工业锅炉电除尘器绝缘子污闪成因及对策研究

胡满深，李宇翔，郭彪，潘柏盛，冯剑锋，林荣灼

（江门市同力环保科技有限公司，广东 江门 529100）

前言

2018年7月，国务院印发《打赢蓝天保卫战三年行动计划》，全国各地相继出台执行方案，要求深化工业锅炉治理，逐步推进35蒸吨及以上燃煤锅炉（含自备电站）超低排放工作。电除尘器具备处理能力大、净化效率高、阻力损失小、适用范围广、运行费用小等优点，在电力行业的应用比例高达72%～75%。因此，在非电行业超低排放中，电除尘器成为前端高效除尘设备的首选之一[1、2]。

在电力行业中，电除尘器绝缘子污闪造成的爬电现象普遍存在，其导致的绝缘失效、设备爬电、短路停运和损坏造成了较大的经济损失[3～6]。在火电、水泥等行业，电除尘器普遍设有保温箱，并采用电加热器对其绝缘子进行加热，或采用干燥的螺旋风对绝缘子进行吹扫，以保证绝缘子干燥、不结露，而达到绝缘子防污闪的目的。本文通过对绝缘子材质、爬电间距、污秽特性的研究，提出不同材质和形式的绝缘子，可使在电力输送和燃煤电厂采用静电除尘器中发生的污闪现象得到有效控制。

我国的工业锅炉普遍存在生产负荷多变、司炉人员业务水平参差不齐、煤种质量不稳定等情况[7、8]，电除尘器在工业锅炉的应用中出现瓷绝缘子污闪、电场电压低、除尘效率下降等现象，会对设备的稳定运行造成极大影响。本文以某纤维公司的1200万大卡燃煤导热油锅炉除尘改造工程为例，重点研究了电除尘器的绝缘子室频繁出现污闪的成因，通过对煤检报告、工业锅炉在多变负荷下烟气性质变化的分析及对污秽物特征的研究，提出侧部悬吊棒型瓷柱、更换煤种和调整生产工艺的技改方案，为同类工程的应用提供技术参考和经验借鉴。

1 烟气成分

某高性能纤维有限公司有1200大卡燃煤导热油锅炉1台，原有的环保设备为三塔式麻石水膜除尘器，不能满足现行的《锅炉大气污染物排放标准》（GB 13271—2014）要求，需要改造脱硫除尘系统，并预留提标改造至超低排放标准的能力。烟气成分见表1。

2 静电除尘器的性能参数

卧式两电场除尘器的性能参数见表2。

3 电除尘器运行过程中的故障特征

该电除尘器投运初期运行状况良好，运行参数见表3。

表1 烟气成分

表2 电除尘器性能参数

表3 运行参数

设备的初始运行参数接近设计值，说明电场极间距合格，绝缘状况良好，达到了设计水平。设备投运后，第二电场电压逐渐降低，在运行3个月后，电场出现连续爬电，不能投运工作，初步判断是电场短路。

设备停机后，打开绝缘子室检查，发现绝缘瓷套内壁黏附有酸性的、可导电的黏稠液体和灰尘（图1）。该除尘器的绝缘子室配备了热风吹扫装置，检查过程中未发现绝缘子室有漏水迹象。这些黏液在热风吹扫的作用下无法烘干，电场出现连续闪络并退出运行，为电气设备常见的污闪现象。

在排除热风吹扫故障和设备漏水的前提下，采用95%工业酒精对表面黏结物进行清扫后，电除尘器恢复正常工作。但绝缘子室的污闪现象仍然频繁，清扫间隔约为1个月，后期还出现二电场左侧绝缘子瓷套被击穿的运行事故（图2），导致设备停机，极大影响了设备的可利用率。

图1 绝缘瓷套内附着物

图2 被击穿的绝缘瓷套

4 电场运行电压闪络的故障分析

影响电除尘性能的因素很复杂，大体可以分三类：1）燃煤性质、飞灰性质和烟气性质；2）电除尘器的结构和技术参数；3）运行条件。

在现有的条件下，通过对煤检报告、工业锅炉的运行状况和绝缘子瓷套内表面黏结物的特性进行分析，得出绝缘子瓷套持续出现污闪的原因，并提出改造方案。

4.1 锅炉用煤参数

在煤的成分中，对电除尘器性能产生影响的主要因素有Sar、水分和飞灰。飞灰成分包括Na2O、Fe2O3、K2O、SO3、Al2O3、CaO及飞灰可燃物等[9]。因此，对煤进行检验是有必要的，煤检报告见表4。

