濕式靜電除塵器用高壓絕緣系統(tǒng)及其技術(shù)性經(jīng)濟(jì)性分析

陸啟亮， 陳 偉， 趙 亮， 劉平元， 漆其鳴， 蔣 喜

(上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院， 上海 200240)

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濕式靜電除塵器用高壓絕緣系統(tǒng)及其技術(shù)性經(jīng)濟(jì)性分析

陸啟亮， 陳 偉， 趙 亮， 劉平元， 漆其鳴， 蔣 喜

(上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)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(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，并對(duì)其技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析對(duì)比。結(jié)果表明：熱風(fēng)吹掃系統(tǒng)運(yùn)行可靠性最高，應(yīng)用數(shù)量最多；防露型瓷套和拉棒系統(tǒng)初投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用均較低，但其長(zhǎng)期運(yùn)行可靠性還有待實(shí)踐檢驗(yàn)。研究結(jié)果對(duì)濕式靜電除塵器用高壓絕緣系統(tǒng)的選擇有一定的借鑒意義。

濕式靜電除塵器； 高壓絕緣系統(tǒng)； 影響因素； 技術(shù)分析； 經(jīng)濟(jì)分析

隨著國(guó)家新環(huán)保政策的出臺(tái)，GB 13223—2011 《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》全面實(shí)行，新排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)煙塵、SO2、NOx排放控制要求都有大幅提高，因此現(xiàn)有火電廠迫切需要采用更為先進(jìn)的環(huán)保設(shè)施。濕式靜電除塵器作為一種新型深度凈化煙氣設(shè)施，能夠有效地減少吸收塔后煙塵排放量，并對(duì)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(lái)達(dá)到除塵目的，放電陰極工作在負(fù)高電壓狀態(tài)下，吊桿和陰極系統(tǒng)的支撐必須依靠瓷或石英等絕緣件，由于粉塵黏結(jié)或低溫造成的凝露，容易引起絕緣表面高壓爬電，不僅會(huì)造成絕緣件的頻繁損壞，而且電除塵器經(jīng)常運(yùn)行于低電壓狀態(tài)下，也會(huì)造成除塵效率顯著降低。因此一套可靠的絕緣系統(tǒng)是保證濕式靜電除塵器持續(xù)高效運(yùn)行的必要條件。筆者收集了大量理論研究和實(shí)際運(yùn)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(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，并結(jié)合工程實(shí)例對(duì)3種絕緣系統(tǒng)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)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(jù)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(yīng)大于爬電比距與額定電壓的乘積。如果設(shè)計(jì)的爬電距離較短，或因?yàn)榻^緣子表面凝露、粉塵黏結(jié)等導(dǎo)致爬電距離縮短，容易造成高壓爬電，不僅會(huì)降低除塵效率，絕緣子還有炸裂的風(fēng)險(xiǎn)[2]。

1.2 絕緣子老化

絕緣子出現(xiàn)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(nèi)部存在一定的氣孔，在高壓電場(chǎng)下，內(nèi)部氣孔會(huì)出現(xiàn)局部放電，由于局部放電會(huì)使陶瓷起暈表面瞬間升溫，氣孔內(nèi)部與附近氣體即會(huì)形成溫度差異，氣孔內(nèi)部熱膨脹力的影響，會(huì)使絕緣子產(chǎn)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(tǒng)的分類

2.1 電加熱系統(tǒng)

此種結(jié)構(gòu)的絕緣系統(tǒng)見(jiàn)圖1。電加熱系統(tǒng)在靜電除塵器中應(yīng)用最為廣泛，濕式靜電除塵器中也有應(yīng)用。通過(guò)在絕緣件周圍均勻布置一定數(shù)量的電加熱管進(jìn)行加熱，為保證加熱系統(tǒng)的可靠性，每個(gè)絕緣箱宜選用2～3根電加熱管，當(dāng)某一根電加熱管失效時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致高壓部分放電或停機(jī)。同時(shí)絕緣箱桶壁設(shè)計(jì)成中空，內(nèi)填珍珠巖保溫棉來(lái)減少絕緣箱的散熱，保證絕緣箱內(nèi)的溫度始終處于合理范圍內(nèi)。

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(fēng)吹掃+電加熱系統(tǒng)

此種結(jié)構(gòu)的絕緣系統(tǒng)見(jiàn)圖2。熱風(fēng)吹掃+電加熱系統(tǒng)是在電加熱絕緣箱基礎(chǔ)上增加熱風(fēng)吹掃接口，并在絕緣子蓋板上增加孔洞，以便熱風(fēng)吹掃瓷件內(nèi)表面。此系統(tǒng)多應(yīng)用于煙氣條件較為惡劣的煉化行業(yè)。該系統(tǒng)的流程是將過(guò)濾后的空氣在風(fēng)機(jī)作用下吹入加熱爐進(jìn)行加熱，加熱后的干凈熱風(fēng)被送至各絕緣箱進(jìn)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(jié)在絕緣件表面；同時(shí)配合絕緣箱自身的電加熱系統(tǒng)，保證絕緣件良好的絕緣性能(見(jiàn)圖3)。部分電廠也有單獨(dú)使用熱風(fēng)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(fēng)吹掃接管；9—蓋板熱風(fēng)吹掃孔。

