趙海寶，王賢明，何毓忠，酈建國(guó)

（浙江菲達(dá)環(huán)保科技股份有限公司，浙江 諸暨 311800）

0 引言

MEEP（移動(dòng)電極電除塵器）是用于燃煤發(fā)電廠煙氣除塵的主流新技術(shù)之一，具有有效避免二次揚(yáng)塵、防止高比電阻煙塵的反電暈現(xiàn)象、出口粉塵濃度低、降低PM2.5排放、結(jié)構(gòu)緊湊、電能損耗低、經(jīng)濟(jì)性高等特點(diǎn)，是大氣污染治理的最佳能手之一[1-3]。清灰刷是MEEP的關(guān)鍵部件之一，其壽命已成為MEEP使用壽命的最大瓶頸，其國(guó)產(chǎn)化的質(zhì)量把控顯得尤為重要。清灰刷的壽命評(píng)估、失效形式分析和相應(yīng)的改進(jìn)是電除塵器廠家的關(guān)注點(diǎn)，把握好清灰刷相應(yīng)工作參數(shù)可大幅提高M(jìn)EEP的維護(hù)性能，從而提高除塵效率并降低運(yùn)行成本。

1 清灰刷失效形式研究及主要原因分析

MEEP的除塵方式為：旋轉(zhuǎn)清灰刷在非集塵區(qū)域清刷陽(yáng)極板，使得吸附在陽(yáng)極板上的粉塵被順勢(shì)刷下。旋轉(zhuǎn)清灰刷的2個(gè)鋼刷的軸間距可調(diào)整，使得兩軸間距比鋼刷外徑小5～10mm，因此鋼刷在工作時(shí)呈彈性狀態(tài)并且被彎曲成弧形面。每旋轉(zhuǎn)一圈，鋼刷被強(qiáng)制過(guò)盈刮刷移動(dòng)陽(yáng)極板，將在陽(yáng)極板上的粉塵清除。鋼刷與極板每接觸一次，將同時(shí)經(jīng)過(guò)一次彈性變形，完成一個(gè)循環(huán)，因此，鋼刷鋼針承受的主要是周期性載荷。

魏崇光[4]等認(rèn)為鋼刷破壞的主要原因是大于3mm的鋼渣異物嵌入刷面鋼針間隙內(nèi)而引起鋼針倒伏。嵌入的異物使鋼針在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中承受的彎曲應(yīng)力超過(guò)了屈服極限，鋼針產(chǎn)生塑性變形而倒伏。倒伏的鋼針脫離了工作狀態(tài)，減少了鋼刷的有效承壓面積，從而加大了倒伏區(qū)周圍鋼針的負(fù)荷，隨著運(yùn)行次數(shù)的增加，倒伏現(xiàn)象不斷向周圍擴(kuò)展。

因此，在進(jìn)行鋼刷失效形式試驗(yàn)時(shí)，不僅需要考慮鋼針的強(qiáng)度、磨損、疲勞等因素，還要考慮由于鋼針的塑性變形而產(chǎn)生的倒伏。

1979年日立工業(yè)建設(shè)公司藪田宏昭[5-6]的研究報(bào)告顯示，磨耗試驗(yàn)裝置在有粉塵狀態(tài)下進(jìn)行了約1年的試驗(yàn)，其磨耗量約為5mm。通過(guò)每年調(diào)整1次集塵極與刷子的軸距離，來(lái)保證鋼刷對(duì)移動(dòng)極板清灰效果的有效性。之后對(duì)實(shí)際運(yùn)行的MEEP的追蹤調(diào)查顯示：刷子每年的磨耗約為2.5mm，磨損量是磨耗試驗(yàn)的一半。因此，實(shí)際運(yùn)行的MEEP可以延長(zhǎng)調(diào)整的時(shí)間間隔，可以1.5年進(jìn)行一次距離調(diào)整，甚至2年一次。

2006年，T.MISAKA等[7]認(rèn)為通過(guò)改進(jìn)極板結(jié)構(gòu)，可使鋼刷的待刷平面度大大提高，從而提高鋼刷的壽命，改進(jìn)后的移動(dòng)極板和旋轉(zhuǎn)刷的接合實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，旋轉(zhuǎn)刷的磨損量幾乎為傳統(tǒng)的一半。日立認(rèn)為當(dāng)鋼刷磨損總量小于25mm時(shí)，可通過(guò)減小鋼刷軸的間距使鋼刷的刷力足夠?qū)⒄掣皆谝苿?dòng)極板上的粉塵去除；當(dāng)鋼刷磨損總量大于25mm時(shí)應(yīng)該作報(bào)廢處理，同時(shí)更換鋼刷軸。6年的實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鋼刷磨損總量約為10mm，陽(yáng)極板結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，鋼刷的更換時(shí)間將會(huì)超過(guò)15年。

