工業鍋爐電除塵器絕緣子污閃成因及對策研究

胡滿深，李宇翔，郭彪，潘柏盛，馮劍鋒，林榮灼

（江門市同力環保科技有限公司，廣東 江門 529100）

前言

2018年7月，國務院印發《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》，全國各地相繼出臺執行方案，要求深化工業鍋爐治理，逐步推進35蒸噸及以上燃煤鍋爐（含自備電站）超低排放工作。電除塵器具備處理能力大、凈化效率高、阻力損失小、適用范圍廣、運行費用小等優點，在電力行業的應用比例高達72%～75%。因此，在非電行業超低排放中，電除塵器成為前端高效除塵設備的首選之一[1、2]。

在電力行業中，電除塵器絕緣子污閃造成的爬電現象普遍存在，其導致的絕緣失效、設備爬電、短路停運和損壞造成了較大的經濟損失[3～6]。在火電、水泥等行業，電除塵器普遍設有保溫箱，并采用電加熱器對其絕緣子進行加熱，或采用干燥的螺旋風對絕緣子進行吹掃，以保證絕緣子干燥、不結露，而達到絕緣子防污閃的目的。本文通過對絕緣子材質、爬電間距、污穢特性的研究，提出不同材質和形式的絕緣子，可使在電力輸送和燃煤電廠采用靜電除塵器中發生的污閃現象得到有效控制。

我國的工業鍋爐普遍存在生產負荷多變、司爐人員業務水平參差不齊、煤種質量不穩定等情況[7、8]，電除塵器在工業鍋爐的應用中出現瓷絕緣子污閃、電場電壓低、除塵效率下降等現象，會對設備的穩定運行造成極大影響。本文以某纖維公司的1200萬大卡燃煤導熱油鍋爐除塵改造工程為例，重點研究了電除塵器的絕緣子室頻繁出現污閃的成因，通過對煤檢報告、工業鍋爐在多變負荷下煙氣性質變化的分析及對污穢物特征的研究，提出側部懸吊棒型瓷柱、更換煤種和調整生產工藝的技改方案，為同類工程的應用提供技術參考和經驗借鑒。

1 煙氣成分

某高性能纖維有限公司有1200大卡燃煤導熱油鍋爐1臺，原有的環保設備為三塔式麻石水膜除塵器，不能滿足現行的《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB 13271—2014）要求，需要改造脫硫除塵系統，并預留提標改造至超低排放標準的能力。煙氣成分見表1。

2 靜電除塵器的性能參數

臥式兩電場除塵器的性能參數見表2。

3 電除塵器運行過程中的故障特征

該電除塵器投運初期運行狀況良好，運行參數見表3。

表1 煙氣成分

表2 電除塵器性能參數

表3 運行參數

設備的初始運行參數接近設計值，說明電場極間距合格，絕緣狀況良好，達到了設計水平。設備投運后，第二電場電壓逐漸降低，在運行3個月后，電場出現連續爬電，不能投運工作，初步判斷是電場短路。

設備停機后，打開絕緣子室檢查，發現絕緣瓷套內壁黏附有酸性的、可導電的黏稠液體和灰塵（圖1）。該除塵器的絕緣子室配備了熱風吹掃裝置，檢查過程中未發現絕緣子室有漏水跡象。這些黏液在熱風吹掃的作用下無法烘干，電場出現連續閃絡并退出運行，為電氣設備常見的污閃現象。

在排除熱風吹掃故障和設備漏水的前提下，采用95%工業酒精對表面黏結物進行清掃后，電除塵器恢復正常工作。但絕緣子室的污閃現象仍然頻繁，清掃間隔約為1個月，后期還出現二電場左側絕緣子瓷套被擊穿的運行事故（圖2），導致設備停機，極大影響了設備的可利用率。

圖1 絕緣瓷套內附著物

圖2 被擊穿的絕緣瓷套

4 電場運行電壓閃絡的故障分析

影響電除塵性能的因素很復雜，大體可以分三類：1）燃煤性質、飛灰性質和煙氣性質；2）電除塵器的結構和技術參數；3）運行條件。

在現有的條件下，通過對煤檢報告、工業鍋爐的運行狀況和絕緣子瓷套內表面黏結物的特性進行分析，得出絕緣子瓷套持續出現污閃的原因，并提出改造方案。

4.1 鍋爐用煤參數

在煤的成分中，對電除塵器性能產生影響的主要因素有Sar、水分和飛灰。飛灰成分包括Na2O、Fe2O3、K2O、SO3、Al2O3、CaO及飛灰可燃物等[9]。因此，對煤進行檢驗是有必要的，煤檢報告見表4。

