低低溫和濕式電除塵器的絕緣優(yōu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用

龍 濤，周寶山，徐 達(dá)

(南京興泰龍?zhí)胤N陶瓷有限公司，江蘇南京210038)

低低溫和濕式電除塵器的絕緣優(yōu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用

龍 濤，周寶山，徐 達(dá)

(南京興泰龍?zhí)胤N陶瓷有限公司，江蘇南京210038)

目前低低溫、濕式電除塵技術(shù)已成為燃煤電廠實(shí)現(xiàn)煙氣“超低排放”的主流技術(shù)。低低溫、濕式電除塵器的絕緣水平在很大程度是由絕緣子的表面狀況，即表面電荷的積聚、帶電微粒的運(yùn)動(dòng)以及表面覆蓋物(酸露和水膜等介質(zhì))的影響程度和場(chǎng)強(qiáng)所決定。較為深入地研究和探討了影響高壓電場(chǎng)絕緣性能的因素，提出了低低溫和濕式電除塵器絕緣性能優(yōu)化方法，并介紹了低低溫電除塵器絕緣改造實(shí)例。

低低溫電除塵器;濕式電除塵器;表面爬電;絕緣優(yōu)化;防露型絕緣子

0 引言

為了實(shí)現(xiàn)燃煤電廠煙氣“超低排放”要求，可利用SO3具有團(tuán)聚微小粉塵和容易荷電的特性來提高除塵效率，低低溫(90℃以下)電除塵器便應(yīng)運(yùn)而生。此外，還可采用濕式電除塵技術(shù)。目前低低溫、濕式電除塵技術(shù)已成為燃煤電廠實(shí)現(xiàn)煙氣“超低排放”的主流技術(shù)。

在電除塵器中工作的直流絕緣子與交流絕緣子不同，應(yīng)重點(diǎn)考慮絕緣子表面的沿面放電，即表面爬電問題。根據(jù)電除塵器多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，其80%的故障是電氣故障，電氣故障的90%是絕緣故障，而絕緣故障絕大部分原因是絕緣子表面爬電引起的，這是電除塵絕緣子不可避免的核心問題，而低低溫電除塵器入口煙氣溫度在酸露點(diǎn)以下，濕式電除塵器工作在飽和濕煙氣環(huán)境中，尤其需引起高度重視。

1 直流高壓電場(chǎng)絕緣性能的影響因素

1.1 表面電荷積聚影響絕緣子沿面放電

由于在絕緣子的表面存在電場(chǎng)的法向分量，當(dāng)施加一定時(shí)間的直流電壓后，絕緣子表面積聚的電荷使原電場(chǎng)發(fā)生了畸變，將可能發(fā)生沿面放電［1－2］。絕緣子長(zhǎng)時(shí)間處于直流電場(chǎng)中時(shí)，其表面電荷的積聚會(huì)使沿面放電電壓下降［3］。研究發(fā)現(xiàn)，絕緣子表面電荷積聚是影響直流絕緣性能的一個(gè)重要因素。

粉塵中導(dǎo)電微粒附著于絕緣子表面時(shí)，將直接成為絕緣子的閃絡(luò)路徑，縮短了沿面放電的距離，極大地降低了絕緣子的閃絡(luò)電壓。試驗(yàn)研究證實(shí)，這些導(dǎo)電微粒對(duì)絕緣子的閃絡(luò)電壓的影響與顆粒大小、形狀以及在絕緣子上的位置有關(guān)［4－5］。當(dāng)進(jìn)入電除塵器的煙氣溫度較高，這些導(dǎo)電微粒都呈孤立、分散的狀態(tài)，通過運(yùn)動(dòng)附著于絕緣子表面時(shí)，呈隨機(jī)的雜亂無章分布，則絕緣水平下降不明顯;如果煙氣溫度下降至接近或低于酸露點(diǎn)溫度，SO3會(huì)冷凝并吸附在絕緣子表面，形成爬電通道。同樣，在濕式電除塵器中，如果絕緣子表面被水膜覆蓋，也會(huì)形成爬電通道。由此可見，當(dāng)直流電場(chǎng)中的導(dǎo)電物質(zhì)附著于絕緣子表面時(shí)，將成為影響直流電場(chǎng)高壓絕緣性能的另一重大因素。

