低低溫電除塵器對除塵效率影響的試驗研究

黃金菊 陸春媚 陳 勇 楊 丁 劉錫堯*

(1.龍巖市產品質量檢驗所/國家空氣污染治理設備產品質量監督檢驗中心(福建)， 福建 龍巖 364000；2.福建龍凈環保股份有限公司， 福建 龍巖 364000)

低低溫電除塵器對除塵效率影響的試驗研究

黃金菊1陸春媚1陳 勇2楊 丁2劉錫堯1*

(1.龍巖市產品質量檢驗所/國家空氣污染治理設備產品質量監督檢驗中心(福建)， 福建 龍巖 364000；2.福建龍凈環保股份有限公司， 福建 龍巖 364000)

采用新型多功能試驗除塵器，模擬工況條件下，開展低低溫電除塵器對除塵效率影響的量化試驗研究。結果證實，在低入口煙氣溫度下(67℃～68℃)，除塵效率顯著高于高入口煙氣溫度(86℃～90℃)，除塵器出口粉塵濃度顯著降低。試驗結果顯示，隨著入口風量增加，低低溫電除塵器提高除塵效率的程度更為顯著，表明入口煙氣溫度降低后，因粉塵在電場的停留時間延長而提高除塵效率的效應更為顯著，此可能為低低溫電除塵提效的主要機理，需進一步研究證實。

低低溫；電除塵；除塵效率

當前，隨著工業化、城鎮化深入推進，我國大氣污染形勢嚴峻。為切實改善空氣質量，國務院相繼出臺了“大氣污染防治十條措施”和《大氣污染防治行動計劃》。在此形勢下，我國各工業大氣污染物的排放標準也越來越嚴格，例如，火電廠煙塵排放的限值越來越低，如表1。

在此情況下，必然要求除塵器的除塵效率越來越高，這給電除塵技術帶來了挑戰(大部分火電廠采用電除塵)。為滿足新標準，國內大部分現役電除塵器均須提效改造，目前可采用的提效改造技術有：電除塵器擴容、低低溫電除塵、濕式電除塵、旋轉電極式電除塵、高頻高壓電源、電袋復合除塵等。其中，低低溫電除塵是在電除塵器上游設置熱回收裝置，降低入口煙氣溫度，從而降低粉塵比電阻，減少煙氣量，降低煙氣流速，增加粉塵在電場的停留時間，提高比集塵面積，除塵效率得到提高[4]。

表1 火電廠大氣污染物排放標準對比(煙塵最高允許排放濃度mg/m3)

然而，目前對于低低溫電除塵器提高除塵效率的量化試驗研究較少(不同煙氣溫度下)，本文基于福建龍凈環保股份有限公司的新型多功能除塵試驗臺，通過研究除塵器入口煙氣溫度變化對除塵效率的影響，為低低溫電除塵器提高除塵效率的研究和應用提供基礎數據支持，并初步探討提效機理，為低低溫電除塵的選型、應用條件優化及開展深化研究奠定基礎。

1 試驗部分

1.1 試驗裝置、儀器

(1)新型多功能試驗除塵器：為福建龍凈環保股份有限公司自行設計、制造、安裝的多功能除塵試驗設備，主要包括：電除塵器、布袋除塵器、高低壓控制柜、硅整流變壓器、空氣壓縮機、加熱裝置、給料裝置、加濕器、濁度儀、風機、視頻監控，以及流量、壓力、溫度、濕度測試等，見圖1和圖2。整個系統可以分為：給粉系統、電加熱系統、濕度控制系統、風機系統、電除塵系統及控制系統。該裝置在系統集成、發塵定量、濕度控制、塵量計重和視頻攝像等方面具有獨創性。

圖1 新型多功能試驗除塵器結構簡圖

圖2 新型多功能試驗除塵器結構實物圖

(2)煙塵采樣儀：采用TH-880F型微電腦煙塵平行采樣儀(武漢市天虹儀表有限責任公司)，利用皮托管平行自動跟蹤原理等速采樣粉塵樣品，同步采集試驗除塵器入、出口粉塵，并在105℃下烘干(2h)，后放入干燥器冷卻至室溫，用萬分之一天平稱重、恒重。根據入、出口煙道的煙氣靜壓、動壓、全壓、煙溫及采樣體積，計算煙氣流量、粉塵濃度、本體漏風率及除塵效率等[5]。

