汪軍林，王建豪

（國家能源集團科學(xué)技術(shù)研究院有限公司武漢分公司，湖北 武漢，430000）

1 引言

電除塵器因除塵效率高、處理煙氣量大、能耗低、維護方便等優(yōu)勢廣泛應(yīng)用于燃煤電［1-3］。自超低排放改造以后［4｛，燃煤電廠煙氣中煙塵排放限值（6% O2）10 mg/m3，且對煙氣排放時間指標(biāo)的均值提出了要求，因此實現(xiàn)電除塵器長時間平穩(wěn)高效運行對實現(xiàn)煙塵達(dá)標(biāo)排放非常重要。電除塵器積灰會導(dǎo)致除塵器二次電流降低，出口粉塵濃度升高，除塵器效率下降［5-8］，如大唐三門峽630 MW 機組［9］、鄭州裕中能源1 000 MW#4 機組［10］電除塵器。本文針對某燃煤電廠極板極線積灰問題，采用掃描電鏡、電子能譜法及定量分析對灰樣元素成分、微觀形態(tài)及化學(xué)物質(zhì)組成進行分析，結(jié)合機組運行情況，分析積灰形成原因，提出預(yù)防措施，對指導(dǎo)該電廠電除塵運行具有重要意義。

2 設(shè)備運行情況

2.1 設(shè)備概況

該燃煤電廠為2×210 MW 燃煤機組，電除塵器為浙江菲達(dá)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰驹O(shè)計制造的2FAA4×40M-2×88-125 型雙室四電場，除塵器本體部分主要包括煙氣進出口系統(tǒng)，電暈極系統(tǒng)、收塵系統(tǒng)、除灰系統(tǒng)、殼體、樓梯平臺和保溫護殼，電除塵器設(shè)計煙氣流速為0.85 m/s，煙氣停留時間為18.72 s，振打方式為側(cè)部振打，最小振打加速度為50 g，電除塵器布置如圖1所示。除塵器設(shè)計入口煙塵濃度為43.94 g/m3，設(shè)計除塵效率為99.91%，保證效率≥99.78%，設(shè)計本體阻力為245 Pa，本體漏風(fēng)率為＜2%。

圖1 電除塵器布置圖Fig.1 Layout of electrostatic precipitator

2.2 除塵器運行問題

電除塵器啟動運行時，A 電除塵器入口煙溫比B 電除塵器入口煙溫低26 ℃，B 除塵器入口煙氣溫度左室130 ℃、右室112 ℃，平均煙溫121 ℃；A除塵器入口煙氣溫度左室108 ℃、右室85 ℃，平均煙溫96 ℃。B 除塵器左1、右1 灰斗灰量較大，正常運行時，B 除塵器引風(fēng)機電流112.3 A 大于A 除塵器引風(fēng)機電流96.5 A，B 除塵器處理煙氣流量大于A 電除塵器。

B 除塵器1 電場閃絡(luò)頻繁，參數(shù)波動較大，B 電除塵器左1、左2電場一次、二次電流下降，除塵器出口粉塵達(dá)100 mg/m3，超過設(shè)計值60 mg/m3，凈煙氣粉塵濃度由3 mg/m3，增加至8 mg/m3。停爐后進入除塵器內(nèi)部檢查：B 側(cè)左、右室1 電場陽極板積灰嚴(yán)重，個別部位極板上積灰厚度達(dá)8～9 cm，極線上芒刺被積灰包裹，A 除塵器陰陽極上無明顯積灰，B 側(cè)極板極線積灰情況如圖2所示。

圖2 B除塵器極板極線積灰情況Fig.2 B dust collector plate pole line

3 除塵器積灰分析

3.1 灰樣外觀分析

A/B 電除塵器極板、極線積灰均進行了取樣，灰樣宏觀外貌如圖3所示。從外觀看，4個灰樣均成粉末狀，灰樣在顆粒度、濕度等方面無明顯差異，且A電除塵器陽極板與陰極線積灰無明顯不同，B 電除塵器陽極板、陰極線積灰無明顯不同，但是A/B電除塵器的積灰在顏色上存在明顯差異：A 電除塵器積灰整體呈灰色，B電除塵器積灰整體呈現(xiàn)青黑色。

圖3 A/B電除塵器積灰外觀Fig.3 Dust deposit appearance of A/B electrostatic precipitator

3.2 能譜分析

依據(jù)《火力發(fā)電廠垢和腐蝕產(chǎn)物分析方法第2部分：試樣的采集與處理》將試樣破碎縮分后，取一部分分別使用研缽將A 除塵器極板/極線、B 除塵器極板/極線灰樣研磨，并經(jīng)過120 目篩子分選后制成粒徑均勻的樣品。采用Avio200 電感耦合等離子發(fā)射光譜儀對灰樣進行分析，結(jié)果如表1所示：

