湿式静电除尘器防火措施

湿式电除尘器防火措施

摘要:湿式静电除尘器能有效降低微细粉尘、液滴和重金属的排放限值ꎬ同时也解决了石膏雨问题ꎬ在火电行业超 低排放领域得到广泛应用ꎬ但是近期几起重大着火事故引起了业界对于湿式静电除尘器安全的关注ꎮ 分析了湿式静电除尘器的着火事故原因ꎬ从设计、建设和运行三方面提出防范措施ꎬ为避免重大着火事故提供借鉴ꎮ

关键词:湿式静电除尘器ꎻ着火案例ꎻ设计方案ꎻ建设管理ꎻ运行措施

Abstract:The wet electrostatic precipitator ( WESP) is widely used in ultra - low emissions of coal - fired power plantꎬdue to efficiently reducing micro - particleꎬdroplet and heavy metal concentrations of emissionꎬ and sol ̄ ving the problem of gypsum rain. Recentlyꎬseveral disastrous fires accidents raise concerns about WESP safe ̄ ty. The reasons of fire hazard are analyzed firstlyꎬthen some precautionary measures from design construction and operation are proposed in order to avoiding major accidents.

Key words:WESPꎻfire accidentꎻdesignꎻconstruction managementꎻoperation measure

0 引言

2013 年湖南益阳电厂首先在 300 MW 机组的湿

400℃ ꎬ电焊渣或者火焰切割的边角料的温度超过

1000℃ ꎬ一旦不慎掉落在这些可燃材料表面未能及时扑灭ꎬ极易引发火情ꎮ

法脱硫塔后加装湿式静电除尘器( 下文简称湿除) ꎬ测试的颗粒物去除率为 86. 4% ꎬ液滴的去除率为91. 3% ꎬ解决“ 石膏雨” 问题的同时ꎬ稳定实现烟尘达标排放[1] ꎮ 近年来ꎬ国家对于环境保护日益重视ꎬ湿除在湿烟气深度净化中具有突出显著的优势ꎬ燃煤电厂大规模实施加装湿除改造[2 - 4] ꎮ 湿除大量使用导电玻璃钢( CFRP)、树脂鳞片( FRP)、增强聚丙烯( FRPP) 等非金属复合材料[5] ꎬ这些材料遇到点火源时存在着火风险ꎬ工程实践中也曾经出现了多起湿除着火事故ꎬ影响湿除的推广和应用ꎮ

1 典型案例

案例 1ꎮ 2018 年 3 月内蒙某 600 MW 机组在建塔顶湿除调试期间施工单位违章进行内部动火施工ꎬ火星滴落物引燃塔内的 FRPP 材料ꎬ火苗窜至湿除区域引燃玻璃钢材料ꎬ事故造成 2 号机二级吸收塔烧损倒塌ꎬ一级吸收塔过火的严重后果ꎮ FRPP 材料、乙烯基酯树脂的玻璃钢材质引燃温度都低于

基金项目:国电科学技术研究院有限公司科技项目( HB2020Y08)

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案例 2ꎮ 2017 年江苏某 600 MW 机组在未能排查出电场频繁闪络的原因时反复空升试验引燃玻璃钢阳极ꎬ最终事故造成湿除以及烟囱内衬损毁ꎮ 阴极放电闪络电弧温度超过 2000℃ ꎬ反复灼烧复合材料时极易酿成着火事故ꎮ

着火事故造成重大的财产损失和恶劣的社会影响ꎬ从设计选型、建设管理和运行操作管理等方面做好针对性的预防措施是非常必要的ꎬ本文拟从这三个方面展开讨论ꎮ

2 设计相关的防范措施

着火事故一般由可燃物、助燃物和火源三要素构成ꎬ在湿除内部可燃材料、火源以及助燃物详见图1ꎮ 如果选用难燃或者不燃材料ꎬ装置内没有点火源ꎬ烟气的氧含量低于着火浓度ꎬ则发生着火的风险大幅降低ꎮ

