电除尘 瓷套破裂原因分析

1、静电除 尘器以其一次性投资低,运行维护方便,收尘效 率高而被广泛使用,烟尘治理卓有成效。随着我 国电收尘技术的不断发展,在冶金、化工、水泥等 行业出现了一些宽间距、高电压的除尘器,而且处理的烟气温度较高,烟尘粘度大。瓷绝缘 子是建立和维持电除尘器高压电场的关键部件,其工作环境较为恶劣,这一方 面为绝缘子提出了较高的要求,同时,另一方 面对如何正确使用和维护瓷绝缘子,也是值 得我们认真思考的一个问题。

2、电除尘 器用瓷绝缘子的故障分析,根据瓷 绝缘子的特性分析,瓷绝缘 子在电除尘器运行中的常见故障和预防措施如下:

2.1瓷绝缘子的特性   

2.1.1瓷绝缘 子产品在常温下具有良好的电气性能和机械性能,其电阻率一般为1×10111×1012Ω                    

2.1.2硬度高、性脆,HRA≥80,没有曲服性。   

2.1.3 导热率差(热传导性差)   

2.1.4 随着温度升高,体积电阻率下降(随配方 不同而下降速度不同),这是因为碱金属离子,表面自 由电子温升活跃。95瓷较好,因95瓷使用熔剂较少,如常温~300℃时,由9×1011Ω降为2×107Ω ,降低了4.5万倍,而65瓷则由2×1011Ω降为1×106Ω,降低了20万倍。降低后,二者还是相差200倍。也就是 说随着环境温度的升高,瓷绝缘 子的绝缘电阻下降。当温度 达到一定的数值时,呈陡坡下降趋势。   

2.1.5 与其它绝缘子相比,机械强度高(如转轴扭距≥200N﹒m,瓷套承重(斜率≤8°)≥1000KN,支柱绝缘子≥50KN,95瓷的强度更高)。

2.1.6能在较 高的温度下工作(包括50瓷,最高使用温度应≤300℃,95瓷≤500℃)。   

2.1.7 热膨胀系数,95瓷为5.5×10-67.5 ×10-650瓷及普瓷5×10-66×10-6,随着温度增高,膨胀系数加大。

2.2 产品设 计时应考虑的因素依据电除尘器用绝缘子的使用环境不同,除按普 通高压高强度电瓷的设计原则设计配方外,必须根 据其使用特点着重从以下几个方面考虑:   

2.2.1 因使用环境温度较高,防止热击穿,在配方 中应将碱性金属氧化物降到尽可能低的比例;   

2.2.2 若机械负荷特别高,冲击力特别大,或是冶金、化工行业温度高于300℃ ,应采用95氧化铝刚玉瓷,如大扭距瓷转轴,拉棒及振打棒,或长期使用温度300℃ 以上的瓷套(承压绝缘子)等。  

2.2.3对于承 载较大的绝缘子,其锥角最好不要超过6°,因为角度愈大,承压值越低,如Φ460的直形绝缘子可承受200吨压力,而锥度角8°时,其承受压力只有118吨;  

2.2.4产品选 型时按照额定电压等级,使用温度的要求,参照标准JB/T6746.1选型设计,留有余地,以免环 境变化引起电压波动。本系列 产品因受空间影响,设计余量一般较小,这里点 应引起特别注意。

3、瓷绝缘 子在使用过程中常见的故障   运行中 常见的故障有以下几种。

3.1承压瓷绝缘子炸裂,有上下直裂,不规则 型炸裂或许多小块,但一般都不垮蹋,仍支承着框架;

3.2绝缘子表面(特别是内表面)击穿或被电孤烧伤,绝缘性能下降,电压上不去:

3.3既没有炸裂、也没有电弧烧伤、击穿,电压上不去。

4、产生故障的原因分析,首先应 清楚地认识到绝缘子的炸裂不是因为绝缘子的机械强度不够造成的。以承压 绝缘子瓷套为例,它承压为100吨(标准为50吨)以上,而它支 撑的阴极框架分配的该绝缘子的重量只有10吨多,况且炸 裂后还支撑着框架,说明炸 裂不是机械负荷所致。通过对 电除尘器用瓷绝缘子的长期研究和试验,并且多 次与相关的设计单位、制造厂 家以及使用单位进行广泛的交流,其故障95%以上都属于热炸裂。就其热 炸裂的几种原因分别说明一下:   

