解析電除塵煙溫與粉塵特性的最佳結(jié)合點

郭 剛

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

解析電除塵煙溫與粉塵特性的最佳結(jié)合點

郭 剛

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

分析了電除塵煙溫對粉塵特性的影響，以及煙溫對電除塵器效率的影響，從中找出煙溫調(diào)節(jié)與粉塵特性的最佳結(jié)合點。利用煙溫調(diào)節(jié)的理念，應(yīng)用余熱利用節(jié)能電除塵技術(shù)對電除塵器進行提效改造，通過實例證明，這既可擴大電除塵器適應(yīng)性和提高電除塵效率、滿足低排放要求，又可節(jié)省電煤消耗和降低電耗，具有環(huán)保與經(jīng)濟的雙重效益。

電除塵器;煙溫調(diào)節(jié);粉塵比電阻;除塵效率

1 引言

電除塵器最大的優(yōu)點是除塵效率高、設(shè)備阻力低、適用范圍廣、運行費用低、維護工作量極少、無二次污染，所以是各種工業(yè)窯爐排煙除塵的首選設(shè)備，特別受到燃煤電廠的青睞。近年來，對于國內(nèi)燃煤電廠來說，由于煤種多變、行業(yè)的無序競爭以及排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷趨嚴(yán)，導(dǎo)致部分設(shè)備投運后煙塵排放不能達(dá)標(biāo)的現(xiàn)狀，使得人們對電除塵器能否滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求產(chǎn)生了懷疑。

眾所周知，電除塵器的除塵效率受到眾多因素的影響，由于從煤灰特性、運行條件、技術(shù)狀況等方面進行剖析的文章眾多，本文單從煙氣溫度對電除塵性能的影響進行解析，力求尋找煙溫與粉塵特性的最佳結(jié)合點，利用煙氣調(diào)溫技術(shù)使得電除塵能夠達(dá)標(biāo)排放，豐富電除塵器的提效手段，開闊電除塵技術(shù)的發(fā)展思路，消除人們對電除塵技術(shù)的疑慮。

2 煙溫與粉塵比電阻的關(guān)系

粉塵比電阻是衡量粉塵導(dǎo)電性能的一個指標(biāo)。粉塵比電阻在數(shù)值上等于單位面積的粉塵在單位厚度時的電阻值。粉塵比電阻也是影響電除塵效率的最關(guān)鍵因素，高比電阻粉塵所帶來的反電暈問題正是影響除塵效率的“瓶頸”。然而研究表明，粉塵比電阻是兩種獨立的導(dǎo)電機理的綜合：一種是通過粉塵內(nèi)部的體積導(dǎo)電，其與粉塵的化學(xué)成分有關(guān)，體積比電阻與工作溫度成反比；另一種是沿著粒子表面進行的表面導(dǎo)電，其與粉塵及煙氣成分都有關(guān)，表面比電阻與工作溫度成正比。

何種導(dǎo)電機理占主導(dǎo)地位，主要取決于煙氣溫度。因此，可將粉塵比電阻看作由兩個并聯(lián)電阻組成：一個相當(dāng)于體積比電阻，另一個相當(dāng)于表面比電阻。兩者均受溫度的影響。在低溫（約150℃以下）區(qū)，氣體中存在的水分或其它化學(xué)調(diào)節(jié)劑被塵粒表面吸附，因而導(dǎo)電主要是沿塵粒表面所吸附的水分和化學(xué)膜進行的，在導(dǎo)電沿塵粒表面進行的溫度范圍內(nèi)，粉塵比電阻稱為表面比電阻，而且其表面比電阻隨著溫度的升高而增加。相反，高溫（約200℃以上）時體積比電阻甚低，導(dǎo)電主要通過粉塵本體內(nèi)部的電子或離子進行，其不受表面比電阻的影響。溫度介于兩者之間，則表面比電阻和體積比電阻都起作用。圖1為粉塵比電阻與溫度的典型關(guān)系曲線，是上述兩個分量的綜合。根據(jù)這條曲線，可以確定最適合電除塵器工作的溫度。

