工業(yè)鍋爐電除塵器絕緣子污閃成因及對(duì)策研究

胡滿深，李宇翔，郭彪，潘柏盛，馮劍鋒，林榮灼

（江門(mén)市同力環(huán)保科技有限公司，廣東 江門(mén) 529100）

前言

2018年7月，國(guó)務(wù)院印發(fā)《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》，全國(guó)各地相繼出臺(tái)執(zhí)行方案，要求深化工業(yè)鍋爐治理，逐步推進(jìn)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(yùn)行費(fèi)用小等優(yōu)點(diǎn)，在電力行業(yè)的應(yīng)用比例高達(dá)72%～75%。因此，在非電行業(yè)超低排放中，電除塵器成為前端高效除塵設(shè)備的首選之一[1、2]。

在電力行業(yè)中，電除塵器絕緣子污閃造成的爬電現(xiàn)象普遍存在，其導(dǎo)致的絕緣失效、設(shè)備爬電、短路停運(yùn)和損壞造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失[3～6]。在火電、水泥等行業(yè)，電除塵器普遍設(shè)有保溫箱，并采用電加熱器對(duì)其絕緣子進(jìn)行加熱，或采用干燥的螺旋風(fēng)對(duì)絕緣子進(jìn)行吹掃，以保證絕緣子干燥、不結(jié)露，而達(dá)到絕緣子防污閃的目的。本文通過(guò)對(duì)絕緣子材質(zhì)、爬電間距、污穢特性的研究，提出不同材質(zhì)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(fā)生的污閃現(xiàn)象得到有效控制。

我國(guó)的工業(yè)鍋爐普遍存在生產(chǎn)負(fù)荷多變、司爐人員業(yè)務(wù)水平參差不齊、煤種質(zhì)量不穩(wěn)定等情況[7、8]，電除塵器在工業(yè)鍋爐的應(yīng)用中出現(xiàn)瓷絕緣子污閃、電場(chǎng)電壓低、除塵效率下降等現(xiàn)象，會(huì)對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行造成極大影響。本文以某纖維公司的1200萬(wàn)大卡燃煤導(dǎo)熱油鍋爐除塵改造工程為例，重點(diǎn)研究了電除塵器的絕緣子室頻繁出現(xiàn)污閃的成因，通過(guò)對(duì)煤檢報(bào)告、工業(yè)鍋爐在多變負(fù)荷下煙氣性質(zhì)變化的分析及對(duì)污穢物特征的研究，提出側(cè)部懸吊棒型瓷柱、更換煤種和調(diào)整生產(chǎn)工藝的技改方案，為同類(lèi)工程的應(yīng)用提供技術(shù)參考和經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 煙氣成分

某高性能纖維有限公司有1200大卡燃煤導(dǎo)熱油鍋爐1臺(tái)，原有的環(huán)保設(shè)備為三塔式麻石水膜除塵器，不能滿足現(xiàn)行的《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13271—2014）要求，需要改造脫硫除塵系統(tǒng)，并預(yù)留提標(biāo)改造至超低排放標(biāo)準(zhǔn)的能力。煙氣成分見(jiàn)表1。

2 靜電除塵器的性能參數(shù)

臥式兩電場(chǎng)除塵器的性能參數(shù)見(jiàn)表2。

3 電除塵器運(yùn)行過(guò)程中的故障特征

該電除塵器投運(yùn)初期運(yùn)行狀況良好，運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表3。

表1 煙氣成分

表2 電除塵器性能參數(shù)

表3 運(yùn)行參數(shù)

設(shè)備的初始運(yùn)行參數(shù)接近設(shè)計(jì)值，說(shuō)明電場(chǎng)極間距合格，絕緣狀況良好，達(dá)到了設(shè)計(jì)水平。設(shè)備投運(yùn)后，第二電場(chǎng)電壓逐漸降低，在運(yùn)行3個(gè)月后，電場(chǎng)出現(xiàn)連續(xù)爬電，不能投運(yùn)工作，初步判斷是電場(chǎng)短路。