挥发分指标是判明煤炭着火特性的首要指标。挥发分含量越高，越容易着火。根据锅炉设计要求，供煤挥发分的值变化不宜太大，否则会影响锅炉的正常运行[10]。

4.2 工业锅炉运行状况分析

该公司主要生产涤纶工业长丝，浸胶工业帆布和帘子布，在生产过程中需要对轮胎帘子布、帆布和线绳采用浸胶方式进行浸渍，配备的燃煤导热油锅炉为轮胎帘子布浸胶工序、线绳浸胶工序提供热能。

表4 煤检报告

浸胶工序中采用的浸胶液为RFL浸胶液，由RF树脂和胶乳配制而成。首先，用间苯二酚、甲醛、氢氧化钠和软水按一定比例配制RF树脂，然后，用丁吡胶乳、RF树脂、软水和氨水按一定比例配制成RFL浸胶液。

工业锅炉为浸胶槽提供恒定温度的导热油，RFL浸胶液在特定的硫化温度下能大幅提高黏接力。浸胶工序在175℃，50s完成干燥；235℃，45s下完成定型过程[11]。

锅炉的运行配合生产工序的变化，在不同工序交替的过程中，需要通过调整负荷以保持导热油的温度，运行负荷多变，峰值负荷为80%，谷值负荷低于20%。调整锅炉负荷的主要手段有：给煤量、煤层厚度、炉排转速、风机频率等[12]。通过以上操作可稳定控制导热油的给油和回油温度，保证生产稳定，但连续多变负荷会造成灰渣物理热损失过高，出炉煤渣发黑发红。

燃煤在不完全燃烧状态下，会形成干馏现象并产生煤焦油，影响锅炉与除尘器的运行[13]。

4.3 瓷柱表面黏结物性状分析

由于绝缘子瓷套内侧的表面污秽物持续积累，污闪电压与污秽的性质有关系[14]，因此，判断污秽物的特性对判断绝缘子污闪形成的原因有重大意义。

对表面黏结物进行红外光谱仪检测（GB/T 6040—2002），结果表明，样品的主要成分与硫酸氢钠有较好的匹配。初步判断绝缘子瓷套内侧的污秽物为煤燃烧过程中产生的飞灰。

4.4 故障原因分析

综合以上三种状况分析，初步判断故障的成因如下：燃煤在锅炉连续多变负荷下不能充分燃烧，在干馏状态产生煤焦油，并附着在飞灰中。含煤焦油的飞灰进入绝缘子腔室，附着在瓷套上，无法被热风风机吹扫清理，并在瓷套表面累积，当累积到一定量时，使绝缘失效，产生爬电现象，最终导致电场短路。

5 改造措施

5.1 合理的生产调度配合锅炉稳定负荷运行

通过对浸胶生产线的合理调度，多组生产线错峰操作，控制给煤量、煤层厚度为80～90mm、炉排转速为9～14Hz等参数保证锅炉运行负荷保持在10%左右的峰谷差。

5.2 降低混煤的挥发分

生产调整后锅炉的负荷仍存在峰谷差，因此，将混煤后的挥发分控制在≤20%，后续通过跟踪单位煤耗值和结焦现象的变化再调整。

5.3 改造绝缘子悬吊和吹扫形式

考虑到以上两种调整手段仍可能无法避免污闪现象的形成，可对绝缘子室进行以下改造：1）将绝缘瓷套改为棒型瓷柱；2）增加电加热丝伴热方式；3）将绝缘子的悬吊方式由顶部悬吊改为侧部悬吊。改造示意见图3。

6 改造后效果

通过以上技术改造，电除尘器的污闪现象明显减少，能满足在锅炉检修期内，电除尘器连续达标运行，绝缘子的清扫周期为3个月。运行3个月的瓷柱（清理前、后）见图4、图5。

图3 改造示意图

图4 运行3个月清理前的瓷柱

图5 运行3个月清理后的瓷柱

改造后锅炉的煤耗有较为明显的增加，考虑到煤的挥发分对热值的影响，将煤的挥发分采购要求调整为20%～25%，并跟进运行情况，结果能满足设计要求。

7 结语

（1）通过对绝缘子箱进行热风吹扫+电加热的方式，能使棒型瓷柱保持干燥和不结露，是解决绝缘子污闪的重要手段之一。

（2）链条炉常用混煤的挥发分一般高于30%，而连续多变负荷的现象在工业锅炉的运行中较为普遍，建议负荷峰谷值较大的锅炉选用挥发分20%～25%的燃煤为宜，尽量避免燃煤在干馏状态下形成煤焦油。

（3）电除尘器在燃煤电厂中有大量、成熟的运行经验，但在工业锅炉中的应用尚不广泛。应根据工业锅炉的运行条件、煤种特性和飞灰特性进行针对性的设计，不能直接套用以往经验，以免产生技术风险。