呂群

（大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團股份有限公司，北京 100097）

1 引言

目前，我國火力發(fā)電領(lǐng)域大型除塵器裝置應(yīng)用最廣的是靜電除塵裝置、濾袋除塵裝置，及二者結(jié)合的電袋除塵裝置。電除塵器在應(yīng)對日漸趨嚴的環(huán)保排放標準方面，又出現(xiàn)了干式電除塵器和濕式電除塵器，技術(shù)細節(jié)方面又有移動電極技術(shù)、導(dǎo)電濾槽技術(shù)、關(guān)斷振打技術(shù)等，電除塵器在配套供電電源方面，國產(chǎn)化的高頻電源、脈沖電源等高效電源技術(shù)的發(fā)展也已經(jīng)日趨成熟。濾袋除塵裝置在火力發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用主要是行噴吹濾袋除塵器、旋轉(zhuǎn)噴吹濾袋除塵器、靜態(tài)反吹濾袋除塵器[1]。

火力發(fā)電廠除塵器的灰斗因排灰故障，常會出現(xiàn)灰斗短暫積灰的現(xiàn)象，一般只要在除塵器灰斗允許的儲灰容量及對應(yīng)恢復(fù)正常除灰的時間范圍內(nèi)，不會對除塵器產(chǎn)生危害。而因除塵器積灰造成對除塵器危害的，都是因為故障排除不及時，使除塵器內(nèi)部積灰超過了除塵器設(shè)計允許的儲存量。所以，除塵器內(nèi)部積灰是產(chǎn)生危害的首要誘因，在這個誘因爆發(fā)的前提下，才暴露出設(shè)計、安裝等方面的缺陷[2]。實際在除塵器設(shè)備安全管理措施、安全操作規(guī)程日益完善的管理環(huán)境下，故障排除不及時的原因，往往是除塵器運行維護人員不清楚存在故障，或因積灰問題已經(jīng)產(chǎn)生其他關(guān)聯(lián)性故障時，不能準確判斷問題發(fā)生的本質(zhì)，或依靠并不徹底的解決方法，心存僥幸，導(dǎo)致除塵器積灰問題日積月累，甚至發(fā)生重大安全事故。如：2005年湖北蒲圻電廠1號機組（30萬千瓦） 2號電除塵器“1.1”整體坍塌事故；2005年內(nèi)蒙古包頭第二熱電廠2號機組（20萬千瓦） 電除塵器一電場“3.20”灰斗整體坍塌事故；2005年內(nèi)蒙古霍煤集團鴻駿鋁電公司自備電廠一期3號機組“4.9”灰斗脫落事故；2006年華電國際安徽池州九華發(fā)電有限公司2號機組電除塵器“3.14”坍塌事故[3]；2014年唐山安泰鋼鐵有限公司“9.23”電除塵器灰斗坍塌事故等。在上述由國家相關(guān)部門通報的除塵器事故中，所有事故存在的共同點是：除塵器運行維護人員沒有及時發(fā)現(xiàn)除塵器在長達十多天，甚至幾十天的嚴重積灰狀態(tài)下運行。這個結(jié)果就必然存在一個共性的問題，即現(xiàn)階段如何判斷除塵器內(nèi)部嚴重積灰的問題上，存在技術(shù)缺陷或不足。

2 現(xiàn)階段除塵器內(nèi)部積灰判斷的技術(shù)手段及缺陷

結(jié)合國內(nèi)火力發(fā)電行業(yè)除塵器發(fā)生嚴重積灰的案例分析，目前國內(nèi)火電廠除塵器判斷內(nèi)部是否積灰的技術(shù)手段主要有三個：除塵器灰斗高料位開關(guān)判斷；除塵器除灰系統(tǒng)運行參數(shù)判別；檢修拆解措施驗證。

