煙氣濕度對(duì)高比電阻粉塵的比電阻影響

包震宇

（遼寧省環(huán)境科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110161）

煙氣濕度對(duì)高比電阻粉塵的比電阻影響

包震宇

（遼寧省環(huán)境科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110161）

關(guān)于煙氣溫度和水汽含量對(duì)粉塵比電阻的具體影響尚缺乏全面系統(tǒng)的闡述，因此有必要對(duì)其進(jìn)行更加深入的研究與實(shí)驗(yàn)分析。本文通過實(shí)驗(yàn)研究了不同溫度和水汽含量條件下并在相應(yīng)工況下粉塵比電阻的變化情況，從根本上驗(yàn)證溫度和水汽含量對(duì)粉塵收集效果產(chǎn)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(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常遇到比電阻高于1011Ω·cm的粉塵即高比電阻粉塵，由于常規(guī)電除塵器凈化高比電阻煙塵時(shí)極易產(chǎn)生反電暈，對(duì)其收集效率較低[2-4]。對(duì)于明確溫濕度對(duì)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(gè)關(guān)鍵性因素

1.1 煙氣溫度對(duì)電除塵器的影響

煙溫高會(huì)使粉塵比電阻增大，電除塵運(yùn)行時(shí)易產(chǎn)生反電暈問題，造成除塵效率下降。尤其是當(dāng)排煙溫度在150℃左右時(shí)，粉塵的比電阻最高，電除塵器更易出現(xiàn)低電壓、大電流的反電暈現(xiàn)象，造成除塵效率下降。

1.2 煙氣濕度對(duì)電除塵器的影響

在電除塵器中，當(dāng)粉塵的比電阻值過大時(shí)，濕度增加，水分子粘附在導(dǎo)電性很差的粉塵上，能降低粉塵的比電阻，使反電暈不易產(chǎn)生。

2 實(shí)驗(yàn)裝置與方法

2.1 裝置與材料

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要是由進(jìn)風(fēng)管、出風(fēng)管、電加熱裝置、加濕器、引風(fēng)機(jī)、微型壓差計(jì)、溫度傳感器組成。裝置進(jìn)口風(fēng)管三分之一處接入加濕器，可以通過擋板實(shí)現(xiàn)電除塵箱體內(nèi)濕度的調(diào)節(jié)，當(dāng)溫度上升到特定值時(shí)，打開加濕器，水蒸氣進(jìn)入系統(tǒng)后被迅速加熱到其露點(diǎn)以上溫度，可以防止水蒸氣在系統(tǒng)內(nèi)結(jié)露，同時(shí)防止粉塵在進(jìn)口風(fēng)管遇水凝并沉降。實(shí)驗(yàn)在特定的溫度和濕度下開展。在特定溫、濕度下，控制風(fēng)速為定值。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jiǎn)便快捷的是干濕球法，可現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算水汽含量，確定等速采樣流量，進(jìn)行等速采樣。本次實(shí)驗(yàn)中采用微電腦平行煙塵采樣儀，基于干濕球法原理，根據(jù)公式自動(dòng)計(jì)算出含塵氣體的水汽含量。采用溫度傳感器進(jìn)行測(cè)量，將探頭伸入被測(cè)的煙氣中（按預(yù)先測(cè)定好的位置），通過數(shù)據(jù)采集器將收集到的電壓信號(hào)輸出為溫度。

本文粉塵的比電阻值采用EST121數(shù)字超高阻微電流測(cè)量儀，通過測(cè)定粉塵層的電阻值計(jì)算其比電阻值。超高阻微電流測(cè)量儀的工作原理是通過測(cè)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(qiáng)度值，計(jì)算得到粉塵層的電阻值。再根據(jù)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(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 煙氣溫度對(duì)粉塵比電阻的影響

為本實(shí)驗(yàn)用ZGF—型直流高壓發(fā)生器測(cè)得常溫下本實(shí)驗(yàn)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(guān)系。

圖1 粉塵比電阻與溫度的關(guān)系曲線

由圖1可知，加濕與不加濕時(shí)，在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)粉塵比電阻隨著溫度的升高呈現(xiàn)出逐漸上升的趨勢(shì)，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(shí)，加濕較不加濕整體來說粉塵比電阻降低了兩個(gè)數(shù)量級(jí)之多，溫度達(dá)到150℃時(shí)，也降低了1個(gè)數(shù)量級(jí)。

在水汽含量為23.73%時(shí)，溫度達(dá)到120℃時(shí)，粉塵比電阻進(jìn)而超過1011Ω·cm。溫度在130℃以下時(shí)，該實(shí)驗(yàn)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(wěn)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(shí)比電阻值大于1011Ω·cm，利用電除塵器處理此高阻型粉塵時(shí)，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(shí)，比電阻比150℃時(shí)降低了1個(gè)數(shù)量級(jí)，其值甚至比常溫下粉塵的比電阻值要低，原因是進(jìn)行了加濕處理，粉塵氣體的水汽含量為23.73%，為實(shí)驗(yàn)所用最大加濕量，因此在下文中探討水汽含量對(duì)于粉塵比電阻的影響也尤為重要。

3.2 水汽含量對(duì)粉塵比電阻的影響

圖2 粉塵比電阻與水汽含量的關(guān)系曲線（t=150℃）

煙氣濕度對(duì)包括燃煤飛灰在內(nèi)的各種礦物粉塵比電阻的影響十分顯著。本次對(duì)煙氣濕度對(duì)粉塵比電阻的具體影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，研究圖2所示。

由圖2可知150℃下粉塵的比電阻達(dá)到最大。針對(duì)溫度在150℃左右的工況考察了該實(shí)驗(yàn)所用粉煤灰在不同水汽含量下的比電阻值變化規(guī)律。隨著水汽含量的升高，粉塵比電阻逐漸降低，水汽含量達(dá)到最大時(shí)，粉塵比電阻值降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)。對(duì)粉塵進(jìn)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(dāng)?shù)拇胧┙档秃瑝m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(jié)論

針對(duì)靜電除塵器煙氣溫度和水汽含量對(duì)粉塵收集性能影響的理論與實(shí)驗(yàn)研究，得出結(jié)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(duì)粉塵進(jìn)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(shí)，粉塵的比電阻呈下降趨勢(shì)，降低了1個(gè)數(shù)量級(jí)。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(gè)數(shù)量級(jí)，而這說明降低溫度可以有效緩和反電暈現(xiàn)象的產(chǎn)生，有助于改善高比電阻粉塵的收集效果。對(duì)于一般電廠從節(jié)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(duì)粉塵水汽含量和溫度對(duì)粉塵比電阻影響的實(shí)驗(yàn)研究，為當(dāng)前靜電除塵器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整提供了參考依據(jù)。

[1]祁君田.現(xiàn)代煙氣除塵技術(shù)[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008，61-90.

[2]張寶信，史文虎.高比電阻粉塵對(duì)電除塵器穩(wěn)定運(yùn)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(jī)固體廢棄物資源化技術(shù)研究。