排煙溫度與靜電除塵器除塵效率的關系

摘要：隨著國民對可持續發展要求的提高，國家對環境保護越來越重視，目前《火電廠大氣污染物排放標準》GB13223-2003版已經由國家環境保護總局發布，第3時段煙塵允許排放濃度由原標準的200mg/Nm3降為50 mg/Nm3。 隨著國家對環境保護的進一步重視，節能減排要求的提出，對電除塵器的要求越來越高，電除塵器已被稱為電廠的“第四主機”。如何提高電除塵器的收塵效率已成為電廠的重中之重。而鍋爐排煙溫度與電除塵器的除塵效率有較大關系，實踐證明調整排煙溫度可以使電除塵器達到最佳的除塵效率。

關鍵詞：除塵器 排煙溫度 除塵效率 粉塵排放

引言

我國是以燃煤為主的能源結構的國家，煤產量已據世界第一位，年產量達到16億噸以上，201年將達到25億噸。中國當前的大氣污染物中，粉塵的71%來自煤的燃燒。截止到2010年從排放量來看，電站鍋爐粉塵排放量約3800噸/年，其中2700萬噸是由煤燃燒產生的，而25%是電站排放的。由此引發的環境問題日趨嚴重，為了給人類的生存和繁衍創造一個良好的環境，隨著經濟的發展和科學技術的提高，電除塵器以除塵效率高開始廣泛推廣使用。特別是300MW及以上機組普遍采用。隨著科學技術的不斷進步，人們對控制環境污染的認識有新的提升，已經不再只是注重鍋爐煙塵濃度的排放，而是提出了一個新的環保理念，即稱為“環保設備”。

一、靜電除塵器的工作原理

是由金屬構件組成的電極系統，即放電極（陽極），在放電極上加負電壓后能在異極之間產生極不均勻電場，當電場電壓升到足夠高，即放電極附近的電場強度達到足夠大時，周圍的氣體被電離，電離后氣體中存在著大量的電子和離子。這些電子和離子使進入電場的煙氣中的塵粒荷電，絕大多數荷負電，在電場力的作用下，帶負電荷的塵粒趨集于收塵極，帶正電的塵粒趨向于放電極。塵粒達到電極后釋放出電荷，然后依靠分子引力和剩余的靜電力吸附在電極上。當此類塵粒積聚到一定厚度時通過振打裝置的振打作用，塵粒被其慣性力從電極表面剝離下來落入灰斗，收塵過程即告完成，這一過程是連續而高速進行的。

二、煙氣溫度對除塵效率的影響

粉塵的比電阻是決定電除塵器除塵效率高低的一個主要因素。飛灰比電阻值偏高，是影響電除塵器效率的關鍵因素，如何提高高比電阻灰的電除塵效率是一大難題。飛灰比電阻與煙氣溫度有關，其峰值根據煤灰特性出現在121℃～232℃之間，在232℃以上時，飛灰的比電阻與絕對溫度成反比，與煙氣成份無關；而在低于121℃時，飛灰比電阻與絕對溫度成正比，并與煙氣的濕度和其他成分有關。

粉塵的比電阻可看成由兩個并聯的電阻組成，其中一個為體積比電阻，即通過粉塵內部導電呈現的電阻，一個為表面比電阻，即通過粉塵表面導電呈現的電阻，組成粉塵的各種成分的導電性能決定了粉塵體積比電阻大小，組成粉塵的各種物質的導電性能受溫度影響顯著，當溫度較高時，粉塵內傳導電流的離子與電子將獲得更大的能量使粉塵層的導電能力升高，體積比電阻下降。運行中變化的煙氣溫度對比電阻的影響較大，圖1為粉塵比電阻與溫度的關系，是比較典型的燃煤鍋爐粉塵比電阻隨溫度變化的曲線。

圖1粉塵比電阻與煙氣溫度的關系

由圖1可以看出，粉塵比電阻最高對應的溫度，與鍋爐設計的排煙溫度比較接近（正常情況下排煙溫度為130℃～150℃，如豐鶴2×600MW電廠一期鍋爐設計排煙溫度為150℃，二期鍋爐設計排煙溫度為133℃），這也說明了電廠中粉塵比電阻的重要性。

