湿式静电除尘器用高压绝缘系统及其技术性经济性分析

陆启亮， 陈 伟， 赵 亮， 刘平元， 漆其鸣， 蒋 喜

(上海发电设备成套设计研究院， 上海 200240)



湿式静电除尘器用高压绝缘系统及其技术性经济性分析

陆启亮， 陈 伟， 赵 亮， 刘平元， 漆其鸣， 蒋 喜

(上海发电设备成套设计研究院， 上海 200240)

探讨了湿式静电除尘器高压绝缘性能的主要影响因素，阐述了3种绝缘系统的结构和特点，并对其技术性和经济性进行了分析对比。结果表明：热风吹扫系统运行可靠性最高，应用数量最多；防露型瓷套和拉棒系统初投资费用和运行费用均较低，但其长期运行可靠性还有待实践检验。研究结果对湿式静电除尘器用高压绝缘系统的选择有一定的借鉴意义。

湿式静电除尘器； 高压绝缘系统； 影响因素； 技术分析； 经济分析

随着国家新环保政策的出台，GB 13223—2011 《火电厂大气污染物排放标准》全面实行，新排放标准对烟尘、SO2、NOx排放控制要求都有大幅提高，因此现有火电厂迫切需要采用更为先进的环保设施。湿式静电除尘器作为一种新型深度净化烟气设施，能够有效地减少吸收塔后烟尘排放量，并对石膏雨、PM2.5、SO3等均有良好的脱除效果[1]。

湿式静电除尘器的工作原理与干式电除尘器类似，都是利用高压放电、高压集尘来达到除尘目的，放电阴极工作在负高电压状态下，吊杆和阴极系统的支撑必须依靠瓷或石英等绝缘件，由于粉尘黏结或低温造成的凝露，容易引起绝缘表面高压爬电，不仅会造成绝缘件的频繁损坏，而且电除尘器经常运行于低电压状态下，也会造成除尘效率显著降低。因此一套可靠的绝缘系统是保证湿式静电除尘器持续高效运行的必要条件。笔者收集了大量理论研究和实际运行资料，探讨了湿式静电除尘器高压绝缘性能的主要影响因素及3种不同绝缘系统的结构和特点，并结合工程实例对3种绝缘系统的技术、经济性进行分析。

1 高压绝缘性能的主要影响因素

1.1 爬电距离

电除尘器用瓷绝缘子的爬电比距根据烟尘的粉比电阻确定，一般粉比电阻在106～1011Ω·cm，取值为7～10 mm/kV，其最小爬电距离应大于爬电比距与额定电压的乘积。如果设计的爬电距离较短，或因为绝缘子表面凝露、粉尘黏结等导致爬电距离缩短，容易造成高压爬电，不仅会降低除尘效率，绝缘子还有炸裂的风险[2]。

1.2 绝缘子老化

绝缘子出现局部放电，通常是绝缘子老化的最主要原因。绝缘子陶瓷材料内部存在一定的气孔，在高压电场下，内部气孔会出现局部放电，由于局部放电会使陶瓷起晕表面瞬间升温，气孔内部与附近气体即会形成温度差异，气孔内部热膨胀力的影响，会使绝缘子产生微裂纹，从而降低绝缘性能[3]。

2 湿式静电除尘器绝缘系统的分类

2.1 电加热系统

此种结构的绝缘系统见图1。电加热系统在静电除尘器中应用最为广泛，湿式静电除尘器中也有应用。通过在绝缘件周围均匀布置一定数量的电加热管进行加热，为保证加热系统的可靠性，每个绝缘箱宜选用2～3根电加热管，当某一根电加热管失效时，不会导致高压部分放电或停机。同时绝缘箱桶壁设计成中空，内填珍珠岩保温棉来减少绝缘箱的散热，保证绝缘箱内的温度始终处于合理范围内。

1—瓷套；2—螺帽；3—绝缘子盖板；4—阴极吊杆；5—热电阻；6—电加热管；7—绝缘箱及保温。

2.2 热风吹扫+电加热系统

此种结构的绝缘系统见图2。热风吹扫+电加热系统是在电加热绝缘箱基础上增加热风吹扫接口，并在绝缘子盖板上增加孔洞，以便热风吹扫瓷件内表面。此系统多应用于烟气条件较为恶劣的炼化行业。该系统的流程是将过滤后的空气在风机作用下吹入加热炉进行加热，加热后的干净热风被送至各绝缘箱进行吹扫，将烟气与绝缘件隔离，防止烟气中粉尘及空气中粉尘黏结在绝缘件表面；同时配合绝缘箱自身的电加热系统，保证绝缘件良好的绝缘性能(见图3)。部分电厂也有单独使用热风吹扫而不增加电加热管的绝缘箱，在一定情况下也能保证绝缘件的绝缘性能[4]。