設(shè)備停機(jī)后，打開(kāi)絕緣子室檢查，發(fā)現(xiàn)絕緣瓷套內(nèi)壁黏附有酸性的、可導(dǎo)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(fēng)吹掃裝置，檢查過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)絕緣子室有漏水跡象。這些黏液在熱風(fēng)吹掃的作用下無(wú)法烘干，電場(chǎng)出現(xiàn)連續(xù)閃絡(luò)并退出運(yùn)行，為電氣設(shè)備常見(jiàn)的污閃現(xiàn)象。

在排除熱風(fēng)吹掃故障和設(shè)備漏水的前提下，采用95%工業(yè)酒精對(duì)表面黏結(jié)物進(jìn)行清掃后，電除塵器恢復(fù)正常工作。但絕緣子室的污閃現(xiàn)象仍然頻繁，清掃間隔約為1個(gè)月，后期還出現(xiàn)二電場(chǎng)左側(cè)絕緣子瓷套被擊穿的運(yùn)行事故（圖2），導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)，極大影響了設(shè)備的可利用率。

圖1 絕緣瓷套內(nèi)附著物

圖2 被擊穿的絕緣瓷套

4 電場(chǎng)運(yùn)行電壓閃絡(luò)的故障分析

影響電除塵性能的因素很復(fù)雜，大體可以分三類(lèi)：1）燃煤性質(zhì)、飛灰性質(zhì)和煙氣性質(zhì)；2）電除塵器的結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)；3）運(yùn)行條件。

在現(xiàn)有的條件下，通過(guò)對(duì)煤檢報(bào)告、工業(yè)鍋爐的運(yùn)行狀況和絕緣子瓷套內(nèi)表面黏結(jié)物的特性進(jìn)行分析，得出絕緣子瓷套持續(xù)出現(xiàn)污閃的原因，并提出改造方案。

4.1 鍋爐用煤參數(shù)

在煤的成分中，對(duì)電除塵器性能產(chǎn)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(duì)煤進(jìn)行檢驗(yàn)是有必要的，煤檢報(bào)告見(jiàn)表4。

揮發(fā)分指標(biāo)是判明煤炭著火特性的首要指標(biāo)。揮發(fā)分含量越高，越容易著火。根據(jù)鍋爐設(shè)計(jì)要求，供煤揮發(fā)分的值變化不宜太大，否則會(huì)影響鍋爐的正常運(yùn)行[10]。

4.2 工業(yè)鍋爐運(yùn)行狀況分析

該公司主要生產(chǎn)滌綸工業(yè)長(zhǎng)絲，浸膠工業(yè)帆布和簾子布，在生產(chǎn)過(guò)程中需要對(duì)輪胎簾子布、帆布和線繩采用浸膠方式進(jìn)行浸漬，配備的燃煤導(dǎo)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(bào)告

浸膠工序中采用的浸膠液為RFL浸膠液，由RF樹(shù)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(shù)脂，然后，用丁吡膠乳、RF樹(shù)脂、軟水和氨水按一定比例配制成RFL浸膠液。

工業(yè)鍋爐為浸膠槽提供恒定溫度的導(dǎo)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(guò)程[11]。

鍋爐的運(yùn)行配合生產(chǎn)工序的變化，在不同工序交替的過(guò)程中，需要通過(guò)調(diào)整負(fù)荷以保持導(dǎo)熱油的溫度，運(yùn)行負(fù)荷多變，峰值負(fù)荷為80%，谷值負(fù)荷低于20%。調(diào)整鍋爐負(fù)荷的主要手段有：給煤量、煤層厚度、爐排轉(zhuǎn)速、風(fēng)機(jī)頻率等[12]。通過(guò)以上操作可穩(wěn)定控制導(dǎo)熱油的給油和回油溫度，保證生產(chǎn)穩(wěn)定，但連續(xù)多變負(fù)荷會(huì)造成灰渣物理熱損失過(guò)高，出爐煤渣發(fā)黑發(fā)紅。