一般要求煙塵的比電阻在104～1012 歐姆/厘米為最佳，我廠燃用煤種的比電阻低，只要保證電除塵器入口溫度在135℃～140℃之間，就能降低比電阻（ρ）值。ρ<104歐姆/厘米，引起二次飛揚，除塵效率下降，ρ=104～1010 歐姆-厘米，除塵效率最高，ρ≤1012歐姆/厘米，收塵效率下降，ρ>1012歐姆-厘米，除塵效率趨于惡化。

表面導電則是決定于氣體成分中的濕度與導電物質。其導電機理是煙氣中的冷凝物質（在相對較低溫度下會凝結成露），在粉塵表面形成了導電層。所以適當的濕度會降低粉塵比電阻，有利于提高除塵效率。

溫度和濕度除了影響比電阻，還會通過影響電場V－I特性來影響電除塵器的運行效果，當氣體的溫度上升時，氣體分子密度下降，負離子向電極驅進速度就會因與中性分子碰撞機會的減少而增加，使放電極的負離子密度降低，負離子對放電極附近電場的作用削弱。在同樣電壓下，其電暈電流就要增加，對除塵有利。當煙氣中水分子較多時，因為水氣分子產生一種負離子，大于空氣分子，與電子碰撞的機會較多，使電子在電場中加速的平均自由行程縮短，即電離不易發展。水氣負離子因質量大，其驅進速度小于氣體負離子，使得電場空間中負電荷分布密度增加，電場更趨均勻，擊穿電壓升高，這樣，在同樣電壓下，電場的最大工作電流就會得到提高，對提高除塵效率是很重要的。

在實際運行中，電除塵器入口溫度降低（低于120℃），粉塵表面吸附水蒸汽和其他化學導電物質，形成一層導電薄膜，比電阻值降低。電除塵器入口溫度升高（高于130℃），導電能力增加，比電阻值下降。我廠鍋爐設計排煙溫度139℃，由于鍋爐負荷、煤質、燃燒等工況變化使得排煙溫度降低；隨著環境溫度的變化排煙溫度也有不同的變化，加上后部煙道（電除塵器入口）漏風，特別是冬季鍋爐的排煙溫度就更低于設計溫度139℃，特別是鍋爐的吹灰和空氣預熱器的吹灰影響排煙溫度，由于排煙溫度的降低使得煙氣含塵量水分增加，灰塵容易粘結在陰極線和陽極板上，不容易振打下來。如果電除塵器內溫度長期低于102℃的煙氣露點溫度，不但造成除塵效率下降更會對電除塵器及尾部煙道造成嚴重腐蝕。

另外，當電除塵器入口溫度在90℃～150℃范圍時，水分對各種礦物粉塵的比電阻值影響很大，比電阻值隨濕度的增加而減少。電除塵器入口煙氣中水蒸氣含量按照7.195％左右設計。經過空氣壓縮機壓縮后的壓縮空氣中水分子以過熱蒸汽的形式存在，水分子的含量約(10～40)g/m3，隨著壓力的降低水分子變為飽和狀態，一般壓縮空氣的露點低于環境溫度5℃～20℃，大量的壓縮空氣進入電除塵器將增加電除塵器入口煙氣中水蒸氣含量。我廠電除塵器干排灰系統，全部采用大倉泵式壓縮空氣干灰輸送系統，多少都會加重電除塵器的漏風。每臺電除塵器下設有倉泵10臺，倉泵在互相切換時，倉泵內及管道的余壓均排入電除塵器，由于我廠使用的輸送氣源含水量比較高(冷干機、干燥塔效果不明顯)，排入電除塵造成灰塵二次飛揚，由于含水的原因造成灰在極板、極線上粘結，從而大大地降低了電除塵器的除塵效率。

三、結語

排煙溫度影響粉塵的比電阻和電場的伏安特性，繼而影響到靜電除塵器的收塵效率。通過調整鍋爐燃燒改變排煙溫度可以達到鍋爐效率和電除塵器除塵效率的雙最佳，實現粉塵的達標排放。