即可順利排除故障。

3.2 電場失電

出現(xiàn)二次電流歸零的狀況，主要原因是電暈極失電，無法形成通電回路。譬如：整流器故障、電除塵塔體接入線熔斷或脫落(見圖2)等均可致其發(fā)生。

及時排除整流器故障、更換熔斷的塔體接入線即可解決。

圖2 電除塵塔體接入線熔斷

3.3 電場閃爍

出現(xiàn)二次電壓、二次電流持續(xù)閃爍，如圖3所示，通常稱之為電除塵放電現(xiàn)象。產(chǎn)生放電原因較多、且缺乏一定的規(guī)律，大致可總結(jié)以下幾方面：一是電暈極和陽極管壁間距出現(xiàn)了或小、或大或是時小時大的不規(guī)則波動；二是陰極系統(tǒng)支承絕緣子放電；三是電氣方面的故障。

圖3 穩(wěn)定電場和閃爍電場的二次電流趨勢對比圖

快速、準確判斷此類故障較為復雜，通常需要具有電除塵結(jié)構(gòu)、理論知識和豐富維保實踐經(jīng)驗的技術(shù)人員借助銅棒，輔助觀察放電閃爍火花位置，并結(jié)合DCS界面相關操作參數(shù)綜合判定。

3.3.1 電暈極和陽極管壁間放電

①芯線固定重錘與固定架脫離，導致芯線因窯氣通過發(fā)生晃動，重新固定即可；

②芯線未拉直或芯線安裝不對中，重新調(diào)整安裝即可；

③塔內(nèi)沖洗水未排凈，直接流入管間造成電場閃爍，找到?jīng)_洗水未切斷的原因并排除即可；

④陽極管管壁、除塵器塔壁結(jié)疤較多，及時對其進行高壓除疤作業(yè)；

⑤電除塵陰極芯線直接彎折后與塔頂部掛鉤、塔底部重錘通過鎖扣緊固連接，檢維修人員施工過程將芯線彎折過長以至伸入陽極管內(nèi)，電除塵即會出現(xiàn)閃爍放電，只需將伸入陽極管內(nèi)多余芯線切除即可消除缺陷；

⑥φ3760×12850靜電除塵器設計處理窯氣能力是15 000 m3/h，日常生產(chǎn)若超過其設計能力，電場閃爍在所難免，必須要降低生產(chǎn)負荷或增加除塵器以匹配其處理能力方可；

⑦電除塵使用年限較長，陽極管沖刷、銹蝕嚴重，管壁變薄卷曲同樣會造成放電現(xiàn)象的發(fā)生，如圖4所示，此種情況，須盡快對靜電除塵器進行大修。

圖4 管壁銹蝕卷曲的陽極管

3.3.2 陰極系統(tǒng)支承絕緣子放電

①絕緣箱溫度過低而箱體內(nèi)結(jié)露造成放電，及時調(diào)整蒸汽供應，恢復絕緣箱溫度至正常水平；

②絕緣瓷瓶損壞導致電場擊穿，更換新瓷瓶即可；

③高壓電纜接入線與絕緣箱壁間距過近，調(diào)整接線柱位置。

導致電場閃爍的電氣故障主要有整流器積灰、高壓電纜接地線裸露或接地不牢等，及時聯(lián)系電氣專業(yè)人員排除即可。

3.4 電暈極封閉

靜電除塵器的電暈極積灰，主要是通過周期性(4 h/次)的沖洗水沖淋干凈，以保持其持續(xù)旺盛的電暈放電能力。一般新建電除塵器的除塵效率都很高，但在使用一段時間之后，除塵效率往往逐漸下降、惡化，主要是因為陰極芯線積灰增加而肥大，致使放電能力被削弱，電暈電流逐漸降低，即形成所謂電暈封閉現(xiàn)象，導致其除塵效率惡化。主要表現(xiàn)為二次電壓不高，電暈電流較小。

出現(xiàn)此類現(xiàn)象，只需及時清除粘附在電暈極上凝結(jié)成堅固硬塊的積灰，或是直接更換積灰肥大的芯線，即可順利排除故障。

4 電除塵長周期穩(wěn)定運行的措施

靜電除塵器作為一種高效除塵器，廣泛應用于純堿制造等行業(yè)，為了電除塵的持久、穩(wěn)定、高效地運行，筆者對影響其運行效率的因素進行了分析排查。

4.1 合理的清洗運行周期

本文所述濕式靜電除塵器采用增壓河水經(jīng)噴頭分散沖洗。在沖洗壓力和平均性都滿足要求的情況下，沖洗周期是否合理對除塵器除塵效率影響較大。周期過長，極管積灰過厚，增加沖洗清掃難度導致結(jié)疤，大大降低設備除塵效率；周期過短，絕緣箱溫度來不及恢復到工藝要求，造成電場閃爍。