2 低低溫和濕式電除塵器絕緣優(yōu)化方法

2.1 合理選擇足夠的爬電距離

在干煙氣狀態(tài)下，當(dāng)高、中比電阻粉塵時(shí)，單位電壓的防爬電距離為7.6mm～10.2mm［7－9］。按工作電壓72kV計(jì)，一般燃煤電廠電除塵器用絕緣子的表面爬電距離宜為500mm～700mm。很顯然，在干煙氣狀態(tài)下的爬電距離不能滿足低低溫和濕式電除塵器的要求，尤其對(duì)濕煙氣狀態(tài)下的絕緣性能以及爬電距離的選擇。為確保絕緣性能，濕煙氣狀態(tài)下絕緣子的表面爬電距離宜取干煙氣狀態(tài)爬電距離的1.5倍～2倍，即單位電壓的防爬電距離取15mm/kV～20mm/kV，按工作電壓72kV計(jì)，一般濕式電除塵器用絕緣子的表面爬電距離宜為1000mm～1400mm，而工作電壓較低時(shí)，其爬電距離可減小。

如果采用防露型絕緣子或?qū)ζ胀ń^緣子采取加熱保溫和熱風(fēng)吹掃等措施，使絕緣子的表面始終保持干燥，則可采用干煙氣狀態(tài)下的表面爬電距離。實(shí)踐證明，防露型絕緣子可適用于低低溫電除塵器、濕式電除塵器以及電除霧器的工況條件。

2.2 優(yōu)化電場(chǎng)結(jié)構(gòu)，使場(chǎng)強(qiáng)分布均勻化

直流絕緣子電場(chǎng)強(qiáng)度的分布與交流不同，交流絕緣子電場(chǎng)強(qiáng)度按電容分布，而直流絕緣子的電場(chǎng)強(qiáng)度受絕緣子電阻的影響，隨著電阻的變化而變化。其中絕緣子表面電場(chǎng)隨表面電阻的變化比體積電阻的變化更明顯，且這種變化是非線性的。改變電場(chǎng)電阻和電極的分布可使絕緣子表面電場(chǎng)更為均勻，以降低絕緣子周圍的合場(chǎng)強(qiáng)。

2.3 采用防露型絕緣子

對(duì)于低低溫電除塵器，為防止絕緣子結(jié)露爬電，可采用熱風(fēng)吹掃措施和防露型絕緣子兩種措施之一。絕緣子內(nèi)部裝有發(fā)熱體，也稱內(nèi)熱式防露型絕緣子。防露型支撐瓷套絕緣子的材料為95瓷，內(nèi)部裝有發(fā)熱體，其結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

綜上所述，牙齦色度的影響因素在不同文獻(xiàn)報(bào)道中所得到的結(jié)論不盡相同,這可能是由于測(cè)色儀器、測(cè)色區(qū)域、樣本含量、混淆因素等不同所造成的。在今后有關(guān)牙齦色度的研究中,應(yīng)注重測(cè)量手段的特殊化準(zhǔn)確化、測(cè)量環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)化、設(shè)計(jì)原則的執(zhí)行、觀察者的可靠性評(píng)估，以使得到的數(shù)據(jù)和結(jié)論更科學(xué)、更客觀。

圖1 防露型支撐瓷套絕緣子

對(duì)于濕式電除塵器，可采用防露型支撐瓷套絕緣子和防露型拉棒絕緣子來防止絕緣子結(jié)露爬電，但其結(jié)構(gòu)和安裝方式與低低溫電除塵器略有差異。另外，還可采用防露型支柱絕緣子和防露型防擺絕緣子。防露型支柱絕緣子如圖2所示，為了更好地防濕，其子的外表面設(shè)計(jì)成下掠式傘裙(翅)，如圖3所示。濕式電除塵器的陰極框架全部被噴淋水籠罩，防擺絕緣子又是水平安裝，防濕尤為重要。防擺絕緣子安裝如圖4所示。絕緣子室外應(yīng)加裝防水罩，以防噴淋水直接噴灑在絕緣子表面。

圖2 防露型支柱絕緣子安裝示意

圖3 防露型支柱絕緣子下掠式傘裙(翅)

圖4 防擺絕緣子安裝示意圖

濕式電除塵器所用的絕緣子金屬附件應(yīng)全部采用防腐不銹鋼，以延長(zhǎng)使用壽命。

3 優(yōu)化絕緣結(jié)構(gòu)在低低溫電除塵器中應(yīng)用

3.1 改造方案

華能南京電廠2號(hào)爐300MW機(jī)組經(jīng)低低溫電除塵器改造后，電除塵入口煙氣溫度在露點(diǎn)以下。由于煙氣溫度的下降，電除塵器內(nèi)的絕緣子表面出現(xiàn)凝露，導(dǎo)致表面爬電，絕緣失效，為保證安全運(yùn)行，瓷瓶加熱將連續(xù)投用，會(huì)面臨如下問題:單純連續(xù)投用加熱器能否有效避免爬電現(xiàn)象的發(fā)生，還有待于運(yùn)行的實(shí)踐檢驗(yàn);電耗大，瓷瓶加熱方式采用電加熱，總功率150kW，如果連續(xù)投用，功耗很大;瓷瓶修理費(fèi)用增加，電加熱器和瓷瓶易損壞;機(jī)組在線運(yùn)行，更換損壞瓷瓶和加熱器不方便。因此有必要對(duì)瓷瓶絕緣水平進(jìn)行提升改造。