2.1 除塵器灰斗高料位開關(guān)判斷及其缺陷

按照《火電廠除塵工程技術(shù)規(guī)范》（HJ2039-2014）8.2.7條“每個灰斗應(yīng)設(shè)置高料位開關(guān)，必要時也可設(shè)置低料位開關(guān)”的要求，大多數(shù)除塵器的每個灰斗都只設(shè)計了高料位開關(guān)，通過高料位開關(guān)的報警指示，簡單判斷除塵器灰斗內(nèi)部儲灰情況。在灰斗高料位開關(guān)選型上，由于射頻導(dǎo)納料位開關(guān)相對比較經(jīng)濟、可靠，為此，普遍的設(shè)計選型采用的是射頻導(dǎo)納料位開關(guān)。理論上講，射頻導(dǎo)納料位開關(guān)在設(shè)計上使用了先進的抗黏附電路，采用多參量的測量，其中交流鑒相采樣器技術(shù)手段，從數(shù)學(xué)理論上解決了在開關(guān)上的掛料問題。但是，在除塵器灰斗內(nèi)惡劣的環(huán)境中，射頻導(dǎo)納料位開關(guān)依然難免出現(xiàn)誤報警和損害，也正是因為射頻導(dǎo)納料位開關(guān)在實際應(yīng)用中誤報警頻發(fā)，很容易對運行管理人員產(chǎn)生認識上的誤導(dǎo)。另外，射頻導(dǎo)納料位計在使用前需調(diào)試，調(diào)試時需經(jīng)過有灰和無灰兩種狀態(tài)，才能準確標定料位計，這在除塵器除灰系統(tǒng)存在缺陷[4]，或除灰設(shè)計輸送能力不足，或除塵器氣流分布不好時，對除灰系統(tǒng)運行會有很大的風(fēng)險隱患，如果除塵器處于運行中、檢修人員又不能及時發(fā)現(xiàn)并排除問題，問題長期積累，最終會造成嚴重危害。國內(nèi)有不少除塵器在投產(chǎn)1年內(nèi)會出現(xiàn)嚴重積灰故障，主要就是因為這方面的原因。

2.2 除塵器除灰系統(tǒng)運行參數(shù)判別及缺陷

除塵器灰斗下部配套的氣力除灰裝置，較常見的是正壓氣力除灰系統(tǒng)。正壓氣力除灰系統(tǒng)中的核心設(shè)備倉泵的送料控制方式，主要有料位控制和時間控制，這兩種控制方式關(guān)鍵的控制與監(jiān)控參數(shù)是倉泵料位計、灰管母管壓力、氣管母管壓力、倉泵落料時間，在DCS分散控制系統(tǒng)對除灰系統(tǒng)運行監(jiān)控上，主要觀察和記錄這四個參數(shù)，而且在電廠運行經(jīng)驗方面，更趨向于灰管母管壓力和落料時間的監(jiān)控與記錄。這種監(jiān)控方式判斷除灰系統(tǒng)是否正常有一個前提，就是必須有正常狀態(tài)下的運行曲線與實際發(fā)生變化的運行曲線進行比對，當比對結(jié)果發(fā)現(xiàn)實際運行曲線灰管母管壓力降低、倉泵落料時間變短，就可以判定倉泵下料出現(xiàn)變化，這個變化如果長期存在，并且隨負荷、煤質(zhì)變化沒有好轉(zhuǎn)的趨勢，那么除塵器發(fā)生積灰的可能性就很大。圖1、圖2是國內(nèi)某電廠發(fā)生除塵器嚴重積灰后，除灰灰管母管壓力和落料時間的變化曲線。

圖1是除塵器除灰系統(tǒng)開始發(fā)生故障時灰管母管壓力和落料時間的曲線，圖2是故障狀態(tài)下運行將近1個月后灰管母管壓力和落料時間的曲線，從間隔較長時間、不同時間段的曲線對比看，變化非常明顯，但是，連續(xù)時間內(nèi)的曲線差別并不是很明顯。

圖1 除灰灰管母管壓力和落料時間開始變化時的狀態(tài)曲線

圖2 除灰不暢時灰管母管壓力和落料時間的狀態(tài)曲線

由于DCS控制記錄曲線幅度設(shè)置的影響，在長期累積造成除塵器積灰方面，氣力除灰運行曲線最初發(fā)生的變化往往并不是很大，而等到曲線變化發(fā)生明顯變化時，除塵器實際已經(jīng)發(fā)生了嚴重堵灰損害，況且機組負荷、煤質(zhì)、運行參數(shù)等方面的變化，時常也會造成除灰運行曲線短期內(nèi)發(fā)生變化，這種情況就需要除塵、除灰運行管理人員具有高度的安全風(fēng)險意識和嚴謹、細致的工作方法，在發(fā)現(xiàn)問題的初始階段，密切跟蹤、準確判斷、及時處理。