1.2 試驗方法

本試驗在保持其他試驗條件相對恒定的條件下，如試驗除塵器入口粉塵濃度、煙氣含濕量等，通過設置不同的入口煙氣溫度(分別為約90℃和約70℃)，并設置不同的煙氣流量(分別為約3500 m3/h、4500 m3/h和5500 m3/h)，測定試驗除塵器的除塵效率，對比分析，研究入口煙氣溫度變化對除塵效率的影響規律及影響因素。

入、出口煙氣溫度由安裝于入、出口煙道上的熱電偶測得；煙氣濕度直接由安裝于試驗除塵器的濕度傳感儀測得，實驗過程中可實時記錄煙氣濕度，并根據測量數據實時反饋調整，以維持穩定狀態；煙氣流量根據除塵器的尺寸、斷面風速測得。

1.3 結果表示、計算

粉塵濃度：

(1)

式中：C—實測粉塵濃度，g/m3或mg/m3；m—所采集的粉塵質量，mg；Vsnd—煙氣標干采樣體積，DNL。

除塵效率：

(2)

式中：η—除塵效率，%；Ci、Co—入、出口粉塵濃度，mg/DNm3； ⊿α—本體漏風率，%。

其中，本體漏風率：

(3)

式中：⊿α—本體漏風率，%； Qsnd.o—出口標干煙氣流量，DNm3/h； Qsnd.i—入口標干煙氣流量，DNm3/h。

除塵器出口粉塵濃度、除塵效率隨入口煙氣流量(風量)變化的趨勢判斷，采用秩相關分析(Spearman correlation analysis)的方法，此統計分析在SPSS 10.0軟件上進行。

2 結果與討論

2.1 高入口煙氣溫度下試驗結果

如表2，當控制試驗除塵器入口煙氣溫度在86℃～90℃、煙氣含濕量為1.44%～1.52%、入口粉塵濃度為1.635 g/m3～2.158 g/m3，入口風量分別為3400、4419、5490 DNm3/h時，除塵器出口粉塵濃度隨入口風量增加而增加(秩相關分析：相關系數r=0.999,p=0.03)，除塵效率隨之降低(秩相關分析：相關系數r=0.985,p=0.05)。

表2 高入口煙氣溫度下試驗結果*

*試驗結果均為重復測量平均值(n≥3)

2.2 低入口煙氣溫度下試驗結果

如表3，當控制試驗除塵器入口煙氣溫度在67℃～68℃、煙氣含濕量為1.46%～1.65%、入口粉塵濃度為1.705 g/m3～1.757 g/m3，入口風量分別為3522、4527、6009 DNm3/h時，如同高入口煙氣溫度下試驗結果，除塵器出口粉塵濃度也隨入口風量增加而增加(秩相關分析：相關系數r=0.992，p=0.04)，除塵效率也隨之降低(秩相關分析：相關系數r=0.986，p=0.005)。

表3 低入口煙氣溫度下試驗結果*

*試驗結果均為重復測量平均值(n≥3)

2.3 對比分析

高、低入口煙氣溫度下試驗除塵器的除塵效率對比如圖3，可知：(1)在煙氣含濕量、入口粉塵濃度均相對恒定的情況下，除塵效率均隨入口風量增加而降低。(2)在相同入口風量下，低入口煙氣溫度下除塵效率均顯著高于高入口煙氣溫度，充分證實了低低溫電除塵器可提高除塵效率。(3)隨著入口風量增加，低入口煙氣溫度相比于高入口煙氣溫度下，除塵效率提高的程度更為顯著。入口風量3500 m3/h時，低入口煙氣溫度下除塵效率約提高1.25%；4500 m3/h時，除塵效率約提高6.54%；5500 m3/h時，約提高8.98%。

圖3 高、低入口煙氣溫度下除塵效率對比

據文獻[6]、[7]，當煙氣溫度從86℃～90℃降至67℃～68℃時，粉塵比電阻從1012～1013Ω·cm降至1010～1011Ω·cm，粉塵比電阻正好在反電暈臨界值以內，產生反電暈的概率降低，粉塵荷電性能提高，從而有利于提高電除塵效率。

