某燃煤电厂电除尘器积灰原因研究

汪军林，王建豪

（国家能源集团科学技术研究院有限公司武汉分公司，湖北 武汉，430000）

1 引言

电除尘器因除尘效率高、处理烟气量大、能耗低、维护方便等优势广泛应用于燃煤电［1-3］。自超低排放改造以后［4｛，燃煤电厂烟气中烟尘排放限值（6% O2）10 mg/m3，且对烟气排放时间指标的均值提出了要求，因此实现电除尘器长时间平稳高效运行对实现烟尘达标排放非常重要。电除尘器积灰会导致除尘器二次电流降低，出口粉尘浓度升高，除尘器效率下降［5-8］，如大唐三门峡630 MW 机组［9］、郑州裕中能源1 000 MW#4 机组［10］电除尘器。本文针对某燃煤电厂极板极线积灰问题，采用扫描电镜、电子能谱法及定量分析对灰样元素成分、微观形态及化学物质组成进行分析，结合机组运行情况，分析积灰形成原因，提出预防措施，对指导该电厂电除尘运行具有重要意义。

2 设备运行情况

2.1 设备概况

该燃煤电厂为2×210 MW 燃煤机组，电除尘器为浙江菲达环保科技股份有限公司设计制造的2FAA4×40M-2×88-125 型双室四电场，除尘器本体部分主要包括烟气进出口系统，电晕极系统、收尘系统、除灰系统、壳体、楼梯平台和保温护壳，电除尘器设计烟气流速为0.85 m/s，烟气停留时间为18.72 s，振打方式为侧部振打，最小振打加速度为50 g，电除尘器布置如图1所示。除尘器设计入口烟尘浓度为43.94 g/m3，设计除尘效率为99.91%，保证效率≥99.78%，设计本体阻力为245 Pa，本体漏风率为＜2%。

图1 电除尘器布置图Fig.1 Layout of electrostatic precipitator

2.2 除尘器运行问题

电除尘器启动运行时，A 电除尘器入口烟温比B 电除尘器入口烟温低26 ℃，B 除尘器入口烟气温度左室130 ℃、右室112 ℃，平均烟温121 ℃；A除尘器入口烟气温度左室108 ℃、右室85 ℃，平均烟温96 ℃。B 除尘器左1、右1 灰斗灰量较大，正常运行时，B 除尘器引风机电流112.3 A 大于A 除尘器引风机电流96.5 A，B 除尘器处理烟气流量大于A 电除尘器。

B 除尘器1 电场闪络频繁，参数波动较大，B 电除尘器左1、左2电场一次、二次电流下降，除尘器出口粉尘达100 mg/m3，超过设计值60 mg/m3，净烟气粉尘浓度由3 mg/m3，增加至8 mg/m3。停炉后进入除尘器内部检查：B 侧左、右室1 电场阳极板积灰严重，个别部位极板上积灰厚度达8～9 cm，极线上芒刺被积灰包裹，A 除尘器阴阳极上无明显积灰，B 侧极板极线积灰情况如图2所示。

图2 B除尘器极板极线积灰情况Fig.2 B dust collector plate pole line

3 除尘器积灰分析

3.1 灰样外观分析

A/B 电除尘器极板、极线积灰均进行了取样，灰样宏观外貌如图3所示。从外观看，4个灰样均成粉末状，灰样在颗粒度、湿度等方面无明显差异，且A电除尘器阳极板与阴极线积灰无明显不同，B 电除尘器阳极板、阴极线积灰无明显不同，但是A/B电除尘器的积灰在颜色上存在明显差异：A 电除尘器积灰整体呈灰色，B电除尘器积灰整体呈现青黑色。

图3 A/B电除尘器积灰外观Fig.3 Dust deposit appearance of A/B electrostatic precipitator

3.2 能谱分析

依据《火力发电厂垢和腐蚀产物分析方法第2部分：试样的采集与处理》将试样破碎缩分后，取一部分分别使用研钵将A 除尘器极板/极线、B 除尘器极板/极线灰样研磨，并经过120 目筛子分选后制成粒径均匀的样品。采用Avio200 电感耦合等离子发射光谱仪对灰样进行分析，结果如表1所示：

