陳燕燕

（福建三鋼集團(tuán)有限公司焦化廠，福建三明 365000）

引言

電除塵器作為大氣污染防治的主要設(shè)備，目前已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的煙塵治理。隨著國(guó)家對(duì)企業(yè)煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，在基準(zhǔn)含氧量8%條件下，煙囪出口顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放限值分別為15 mg/m3、30 mg/m3、150 mg/m3，這一標(biāo)準(zhǔn)為如何使?jié)耠姵龎m器穩(wěn)定、正常運(yùn)行帶來(lái)了許多新的挑戰(zhàn)。

1 概述

全能量熱回收制焦工程第一套脫硫系統(tǒng)從2019 年2 月運(yùn)行至今。在正常設(shè)計(jì)煙氣流量工況下，煙囪出口指標(biāo)中，二氧化硫及氮氧化物指標(biāo)均達(dá)標(biāo)，但煙囪出口顆粒物一直運(yùn)行不正常，即除塵效率達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，主要表現(xiàn)為二次電流偏低，濕電除塵器95瓷拉桿器位置經(jīng)常放電，造成除塵效率低下。針對(duì)這一情況，對(duì)濕電除塵器95瓷拉桿處加熱方式進(jìn)行改造。改造后，在脫硫塔正常煙氣量的情況下，煙囪出口顆粒物達(dá)標(biāo)。

2 高頻電源工作原理

2.1 高頻電源結(jié)構(gòu)特征及工作原理

JHD-Ⅰ高頻電源是典型的通過(guò)串聯(lián)諧振軟開關(guān)逆變過(guò)程，把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。

高頻電源主要是將50 Hz/380 V 交流電通過(guò)IGBT 升頻逆變后達(dá)到高頻流的設(shè)備。其最高頻率為12 500 Hz，頻率越高相應(yīng)的電流電壓就越高，其中對(duì)于電場(chǎng)來(lái)說(shuō)，主要指標(biāo)為二次電壓和二次電流。見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 電源結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 高頻電源工作原理

2.2 高頻電源的特點(diǎn)

高頻電源可以看作是一個(gè)恒流源，因此具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）電流恒定與端電壓無(wú)關(guān)。

（2）端電壓可變與負(fù)載無(wú)關(guān)。

（3）不允許開路。

2.3 電源工作頻率與二次電壓和二次電流的關(guān)系

實(shí)際上工作頻率調(diào)節(jié)是電源電流的有效輸出效率，但電流的實(shí)際輸出值又與負(fù)載有關(guān)，所以二次電流是在工作頻率與實(shí)際負(fù)載共同作用下產(chǎn)生的，而二次電壓則是因?yàn)槎坞娏鞯母淖兌淖儭Ｒ虼?，工作頻率與二次電流及電壓不存在十分理想的線性關(guān)系。

2.4 正常運(yùn)行時(shí)的幾個(gè)關(guān)鍵因素

日常運(yùn)行中，電源狀況的好壞主要以“二次電壓”“二次電流”為指標(biāo)，而工作頻率與兩者之間不存在理想線性關(guān)系。

在電源開機(jī)、停機(jī)過(guò)程中，對(duì)于初始頻率的設(shè)置并無(wú)要求，即可以在高頻率下開機(jī)，也可以在高頻率下直接關(guān)機(jī)。

電源運(yùn)行期間若出現(xiàn)電壓電流波動(dòng)，應(yīng)該首先觀察火花率的變化，如果有火花，電源必定會(huì)波動(dòng)，這是正?，F(xiàn)象。但是為了達(dá)到一個(gè)較為穩(wěn)定的工作狀態(tài)，可以適當(dāng)調(diào)節(jié)頻率讓電壓降低到放電電壓之下，這樣電場(chǎng)內(nèi)部放電減少，波動(dòng)也會(huì)隨之降低。

3 采用的調(diào)壓方案

調(diào)壓方案：以穩(wěn)定的二次電壓為基準(zhǔn)，通過(guò)調(diào)節(jié)頻率來(lái)抬升二次電壓，期間以火花率和工作頻率做參考，最終達(dá)到較為穩(wěn)定的高電壓和低火化率。見(jiàn)圖3。

圖3 調(diào)壓流程圖

4 高頻電源故障分析及故障處理

4.1 輸出開路故障及處理方法

（1）產(chǎn)生條件：當(dāng)二次電壓≥40 kV 時(shí)，二次電流≤5 mA，延時(shí)3 s，輸出開路報(bào)警并停機(jī)。

(2)產(chǎn)生原因：阻尼電阻燒壞；隔離開關(guān)開路；電場(chǎng)本體進(jìn)線開路。

(3)處理方法：更換阻尼電阻；檢查隔離開關(guān)；檢查電場(chǎng)本體進(jìn)線。

4.2 輸出短路故障及處理方法

(1)產(chǎn)生條件：當(dāng)二次電壓≤5 kV，二次電流≥二次電流設(shè)定值的80%延時(shí)3 s，輸出短路報(bào)警并停機(jī)。

