煙氣濕度對高比電阻粉塵的比電阻影響

包震宇

（遼寧省環境科學研究院，遼寧 沈陽 110161）

煙氣濕度對高比電阻粉塵的比電阻影響

包震宇

（遼寧省環境科學研究院，遼寧 沈陽 110161）

關于煙氣溫度和水汽含量對粉塵比電阻的具體影響尚缺乏全面系統的闡述，因此有必要對其進行更加深入的研究與實驗分析。本文通過實驗研究了不同溫度和水汽含量條件下并在相應工況下粉塵比電阻的變化情況，從根本上驗證溫度和水汽含量對粉塵收集效果產生影響的原因。

煙氣溫度；水汽含量；比電阻

靜電除塵器(ESP)收集比電阻為104-1011Ω·cm的煙塵是很有效的[1]，而在電力、冶金等工業生產中，經常遇到比電阻高于1011Ω·cm的粉塵即高比電阻粉塵，由于常規電除塵器凈化高比電阻煙塵時極易產生反電暈，對其收集效率較低[2-4]。對于明確溫濕度對于比電阻的具體影響顯得尤為重要。

1 影響粉塵比電阻的兩個關鍵性因素

1.1 煙氣溫度對電除塵器的影響

煙溫高會使粉塵比電阻增大，電除塵運行時易產生反電暈問題，造成除塵效率下降。尤其是當排煙溫度在150℃左右時，粉塵的比電阻最高，電除塵器更易出現低電壓、大電流的反電暈現象，造成除塵效率下降。

1.2 煙氣濕度對電除塵器的影響

在電除塵器中，當粉塵的比電阻值過大時，濕度增加，水分子粘附在導電性很差的粉塵上，能降低粉塵的比電阻，使反電暈不易產生。

2 實驗裝置與方法

2.1 裝置與材料

實驗系統主要是由進風管、出風管、電加熱裝置、加濕器、引風機、微型壓差計、溫度傳感器組成。裝置進口風管三分之一處接入加濕器，可以通過擋板實現電除塵箱體內濕度的調節，當溫度上升到特定值時，打開加濕器，水蒸氣進入系統后被迅速加熱到其露點以上溫度，可以防止水蒸氣在系統內結露，同時防止粉塵在進口風管遇水凝并沉降。實驗在特定的溫度和濕度下開展。在特定溫、濕度下，控制風速為定值。實驗采用的粉塵為電廠流化床鍋爐粉煤灰，屬于高比電阻粉塵。

2.2 實驗方法

煙氣水汽含量表示水蒸氣的體積占濕空氣總體積的比例，較簡便快捷的是干濕球法，可現場計算水汽含量，確定等速采樣流量，進行等速采樣。本次實驗中采用微電腦平行煙塵采樣儀，基于干濕球法原理，根據公式自動計算出含塵氣體的水汽含量。采用溫度傳感器進行測量，將探頭伸入被測的煙氣中（按預先測定好的位置），通過數據采集器將收集到的電壓信號輸出為溫度。

本文粉塵的比電阻值采用EST121數字超高阻微電流測量儀，通過測定粉塵層的電阻值計算其比電阻值。超高阻微電流測量儀的工作原理是通過測定特定厚度和面積粉塵層在兩端直流高壓電作用下的電流強度值，計算得到粉塵層的電阻值。再根據式(2.1)即可算出粉塵的比電阻值[5]：

式中，ρd—粉塵式樣的斷面積，cm2；Ud—粉塵式樣的厚度，cm；j—粉塵式樣在兩極間施加的電壓，V；δ—流過粉塵層的電流。

3 實驗結果與分析

3.1 煙氣溫度對粉塵比電阻的影響

為本實驗用ZGF—型直流高壓發生器測得常溫下本實驗所用粉煤灰粉塵比電阻為1.15×1011Ω·cm，屬于高比電阻粉塵，并考察了不加濕和水汽含量為23.73%兩種工況下溫度與粉塵比電阻的關系。