2.3 檢修拆解措施驗證及缺陷

檢修拆解驗證措施主要有：1）除塵器灰斗捅灰孔進風(fēng)或冒灰措施；2）除塵器灰斗流化風(fēng)管是否有進風(fēng)措施；3）倉泵平衡管（透氣管）進風(fēng)或冒灰措施[5]。這三種措施并不是日常運行點檢的內(nèi)容，措施的使用往往是因為已經(jīng)發(fā)生了故障，為了進一步驗證所采取的驗證措施，最多也屬于事后的處理措施。況且除灰斗流化風(fēng)管是否進風(fēng)措施以外，其他兩種措施還存在一定的安全風(fēng)險，而灰斗流化風(fēng)管是否有進風(fēng)措施，僅僅能用來判斷除塵器灰斗是否已排空，對除塵器內(nèi)灰位的高低并不能做出很好地判斷。所以，當使用捅灰孔進風(fēng)還是冒灰及倉泵平衡管進風(fēng)還是冒灰的措施，判斷除塵器內(nèi)積灰嚴重時，假如除塵器已存在嚴重堵灰、積灰現(xiàn)象，那么積灰對除塵器的損害實際已經(jīng)發(fā)生了。

3 防范除塵器嚴重積灰的技術(shù)措施

3.1 除塵器灰斗高料位監(jiān)控方式

從傳統(tǒng)設(shè)計理念上，保障除塵器下部除灰系統(tǒng)運行正常，確保除塵器灰斗高料位信號報警準確，這是最為理想的控制除塵器灰斗灰量的方式。為此，在射頻導(dǎo)納料位開關(guān)不能很好地滿足要求的情況下，選擇應(yīng)用性能更加安全、可靠的灰斗料位檢測儀器，是設(shè)計人員需要首要考慮的問題。近年來，伴隨無源核子料位檢測技術(shù)手段的不斷完善，無源核子料位計已得到越來越廣泛的使用。1）無源核子料位計不需與被測介質(zhì)接觸，灰斗內(nèi)的惡劣環(huán)境對儀器儀表沒有影響，也就不存在測控元件磨損、干擾等眾多問題，同時因為全部元器件安裝于灰斗外，維修、維護、更換更加方便；2）無源核子料位計測量的是安裝位置層面灰的總量，其可以輸出開關(guān)量，也可以輸出模擬量，灰斗壁面掛灰不影響料位檢測；3）無源核子料位計雖不能實現(xiàn)連續(xù)料位的測量，卻可以準確反映出測點位置灰位的變化過程，有利于運行人員了解系統(tǒng)的運行狀況。

實際上對于無源核子料位計，同樣也存在發(fā)生故障而失效的可能，另外，無源核子料位計也缺乏緊急狀態(tài)下的考驗和驗證。所以，在涉及除塵器嚴重積灰等重大設(shè)備運行安全問題方面，一種技術(shù)也不可能解決所有的問題。綜合判斷，冗余治理，也是必不可少的管理保障措施。

3.2 除塵器除灰系統(tǒng)運行參數(shù)控制方式

在運行方面，由于除塵器下部氣力除灰系統(tǒng)普遍采用監(jiān)控灰管母管壓力和落料時間的方式進行監(jiān)控，對于除塵器發(fā)生嚴重積灰的過程，除了明知除灰系統(tǒng)有故障，而人為處理不及時的責(zé)任事故外，最難防范的是不宜察覺的、長期的、緩慢的積累過程。如國內(nèi)曾經(jīng)發(fā)生過長達4個多月的緩慢累積造成除塵器嚴重積灰的案例。在除灰系統(tǒng)運行方面，倉泵落料不暢也會發(fā)生灰管母管壓力降低、倉泵落料時間變短的情況，為此，在除灰系統(tǒng)控制上，引入灰管母管壓力、倉泵落料時間的報警監(jiān)控功能，對于避免除塵器嚴重積灰，也有重要的作用。