揮發分指標是判明煤炭著火特性的首要指標。揮發分含量越高，越容易著火。根據鍋爐設計要求，供煤揮發分的值變化不宜太大，否則會影響鍋爐的正常運行[10]。

4.2 工業鍋爐運行狀況分析

該公司主要生產滌綸工業長絲，浸膠工業帆布和簾子布，在生產過程中需要對輪胎簾子布、帆布和線繩采用浸膠方式進行浸漬，配備的燃煤導熱油鍋爐為輪胎簾子布浸膠工序、線繩浸膠工序提供熱能。

表4 煤檢報告

浸膠工序中采用的浸膠液為RFL浸膠液，由RF樹脂和膠乳配制而成。首先，用間苯二酚、甲醛、氫氧化鈉和軟水按一定比例配制RF樹脂，然后，用丁吡膠乳、RF樹脂、軟水和氨水按一定比例配制成RFL浸膠液。

工業鍋爐為浸膠槽提供恒定溫度的導熱油，RFL浸膠液在特定的硫化溫度下能大幅提高黏接力。浸膠工序在175℃，50s完成干燥；235℃，45s下完成定型過程[11]。

鍋爐的運行配合生產工序的變化，在不同工序交替的過程中，需要通過調整負荷以保持導熱油的溫度，運行負荷多變，峰值負荷為80%，谷值負荷低于20%。調整鍋爐負荷的主要手段有：給煤量、煤層厚度、爐排轉速、風機頻率等[12]。通過以上操作可穩定控制導熱油的給油和回油溫度，保證生產穩定，但連續多變負荷會造成灰渣物理熱損失過高，出爐煤渣發黑發紅。

燃煤在不完全燃燒狀態下，會形成干餾現象并產生煤焦油，影響鍋爐與除塵器的運行[13]。

4.3 瓷柱表面黏結物性狀分析

由于絕緣子瓷套內側的表面污穢物持續積累，污閃電壓與污穢的性質有關系[14]，因此，判斷污穢物的特性對判斷絕緣子污閃形成的原因有重大意義。

對表面黏結物進行紅外光譜儀檢測（GB/T 6040—2002），結果表明，樣品的主要成分與硫酸氫鈉有較好的匹配。初步判斷絕緣子瓷套內側的污穢物為煤燃燒過程中產生的飛灰。

4.4 故障原因分析

綜合以上三種狀況分析，初步判斷故障的成因如下：燃煤在鍋爐連續多變負荷下不能充分燃燒，在干餾狀態產生煤焦油，并附著在飛灰中。含煤焦油的飛灰進入絕緣子腔室，附著在瓷套上，無法被熱風風機吹掃清理，并在瓷套表面累積，當累積到一定量時，使絕緣失效，產生爬電現象，最終導致電場短路。

5 改造措施

5.1 合理的生產調度配合鍋爐穩定負荷運行

通過對浸膠生產線的合理調度，多組生產線錯峰操作，控制給煤量、煤層厚度為80～90mm、爐排轉速為9～14Hz等參數保證鍋爐運行負荷保持在10%左右的峰谷差。

5.2 降低混煤的揮發分

生產調整后鍋爐的負荷仍存在峰谷差，因此，將混煤后的揮發分控制在≤20%，后續通過跟蹤單位煤耗值和結焦現象的變化再調整。

5.3 改造絕緣子懸吊和吹掃形式

考慮到以上兩種調整手段仍可能無法避免污閃現象的形成，可對絕緣子室進行以下改造：1）將絕緣瓷套改為棒型瓷柱；2）增加電加熱絲伴熱方式；3）將絕緣子的懸吊方式由頂部懸吊改為側部懸吊。改造示意見圖3。

6 改造后效果

通過以上技術改造，電除塵器的污閃現象明顯減少，能滿足在鍋爐檢修期內，電除塵器連續達標運行，絕緣子的清掃周期為3個月。運行3個月的瓷柱（清理前、后）見圖4、圖5。

圖3 改造示意圖

圖4 運行3個月清理前的瓷柱

圖5 運行3個月清理后的瓷柱

改造后鍋爐的煤耗有較為明顯的增加，考慮到煤的揮發分對熱值的影響，將煤的揮發分采購要求調整為20%～25%，并跟進運行情況，結果能滿足設計要求。

7 結語

（1）通過對絕緣子箱進行熱風吹掃+電加熱的方式，能使棒型瓷柱保持干燥和不結露，是解決絕緣子污閃的重要手段之一。

（2）鏈條爐常用混煤的揮發分一般高于30%，而連續多變負荷的現象在工業鍋爐的運行中較為普遍，建議負荷峰谷值較大的鍋爐選用揮發分20%～25%的燃煤為宜，盡量避免燃煤在干餾狀態下形成煤焦油。

（3）電除塵器在燃煤電廠中有大量、成熟的運行經驗，但在工業鍋爐中的應用尚不廣泛。應根據工業鍋爐的運行條件、煤種特性和飛灰特性進行針對性的設計，不能直接套用以往經驗，以免產生技術風險。