濕式靜電除塵器用高壓絕緣系統及其技術性經濟性分析

陸啟亮， 陳 偉， 趙 亮， 劉平元， 漆其鳴， 蔣 喜

(上海發電設備成套設計研究院， 上海 200240)

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濕式靜電除塵器用高壓絕緣系統及其技術性經濟性分析

陸啟亮， 陳 偉， 趙 亮， 劉平元， 漆其鳴， 蔣 喜

(上海發電設備成套設計研究院， 上海 200240)

探討了濕式靜電除塵器高壓絕緣性能的主要影響因素，闡述了3種絕緣系統的結構和特點，并對其技術性和經濟性進行了分析對比。結果表明：熱風吹掃系統運行可靠性最高，應用數量最多；防露型瓷套和拉棒系統初投資費用和運行費用均較低，但其長期運行可靠性還有待實踐檢驗。研究結果對濕式靜電除塵器用高壓絕緣系統的選擇有一定的借鑒意義。

濕式靜電除塵器； 高壓絕緣系統； 影響因素； 技術分析； 經濟分析

隨著國家新環保政策的出臺，GB 13223—2011 《火電廠大氣污染物排放標準》全面實行，新排放標準對煙塵、SO2、NOx排放控制要求都有大幅提高，因此現有火電廠迫切需要采用更為先進的環保設施。濕式靜電除塵器作為一種新型深度凈化煙氣設施，能夠有效地減少吸收塔后煙塵排放量，并對石膏雨、PM2.5、SO3等均有良好的脫除效果[1]。

濕式靜電除塵器的工作原理與干式電除塵器類似，都是利用高壓放電、高壓集塵來達到除塵目的，放電陰極工作在負高電壓狀態下，吊桿和陰極系統的支撐必須依靠瓷或石英等絕緣件，由于粉塵黏結或低溫造成的凝露，容易引起絕緣表面高壓爬電，不僅會造成絕緣件的頻繁損壞，而且電除塵器經常運行于低電壓狀態下，也會造成除塵效率顯著降低。因此一套可靠的絕緣系統是保證濕式靜電除塵器持續高效運行的必要條件。筆者收集了大量理論研究和實際運行資料，探討了濕式靜電除塵器高壓絕緣性能的主要影響因素及3種不同絕緣系統的結構和特點，并結合工程實例對3種絕緣系統的技術、經濟性進行分析。

1 高壓絕緣性能的主要影響因素

1.1 爬電距離

電除塵器用瓷絕緣子的爬電比距根據煙塵的粉比電阻確定，一般粉比電阻在106～1011Ω·cm，取值為7～10 mm/kV，其最小爬電距離應大于爬電比距與額定電壓的乘積。如果設計的爬電距離較短，或因為絕緣子表面凝露、粉塵黏結等導致爬電距離縮短，容易造成高壓爬電，不僅會降低除塵效率，絕緣子還有炸裂的風險[2]。

1.2 絕緣子老化

絕緣子出現局部放電，通常是絕緣子老化的最主要原因。絕緣子陶瓷材料內部存在一定的氣孔，在高壓電場下，內部氣孔會出現局部放電，由于局部放電會使陶瓷起暈表面瞬間升溫，氣孔內部與附近氣體即會形成溫度差異，氣孔內部熱膨脹力的影響，會使絕緣子產生微裂紋，從而降低絕緣性能[3]。

2 濕式靜電除塵器絕緣系統的分類

2.1 電加熱系統

此種結構的絕緣系統見圖1。電加熱系統在靜電除塵器中應用最為廣泛，濕式靜電除塵器中也有應用。通過在絕緣件周圍均勻布置一定數量的電加熱管進行加熱，為保證加熱系統的可靠性，每個絕緣箱宜選用2～3根電加熱管，當某一根電加熱管失效時，不會導致高壓部分放電或停機。同時絕緣箱桶壁設計成中空，內填珍珠巖保溫棉來減少絕緣箱的散熱，保證絕緣箱內的溫度始終處于合理范圍內。

1—瓷套；2—螺帽；3—絕緣子蓋板；4—陰極吊桿；5—熱電阻；6—電加熱管；7—絕緣箱及保溫。

2.2 熱風吹掃+電加熱系統

此種結構的絕緣系統見圖2。熱風吹掃+電加熱系統是在電加熱絕緣箱基礎上增加熱風吹掃接口，并在絕緣子蓋板上增加孔洞，以便熱風吹掃瓷件內表面。此系統多應用于煙氣條件較為惡劣的煉化行業。該系統的流程是將過濾后的空氣在風機作用下吹入加熱爐進行加熱，加熱后的干凈熱風被送至各絕緣箱進行吹掃，將煙氣與絕緣件隔離，防止煙氣中粉塵及空氣中粉塵黏結在絕緣件表面；同時配合絕緣箱自身的電加熱系統，保證絕緣件良好的絕緣性能(見圖3)。部分電廠也有單獨使用熱風吹掃而不增加電加熱管的絕緣箱，在一定情況下也能保證絕緣件的絕緣性能[4]。