燃煤在不完全燃燒狀態(tài)下，會(huì)形成干餾現(xiàn)象并產(chǎn)生煤焦油，影響鍋爐與除塵器的運(yùn)行[13]。

4.3 瓷柱表面黏結(jié)物性狀分析

由于絕緣子瓷套內(nèi)側(cè)的表面污穢物持續(xù)積累，污閃電壓與污穢的性質(zhì)有關(guān)系[14]，因此，判斷污穢物的特性對(duì)判斷絕緣子污閃形成的原因有重大意義。

對(duì)表面黏結(jié)物進(jìn)行紅外光譜儀檢測(cè)（GB/T 6040—2002），結(jié)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(nèi)側(cè)的污穢物為煤燃燒過(guò)程中產(chǎn)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(xù)多變負(fù)荷下不能充分燃燒，在干餾狀態(tài)產(chǎn)生煤焦油，并附著在飛灰中。含煤焦油的飛灰進(jìn)入絕緣子腔室，附著在瓷套上，無(wú)法被熱風(fēng)風(fēng)機(jī)吹掃清理，并在瓷套表面累積，當(dāng)累積到一定量時(shí)，使絕緣失效，產(chǎn)生爬電現(xiàn)象，最終導(dǎo)致電場(chǎng)短路。

5 改造措施

5.1 合理的生產(chǎn)調(diào)度配合鍋爐穩(wěn)定負(fù)荷運(yùn)行

通過(guò)對(duì)浸膠生產(chǎn)線的合理調(diào)度，多組生產(chǎn)線錯(cuò)峰操作，控制給煤量、煤層厚度為80～90mm、爐排轉(zhuǎn)速為9～14Hz等參數(shù)保證鍋爐運(yùn)行負(fù)荷保持在10%左右的峰谷差。

5.2 降低混煤的揮發(fā)分

生產(chǎn)調(diào)整后鍋爐的負(fù)荷仍存在峰谷差，因此，將混煤后的揮發(fā)分控制在≤20%，后續(xù)通過(guò)跟蹤單位煤耗值和結(jié)焦現(xiàn)象的變化再調(diào)整。

5.3 改造絕緣子懸吊和吹掃形式

考慮到以上兩種調(diào)整手段仍可能無(wú)法避免污閃現(xiàn)象的形成，可對(duì)絕緣子室進(jìn)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(cè)部懸吊。改造示意見(jiàn)圖3。

6 改造后效果

通過(guò)以上技術(shù)改造，電除塵器的污閃現(xiàn)象明顯減少，能滿足在鍋爐檢修期內(nèi)，電除塵器連續(xù)達(dá)標(biāo)運(yùn)行，絕緣子的清掃周期為3個(gè)月。運(yùn)行3個(gè)月的瓷柱（清理前、后）見(jiàn)圖4、圖5。

圖3 改造示意圖

圖4 運(yùn)行3個(gè)月清理前的瓷柱

圖5 運(yùn)行3個(gè)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(fā)分對(duì)熱值的影響，將煤的揮發(fā)分采購(gòu)要求調(diào)整為20%～25%，并跟進(jìn)運(yùn)行情況，結(jié)果能滿足設(shè)計(jì)要求。

7 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)對(duì)絕緣子箱進(jìn)行熱風(fēng)吹掃+電加熱的方式，能使棒型瓷柱保持干燥和不結(jié)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(fā)分一般高于30%，而連續(xù)多變負(fù)荷的現(xiàn)象在工業(yè)鍋爐的運(yùn)行中較為普遍，建議負(fù)荷峰谷值較大的鍋爐選用揮發(fā)分20%～25%的燃煤為宜，盡量避免燃煤在干餾狀態(tài)下形成煤焦油。

（3）電除塵器在燃煤電廠中有大量、成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，但在工業(yè)鍋爐中的應(yīng)用尚不廣泛。應(yīng)根據(jù)工業(yè)鍋爐的運(yùn)行條件、煤種特性和飛灰特性進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)，不能直接套用以往經(jīng)驗(yàn)，以免產(chǎn)生技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。