為此，建立準確合理的清洗運行周期；同時增強對噴淋裝備的維護，避免噴頭堵塞和脫落；加之，定期(3月/次)對陽極管的高壓除疤作業(yè)等，都可大大提高電除塵工作效率，如圖5所示，陽極管經(jīng)過高壓除疤后，其二次電流穩(wěn)定性顯著提高。

圖5 停產(chǎn)檢修期間陽極管高壓除疤后二次電流趨勢對比圖

4.2 維持正常的運行參數(shù)

在正常的窯氣流量、窯氣含水量、窯氣含塵量等參數(shù)指標與除塵器設計的參數(shù)相差無幾的情況下，除塵器可正常運行。若窯氣流量增加、窯氣含水量升高、窯氣含塵量超標，電除塵的運行工況就會惡化，大大降低除塵效率。

4.3 電除塵器的維護和檢修

電除塵的故障類型較多，分析處理也相對較復雜，為此日常生產(chǎn)運行要嚴格執(zhí)行《電除塵安全運行維護規(guī)程》，對設備運行中存在的故障和缺陷實時記錄處置，并按規(guī)定制定完善、合理的檢修周期與項目。

每3個月對除塵器的芯線與極管間距進行調(diào)整，并記錄比較調(diào)整前后的除塵效率；每月對固定重錘、吊桿、分水斗、噴頭、絕緣瓷瓶、極管固定花板等以及保溫、加熱、排污系統(tǒng)的零配件和裝備進行檢查和更新；同時每月也要及時協(xié)調(diào)、配合電氣運行人員對高壓硅整流裝置、控制器等電氣設備進行除灰清掃。

4.4 優(yōu)化電除塵DCS控制技術(shù)

電除塵器裝置雖可實現(xiàn)DCS遠程控制，但是清洗、升壓過程如若手動操作，電除塵器的清洗時間和除塵效果完全取決于操作人員的精心程度和操作習慣，如果清洗流程控制不科學，不但浪費了沖洗水，而且造成電除塵使用周期縮短，降低其使用效率。

根據(jù)電除塵器運行工藝規(guī)程，建立電除塵器智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)電除塵器無人值守、實時動態(tài)控制。電除塵器的沖水、排水、運行狀態(tài)下的二次電流上升、下降、停止等工作過程，單塔的沖洗順序、沖洗時間，均由先進控制系統(tǒng)智能協(xié)調(diào)完成，實現(xiàn)無人監(jiān)守操作。當除塵效果不好時，系統(tǒng)會智能升高二次電壓，從而保證除塵效果。

4.5 電除塵設備材質(zhì)的遴選

從電除塵設備結(jié)構(gòu)原理分析，系統(tǒng)腐蝕是影響長周期運行的主要因素。因此，電除塵的制作材料應該考慮耐用且防腐蝕。其外殼可以使用普通鋼，塔內(nèi)外表面應進行有效防腐處理；其它不做防腐的金屬件可以采用防腐的材料制作即可，如花板托架、噴灑裝置、電暈極框架吊桿、電暈極上部框架、噴嘴、電暈極重錘定位架、沉淀極管、窯氣分氣罩等材質(zhì)可選用316，底部兩層氣體分布板材質(zhì)可選304，沉淀極管格柵材質(zhì)可選QT，在成本允許的情況下，陽極管也可全部使用304。

5 結(jié) 語

本文比較系統(tǒng)地介紹了石灰窯氣靜電除塵器的結(jié)構(gòu)、原理，并歸納、總結(jié)了除塵器常見故障現(xiàn)象以及診斷方向與排除方法，對一線檢維修、化工操作技術(shù)人員快速、精準地判定故障、恢復生產(chǎn)工況具有一定借鑒和參考意義，但電除塵故障較多，囿于筆者有限的理論水平和實踐經(jīng)驗,僅能作出此番探討，希望同行不吝賜教。

參考文獻

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TQ114.15

C

1005-8370(2017)03-06-04

2017-04-18

劉洋(1983—)，江蘇邳州人，2005年畢業(yè)于武漢理工大學化學工程學院，工程碩士，現(xiàn)任江蘇井神鹽化股份有限公司淮安堿廠凈化車間主任。