2. 1 材料阻燃措施

湿除内的烟气介质中含硫酸盐、氯化盐以及重

2020 年 陆小成等:湿式静电除尘器防火措施 第 2 期

金属盐等强腐蚀性物质ꎬ玻璃钢复合材料成本低于金属材料并且耐腐性能满足工况条件ꎬ在湿除内部应用广泛ꎮ 玻璃钢复合材料以玻璃纤维为骨料ꎬ以

表 1 设计时考虑的预防电火花措施

工艺要求 参数 措施

阴极与壳体、内部梁柱净距离大于

乙烯基树脂为粘接材料[6 - 7] ꎮ 研究表明[8] 复合材料

安全距离

极板和极线距离的 1. 3 倍

%title插图%num 一旦被引燃ꎬ火焰就会在材料表面迅速蔓延ꎬ结构层的环氧体系瓦解ꎬ火势蔓延相比燃烧放热更危险ꎮ

避免电火花措施 瓷件绝缘 瓷件表面温度大于 85℃

模块接地点大于两处ꎬ接地电阻应

阳极接地

小于 2Ω

内部喷淋管 采用耐腐合金材料

喷嘴 喷淋覆盖率大于 200% ꎬ采用直通

图 1 湿除着火形成的三要素

灭火措施

实心锥喷嘴

灭火水源 灭火栓接至最上层人孔门处ꎬ灭火水带通至最上层平台

湿除内部难免偶发出现电闪络火花ꎬ为避免材料被引燃ꎬ电力行业应选用难燃复合材料ꎮ 目前采用在树脂中添加一定比例的卤系和铝系阻燃剂提升材料的阻燃性能ꎬ卤系阻燃剂的阻燃效果好并且添加量少ꎬ但是燃烧时释放有毒性和腐蚀性的卤化氢气体ꎬ需开发安全、抑烟、无毒、廉价的无卤阻燃剂ꎮ

铝系、镁系等无机阻燃剂高温分解发生脱水反应ꎬ吸

2. 3 连锁保护措施

在运行误操作、高压设备故障、或者上下游设备着火等因素引发湿除内部过火ꎬ完善的连锁保护亦可降低着火损失甚至避免着火事故ꎮ 具体的连锁保护措施如表 2 所示ꎮ

表 2 连锁保护措施

保护目的 参数 保护措施

收热量ꎬ降低表面温度ꎬ水蒸汽稀释可燃气体ꎬ隔断

氧气浓度ꎬ但是这类无机阻燃剂具有添加量大ꎬ阻燃效率低等缺点[9] ꎮ

建筑行业将电线电缆套管、电器设备外壳按照

避免游离火源

烟气温度

引燃复合材料

火警与灭

湿除进出口烟气温度超过65℃ 时ꎬ切断高压电源并启动喷淋系统

在控制画面上点击 “ 火警” 按

阻燃效果等级划分为 B1、B2 和 B3 等级[10] ꎬ火电企业宜参照 B1 级标准要求湿除的材料阻燃性能ꎮ 近

期颁布的« 湿式静电除尘器用导电玻璃钢阳极检验

快速灭火响应

避免突发持续

火联动

切断短路

钮后程序切断高压电源并顺启灭火喷淋系统

当二 次 电 压 持 续 30 s 低 于

规范»( DL / T 1844 - 2018)[11] 中规定玻璃钢阳极的氧指数 OI≥32. 0% ꎮ 在役湿除应利用大修契机对玻璃钢材料进行性能检测和评估ꎬ避免材料老化后结构和功能指标降低引发意外的着火事故ꎮ

2. 2 避免火源措施

湿除的火源来源于四个途径:(1 ) 极线放电尖上粘附焊丝、铁丝、毛毡等异物或者极线松动缩小阴 极和阳极的间距引发电火花ꎻ(2) 阴极框架与壳体的安全距离裕量偏小ꎬ如果框架摆幅过大则会引起框架对壳体鳞片放电产生电火花ꎻ(3) 阴极绝缘瓷件的高压绝缘性能未达到设计值ꎬ瓷件爬电高温引燃四周防腐鳞片ꎻ(4) 阳极接地点虚接产生间歇电火花ꎬ灼烧阳极ꎮ 在设计时要做具体预防措施ꎬ杜绝运行期间的电闪络ꎬ相关措施如表 1 所示ꎮ

电火花故障 高压 15 kVꎬ切断高压电源

3 建设管理措施

湿除着火事故多发生在建设阶段ꎬ在这个阶段施工现场作业面交叉ꎬ管理盲区极易产生火情、火警ꎬ建设安全管理尤为重要ꎮ

3. 1 材料质量控制措施

建设单位( 或监理单位) 在开工前查验材料的出厂合格证和检验报告ꎬ按照行业相关的质量标准送检材料ꎮ 例如导电玻璃钢阳极材料应按照« 湿式静电除尘器用导电玻璃钢阳极检验规范» 要求送检相应的原料及成品ꎬ尤其是严格把关燃烧性能的指