日立在2011年改進(jìn)了旋轉(zhuǎn)鋼刷結(jié)構(gòu)[8]，將旋轉(zhuǎn)改為固定形式。在保證移動(dòng)極板上粉塵層厚度低于反電暈時(shí)出現(xiàn)的最小粉塵層厚度20μm的情況下，如圖1所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，單級(jí)刷在被安裝成與水平線小于45°的夾角時(shí)，刷子就可以有效地去除粉塵。

圖1 固定刷基礎(chǔ)研究結(jié)果

綜上所述，從魏崇光的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，粉塵等顆粒進(jìn)入鋼刷的鋼針之間，使得鋼針?biāo)苄宰冃味В@可能是鋼刷失效的主要原因；從T.MISAKA的改進(jìn)被刷平面的平面度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出，被刷平面的平面度改進(jìn)使鋼刷壽命增加了一倍，因此，被刷平面的平面度增加，使得鋼刷在周期載荷下的最大應(yīng)變減小，因此，鋼刷的疲勞失效可能是鋼刷失效的主要原因。

2 試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)

2.1 鋼刷材料對(duì)比

在日本投運(yùn)的MEEP的清灰鋼刷，其鋼針采用的不銹鋼材料為SUS304，該材料在室溫下呈奧氏體單相組織，具有良好的耐蝕性、耐熱性、低溫強(qiáng)度，在低溫、室溫及高溫下均有較高的塑性和韌性，以及較好的冷作成型和焊接性。其力學(xué)性能為：屈服強(qiáng)度σs=263.80 MPa，抗拉強(qiáng)度σb=625.55 MPa，延伸率δ=46.70%，楊氏模量E=194020 MPa。鋼針焊接在鋼條上，鋼條盤旋焊接在旋轉(zhuǎn)軸上，旋轉(zhuǎn)軸為鋼管。

SUS304對(duì)應(yīng)國(guó)內(nèi)GB牌號(hào)為0Cr18Ni9（新標(biāo)準(zhǔn)0Cr19Ni9）。圖2為國(guó)內(nèi)廠家的移動(dòng)電極電除塵器清灰刷產(chǎn)品實(shí)物圖，圖3為清灰刷旋轉(zhuǎn)方式示意圖，通過(guò)圖2和圖3可以看出清灰刷的結(jié)構(gòu)和清灰工作原理。

由于國(guó)內(nèi)外材料的制造標(biāo)準(zhǔn)和方式不同，存在一定的差異性，因而針對(duì)國(guó)內(nèi)清灰刷開(kāi)展試驗(yàn)非常必要。

2.2 一次試驗(yàn)計(jì)劃與試驗(yàn)結(jié)果

圖2 待實(shí)驗(yàn)的清灰刷實(shí)物

圖3 清灰刷旋轉(zhuǎn)示意

本試驗(yàn)分一次試驗(yàn)和二次試驗(yàn)，一次試驗(yàn)在無(wú)灰的情況下進(jìn)行，極板結(jié)構(gòu)與實(shí)際移動(dòng)極板結(jié)構(gòu)完全相同，如圖4所示。

圖4 一次清灰刷試驗(yàn)裝置

（1）通過(guò)收集斷裂掉落的鋼針，統(tǒng)計(jì)鋼針斷裂數(shù)量隨時(shí)間變化情況，并且觀察斷裂鋼針的金相組織，分析斷裂的原因。由于是在無(wú)灰的環(huán)境下進(jìn)行試驗(yàn)，掉落的鋼針較容易收集。

（2）在法蘭連接處更換清灰刷，測(cè)試不同種類清灰刷的性能，選出最佳的鋼針材料、直徑、長(zhǎng)度、螺旋組數(shù)等，并判斷刷緊力和磨損的關(guān)系。

