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北極星大氣網訊:常規的靜電除塵器經常應用於燃煤電廠、冶金、工業爐窯、水泥等傳統行業，其設計較為規範，有具體的選型設計規程。然而，在生物質燃料鍋爐行業中，除塵器的應用類型較多，如水膜麻石除塵器、袋式除塵器 (或電袋除塵器) 以及靜電除塵器等。不論哪種除塵器，均出現過很多問題，其中以爆炸現象最為嚴重。現從生物質電除塵器發生爆炸的案例出發，從技術方面對出現的問題進行了原因分析，提出了相應的解決方案，有效地保證了設備安全穩定運行，消除了業主的重重顧慮。
生物質燃料，包含了植物材料和動物廢料等有機質在內的燃料，諸如秸稈、鋸末、甘蔗渣、稻糠以及棕櫚等。在東南亞很多國家及我國的西南地區(特別是兩廣地區)，許多生物質燃料會被用於發電或供熱，既可以快速地實現農林廢棄物的減量化和無害化，又能實現資源化利用，回收熱能。
近幾年，我司接觸到了一些生物質鍋爐配套靜電除塵器改造項目，其中以蔗渣、棕櫚、稻殼居多。在設計之初，經過資料搜索和項目對比，發現其他廠家已經投運的除塵器或多或少地出現了一些問題，如陰陽極板的變形、灰鬥堵灰，甚至是除塵器爆炸等嚴重問題。本文就生物質靜電除塵器發生爆炸的兩個案例進行了剖析，對靜電除塵器的技術方案進行了合理的甄選配置，提出了更為優化完善的方案。優化後的技術配置已應用到實際工程案例中，結果顯示，除塵器不僅達到要求的排放濃度，而且整套設備運行穩定，安全性得到有效保證。
1 案例分析
1.1 蔗渣除塵器爆炸事故案例
案例一：2006年，廣東省某糖廠1×75t/h鍋爐，採用蔗渣為燃料，配套文丘裡麻石水膜除塵器。鍋爐試運行時，出現燃料堆積現象。鍋爐空氣預熱器出口到引風機入口的負壓達到3500Pa，也就是說在預熱器和引風機中間的除塵器負壓達到了3500Pa，遠高於設計值(一般除塵器的負壓為2500Pa)。在試運行8h後，該除塵器發生爆炸。
案例二：2013年3月份，國內某知名電除塵器廠家配套的泰國某糖廠1×120t/h鍋爐配套靜電除塵器(單列雙室三電場除塵器，入口濃度8g/Nm3，除塵效率99.375%)，採用蔗渣燃料，設備投運3個月後除塵器發生爆炸。圖1為爆炸現場圖片。
圖1 泰國某公司1×120 t/h蔗渣爐配套靜電除塵器爆炸事故現場
從現場情況來看，電除塵殼體兩側牆板嚴重彎曲變形，多處加強槽鋼變形、斷裂，特別是進出口喇叭部位。出口煙道上(離ESP出口約2m轉彎處) 有一個較大的爆炸破口。除塵器下部有一個灰鬥有小破口，灰鬥內大部分灰分都已結焦，從灰鬥內掏出來的灰塊都比較大，落灰困難，很多時候需要工人從掏灰孔內部破碎下灰。
1.2 爆炸事故原因分析
根據現場實際參數分析，同時結合生物質燃燒介質的特性，電除塵器發生爆炸的原因分析如下：
(1) 引發設備爆炸的三要素有：12.5%以上CO濃度、5.42%以上含氧量以及可能存在的火源。
(2) CO濃度：大多數情況下，生物質燃料鍋爐多為鏈條爐，當其運行工況不穩定，啟停頻繁時，燃料中含碳物質就會出現不完全燃燒現象，易產生過量的CO。由於CO的爆炸濃度極限範圍寬，點燃能量小，爆炸(其爆炸範圍是12.5%～74.2%)的危險性大。
(3) 含氧量：除塵器設計時如果安裝焊接質量不過關，保溫棉厚度不達標，導致除塵器漏風率增加，那麼除塵器內部的含氧量將會增加。
(4) 可能存在的火源：
1) 電場內部閃絡產生的火花；
2) 接觸散熱設備的表面、飄過的熾熱微粒、經過的高溫氣流、靜電等；
3) 生物質鍋爐煙氣中飛灰可燃物含量高，未燃盡的飛灰中常還夾帶著火苗。