圖1 溫度與比電阻關(guān)系曲線

由于適用于靜電除塵器的粉塵比電阻值為104～1011Ω·cm。比電阻值小于104Ω·cm的粉塵其導(dǎo)電性能好，在除塵器電場內(nèi)被收集時，到達(dá)收塵極板表面后會快速釋放其電荷，變?yōu)榕c收塵極同性，然后又相互排斥，重新返回氣流，可能在往返跳躍中被氣流帶出。相反，比電阻大于1011Ω·cm的粉塵，在到達(dá)收塵極以后不易釋放其電荷，使粉塵層與極板之間可能形成電場，產(chǎn)生反電暈放電，導(dǎo)致電能消耗增加，除塵性能惡化，甚至無法工作。從上圖溫度與比電阻關(guān)系曲線可以看出，煙氣溫度小于150℃以下時，粉塵主要受表面比電阻的影響，而且隨著溫度的降低，比電阻值大幅下降，在約100℃以下時，比電阻是小于1011Ω·cm的，說明在此溫度下，粉塵比電阻應(yīng)該是降到了電除塵器的最佳除塵范圍。另外，煙氣溫度約大于230℃以上時，粉塵主要受體積比電阻的影響，而且隨著溫度的升高，比電阻值下降，且小于1011Ω·cm，說明溫度高于230℃，也是有利于提高除塵效率的。但是，由于燃煤鍋爐的工藝特點及鍋爐效率等問題，利用高溫段除塵的工藝是不科學(xué)、不節(jié)能、不現(xiàn)實的。通過以上分析，在其他前提條件不變的情況下，為了電除塵器有最佳的除塵效率，應(yīng)該尋求電除塵入口煙溫與粉塵特性的最佳結(jié)合點。

3 煙溫與除塵效率的關(guān)系

煙氣溫度除了影響比電阻，還會因為影響電場V－I的特性而影響電除塵器的運行效果，當(dāng)氣體的溫度上升時，氣體分子密度下降，負(fù)離子向電極驅(qū)進的速度就會因與中性分子碰撞機會的減少而增加，使放電極的負(fù)離子密度降低，而負(fù)離子對放電極附近電場的作用削弱，就會使得擊穿電壓下降，從而降低了除塵效率。所以，較低的煙溫有利于提高擊穿電壓值，對除塵有利。

再有，根據(jù)經(jīng)驗公式：

式中：v —電場風(fēng)速；

s —異極距；

l —電場長度。

所以，較低的煙溫有利于降低除塵器處理煙氣量，從而降低電場風(fēng)速，對除塵有利。

例如，廣東某電廠的600MW機組，鍋爐純燒神華煤，機組剛投運時因鍋爐結(jié)焦等影響，使排煙溫度升高至160℃以上，電除塵效率急劇下降，煙囪冒濃煙，估計煙塵排放濃度超過100mg/m3。但是，僅通過改造水冷壁，增加受熱面積，增設(shè)吹灰器，又摻燒部分其它煤等措施，使排煙溫度下降到130℃左右，就使得電除塵效率大幅提高，煙塵排放濃度下降到約30mg/m3。本案例說明，通過調(diào)節(jié)電除塵的入口煙溫，可大幅提高電除塵效率，并降低煙塵出口排放濃度。

因此，煙溫在150℃以內(nèi)，煙溫越低則除塵效率應(yīng)該越高。但同時要注意煙溫的下限。

據(jù)對日本的低低溫電除塵工藝的考察，日本國內(nèi)的大機組幾乎無一例外的全部采用低低溫電除塵工藝（見圖2）。該工藝技術(shù)的核心是在電除塵器前置煙道上布置一套水媒降溫?fù)Q熱器（MGGH），由于MGGH進行熱交換，使得電除塵器的運行溫度變成90℃～100℃，低于通常的130℃～150℃，除塵器均采用四個電場結(jié)構(gòu)，出口排放濃度均小于30mg/m3，除塵效率大于99.85%。

圖2 日本燃煤電廠低低溫?zé)煔馓幚砉に囀疽?/p>

受日本低低溫電除塵工藝的啟發(fā)，我國目前燃煤電廠發(fā)電機組中的鍋爐排煙溫度很大一部分維持在130℃～150℃，存在大量的排煙余熱可以利用，若采用余熱利用節(jié)能電除塵器，不僅可以降低排煙溫度，回收煙氣余熱，提高鍋爐效率，還可以增加機組出力，提高電廠系統(tǒng)的效率。

余熱利用節(jié)能電除塵器主要采用汽機冷凝水與熱煙氣通過換熱器進行熱交換，使得汽機冷凝水得到額外的熱量，減小汽機冷凝水低加回路系統(tǒng)中低壓加熱器（簡稱“低加”）的抽汽量，并使得進入電除塵器的運行溫度由通常的低溫狀態(tài)（130℃～170℃）下降到低低溫狀態(tài)（90℃～100℃)，實現(xiàn)余熱利用和提高除塵效率的雙重目的。