表1 电除尘器积灰能谱分析结果（%）Tab.1 Results of energy spectrum analysis of dust deposition in ESP(%)

灰样元素分析结果表明：阳极板灰样中主要含有N、O、Al、Si、S、Ca、Fe及少量Ti、K、Na、Mg等元素，B 除尘器阳极灰样N、S 元素占比分别为6.75%和5.19%，明显高于A 除尘器阳极灰样中N、S 元素占比；B 除尘器阴极灰样C、N、S 元素占比分别为22.27%、8.48%和4.10%，高于A 除尘器阴极灰样中C、N、S元素占比。

3.3 定量分析

根据能谱分析结果，对检出元素采用《火力发电厂垢和腐蚀产物分析方法》（DL/T 1151.1～1151.22-2012）进行定量分析，分析结果如表2所示：

表2 A/B除尘器侧阴、阳极积灰主要成分分析结果（%）Tab.2 Results of analysis on main components of negative and positive dust deposition in A/B dust collector

根据表2 分析结果，B 除尘器阴/阳极灰样中SO3、铵离子及可燃物含量明显高于A 除尘器，A 除尘器酸不溶物及Fe2O3含量高于B 除尘器，A 除尘器与B 除尘器灰样中Na2O、Al2O3、CaO、MgO 等物质含量无太大差别。灰样中可燃物含量与水分、450 ℃灼烧减量和基本接近，且450 ℃灼烧减量与积灰中SO3和铵离子之和正相关，说明可燃物中含量包括硫酸盐的灼烧减量，与硫酸盐含量高有关。

3.4 灰样微观形貌分析

采用Thermos Fisher 公司扫描电镜结合电感耦合等离子发射光谱仪对灰样微观形貌分析，A/B 除尘器阴、阳极灰样电镜扫描图如图4-7所示。

图4 A除尘器阳极灰样Fig.4 A dust collector anode ash sample

图5 A除尘器阴极灰样Fig.5 A dust collector cathode ash sample

图6 B除尘器阳极灰样Fig.6 B dust collector anode ash sample

图7 B除尘器阴极灰样Fig.7 B dust collector cathode ash sample

扫描电镜图片显示：A/B 除尘器阴、阳极灰样主要成球状物和颗粒状，球状物的形状尺寸不一致，球状物和颗粒物之间存在黑色物质和大量絮状物。对比A/B 除尘器灰样扫描电镜图片，B 除尘器灰样中絮状物质更多，微观结构更为致密。

A除尘器阴极灰样球状物质扫描电镜和能谱分析如图8 所示，球状物质中O、Al、Si、Ca 元素原子百分比占比分别为72.30%，13.25%，5.61%，2.84%，4种元素占比高达94%，可以推断该球状物质主要为Al、Si、Ca氧化物。

图8 A除尘器阴极球状物质扫描电镜和能谱分析结果Fig.8 Results of scanning electron microscopy and energy spectrum analysis of the spherical substance in the cathode of A dust collector

B 除尘器阳极灰样中黑色物质元素分析结果如图9 所示，其主要成分C、O 原子百分比占比分别为86.42%和12.27%。可以推断，该黑色物质主要为煤粉中未燃尽碳。

图9 B除尘器阴极黑色物质能谱分析Fig.9 Energy spectrum analysis of cathode black matter of B dust collector

3.5 积灰形成分析

经灰样分析可知，A 除尘器灰样中主要成分为Al2O3、SiO2、Fe2O3、CaO 及部分铵离子和SO3，在高温下（NH4）SO4与Al2O3反应生成（NH4）Al（SO4）2［10-11］，萧嘉繁［12］等认为烟气中硫酸酸雾与飞灰中含铝矿物质生产（Al）2（SO4）3，（Al）2（SO4）3吸水形成溶液后溶解于烟气中（NH4）SO4，最终形成（NH4）Al（SO4）2·12H2O。