生物質靜電除塵器既有常規燃煤電廠靜電除塵器設備的特性，又有其自身特點。為了確保鍋爐及其附屬設備的安全穩定運行，同時也為保證設備操作人員的人身安全，依據上述原因分析，本文從技術方面對生物質燃料鍋爐配套靜電除塵器的設計提出了優化建議，重新規劃選型配置，確保設備高效安全投運。(1) 爐膛出口增設CO檢測儀，並實現在線監測。該CO在線監測需與電除塵進行高壓連鎖設置。一旦檢測到除塵器內CO濃度在3%～8%之間時，電除塵器各電場都會設置成處於欠功率無火花運行狀態；而當檢測到CO濃度高於8%時，所有電場均應作斷電處理。
(2) 除塵器殼體設計改進。常規電除塵器的殼體壓力設計值為±8700Pa，生物質鍋爐除塵器的殼體設計值一般為5000Pa。發生爆炸時，設備內氣體體積會突然增加，除塵器內部壓力值劇增，因此需在電除塵器頂部補設防爆門或者防爆片，以釋放內部壓力。通常生物質電除塵的設計壓力值為5000Pa，電除塵器殼體上的防爆門(片)的起爆壓力只要略低於設計壓力值即可。同時，建議業主在空預器出口至電除塵器入口的水平煙道上增設防爆門(片)，此處防爆門起爆壓力比電除塵器上的防爆門起爆壓力略小，一般取值為4000Pa。
(3) 灰鬥方面的設計改進。為防止灰鬥自燃，灰鬥溫度控制增設200℃超溫報警，一旦發現超溫報警，要求運行人員及時檢查並作滅火處理。同時灰鬥配置電動鎖氣器，可有效防止多餘空氣進入除塵器內部，穩定設備內部含氧量，避免引發二次燃燒。為防止未燃盡的燃料在除塵器灰鬥內二次燃燒結焦成塊，灰鬥溜灰角度按照大於60°設計。常規除塵設備的出灰口尺寸一般按照400mm×400mm進行設計，考慮到生物質燃料灰分結焦成塊的可能，出灰口的尺寸增加到600mm×600mm，方便落灰。在灰鬥振打清灰方面，增設倉壁振動器，儘量保證灰鬥壁板上不積灰。另外，為防止落下來的灰分吸收水分板結成塊，灰鬥配置了加熱器和氣化板。
(4) 振打器的優化改進。鑑於生物質燃料中鹼金屬含量較高，粉塵黏性較大，不易振打清灰。為了更加有效清除粉塵，陰陽極振打系統沒有採用常規的側部仿形錘振打器，而更改為振打力較強的頂部電磁錘振打器。該振打器屬於加強型振打器，提升高度可達45cm，採用微機控制，其振打強度、振打頻率和振打順序可根據現場實際運行工況進行調節，適應性強，調整靈活、方便、簡單。振打傳力順暢快速、傳力效率高、清灰效果好，有效保證了除塵效率。
(5) 粉塵捕集優化設計。生物質鍋爐的飛灰一般比較輕，容易發生飄逸，除塵器不易捕集到。設計除塵器時應儘量延長粉塵在除塵器內的處理時間，降低煙氣流速。優化後將煙氣流速控制0.7m/s左右，讓粉塵在自然沉降的同時又能保證粉塵荷上足夠的電量。另外，考慮到塵粒質量較輕，粒度小，容易發生二次揚塵的特點，設計優化時特地在除塵器出口喇叭處設置槽型板以防止粉塵二次飛揚。
(6) 嚴格把控保溫安裝質量。嚴格把控除塵器焊接質量，特別是保溫棉及保溫外護板的安裝質量，控制好漏風率，避免生物質燃料落灰時因為含溼量太高導致落灰板結成塊。同時也可有效控制設備內部含氧量，避免高含氧量的發生，消除爆炸隱患。
(7) 鑑於生物鍋爐具有啟停頻繁的特點，在除塵器上設置熱風吹掃系統，可以有效防止絕緣子發生汙閃現象，防止絕緣子炸裂。
3 優化改造後除塵器運行情況
目前我司有將近30多臺(套)生物質燃料鍋爐配套靜電除塵器項目，包括蔗渣、稻殼、棕櫚葉(殼)等，這些設備均採用上述優化改進技術措施，不僅運行安全穩定，而且能達到較低的排放值，整套設備得到用戶的極大認可。表1為我司部分泰國糖廠項目的測試報告(2017年3月份泰國環保局發來的測試結果)。
4 結語
除塵設備的運行良好與否，不僅與業主的效益息息相關，同時也與設備製造廠家的利益環環相扣。本文從兩臺發生爆炸的除塵器案例出發，分析生物質燃料設備發生故障的原因，採取有效措施優化原有技術方案，改進設備結構配置，從根源上保證了除塵器的安全穩定運行。此類除塵設備的安全穩定運行不僅消除了業主的重重顧慮，也為公司在生物質除塵市場的開拓中提供了強有力的技術保障。
表1 部分糖廠的測試報告
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