3.3 除塵器灰斗高料位自動排灰、報警技術(shù)措施

在灰斗輔助環(huán)節(jié)設(shè)計上，通常設(shè)計有捅灰孔、緊急排灰口、流化氣化口，缺乏自動化的除塵器發(fā)生嚴重積灰狀況下的安全保護環(huán)節(jié)。國內(nèi)已有企業(yè)依據(jù)多年的實踐經(jīng)驗，開發(fā)出了當除塵器發(fā)生嚴重積灰，且灰位超出高料位一定高度時，可自動排灰和報警功能的灰斗及其裝置，為防范除塵器嚴重積灰設(shè)置了最后一道安全保護（如圖3）。

圖3 自動放灰安全信號閥及其裝置結(jié)構(gòu)圖

如圖3所示，如灰斗下部的除灰系統(tǒng)出現(xiàn)不易察覺的輸灰故障，或灰斗高料位計出現(xiàn)不易發(fā)現(xiàn)的故障時，由于故障的存在，灰斗內(nèi)部灰位與灰量將因設(shè)備持續(xù)運行緩慢增加，此時灰斗處于危險狀態(tài)，如果運行人員不能及時發(fā)現(xiàn)，伴隨積灰超過灰斗正常儲灰高度，達到自動放灰，安全閥伸于灰斗上部的進灰管口高度時，灰塵就會自然流入到進灰管內(nèi)，同時隨著灰管內(nèi)流入灰塵高度的積累，具有良好流動性的灰塵，將推動自動放灰安全信號閥蓋開啟，進灰管內(nèi)的灰塵也就自動從閥門處流出，從而減緩灰斗內(nèi)灰位的上漲。自動放灰安全信號閥蓋開啟時，帶動閥門門桿移動，觸動閥內(nèi)部接觸開關(guān)斷開，為遠程監(jiān)控傳送開關(guān)量報警信號，實現(xiàn)灰斗自動排灰同時的遠程報警功能。事實上，只要自動放灰安全信號閥開啟放灰，就為巡檢人員及時發(fā)現(xiàn)問題提供了直接判斷的依據(jù)。

4 結(jié)論

盡管除塵器異常積灰問題時有發(fā)生，但從產(chǎn)生的原因及現(xiàn)階段的技術(shù)手段分析，該類問題并不是不可防范、不可預(yù)知的。在除塵器、除灰設(shè)計方案策劃階段，注意采用如下技術(shù)措施，對除塵器預(yù)防和防范異常積灰都具有積極的作用。1）盡可能選用可靠性、穩(wěn)定性好，使用壽命長、故障率低、干擾因素少的灰斗高料位計；2）在除塵器控制上，引入除灰灰管母管壓力、倉泵落料時間異常的報警監(jiān)控功能，可起到及早發(fā)現(xiàn)、及時處理除塵器積灰故障的預(yù)警作用；3）在除塵器內(nèi)灰位超出灰斗高料位計一定高度條件下，在除塵器上設(shè)計安全、簡便的檢查與報警裝置，可對除塵器起到有效的安全保護作用。

[1] 啜廣毅，王力騰，沈繼平.燃煤電廠煙氣除塵技術(shù)介紹[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2013（2）: 52-56.

[2] 張德軒，陳國榘.對幾次電除塵器坍塌事故原因的初探[J].電力環(huán)境保護，2006，22（4）: 25-29.

[3] 國家電監(jiān)會辦公廳.關(guān)于加強火電廠電除塵器安全管理的通知[L].2007-1-19.

[4] 李中存，徐剛?cè)A，楊美璁等.1000MW機組電除塵灰斗高料位及輸灰堵管的分析及處理[J].貴州電力技術(shù)，2015，18（8）: 12-14.

[5] 張曉博.火電廠電除塵器灰斗積灰簡單判別法[J].華電技術(shù)，2014，36（10）: 63-64.