电除尘器飞灰粒径表征及细颗粒降温团聚

2 试验方法及测试仪器

根据定义不同，颗粒物的粒径有几何粒径和空气动力学粒径之分。空气动力学粒径是指某一颗粒，无关其形状、大小和密度等，如其在空气中的沉降速度与密度为 1 的球形颗粒一致，则该球形颗粒的直径等于该颗粒的空气动力学直径。值得注意的是，空气动力学直径的大小是与颗粒密度直接相关，燃煤飞灰颗粒的平均密度一般约为 2.1，它的空气动力学直径要小于几何直径。一般对飞灰粒径进行考核均指的是空气动力学直径，如 PM 2.5 是指环境空气中空气动力学直径小于等于 2.5μm 的颗粒物。

对于飞灰几何粒径测定，采用 Mastersizer2000E 激光粒度分析仪，采用水作为分散介质，利用飞灰颗粒的布朗运动，根据光的散射原理(散射强度与颗粒几何粒径的 6 次方成正比)测定飞灰颗粒的粒径大小，测量范围为 0.01～10000μm。烟道内飞灰在线取样采用便携式飞灰取样器，采用压缩空气抽吸原理在线采集飞灰样品至集灰瓶中。电除尘器各个电厂收集的灰样直接从各个灰斗下方的输灰阀门取。

对于飞灰空气动力学粒径测定，采用电子低压冲击仪(electrical low pressure impactor，ELPI)，该仪器由芬兰Dekati公司研制，属于电荷法测试仪器，该仪器将粒径在 0.03～10μm 的颗粒分为 12 级，且颗粒在进入主机前，先经过旋风切割器将 10μm 以上颗粒截留掉，10μm 及以下颗粒先经过主机内置的颗粒和电器进行荷电，然后沿气流依次进入 12级撞击器，按颗粒惯性不同进行逐级收集，且各级撞击器表面固定一层涂抹松脂的铝膜，并接有电流探针及信号放大装置，通过检测带电颗粒撞击铝膜产生的微电流来间接换算飞灰颗粒的数量及质量浓度 [18-21] ，换算公式如式(1)、式(2)所示。

电除尘器入口 ELPI 采样系统如图 2 所示，采用自制集成式 PM 2.5 采样枪，采样枪加热至 130℃，根据预算流速选择合适的采样嘴，配合泵的流量控制实现等速采样。旋风切割器进行保温加热，加热至 130℃。

图 2 电除尘器入口 ELPI 测试系统示意图

电除尘器入口烟尘浓度较高，超过仪器测定上限，因此采用一级高温稀释+一级常温稀释对高烟尘浓度烟气进行稀释，其中高温稀释器加热至 130℃，稀释器用压缩空气压力采用无水、无油的仪用空气，压力为 2bar(1bar=10 5 Pa)。ELPI 撞击器出口压力控制在 100mbar±5mbar。ELPI 主机与计算机连接，通过软件控制实时读取并保存测试数据。平均每 15～20min 保存一组数据，每个工况保存 3 组及以上数据取平均值。电除尘器出口测试采用一级高温稀释即可。

3 飞灰几何粒径测试结果及分析

3.1 不同电场收集飞灰的几何粒度分布

测定电除尘器入口烟气温度 130℃时，电除尘器入口及不同电场的飞灰颗粒几何粒度分布数据如图 3 所示。每个飞灰样品重复测定 3 次，取平均值。

图 3 电除尘器入口及不同电场的飞灰颗粒几何粒度分布

鉴于小粒径颗粒，尤其是微米级颗粒难以捕捉，且本身小粒径颗粒体积占比就小，因此图中微米级飞灰颗粒的数据很小，0.4μm 以下的颗粒数据均为零。电除尘器入口及不同电场的颗粒几何粒度分布均呈双峰分布，且第 1 电场收集飞灰中小颗粒(0.2～16μm)占比最小，第二个波峰(显示大颗粒占比)在所有曲线的最右侧。第 2、第 3、第 4 电场收集飞灰中小颗粒占比逐渐增多，大粒径颗粒占比减小。

这是因为细颗粒物荷电难，如 0.1～1μm 颗粒的电场荷电和扩散荷电均较弱，很难被电场捕集，且捕集后也极易发生二次扬尘等 [22-24] ，与大颗粒相比，各电场对细颗粒的收尘效率相对较低，因此，越到后级电场，细颗粒所占比例就越高。

但从图 3 中还发现，第 5 电场收集的颗粒几何粒径在 1～10μm 段出现一个峰值，且明显高于第 3、第 4 电场，推测是因为末电场采用旋转钢刷清灰，避免了振打引起的二次扬尘，且旋转钢刷布置在非收尘区，在保证阳极板表面刮刷干净的同时，最大限度地减少了细颗粒的再逃逸 [25-26] ，旋转电极电场可将前级电场二次飞扬的颗粒物实现再次捕集。

电除尘器入口及不同电场的几何粒径≤1μm、≤2.5μm、≤10μm 的飞灰颗粒占比如图 4 所示。

图4 电除尘器入口及不同电场的几何粒径的飞灰颗粒占比

第1 电场占比最小，后级电场依次增加，第 5 电场几何粒径≤1μm 的飞灰颗粒占比略小于第 3、第 4 电场，这是由于第 5 电场收集的颗粒几何粒径在 1～10μm 段出现一个峰值所致。

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