表1 電除塵器積灰能譜分析結(jié)果（%）Tab.1 Results of energy spectrum analysis of dust deposition in ESP(%)

灰樣元素分析結(jié)果表明：陽極板灰樣中主要含有N、O、Al、Si、S、Ca、Fe及少量Ti、K、Na、Mg等元素，B 除塵器陽極灰樣N、S 元素占比分別為6.75%和5.19%，明顯高于A 除塵器陽極灰樣中N、S 元素占比；B 除塵器陰極灰樣C、N、S 元素占比分別為22.27%、8.48%和4.10%，高于A 除塵器陰極灰樣中C、N、S元素占比。

3.3 定量分析

根據(jù)能譜分析結(jié)果，對檢出元素采用《火力發(fā)電廠垢和腐蝕產(chǎn)物分析方法》（DL/T 1151.1～1151.22-2012）進行定量分析，分析結(jié)果如表2所示：

表2 A/B除塵器側(cè)陰、陽極積灰主要成分分析結(jié)果（%）Tab.2 Results of analysis on main components of negative and positive dust deposition in A/B dust collector

根據(jù)表2 分析結(jié)果，B 除塵器陰/陽極灰樣中SO3、銨離子及可燃物含量明顯高于A 除塵器，A 除塵器酸不溶物及Fe2O3含量高于B 除塵器，A 除塵器與B 除塵器灰樣中Na2O、Al2O3、CaO、MgO 等物質(zhì)含量無太大差別?；覙又锌扇嘉锖颗c水分、450 ℃灼燒減量和基本接近，且450 ℃灼燒減量與積灰中SO3和銨離子之和正相關(guān)，說明可燃物中含量包括硫酸鹽的灼燒減量，與硫酸鹽含量高有關(guān)。

3.4 灰樣微觀形貌分析

采用Thermos Fisher 公司掃描電鏡結(jié)合電感耦合等離子發(fā)射光譜儀對灰樣微觀形貌分析，A/B 除塵器陰、陽極灰樣電鏡掃描圖如圖4-7所示。

圖4 A除塵器陽極灰樣Fig.4 A dust collector anode ash sample

圖5 A除塵器陰極灰樣Fig.5 A dust collector cathode ash sample

圖6 B除塵器陽極灰樣Fig.6 B dust collector anode ash sample

圖7 B除塵器陰極灰樣Fig.7 B dust collector cathode ash sample

掃描電鏡圖片顯示：A/B 除塵器陰、陽極灰樣主要成球狀物和顆粒狀，球狀物的形狀尺寸不一致，球狀物和顆粒物之間存在黑色物質(zhì)和大量絮狀物。對比A/B 除塵器灰樣掃描電鏡圖片，B 除塵器灰樣中絮狀物質(zhì)更多，微觀結(jié)構(gòu)更為致密。

A除塵器陰極灰樣球狀物質(zhì)掃描電鏡和能譜分析如圖8 所示，球狀物質(zhì)中O、Al、Si、Ca 元素原子百分比占比分別為72.30%，13.25%，5.61%，2.84%，4種元素占比高達(dá)94%，可以推斷該球狀物質(zhì)主要為Al、Si、Ca氧化物。

圖8 A除塵器陰極球狀物質(zhì)掃描電鏡和能譜分析結(jié)果Fig.8 Results of scanning electron microscopy and energy spectrum analysis of the spherical substance in the cathode of A dust collector

B 除塵器陽極灰樣中黑色物質(zhì)元素分析結(jié)果如圖9 所示，其主要成分C、O 原子百分比占比分別為86.42%和12.27%?？梢酝茢啵摵谏镔|(zhì)主要為煤粉中未燃盡碳。

圖9 B除塵器陰極黑色物質(zhì)能譜分析Fig.9 Energy spectrum analysis of cathode black matter of B dust collector

3.5 積灰形成分析

經(jīng)灰樣分析可知，A 除塵器灰樣中主要成分為Al2O3、SiO2、Fe2O3、CaO 及部分銨離子和SO3，在高溫下（NH4）SO4與Al2O3反應(yīng)生成（NH4）Al（SO4）2［10-11］，蕭嘉繁［12］等認(rèn)為煙氣中硫酸酸霧與飛灰中含鋁礦物質(zhì)生產(chǎn)（Al）2（SO4）3，（Al）2（SO4）3吸水形成溶液后溶解于煙氣中（NH4）SO4，最終形成（NH4）Al（SO4）2·12H2O。