灰样中铵离子及SO3主要是脱硝系统逃逸氨与二氧化硫氧化产生的，当烟气温度较高时，大部分SO3及H2SO4主要以气态形式存在，随着烟气经过空预器换热冷却后，硫酸铵与硫酸氢氨冷凝、吸附、并覆盖在飞灰表面，增大飞灰吸附表面，增大飞灰吸附能力，最终使得飞灰沉积在金属表面。B 除尘器灰样中主要成分较A 除尘器灰样铵离子、SO3多，生成的硫酸氢氨等物质含量多，飞灰黏性更大，飞灰微观结构更为致密，且飞灰吸附较多未燃尽碳，因此宏观上灰样表现为颜色偏黑。

3.6 积灰原因分析

1）根据积灰形成分析，飞灰中铵离子与SO3是导致积灰的重要原因，氨与SO3均是脱硝系统产生的。查询脱硝反应器运行状况，脱硝入口烟气温度均高于320 ℃，A脱硝反应器出口NOx质量浓度平均值为38 mg/m3，B脱硝反应器出口NOx质量浓度平均值为25 mg/m3，脱硝B 侧液氨用量高于A 侧，经计算A脱硝反应器氨氮摩尔比为0.90，B脱硝反应器氨氮摩尔比为1.02。B 脱硝反应器存在过量喷氨情况，导致出口烟气中氨浓度增大，烟气形成NH4HSO4、（NH4）2SO4等物质量增多［13-26］，硫酸氢氨沉积温度为150～200 ℃，熔点为147 ℃，硫酸氢氨熔化后具有极强的黏性，易吸附烟气中的飞灰，并最终使得硫酸氢氨与飞灰粘附在除尘器极板极线上。

2）烟气分配不均：机组检修时更换B 空预器换热元件，未更换A 电除尘器换热元件，A/B 空预器运行阻力不同，导致烟气分配不均，机组正常运行时，B 空预器处理烟气量为530 m3/h，A 空预器处理烟气量为400 m3/h，B空预器烟气量明显高于A 空预器烟气量，进入B 电除尘器烟气量增大，致使B 电除尘器除灰量和积灰均变大。

3）电除尘器未根据运行情况及时调整运行参数，除尘器运行方式基本固定，未根据A、B 电除尘器处理风量差异及锅炉负荷变化情况及时调整电除尘器运行参数，也是B 电除尘器积灰严重的原因之一。

4 结论与建议

4.1 结论

通过对A/B 电除尘器阴极、阳极积灰成分及电除尘器、脱硝反应器、空预器等运行情况进行分析，可以得出：

1）A/B 电除尘器均极板、极线均有一定程度积灰，B电除尘器积灰明显偏多。A/B电除尘器极板极线积灰主要成分为可燃物、SO3、TiO2、Al2O3、氨离子，相较于A 电除尘器，B 电除尘器极板极线积灰中SO3和氨离子含量明显偏多。

2）B 脱硝反应器运行控制不佳，过量喷氨，导致烟气中氨逃逸量增大，形成大量硫酸氢氨，不仅对除尘器除尘效果产生不利影响，同时由于硫酸氢氨具有强粘性，容易粘聚粉尘，导致引起电除尘器极板、极线积灰。

3）烟气分配不均、B 电除尘器处理烟气流量偏大，电除尘器运行参数未及时调整是导致B 电除尘器除尘效果降低、极板极线积灰的重要原因。

4.2 建议

1）加强设备检修维护，利用机组检修机会，及时清理电除尘器极板极线积灰，及时修复、更换变形、磨损的极线，提高除尘器处理效果。同时尽快更换A侧空预器换热元件，优化烟气分布，提升烟气分布均匀性，降低甲、乙引风机及A/B电除尘器处理风量偏差。

2）定期开展锅炉燃烧调整及喷氨优化调整试验，提高锅炉燃烧效率和喷氨均匀性，加强在线仪表监测维护，提高在线仪表测量准确性，根据负荷、燃煤情况及时调整脱硝喷氨量，降低烟气中未燃尽碳含量和氨逃逸量，进一步降低烟气中硫酸氢氨等物质的生成。

3）加强设备运行调整，根据锅炉燃烧及煤质装置，及时优化除尘器运行参数，调整除尘器振打周期及输灰控制，提升除尘器处理效果。