1—瓷套；2—螺帽；3—绝缘子盖板；4—阴极吊杆；5—热电阻；6—电加热管；7—绝缘箱及保温层；8—热风吹扫接管；9—盖板热风吹扫孔。

图2 热风吹扫型绝缘箱示意图

1—风机；2—管道；3—加热炉；4—阀门；5—绝缘箱。

2.3 防露型瓷套和拉棒绝缘系统

防露型瓷套和拉棒绝缘系统是最近几年才得到应用的一种新型绝缘系统，其结构见图4和图5。防露型绝缘瓷套材质为高铝95瓷，由上部的圆锥段和下部的圆柱段组成，发热体直接安装在防露型绝缘瓷套下部的沟槽内。防露型绝缘拉棒由外部的高铝95瓷防露型拉棒和内部的发热体组成，发热体直接安装在防露型陶瓷拉棒内部的沟槽内。发热体所发出的热量绝大部分被瓷套和拉棒直接吸收，并迅速传递到绝缘瓷套和拉棒的内、外表面，使其表面保持一定的温度[2]。

1—发热体；2—防露型绝缘瓷套；3—接线柱。

1—防露型绝缘拉棒；2—发热体。

3 技术性和经济性分析

3.1 技术性分析

3.1.1 电加热系统

优点：结构简单，安装和改造容易，可提高绝缘子表面温度，解决积灰爬电问题，应用时间久，技术较为成熟。

缺点：能耗高，效率低，电加热管安装位置不佳或拉弧时容易炸裂，冬天或极端寒冷天气条件下运行保温效果要求高。

3.1.2 热风吹扫+电加热系统

优点：受热较为均匀，可解决绝缘子内表面积灰爬电问题，应用时间久，技术较为成熟。

缺点：结构复杂，安装困难，占地面积大，能耗高。

3.1.3 防露型瓷套和拉棒绝缘系统

优点：结构简单，安装方便，高铝瓷强度高，不易炸裂，受热均匀，能耗低。

缺点：单根加热丝可靠性不足，一旦加热失效必须停机解决，应用时间较短，还需考察。

由此可见，各种技术流派的绝缘系统优点和缺点都较为明显，短期内无法利用一种技术完全取代其他技术，且目前电厂实际使用数量最多的仍为热风吹扫+电加热系统。

3.2 经济性分析

以一台260 t/h机组配套2个区湿式静电除尘器为例，对其分别采用上述三种绝缘系统时的经济性进行分析。其中电费按0.4元/(kW·h)、运行时间按8 000 h/年、热风吹扫装置(绝缘子和电加热管除外)单价按4万元计，功率50 kW，数量为1套； 普通工业电瓷瓷套单价按850元、数量为16个，配套电加热器单价按150元计，功率1.5 kW/个，数量为48个；防露型拉棒绝缘子单价按5 500元计，配套电加热器功率0.25 kW/个，数量为14个；防露型支撑瓷套绝缘子单价按8 500元计，配套电加热器功率1.2 kW/个，数量为2个。三种高压绝缘系统的经济性对比见表1。

表1 各类高压绝缘系统经济性比较

由表1对比可见：由于热风吹扫系统最为复杂，比其他两个绝缘系统增加了风机、电加热炉、管道和阀门等，因此无论初投资还是运行费用都最高；防露型瓷套和拉棒的电加热功率较小，因此运行费用远低于其他两类绝缘系统。

4 结语

笔者探讨了湿式静电除尘器高压绝缘性能的主要影响因素，阐述了三种湿式静电除尘器用高压绝缘系统的结构特点，并在此基础上对其技术性和经济性进行分析。技术上三者各有优、缺点，运行可靠性热风吹扫系统最高，应用数量最多；经济上防露型瓷套和拉棒系统初投资费用较低，运行费用远低于其他两类绝缘系统，但其长期运行可靠性还有待实践检验。

[1] 金定强, 舒喜, 申智勇, 等. 湿式静电除尘器在火电厂大型机组中的应用[J]. 环境工程, 2015, 33(3): 65-68, 72.

[2] 龙涛, 周宝山, 徐达. 低低温和湿式电除尘器的绝缘优化设计及应用[C]//第十六届中国电除尘学术会议论文集. 武汉: 中国环境保护产业协会电除尘委员会, 2015: 292-298.

[3] 解广文, 田壮锋. 影响高强度电除尘器瓷绝缘子强度因素的分析探索[J]. 电瓷避雷器, 2013(3): 33-35.

[4] 张娟, 黎七中, 李彦涛. 利用热风吹扫建立高效电除尘绝缘系统[J]. 工业安全与环保, 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

陆启亮(1988—)，男，助理工程师，主要从事电站锅炉流动传热计算及电站环保改造方面的工作。

E-mail: luqiliang@speri.com.cn

TM854

A

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