(2)產(chǎn)生原因：隔離開關(guān)接地；電場(chǎng)本體內(nèi)短路。

(3)處理方法：檢查隔離開關(guān)；檢查電場(chǎng)本體。

4.3 大型故障解決辦法

短路故障：有電流沒(méi)電壓。

開路故障：有電壓沒(méi)電流。

出現(xiàn)以上兩種情況，一般電源會(huì)直接報(bào)警，但若存在不報(bào)警卻又符合上面兩種條件的，建先對(duì)電源做開路及短路試驗(yàn)。

4.4 開路及短路試驗(yàn)步驟

(1)開路試驗(yàn)：停運(yùn)設(shè)備至少5 min 后，斷開主回路開關(guān)，再斷開控制回路開關(guān)。斷開高壓輸出回路，重新給設(shè)備上電，并設(shè)置二次電壓、二次電流為額定值，啟動(dòng)設(shè)備運(yùn)行，設(shè)備二次電壓應(yīng)達(dá)到額定值（72 kV），而二次電流為0，且無(wú)閃絡(luò)。1 min 后，設(shè)備應(yīng)開路報(bào)警，并自動(dòng)停運(yùn)。

(2)短路試驗(yàn)：停運(yùn)設(shè)備至少5 min 后，斷開主回路開關(guān)，再斷開控制回路開關(guān)。把高壓輸出接地，重新給設(shè)備上電，并設(shè)置二次電壓、二次電流為額定值，啟動(dòng)設(shè)備運(yùn)行，設(shè)備二次電流應(yīng)達(dá)到額定值（1 600 mA），而二次電壓為0，且無(wú)閃絡(luò)。1 min 后，設(shè)備應(yīng)報(bào)警，并自動(dòng)停運(yùn)。

5 案例介紹

5.1 案例1

2019 年5 月20 日西區(qū)脫硫#2 濕電除塵提示輸出短路。

故障分析：#2 濕電除塵在電腦上提示輸出短路，控制器顯示屏上也提示短路故障。這種情況一般是本體（脫硫塔內(nèi)部）的短路引起的，本體短路有兩種可能：

（1）有物體將本體內(nèi)部陰陽(yáng)極搭接在一起從而造成的短路。

（2）本體內(nèi)部的95瓷拉桿斷裂引起。

故障點(diǎn)判斷：先將高頻電源的380V主回路電源斷開，至塔頂高頻電源處將電源與本體連接部分?jǐn)嚅_，用高壓搖表（2 500 MΩ）測(cè)量脫硫塔#2 本體是否短路（即測(cè)量硫塔內(nèi)部絕緣電阻值是否為0），經(jīng)過(guò)檢測(cè)測(cè)得#2脫硫塔內(nèi)部絕緣電阻值為0。

通過(guò)塔體內(nèi)部絕緣電阻值為0，那么可以判斷本次的短路故障是由于塔體內(nèi)部短路引起的。

故障處理方法：

（1）首先打#2 脫硫塔體人孔，檢查95 瓷絕緣拉桿情況，經(jīng)查明四根95 瓷絕緣拉桿斷裂一根，因此可以判定此次故障由拉桿斷裂直接引起。

（2）將斷裂的95 瓷絕緣拉桿更換，更換完畢后必須再搖一次塔體內(nèi)部絕緣，以確定絕緣完好后才能正常開車運(yùn)行。

通過(guò)本次故障，發(fā)現(xiàn)在脫硫塔的95瓷拉桿處放電尤為嚴(yán)重，因?yàn)閲?yán)重放電很容易造成95瓷絕緣拉桿因過(guò)度放電而斷裂。因此在此次故障后經(jīng)過(guò)檢查研究發(fā)現(xiàn)造成95瓷拉桿放電的原因。

優(yōu)化設(shè)計(jì)改造：因?yàn)樗捎玫氖菨袷匠龎m，而濕式除塵的工藝要求，每隔運(yùn)行一段時(shí)間（固定的時(shí)間間隔）就要對(duì)塔體進(jìn)行沖洗，所以塔體內(nèi)部在沖洗完畢后存在濕度的（每沖洗5 min 就要等待干燥時(shí)間15 min）。而95 瓷拉桿處由于設(shè)計(jì)缺陷，會(huì)在桶壁存留水汽以及部分煙氣所帶的小顆粒物質(zhì)，造成95 瓷拉桿處絕緣降低。但又由于95 瓷拉桿的加熱方式是電棒熱的加熱方式，這種電棒熱的加熱方式存在溫度偏低的問(wèn)題。因決定將原來(lái)的電棒熱加熱方式改為電爐絲加熱配送熱風(fēng)方式加熱（即熱風(fēng)系統(tǒng)改造，見(jiàn)表1）。