因電除塵器后面溫度更低，為更好檢驗(yàn)實(shí)際效果，選取其中的一個(gè)供電分區(qū)進(jìn)行絕緣改造，并作為試驗(yàn)電場(chǎng)。電除塵器每個(gè)電場(chǎng)陰極框架除了通過4個(gè)瓷瓶來懸吊并實(shí)現(xiàn)絕緣，還要對(duì)陰極振打軸進(jìn)行絕緣，四、五電場(chǎng)還在陰極框架的下部安裝了防擺絕緣子。因此，此次試驗(yàn)除了對(duì)電除塵器懸吊方式進(jìn)行改造外，還應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)軸絕緣子和防擺絕緣子同步進(jìn)行改進(jìn)。改造方案如下:

(1)在原普通工業(yè)電瓷絕緣及支撐的基礎(chǔ)上，每只工業(yè)電瓷套管加裝防露型穿墻套管，使絕緣子的總爬電距離達(dá)1000mm，用增加爬電距離方法來避免和解決瓷瓶?jī)?nèi)壁爬電問題。

(2)將振打旋轉(zhuǎn)軸絕緣子換成大爬距絕緣子，爬電距離增加到1000mm以上。

(3)將陰極框架下部絕緣板的8根金屬夾持臂換成95瓷絕緣臂，使下部防擺絕緣子的爬電距離也增加到1000mm以上。

3.2 效果分析

改造工作于2014年10初完成，經(jīng)過絕緣改造后的電場(chǎng)的二次電壓明顯升高，與相鄰的電場(chǎng)比較，其運(yùn)行電壓也較高，說明該電場(chǎng)絕緣良好。經(jīng)過半年來實(shí)際運(yùn)行，效果良好。由此可見，這種絕緣結(jié)構(gòu)完全能夠勝任在低低溫電除塵器的濕煙氣環(huán)境下工作。甚至不必投運(yùn)電加熱器，絕緣子也能維持正常運(yùn)行，節(jié)能效果顯著。

4 結(jié)語

(1)低低溫、濕式電除塵器的絕緣水平在很大程度是由絕緣子的表面狀況，即表面電荷的積聚、帶電微粒的運(yùn)動(dòng)以及表面覆蓋物(酸露和水膜等介質(zhì))的影響程度和場(chǎng)強(qiáng)所決定。

(2)為確保低低溫和濕式電除塵器的絕緣性能，需加大絕緣子的爬電距離，濕煙氣狀態(tài)下絕緣子的爬電距離宜取干煙氣狀態(tài)爬電距離的1.5～2倍，即單位電壓的防爬電距離取15～20mm/kV?？筛鶕?jù)工作電壓選取絕緣子的表面爬電距離。

(3)防露型絕緣子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性好。對(duì)于低低溫電除塵器，可采用防露型支撐瓷套絕緣子、防露型拉棒絕緣子和防露型穿墻套管絕緣子來防止絕緣子結(jié)露爬電，濕式電除塵器還可采用防露型支柱絕緣子和防露型防擺絕緣子即絕緣拉棒。

(4)防露型絕緣子已在華能南京電廠2號(hào)爐300MW機(jī)組低低溫電除塵器改造項(xiàng)目中得到應(yīng)用驗(yàn)證，經(jīng)過絕緣改造后的電場(chǎng)二次電壓明顯升高，效果良好。

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Insulation optimization design and application for Low－low temperature ESP and WESP

Nowadays，Low－low temperature ESP and WESP have become the leading technologies for“ultra low emission”of coal－fired power plant.Insulation performance mainly depends on the surface condition of insulator，such as surface charge accumulation，charged particle motion，surface coverings(acid dew，water film，etc)and electrical field intensity.It focuses on the insulation optimization design，introducing samples of Low－low temperature ESP＇s insulation reformation.

low－low temperature ESP;WESP;surface creepage;insulation optimization;anti－dew insulator

X701.2

B

1674－8069(2016)04－032－03

2016-01-11;

2016-02-20

龍濤(1952-)，男，湖南人，工程師，長(zhǎng)期從事電除塵行業(yè)絕緣陶瓷技術(shù)研究及開發(fā)工作。E－mail:frank@nj－tailong.com