圖2 熱風(fēng)吹掃型絕緣箱示意圖

1—風(fēng)機(jī)；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(tǒng)

防露型瓷套和拉棒絕緣系統(tǒng)是最近幾年才得到應(yīng)用的一種新型絕緣系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4和圖5。防露型絕緣瓷套材質(zhì)為高鋁95瓷，由上部的圓錐段和下部的圓柱段組成，發(fā)熱體直接安裝在防露型絕緣瓷套下部的溝槽內(nèi)。防露型絕緣拉棒由外部的高鋁95瓷防露型拉棒和內(nèi)部的發(fā)熱體組成，發(fā)熱體直接安裝在防露型陶瓷拉棒內(nèi)部的溝槽內(nèi)。發(fā)熱體所發(fā)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(nèi)、外表面，使其表面保持一定的溫度[2]。

1—發(fā)熱體；2—防露型絕緣瓷套；3—接線柱。

1—防露型絕緣拉棒；2—發(fā)熱體。

3 技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性分析

3.1 技術(shù)性分析

3.1.1 電加熱系統(tǒng)

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(wèn)題，應(yīng)用時(shí)間久，技術(shù)較為成熟。

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

3.1.2 熱風(fēng)吹掃+電加熱系統(tǒng)

優(yōu)點(diǎn)：受熱較為均勻，可解決絕緣子內(nèi)表面積灰爬電問(wèn)題，應(yīng)用時(shí)間久，技術(shù)較為成熟。

缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)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(tǒng)

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，高鋁瓷強(qiáng)度高，不易炸裂，受熱均勻，能耗低。

缺點(diǎn)：?jiǎn)胃訜峤z可靠性不足，一旦加熱失效必須停機(jī)解決，應(yīng)用時(shí)間較短，還需考察。

由此可見(jiàn)，各種技術(shù)流派的絕緣系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)都較為明顯，短期內(nèi)無(wú)法利用一種技術(shù)完全取代其他技術(shù)，且目前電廠實(shí)際使用數(shù)量最多的仍為熱風(fēng)吹掃+電加熱系統(tǒng)。

3.2 經(jīng)濟(jì)性分析

以一臺(tái)260 t/h機(jī)組配套2個(gè)區(qū)濕式靜電除塵器為例，對(duì)其分別采用上述三種絕緣系統(tǒng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析。其中電費(fèi)按0.4元/(kW·h)、運(yùn)行時(shí)間按8 000 h/年、熱風(fēng)吹掃裝置(絕緣子和電加熱管除外)單價(jià)按4萬(wàn)元計(jì)，功率50 kW，數(shù)量為1套； 普通工業(yè)電瓷瓷套單價(jià)按850元、數(shù)量為16個(gè)，配套電加熱器單價(jià)按150元計(jì)，功率1.5 kW/個(gè)，數(shù)量為48個(gè)；防露型拉棒絕緣子單價(jià)按5 500元計(jì)，配套電加熱器功率0.25 kW/個(gè)，數(shù)量為14個(gè)；防露型支撐瓷套絕緣子單價(jià)按8 500元計(jì)，配套電加熱器功率1.2 kW/個(gè)，數(shù)量為2個(gè)。三種高壓絕緣系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 各類高壓絕緣系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性比較

由表1對(duì)比可見(jiàn)：由于熱風(fēng)吹掃系統(tǒng)最為復(fù)雜，比其他兩個(gè)絕緣系統(tǒng)增加了風(fēng)機(jī)、電加熱爐、管道和閥門等，因此無(wú)論初投資還是運(yùn)行費(fèi)用都最高；防露型瓷套和拉棒的電加熱功率較小，因此運(yùn)行費(fèi)用遠(yuǎn)低于其他兩類絕緣系統(tǒng)。

4 結(jié)語(yǔ)

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(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上對(duì)其技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析。技術(shù)上三者各有優(yōu)、缺點(diǎn)，運(yùn)行可靠性熱風(fēng)吹掃系統(tǒng)最高，應(yīng)用數(shù)量最多；經(jīng)濟(jì)上防露型瓷套和拉棒系統(tǒng)初投資費(fèi)用較低，運(yùn)行費(fèi)用遠(yuǎn)低于其他兩類絕緣系統(tǒng)，但其長(zhǎng)期運(yùn)行可靠性還有待實(shí)踐檢驗(yàn)。

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

[2] 龍濤, 周寶山, 徐達(dá). 低低溫和濕式電除塵器的絕緣優(yōu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用[C]//第十六屆中國(guó)電除塵學(xué)術(shù)會(huì)議論文集. 武漢: 中國(guó)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)電除塵委員會(huì), 2015: 292-298.

[3] 解廣文, 田壯鋒. 影響高強(qiáng)度電除塵器瓷絕緣子強(qiáng)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(fēng)吹掃建立高效電除塵絕緣系統(tǒng)[J]. 工業(yè)安全與環(huán)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(dòng)傳熱計(jì)算及電站環(huán)保改造方面的工作。

E-mail: luqiliang@speri.com.cn

TM854

A

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