4.1.1 瓷绝缘子表面(特别是内表面)污染。在点火初期,燃油因 温度低而燃烧不完全,尤其在正压下凝聚在瓷套的表面,使一些导电粉尘(特别是炭黑,我们对 被炭黑污染的瓷表面测量其电阻仅为0.4MΩ,而未被 污染的部分则为10000 MΩ以上)牢固的 粘附在瓷套的表面,降低了 绝缘子的绝缘性能,产生以下现象:   

4.1.1.1 瓷绝缘 子表面开始导电,产生电流做功:以上述瓷套为例,若其二次电压为60000V,根据P=U2/R,可以得出P=9000W,也就是说,该瓷套就相当于一个9000W的电炉在工作、在发热,这是比较严重的现象。所产生 的热量直接导致绝缘子温度的升高,而瓷体 温度的升高又会使其绝缘电阻下降,泄漏电流加大,产生更大的功率,进而产生更高的温度,形成恶性循环。最终导 致绝缘子迅速老化,甚至膨胀炸裂。例如:2005年11月,广东旺隆电厂,两台电 除尘器分别使用了两个生产厂家的产品,每台使用48只,均不同 程度地出现了炸裂故障,我公司的产品炸裂22只,另外一个厂家的炸裂36只。通过对 瓷套的仔细察看,其内表面污染严重,炭黑,油污牢 固地粘贴在其内表面。另如:2000年7月,安徽维 尼纶总厂自备电厂,电除尘运行不到一天,共36只承压 绝缘子全部炸裂。通过现场察看,所有瓷 绝缘子外表面几乎看不到原来的白色,均变成了黄褐色,通过对 其表面绝缘电阻的测量,其阻值几乎为0。   

4.1.1.2 瓷套表 面绝缘电阻的下降,也会产生频繁闪烁,甚至形成电弧放电,电弧的 温度高达数千度,高温使 瓷套放电部位的温度急剧升高,瓷体膨胀,其它部 位因绝缘子导热性能差而产生瓷体膨胀差,从而造成绝缘子炸裂。   

4.1.2 绝缘子 受热不均匀产生的炸裂。电弧是 导致绝缘子受热不均匀的一种情况,也有其 它原因产生的温度不均匀而炸裂。如加热 器离绝缘子太近,使接近 加热器的瓷体部位温度较高,其它部 位的温度则较低,从而引起绝缘子炸裂。   

4.1.3急剧升 温和使绝缘子表里温差太大,产生内 外膨胀尺寸不一而出现炸裂。

4.2 绝缘子表面击穿、电弧烧伤,绝缘性能下降,电压上不去。   绝缘子表面击穿、电弧烧 伤都是因为瓷体表面被污染的缘故。出现了上述情况,绝缘子 的电气性能必定下降,则导致电压上不去。

4.3瓷体温度过高,引起绝 缘电阻下降也是电压上不去的原因之一。另外,瓷体表 面结露也是产生故障的重要因素:例如,渭河发 电厂停机检修时,正逢连阴雨天气,潮湿的 空气从风道进入除尘器后在瓷套的上金属盖上结露锈蚀,铁锈水流到瓷套上,最终导致瓷套炸;滦河发 电厂炉管破裂后水蒸气灰尘进入保温室,瓷套内 表面积灰厚度达10mm,引起瓷套炸裂。   

4.4除尘器在正常运转时,其保温 室的温度已超过100℃,一般不 会产生结露现象。

5、预防故障的措施,通过对 绝缘子的故障分析,我们发现,最终导 致绝缘子绝缘性能下降和批量炸裂的主要原因有两条:一是绝缘子表面污染(特别是内表面污染);二是温度超高,引起绝缘电阻下降。只要针对这两点,采取相应的措施,绝缘子 故障率就会大幅下降,杜绝产生批量炸裂,减少经济损失。