灰樣中銨離子及SO3主要是脫硝系統(tǒng)逃逸氨與二氧化硫氧化產(chǎn)生的，當(dāng)煙氣溫度較高時，大部分SO3及H2SO4主要以氣態(tài)形式存在，隨著煙氣經(jīng)過空預(yù)器換熱冷卻后，硫酸銨與硫酸氫氨冷凝、吸附、并覆蓋在飛灰表面，增大飛灰吸附表面，增大飛灰吸附能力，最終使得飛灰沉積在金屬表面。B 除塵器灰樣中主要成分較A 除塵器灰樣銨離子、SO3多，生成的硫酸氫氨等物質(zhì)含量多，飛灰黏性更大，飛灰微觀結(jié)構(gòu)更為致密，且飛灰吸附較多未燃盡碳，因此宏觀上灰樣表現(xiàn)為顏色偏黑。

3.6 積灰原因分析

1）根據(jù)積灰形成分析，飛灰中銨離子與SO3是導(dǎo)致積灰的重要原因，氨與SO3均是脫硝系統(tǒng)產(chǎn)生的。查詢脫硝反應(yīng)器運行狀況，脫硝入口煙氣溫度均高于320 ℃，A脫硝反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度平均值為38 mg/m3，B脫硝反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度平均值為25 mg/m3，脫硝B 側(cè)液氨用量高于A 側(cè)，經(jīng)計算A脫硝反應(yīng)器氨氮摩爾比為0.90，B脫硝反應(yīng)器氨氮摩爾比為1.02。B 脫硝反應(yīng)器存在過量噴氨情況，導(dǎo)致出口煙氣中氨濃度增大，煙氣形成NH4HSO4、（NH4）2SO4等物質(zhì)量增多［13-26］，硫酸氫氨沉積溫度為150～200 ℃，熔點為147 ℃，硫酸氫氨熔化后具有極強的黏性，易吸附煙氣中的飛灰，并最終使得硫酸氫氨與飛灰粘附在除塵器極板極線上。

2）煙氣分配不均：機組檢修時更換B 空預(yù)器換熱元件，未更換A 電除塵器換熱元件，A/B 空預(yù)器運行阻力不同，導(dǎo)致煙氣分配不均，機組正常運行時，B 空預(yù)器處理煙氣量為530 m3/h，A 空預(yù)器處理煙氣量為400 m3/h，B空預(yù)器煙氣量明顯高于A 空預(yù)器煙氣量，進入B 電除塵器煙氣量增大，致使B 電除塵器除灰量和積灰均變大。

3）電除塵器未根據(jù)運行情況及時調(diào)整運行參數(shù)，除塵器運行方式基本固定，未根據(jù)A、B 電除塵器處理風(fēng)量差異及鍋爐負(fù)荷變化情況及時調(diào)整電除塵器運行參數(shù)，也是B 電除塵器積灰嚴(yán)重的原因之一。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

通過對A/B 電除塵器陰極、陽極積灰成分及電除塵器、脫硝反應(yīng)器、空預(yù)器等運行情況進行分析，可以得出：

1）A/B 電除塵器均極板、極線均有一定程度積灰，B電除塵器積灰明顯偏多。A/B電除塵器極板極線積灰主要成分為可燃物、SO3、TiO2、Al2O3、氨離子，相較于A 電除塵器，B 電除塵器極板極線積灰中SO3和氨離子含量明顯偏多。

2）B 脫硝反應(yīng)器運行控制不佳，過量噴氨，導(dǎo)致煙氣中氨逃逸量增大，形成大量硫酸氫氨，不僅對除塵器除塵效果產(chǎn)生不利影響，同時由于硫酸氫氨具有強粘性，容易粘聚粉塵，導(dǎo)致引起電除塵器極板、極線積灰。

3）煙氣分配不均、B 電除塵器處理煙氣流量偏大，電除塵器運行參數(shù)未及時調(diào)整是導(dǎo)致B 電除塵器除塵效果降低、極板極線積灰的重要原因。

4.2 建議

1）加強設(shè)備檢修維護，利用機組檢修機會，及時清理電除塵器極板極線積灰，及時修復(fù)、更換變形、磨損的極線，提高除塵器處理效果。同時盡快更換A側(cè)空預(yù)器換熱元件，優(yōu)化煙氣分布，提升煙氣分布均勻性，降低甲、乙引風(fēng)機及A/B電除塵器處理風(fēng)量偏差。

2）定期開展鍋爐燃燒調(diào)整及噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗，提高鍋爐燃燒效率和噴氨均勻性，加強在線儀表監(jiān)測維護，提高在線儀表測量準(zhǔn)確性，根據(jù)負(fù)荷、燃煤情況及時調(diào)整脫硝噴氨量，降低煙氣中未燃盡碳含量和氨逃逸量，進一步降低煙氣中硫酸氫氨等物質(zhì)的生成。

3）加強設(shè)備運行調(diào)整，根據(jù)鍋爐燃燒及煤質(zhì)裝置，及時優(yōu)化除塵器運行參數(shù)，調(diào)整除塵器振打周期及輸灰控制，提升除塵器處理效果。