圖1 粉塵比電阻與溫度的關系曲線

由圖1可知，加濕與不加濕時，在實驗溫度范圍內粉塵比電阻隨著溫度的升高呈現出逐漸上升的趨勢，并且在溫度超過120℃后，粉塵比電阻值迅速上升。溫度在100～120℃時，加濕較不加濕整體來說粉塵比電阻降低了兩個數量級之多，溫度達到150℃時，也降低了1個數量級。

在水汽含量為23.73%時，溫度達到120℃時，粉塵比電阻進而超過1011Ω·cm。溫度在130℃以下時，該實驗所用粉煤灰基本屬于比電阻在104～1011Ω·cm之間的正常型粉塵，電除塵器的除塵效率較高，電暈電流消耗亦較低，電除塵器工作穩定，這類粉塵是電除塵器最適宜處理的粉塵。

而溫度上升到130℃以上時比電阻值大于1011Ω·cm，利用電除塵器處理此高阻型粉塵時，電暈電流開始下降，隨后急劇上升。從粉塵比電阻方面來說，溫度在130℃以下時，比電阻比150℃時降低了1個數量級，其值甚至比常溫下粉塵的比電阻值要低，原因是進行了加濕處理，粉塵氣體的水汽含量為23.73%，為實驗所用最大加濕量，因此在下文中探討水汽含量對于粉塵比電阻的影響也尤為重要。

3.2 水汽含量對粉塵比電阻的影響

圖2 粉塵比電阻與水汽含量的關系曲線（t=150℃）

煙氣濕度對包括燃煤飛灰在內的各種礦物粉塵比電阻的影響十分顯著。本次對煙氣濕度對粉塵比電阻的具體影響進行了實驗研究，研究圖2所示。

由圖2可知150℃下粉塵的比電阻達到最大。針對溫度在150℃左右的工況考察了該實驗所用粉煤灰在不同水汽含量下的比電阻值變化規律。隨著水汽含量的升高，粉塵比電阻逐漸降低，水汽含量達到最大時，粉塵比電阻值降低了一個數量級。對粉塵進行加濕處理的效果較為明顯地降低了粉塵的比電阻，從而有利于粉塵的荷電和收集，再伴以適當的措施降低含塵氣流的溫度，粉塵比電阻將降低到1010Ω·cm左右，必將能有效提升電除塵器收塵性能。

4 結論

針對靜電除塵器煙氣溫度和水汽含量對粉塵收集性能影響的理論與實驗研究，得出結論如下：

常溫下粉塵的比電阻值為1.15×1011Ω·cm，相比溫度100℃和110℃的比電阻值高，主要原因就是對粉塵進行了加濕處理。粉塵在150℃工況下粉塵氣體的水汽含量逐漸增大時，粉塵的比電阻呈下降趨勢，降低了1個數量級。水汽含量相同條件下，比電阻隨著溫度的升高而增大，增幅超過1個數量級，而這說明降低溫度可以有效緩和反電暈現象的產生，有助于改善高比電阻粉塵的收集效果。對于一般電廠從節約成本的角度來講，溫度降低到120℃就可有效降低電廠粉煤灰的比電阻值，提高電除塵器除塵效率。

對粉塵水汽含量和溫度對粉塵比電阻影響的實驗研究，為當前靜電除塵器結構的設計和運行參數的調整提供了參考依據。

[1]祁君田.現代煙氣除塵技術[M]，北京：化學工業出版社，2008，61-90.

[2]張寶信，史文虎.高比電阻粉塵對電除塵器穩定運行影響及消除措施[J].1989.

[3]McDonald J K.Electrostatic Precipitator Manual[M],New York:Noves,1982,215-236.

[4]John C.Modla,Robert H.Leiby,Thomas W.Lugar,Kris E. Wolpert.Experimental studies in the electrostatic precipitator of high-resistivity particulate.Environment International,1981,6(1-6): 273-278.

[5]JonesJE.Onthedriftofgaseousions.Journalof electrostatics,1992,27(3):283-318.

X701

A

1003-5168(2014)03-0062-02

包震宇（1981—），男，工程師，碩士，研究方向：有機固體廢棄物資源化技術研究。