5.1 解决表面污染问题 有人认为,绝缘子 是安装在电除尘器上的,就是个污染的环境,产生污染是很正常的,只要你 的绝缘子不损坏就行了,我们认为,这种认识是一种误解。   

5.1.1电除尘器一定要保持负压运行。负压运 行的好处一方面不会导致绝缘子污染,另一方 面即使电除尘器密封不严,也不会造成粉尘外泄,导致粉尘进入保温室。一些厂 家在锅炉点火试车阶段,频繁喷油、喷煤粉,然而,为了保 护除尘器后面的引风机却不开启引风机,致使除尘器正压运行。在这个阶段,最容易 造成绝缘子污染,因为炉堂温度低,喷油不能完全燃烧,油气因 正压进入承压绝缘子内,在其表面形成油污,纯油绝缘性较好,关键在 于未充分燃烧的碳黑(林格曼黑)也进入 承压绝缘了的内部,两者混合,牢固的 粘附在瓷套内表面,碳黑是导电物质,破坏了 绝缘了的绝缘性能,使其导电做功,或形成 电孤烧伤击穿绝缘了表面使温度聚升,继而炸裂。如果除 尘器保证负压运行,则污染问题解决了,其它问 题也不会产生了。绝缘子上端留清扫孔,这也是 某些公司成功的经验。在绝缘 子上端盖上留有两个清扫孔,利用除尘器负压运行,吸进清洁空气,形成气流,对内壁进行清扫,或检查内壁已经污染,利用该 孔进行人工清扫,某公司 引进美国的电除尘器。上面留 有三个倾斜的孔,用管道 连接风机形成旋转风进行强制吹扫瓷套内壁,效果非常显著,从未出 现内壁污染而产生的故障,有些厂家,把瓷套 上端封闭的很严,不妨借 鉴这些成功的设计思想。当然,留清扫 孔的除尘器必须是负压运行,反之,对保温 室的污染将会更加严重。 5.2.1要适宜 保持保温室的温度。要注意 到瓷件表面结露和温度过高现象同等重要,表面结 露会破坏绝缘性能,温度高 也会使瓷体绝缘性能大幅度下降,形成恶性循环,所以保温室温度达到100℃时,应关闭加热器,不会产生结露现象,不是温度越高越好,以不结露为宜。   

5.2.2加热器 应远离绝缘子一米以上,有的加 热器直接套在瓷件底部形成环形包围,距瓷件距离不超过10CM,由于距离太近,热传导、热辅射 使得瓷件上下温差过大,热膨胀 产生的应力可能使瓷件炸裂。也影响 了瓷件绝缘距离。加之测 温点又远离瓷件,实测温 度可能比瓷件温度低得多,造成瓷 件因温度过高而绝缘性能下降,出现故障。  

5.2.3 避免温度骤变。标准规 定的急变温度为70℃,一般除 尘器的温度变化没这么大(出现电 孤现象可能超过这个界限),就不多谈了。

5.3 应加强 对静电除尘器的安全运行管理和维护保养工作,制定出 安全可行的运行操作规程。

5.4 应做好 对操作人员的相关培训工作。

5.5对于温度较高的烟气,在其进 入电除尘器之前,是否可 以考虑将其热量进行热交换,经过交 换后得到的热风可以重新利用,例如助燃。这一方 面可以降低进入电除尘烟气的温度,另一方 面也可以节约能源。我公司 烧成窑炉就是采用了这种办法:烧成时 产生的高温气体不直接排入大气,而是利 用热交换器将其热量进行交换,得到的 热风被用做窑炉燃烧时必需的助燃风。由于该 风具有一定温度,因此,对提高烧成效率,提高产 品烧成质量起到了积极的作用,同时节约燃气达8%-10%。(这一点供参考)。

6、介绍一 点鉴别瓷件质量的方法

6.1摸拟瓷 件使用时的施加电压方式,对瓷件 进行工频火花试验,以瓷件 表面出现内眼能看见的火花为准,施压5min,无击穿,不发热为合格,否则为不合格产品。取一碎瓷块,在无釉处涂上墨水,待墨水 干后用洗净剂清洗,能洗干净者为合格,若洗不 干净者为生烧或过烧产品,有吸水现象。

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