1—瓷套；2—螺帽；3—絕緣子蓋板；4—陰極吊桿；5—熱電阻；6—電加熱管；7—絕緣箱及保溫層；8—熱風吹掃接管；9—蓋板熱風吹掃孔。

圖2 熱風吹掃型絕緣箱示意圖

1—風機；2—管道；3—加熱爐；4—閥門；5—絕緣箱。

2.3 防露型瓷套和拉棒絕緣系統

防露型瓷套和拉棒絕緣系統是最近幾年才得到應用的一種新型絕緣系統，其結構見圖4和圖5。防露型絕緣瓷套材質為高鋁95瓷，由上部的圓錐段和下部的圓柱段組成，發熱體直接安裝在防露型絕緣瓷套下部的溝槽內。防露型絕緣拉棒由外部的高鋁95瓷防露型拉棒和內部的發熱體組成，發熱體直接安裝在防露型陶瓷拉棒內部的溝槽內。發熱體所發出的熱量絕大部分被瓷套和拉棒直接吸收，并迅速傳遞到絕緣瓷套和拉棒的內、外表面，使其表面保持一定的溫度[2]。

1—發熱體；2—防露型絕緣瓷套；3—接線柱。

1—防露型絕緣拉棒；2—發熱體。

3 技術性和經濟性分析

3.1 技術性分析

3.1.1 電加熱系統

優點：結構簡單，安裝和改造容易，可提高絕緣子表面溫度，解決積灰爬電問題，應用時間久，技術較為成熟。

缺點：能耗高，效率低，電加熱管安裝位置不佳或拉弧時容易炸裂，冬天或極端寒冷天氣條件下運行保溫效果要求高。

3.1.2 熱風吹掃+電加熱系統

優點：受熱較為均勻，可解決絕緣子內表面積灰爬電問題，應用時間久，技術較為成熟。

缺點：結構復雜，安裝困難，占地面積大，能耗高。

3.1.3 防露型瓷套和拉棒絕緣系統

優點：結構簡單，安裝方便，高鋁瓷強度高，不易炸裂，受熱均勻，能耗低。

缺點：單根加熱絲可靠性不足，一旦加熱失效必須停機解決，應用時間較短，還需考察。

由此可見，各種技術流派的絕緣系統優點和缺點都較為明顯，短期內無法利用一種技術完全取代其他技術，且目前電廠實際使用數量最多的仍為熱風吹掃+電加熱系統。

3.2 經濟性分析

以一臺260 t/h機組配套2個區濕式靜電除塵器為例，對其分別采用上述三種絕緣系統時的經濟性進行分析。其中電費按0.4元/(kW·h)、運行時間按8 000 h/年、熱風吹掃裝置(絕緣子和電加熱管除外)單價按4萬元計，功率50 kW，數量為1套； 普通工業電瓷瓷套單價按850元、數量為16個，配套電加熱器單價按150元計，功率1.5 kW/個，數量為48個；防露型拉棒絕緣子單價按5 500元計，配套電加熱器功率0.25 kW/個，數量為14個；防露型支撐瓷套絕緣子單價按8 500元計，配套電加熱器功率1.2 kW/個，數量為2個。三種高壓絕緣系統的經濟性對比見表1。

表1 各類高壓絕緣系統經濟性比較

由表1對比可見：由于熱風吹掃系統最為復雜，比其他兩個絕緣系統增加了風機、電加熱爐、管道和閥門等，因此無論初投資還是運行費用都最高；防露型瓷套和拉棒的電加熱功率較小，因此運行費用遠低于其他兩類絕緣系統。

4 結語

筆者探討了濕式靜電除塵器高壓絕緣性能的主要影響因素，闡述了三種濕式靜電除塵器用高壓絕緣系統的結構特點，并在此基礎上對其技術性和經濟性進行分析。技術上三者各有優、缺點，運行可靠性熱風吹掃系統最高，應用數量最多；經濟上防露型瓷套和拉棒系統初投資費用較低，運行費用遠低于其他兩類絕緣系統，但其長期運行可靠性還有待實踐檢驗。

[1] 金定強, 舒喜, 申智勇, 等. 濕式靜電除塵器在火電廠大型機組中的應用[J]. 環境工程, 2015, 33(3): 65-68, 72.

[2] 龍濤, 周寶山, 徐達. 低低溫和濕式電除塵器的絕緣優化設計及應用[C]//第十六屆中國電除塵學術會議論文集. 武漢: 中國環境保護產業協會電除塵委員會, 2015: 292-298.

[3] 解廣文, 田壯鋒. 影響高強度電除塵器瓷絕緣子強度因素的分析探索[J]. 電瓷避雷器, 2013(3): 33-35.

[4] 張娟, 黎七中, 李彥濤. 利用熱風吹掃建立高效電除塵絕緣系統[J]. 工業安全與環保, 2005, 31(7): 17-18.

High-voltage Insulation Systems for Wet Electrostatic Precipitator and the Techno-Economic Analysis

Lu Qiliang, Chen Wei, Zhao Liang, Liu Pingyuan, Qi Qiming, Jiang Xi

(Shanghai Power Equipment Research Institute, Shanghai 200240, China)

A study was conducted on the main factors influencing the performance of different high-voltage insulation systems for wet electrostatic precipitator, together with an introduction to the structure and features of 3 high-voltage insulation systems, and an analysis and comparison on their technical and economic characteristics. Results show that the operation reliability of the hot air blowing system is the highest, and its application range is the widest. For the anti-sweat porcelain bushing and drawn rod system, both the initial investment and the operation cost are the lowest, but its long-term operational reliability remains to be examined. Above study results may serve as a reference for selection of high-voltage insulation systems for wet electrostatic precipitators.

wet electrostatic precipitator; high-voltage insulation system; influence factor; technical analysis; economic analysis

2016-04-26；

2016-06-24

陸啟亮(1988—)，男，助理工程師，主要從事電站鍋爐流動傳熱計算及電站環保改造方面的工作。

E-mail: luqiliang@speri.com.cn

TM854

A

1671-086X(2017)02-0104-03