余熱利用節(jié)能電除塵器目前已在國內(nèi)某電廠2臺135MW機組配套440t/h超高壓中間再熱循環(huán)流化床鍋爐排煙上進行了工業(yè)應(yīng)用，投用該設(shè)備后，煙溫從138℃下降到108℃（降幅達(dá)到30℃），冷凝水溫從40℃升高到76℃（升幅達(dá)到36℃）；各電場電壓平均上升8.8kV，平均上升率為16.2%，其中第4電場電壓平均上升12.5kV，上升率高達(dá)26.6%；電除塵器出口排放由降溫前的100mg/m3下降到30mg/m3以下。電廠運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果表明，每發(fā)1度電平均可節(jié)省電煤消耗約2.6g，同時由于煙溫降低煙氣體積流量減少，引風(fēng)機每小時還可節(jié)省25度的電耗。

上述理論分析及應(yīng)用實例說明，煙溫對電除塵器的除塵效率影響至深。日本電除塵器的運行溫度在90℃～100℃之間，電除塵器的除塵效率較高，采用四個電場，比集塵面積在80m2/m3·s左右時，即可保證99.85%以上的高效率及30mg/m3以下的低排放濃度。國內(nèi)的電除塵應(yīng)用實例說明，煙溫從138℃下降到108℃時，粉塵的排放濃度即下降至30mg/m3以下，當(dāng)然這與燃用煤種及灰分的特點也密切相關(guān)，但可證明應(yīng)用煙氣調(diào)溫對于改善粉塵特性、提高電除塵器的除塵效率是極為有效的手段。目前已有的應(yīng)用業(yè)績證明煙溫的最低可以降至90℃，但是對于國內(nèi)大部分煤種來說，煙溫降至90℃時，已經(jīng)接近或者低于煙氣酸露點，因而要考慮低溫腐蝕問題，同時煙氣結(jié)露還會導(dǎo)致粉塵極易黏附在極線和極板上，使除塵器的清灰較為困難，對除塵效率起到負(fù)面影響。所以，煙氣調(diào)溫需要結(jié)合煤種的酸露點來綜合考慮。

4 結(jié)語

通過以上分析，尋求電除塵入口煙溫與粉塵特性的最佳結(jié)合點，應(yīng)用電除塵煙溫調(diào)節(jié)技術(shù)降低煙氣溫度后，可以有效降低粉塵比電阻值，并可有效降低除塵器的處理煙氣量，降低電場風(fēng)速，增大電除塵器的收塵容量，即可大大提高電除塵效率。

對于燃煤電廠電除塵煙溫的調(diào)節(jié)，首先應(yīng)考慮煙氣溫度必須避開粉塵比電阻的峰值溫度（煤種不同，峰值溫度不同）。其次再結(jié)合各種煤種不同的酸露點溫度，來選取溫度的下限值，以防止除塵器及下游設(shè)備的低溫腐蝕和振打清灰等問題。

由于新的火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的出臺，國內(nèi)眾多的發(fā)電機組面臨除塵器提效改造的問題，電除塵煙溫調(diào)節(jié)技術(shù)為電除塵器的改造開拓了新的思路，同時不僅擁有良好的環(huán)保效益，而且兼?zhèn)淞藰O佳的經(jīng)濟效益，同時可以保持電除塵器固有的優(yōu)勢，因此電除塵煙溫調(diào)節(jié)技術(shù)擁有廣闊的市場前景。

黎在時.電除塵器的選型安裝與運行管理[M].北京：中國電力出版社，2005：95.

Analyzes Best Combinative Point for Flue Gas Temperature of Electric Dust Removal and Powder Dust Characteristic

GUO Gang
(Fujian Longking Co., Ltd, Longyan Fujian 364000, China)

The paper analyzes the impact of flue gas temperature of electric dust removal on powder dust characteristic and the impact of flue gas temperature on efficiency of electric dust precipitator, and finds out the best combinative point for flue gas temperature regulation and powder dust characteristic. By considering the ideas of flue gas temperature regulation,the remainder heat is applied to use energy saving electric dust removal technology and raise efficiency reform of electric dust precipitator, so as to enlarge the adaptability for electric dust precipitator, increase the efficiency of electric dust removal and meet the demand of low emission. It can save consumption of power and coal, reduce electricity consumption and bear the double benefits of environmental protection and economy.

electric dust precipitator; flue gas temperature regulation; powder ratio resistance; dust removal efficiency

X701

A

1006-5377（2012）05-0059-03