闫克平 电除尘技术发展与应用

1比电阻与电除尘

煤灰本身不含有灰分，灰分是煤燃烧后产生的残渣[12]。燃煤飞灰主要由煤中矿物质产生，在燃烧过程中焦炭燃烧体积不断减小、内部矿物质不断聚集而形成较大的超微米颗粒物;而亚微米颗粒物直径较小，是煤炭中矿物质在高温下挥发、在蒸汽饱和或温度降低时通过均相成核而形成的，同时挥发矿物质也在已有颗粒物表面通过非均相凝结而形成亚微米颗粒物。

由于形成机制不同，所以颗粒物的形状也各不相同，包括球状、不规则状、超细颗粒物和烟炱等。颗粒物形状显著影响电除尘器性能，如线状和片状颗粒物可能会在电除尘器中首尾相连引起短路;而空心漂珠由于质量小、黏性差而易二次扬尘。燃煤电厂的颗粒物基本呈球状，表面比较光滑，多数为无孔实心颗粒。电除尘器对不规则颗粒物的去除能力优于球形颗粒[13]。

除粉煤灰形状外，燃煤过程中对颗粒物化学成分以及比电阻的改变对电除尘过程影响更为明显。粉尘比电阻是指单位长度、单位截面的粉尘层电阻，由表面比电阻和体积比电阻构成。一般认为粉尘的比电阻能够影响其迁移速度、伏安特性、粉尘层电场力、产生反电晕或二次扬尘，并最终影响收尘效率。

一般认为粉尘比电阻在104~1010Ω˙cm范围内较为适宜电除尘器捕集;1010~1013Ω˙cm范围也可采用电除尘器，但会产生火花;高于1013Ω˙cm则易产生反电晕，造成电场削弱和粉尘层击穿;低于10−4Ω˙cm则易二次扬尘[14]，粉尘比电阻在后两者范围内时，需通过烟气调质等调整后方能有效运行电除尘器。

因此粉尘比电阻的预测模型对于电除尘器设计、运行控制异常重要。环境湿度、温度对比电阻皆有影响，通常湿度越高，粉尘比电阻就越低;而随着温度增加，粉尘比电阻则呈钟罩形变化。变化的临界温度一般为200~300℃。低于临界温度时，表面比电阻起主导作用，颗粒物表面水分逐渐蒸发后比电阻会随之上升;而高于临界温度后，体积比电阻开始占优，使得粉尘比电阻逐渐随温度升高而降低。

根据粉尘比电阻的影响因素，其预测模型主要对化学成分、电场强度和湿度进行归一化处理后拟合。现有的模型有BickelhauptR模型[15]、ChandraA模型[16]、Yan&Li模型[17]和Orchidee2程序[18]。BickelhauptR模型在1979年即提出，分别拟合预测体积比电阻和表面比电阻后，按照并联电阻求解总比电阻，其中还单独考虑三氧化硫(SO3)的影响。

ChandraA模型是在BickelhauptR模型基础上，利用印度煤种进行了修正，忽略了SO3的影响项。同样，Orchidee模型也是修正了BickelhauptR模型，解决了其连续性问题，扩展了应用范围，还添加了混合燃煤模式。Yan&Li模型时独立采用120种中国燃煤电厂灰样并结合环境湿度进行拟合处理，最终求得粉煤灰比电阻最大值。4者预测模型汇总如表1所示。

表1粉尘比电阻预测模型汇总表

由于比电阻随温度变化而有钟罩形规律，所以可以通过降温手段来降低粉尘比电阻以提高捕集效率。降温同时还具有降低烟气流速、提高运行电压的作用。电除尘器运行温度对收尘效率的影响将于后详述。

2电除尘器中的PM2.5与PM10

2.1电除尘器出口PM2.5与PM10质量浓度比值

一般认为传统电除尘器无法有效捕集PM2.5，传统燃煤锅炉电除尘器出口的PM2.5与PM10质量浓度比值在28.0%~52.5%范围内[13]。图1[19]为采用ZH系列三相电源的电除尘器出口典型PM2.5质量浓度与PM10质量浓度关系。

图1中虚线为不同PM2.5与PM10质量浓度比值，在实际改造后电除尘器运行过程中，PM2.5与PM10质量浓度比值基本在6%~17%范围内。当电除尘器的多个电场皆无振打时，PM2.5与PM10质量浓度比值在6%附近;当电除尘器有振打或极间打火短路时，PM2.5与PM10质量浓度比值会升至17%~20%左右。图1中在17%~40%之间的点基本出现在控制PM10质量浓度较低的电除尘器出口。

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