标ꎬ比如氧指数、热变形温度等ꎮ 材料性能指标检验合格后方能批准开工ꎮ

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2020 年 4 月 电 力 科 技 与 环 保 第 36 卷 第 2 期

3. 2 施工防火措施

(1) 建设单位须指定专职安全员ꎬ检查和落实施工单位的施工防火措施ꎮ 同时施工单位应指定专职安全员ꎬ在动火区域全时段旁站式监督ꎮ

(2) 湿除区域施工作业一律按照一级动火工作票管理ꎬ严格执行动火工作票制度ꎮ

(3) 高分子树脂材料施工作业前应逐项确认防火措施落实到位ꎬ并向全体作业人员进行安全风险交底ꎬ如实告知现场存在的着火风险、防火措施、灭火设施以及应急处置方案ꎮ 在高分子树脂材料施工作业结束 12 h 后允许按照要求进行动火作业ꎮ

(4) 湿除内部动火作业结束后ꎬ检查确认明火和暗火均已熄灭ꎬ等待 30 min 后可撤出防火措施ꎮ

(5) 树脂、促进剂等易燃材料须远离现场堆放ꎬ

按照易燃易爆品设置灭火器具ꎮ

4 运行措施

运维单位应建立健全湿除运行维护的相关管理制度及运行检修规程ꎬ强化相关人员的岗前培训ꎬ使其掌握静电除尘的原理ꎬ并能根据参数波动和闪络次数进行判断和紧急处置ꎬ避免酿成着火事故ꎮ

4. 1 空载升压准备

空载升压准备措施:对电场内部进行清扫和检查ꎻ提前 4 h 投运阴极绝缘用加热设备、热风系统ꎻ升压前设置闪络次数保护定值ꎻ办理空升试验许可手续ꎬ消防人员做好现场监护ꎮ

4. 2 空载升压试验

空载升压试验步骤:空升试验开始前、结束后均必须对电场进行冲洗ꎮ 每个电场带电空升试验应当于冲洗结束后 15 min 内完成ꎬ空升试验结束后立即进行冲洗ꎻ单个电场空升时间不得超过 2 minꎮ 两次空升试验间隔不得小于 60 minꎻ空升操作二次电压每次增加幅度不得大于5 kVꎮ 电场升压后如发生闪络ꎬ应当将电压降低到二次参数设定值的 80% 以下进行观察ꎬ待稳定后继续升压ꎻ如再次闪络ꎬ应当停止升压试验ꎬ查明原因并消除故障ꎻ空升二次电压最大值不得超过设计值ꎻ严禁利用空升试验清除电场内部异物ꎮ

4. 3 运行操作

运行操作措施: 按照运行规程逐一投运电场ꎮ投运时观察有无闪络ꎬ如有闪络ꎬ应当降压至无闪络区间运行或者停运ꎬ推荐运行电压 45 ~ 50 kVꎻ运行

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期间定期停运高压电源ꎬ冲洗电场区域ꎮ 导电玻璃钢管式湿除冲洗频率不得少于 1 次/ 24 hꎻ高压电源短路保护动作ꎬ应当于冲洗结束后延时 5 min 手动重启高压电源ꎬ重启后如果仍然出现短路报警ꎬ电场应当退出运行ꎬ待故障排除后再行恢复ꎻ闪络保护动作ꎬ应当降压至发生闪络电压的 80% 后投运高压电源并观察ꎬ运行 1 h 未出现闪络ꎬ恢复正常运行ꎻ如果仍然出现闪络报警ꎬ高压电源应当退出运行ꎬ待故障排除后再行恢复ꎮ

5 结语

当前行业标准和环保政策日益趋严ꎬ湿式静电除尘器作为终端净化设施ꎬ能够显著降低粉尘、液滴等的排放浓度ꎬ是现役燃煤电厂实现烟尘达标排放的主要改造方向ꎮ 实践表明如果从湿除着火事故源头抓起ꎬ从设计、施工、运行、检维修直至拆解等环节做好相应防范措施ꎬ完全可以避免着火事故的发生ꎮ

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