當煙氣溫度從86℃～90℃降至67℃～68℃時，煙氣體積流量可減少約10%，電場風速降低，粉塵在電場的停留時間延長，除塵效率將得到提高[8]。煙氣溫度降低后，煙氣中粉塵顆粒及氣體分子熱運動能力減弱，氣體的黏滯性減小，從而導致粉塵的電遷移速度增大，即荷電粉塵驅進速度變快，有利于提高粉塵的捕集效率[9-10]。

結合本試驗，隨著入口風量增加，低入口煙氣溫度下，除塵效率提高的程度更為顯著。可見，煙氣溫度降低后，電場風速降低，粉塵在電場的停留時間延長，除塵效率得到提高的效應更為顯著，此可能為低低溫電除塵提效的主要機理。

3 結論

(1)通過量化試驗研究，證實在低入口煙氣溫度下(67℃～68℃)，除塵器的除塵效率顯著高于高入口煙氣溫度(86℃～90℃)，除塵器出口粉塵濃度顯著降低，為低低溫電除塵器提高除塵效率的研究和應用提供了基礎數據支持。

(2)隨著入口風量增加，低低溫電除塵器提高除塵效率的程度更為顯著，表明煙氣溫度降低后，因粉塵在電場的停留時間延長而提高除塵效率的效應更為顯著，此可能為低低溫電除塵提效的主要機理，尚需進一步研究證實。

[1] 國家環境保護總局. GB 13223-1996火電廠大氣污染物排放標準[S]. 北京：中國標準出版社.

[2] 國家環境保護總局，國家質量監督檢驗檢疫總局. GB 13223-2003火電廠大氣污染物排放標準[S]. 北京：中國標準出版社.

[3] 環境保護部，國家質量監督檢驗檢疫總局. GB 13223-2011 火電廠大氣污染物排放標準[S]. 北京：中國標準出版社.

[4] 酈建國, 酈祝海, 何毓忠, 等. 低低溫電除塵技術的研究及應用[J]. 中國環保產業, 2014(3): 28-34.

[5] 國家質量監督檢驗檢疫總局. GB/T 13931-2002電除塵器性能測試方法[S]. 北京：中國標準出版社.

[6] 尹連慶, 王晶. 粉塵比電阻對電除塵的影響及改進措施研究[J]. 電力環境保護, 2009, 25(5): 34-37.

[7] 王建峰, 李艷, 張楊, 等. 300 MW燃煤機組低低溫除塵與電袋復合除塵技術經濟性分析[J]. 中國電力, 2015, 48(8): 17-20.

[8] 熊桂龍, 李水清, 陳晟, 等. 增強PM2.5脫除的新型電除塵技術的發展[J]. 中國電機工程學報, 2015, 35(9): 2217-2223.

[9] 郭士義, 丁承剛. 低低溫電除塵器的應用及前景[J]. 裝備機械, 2011(1): 69-73.

[10] 趙海寶, 酈建國, 何毓忠, 等. 低低溫電除塵關鍵技術研究與應用[J]. 中國電力, 2014, 47(10): 117-121.

Experimental study on dust removal efficiency influenced by low-low temperature electrostatic precipitator

Huang Jinju1, Lu Chunmei1, Chen Yong2, Yang Ding2, Liu Xiyao1*

(1.Longyan Institute of Quality Inspection for Products/National Institute of Quality Supervision and Inspection for Air Pollution Control Equipments(Fujian),Longyan 364000; 2. Fujian Longking Co., Ltd.,Longyan 364000, China)

quantitative experiments by a new multi-functional dust remover under simulated operating conditions were conducted to study dust removal efficiency influenced by low-low temperature electrostatic precipitator (ESP). The results confirmed that, dust removal efficiency was significantly higher at low inlet flue gas temperatures (67℃ - 68℃) than that at high inlet flue gas temperatures (86℃ - 90℃). With low temperature and high speed of the inlet flue gas, the dust removal efficiency was improved more significantly. Probably it was because of the prolonged residence time of dust in the electrical field that made more dust be removed when the inlet flue gas was cooler. This might be the main mechanism of low low-temperature ESP for improving dust removal efficiency, which needs to be confirmed by further studies.

low-low temperature; electrostatic precipitation (ESP); dust removal efficiency

福建省質量技術監督局科技項目(FJQI2014014)資助

2016-06-14;2016-12-07修回

黃金菊，女，1986年生，學士，助理工程師，主要從事空氣污染治理設備產品質量檢驗，E-mail:443956637@qq.com

劉錫堯，電話：0597-3292391

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