（3）在試驗(yàn)開(kāi)始前對(duì)清灰刷進(jìn)行平行光投影，測(cè)出各斷面的外直徑，試驗(yàn)結(jié)束后，再通過(guò)平行光投影測(cè)出各斷面直徑，數(shù)據(jù)處理后得出倒伏隨時(shí)間變化情況，以等效每年的時(shí)間調(diào)整一次軸間距并記錄磨損量，以25mm磨損量為報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 二次試驗(yàn)計(jì)劃與試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2.3.1 方案設(shè)計(jì)

二次試驗(yàn)裝置是在一次試驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上改造而成，充分利用一次試驗(yàn)裝置，從而減低試驗(yàn)成本。試驗(yàn)裝置如圖5所示，由加料灰斗、灰斗支架、清灰刷機(jī)構(gòu)、清灰刷傳動(dòng)和支架機(jī)構(gòu)等部件組成。

圖5 二次清灰刷試驗(yàn)裝置

二次實(shí)驗(yàn)的轉(zhuǎn)鼓極板之間留有縫隙，模擬移動(dòng)極板之間的縫隙，用轉(zhuǎn)鼓極板的轉(zhuǎn)動(dòng)模擬移動(dòng)極板的上下移動(dòng)。轉(zhuǎn)鼓的凹口模擬極板之間的間距，鋼針掛刷接觸面通過(guò)灰斗加灰，模擬清灰過(guò)程。設(shè)計(jì)時(shí)，將轉(zhuǎn)鼓的周長(zhǎng)設(shè)計(jì)成與實(shí)際極板等高，實(shí)際極板間的距離等于轉(zhuǎn)鼓凹槽寬度，從而模擬極板間凹口的工況，達(dá)到近真實(shí)的模擬。

2.3.2 試驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)及技術(shù)路線

（1）變量因素：粉煤灰種類，壓緊力（壓緊距離），鋼刷（材料、直徑、長(zhǎng)度、螺旋組數(shù)），極板（平面度、粗糙度），轉(zhuǎn)速及運(yùn)行時(shí)間。

（2）測(cè)試量：掉針數(shù)，倒伏量，磨損情況，金相組織，最大變形量。

圖6 試驗(yàn)技術(shù)路線

試驗(yàn)技術(shù)路線如圖6所示。

2.3.3 測(cè)試及判斷方法

（1）通過(guò)收集斷裂而掉落的鋼針，統(tǒng)計(jì)鋼針斷裂數(shù)量隨時(shí)間變化情況，并且觀察斷裂鋼針的金相組織，分析斷裂的原因。

（2）在法蘭連接處更換鋼刷，試驗(yàn)不同種類鋼刷的性能，選出最佳的鋼針材料、直徑、長(zhǎng)度和螺旋組數(shù)等。

（3）在試驗(yàn)開(kāi)始前對(duì)鋼刷進(jìn)行平行光投影，測(cè)出各斷面的外直徑，試驗(yàn)結(jié)束后，再通過(guò)平行光投影測(cè)出各斷面直徑，數(shù)據(jù)處理后得出倒伏隨時(shí)間變化情況，以等效每年的時(shí)間調(diào)整一次軸間距并記錄磨損量，以25mm磨損量為報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 試驗(yàn)時(shí)間進(jìn)度安排

具體試驗(yàn)時(shí)間進(jìn)度安排如表1所示。

表1 試驗(yàn)進(jìn)度安排

試驗(yàn)方法：用圓弧外平面模擬極板平面，用凹槽模擬極板之間縫隙，一圈圓弧外徑與一塊極板距離相等，轉(zhuǎn)鼓每旋轉(zhuǎn)一圈模擬清灰刷刷完一塊極板。

試驗(yàn)?zāi)康模耗M前4年清灰刷磨損情況，磨損量隨時(shí)間的變化情況，確定清灰刷軸距調(diào)整時(shí)間，確定磨損的主要原因，為進(jìn)一步試驗(yàn)和改進(jìn)提供依據(jù)。

3 結(jié)論

在研究了用于移動(dòng)電極電除塵器的清灰刷失效形式和日立針對(duì)清灰刷試驗(yàn)的3次試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了清灰刷試驗(yàn)裝置，并作了詳細(xì)的試驗(yàn)安排，為提高清灰刷壽命和降低移動(dòng)電極電除塵器出口粉塵排放濃度提供了試驗(yàn)數(shù)據(jù)，推動(dòng)了移動(dòng)電極電除塵器關(guān)鍵部件的研究進(jìn)程，為移動(dòng)電極電除塵器清灰刷的改進(jìn)和現(xiàn)有設(shè)備間距調(diào)整時(shí)間提供了參考。

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