表1 熱風(fēng)系統(tǒng)改造圖表

改造效果：

（1）在很大程度上解決了95 瓷拉桿斷裂的現(xiàn)象。

（2）在拉桿處的放電現(xiàn)象也大幅度減少。

（3）熱風(fēng)吹掃加熱方式比之前的電棒熱加熱范圍明顯增大，溫度明顯提高，保證了95 瓷拉桿處的干燥度及清潔度。

5.2 案例2

2019年8月16日，西區(qū)脫硫#2濕電除塵只能運(yùn)行在頻率500 Hz以下，當(dāng)運(yùn)行頻率提高到500 Hz以上時(shí)，高頻電源會(huì)出現(xiàn)跳車，而每次跳車后高頻電源控制器并未報(bào)出任何故障。

故障點(diǎn)判斷：首先判定故障點(diǎn)是在本體內(nèi)部還是在高頻電源。

（1）將#2 脫硫塔高頻電源與塔體之間的連接線斷開。

（2）在斷開連接線之后，讓濕電除塵的高頻電源空載運(yùn)行。

（3）通過(guò)空載運(yùn)行觀察高頻電源的運(yùn)行數(shù)據(jù)，來(lái)判定高頻電源是否存在故障。

（4）通過(guò)空載試驗(yàn)觀察到當(dāng)頻率加到6 000 Hz時(shí)，高頻電源的二次電壓（U2）31 kV，二次電流（I2）1 036 mA（高頻電源額定二次電壓72 kV，二次電流1 600 mA）。因?yàn)槭菨袷匠龎m，除塵器內(nèi)部的濕度很大，很容易導(dǎo)電，導(dǎo)致二次電壓在大電流下就很低。

通過(guò)空載試驗(yàn)可以判定高頻電源是正常工作狀態(tài)，并無(wú)故障存在。

檢查塔體故障：

（1）用高壓搖表（2 500 MΩ）測(cè)量塔體絕緣電阻值，測(cè)得絕緣電阻值為20 MΩ，絕緣電阻值在這么低的數(shù)值，但又不是完全接地的現(xiàn)象。證明塔內(nèi)不存在陰陽(yáng)極板搭接的情況。

（2）經(jīng)過(guò)多方研究決定打開塔體陰極吊桿上方的錐形瓷瓶的人孔，檢查四個(gè)錐形瓷瓶情況。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)四個(gè)錐形瓷瓶有一個(gè)出現(xiàn)裂縫，由此可以判定此次故障跟錐形瓷瓶裂有關(guān)。

（3）更換開裂的瓷瓶，更換后測(cè)量塔體絕緣電阻值，絕緣電阻值合格后將#2 脫硫塔濕電除塵投入運(yùn)行。

經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)瓷瓶頻繁放電的原因是瓷瓶頂端四氟墊片擊穿造成塔內(nèi)煙氣泄漏至瓷瓶頂部，當(dāng)高頻電源的二次電壓升高到一定的數(shù)值時(shí)，由于濕度造成的強(qiáng)放電從而擊穿瓷瓶并破壞其絕緣。

優(yōu)化設(shè)計(jì)改造：檢查發(fā)現(xiàn)在錐形瓷瓶上下墊的四氟墊片均為實(shí)心圓，而錐形瓷瓶是空心的，在瓷瓶與墊片之間的實(shí)心部分是很容易存留水汽的，這些水汽很容易造成瓷瓶放電。因此將每臺(tái)濕電除塵器的錐形瓷瓶上下部的四氟墊片改為空心圓。改造后，瓷瓶放電的故障率明顯降低，瓷瓶損壞率也減少了。

6 總結(jié)

（1）在整個(gè)煉焦系統(tǒng)中，除塵是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。而濕電除塵是目前脫硫工藝中解決粉塵顆粒物排放標(biāo)準(zhǔn)的主要除塵方式之一。

（2）濕電除塵器在熱回收焦?fàn)t尾氣處理上首次應(yīng)用，試驗(yàn)時(shí)間較短，其除塵環(huán)節(jié)中還有很多的問(wèn)題需要不斷發(fā)現(xiàn)、研究、探討及完善。

（3）濕電除塵器在熱回收焦?fàn)t脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的這段時(shí)間來(lái)看，在濕電除塵器運(yùn)行過(guò)程中決定除塵效率的一個(gè)致命的因素就是放電，經(jīng)過(guò)多次故障發(fā)現(xiàn)造成放電的原因有很多，工作難點(diǎn)就在于每發(fā)現(xiàn)一個(gè)放電原因如何提出合理化建議并實(shí)施整改，以增強(qiáng)濕電除塵器的除塵效率。