解析电除尘烟温与粉尘特性的最佳结合点

郭 刚

（福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000）

解析电除尘烟温与粉尘特性的最佳结合点

郭 刚

（福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000）

分析了电除尘烟温对粉尘特性的影响，以及烟温对电除尘器效率的影响，从中找出烟温调节与粉尘特性的最佳结合点。利用烟温调节的理念，应用余热利用节能电除尘技术对电除尘器进行提效改造，通过实例证明，这既可扩大电除尘器适应性和提高电除尘效率、满足低排放要求，又可节省电煤消耗和降低电耗，具有环保与经济的双重效益。

电除尘器;烟温调节;粉尘比电阻;除尘效率

1 引言

电除尘器最大的优点是除尘效率高、设备阻力低、适用范围广、运行费用低、维护工作量极少、无二次污染，所以是各种工业窑炉排烟除尘的首选设备，特别受到燃煤电厂的青睐。近年来，对于国内燃煤电厂来说，由于煤种多变、行业的无序竞争以及排放标准的不断趋严，导致部分设备投运后烟尘排放不能达标的现状，使得人们对电除尘器能否满足新标准的要求产生了怀疑。

众所周知，电除尘器的除尘效率受到众多因素的影响，由于从煤灰特性、运行条件、技术状况等方面进行剖析的文章众多，本文单从烟气温度对电除尘性能的影响进行解析，力求寻找烟温与粉尘特性的最佳结合点，利用烟气调温技术使得电除尘能够达标排放，丰富电除尘器的提效手段，开阔电除尘技术的发展思路，消除人们对电除尘技术的疑虑。

2 烟温与粉尘比电阻的关系

粉尘比电阻是衡量粉尘导电性能的一个指标。粉尘比电阻在数值上等于单位面积的粉尘在单位厚度时的电阻值。粉尘比电阻也是影响电除尘效率的最关键因素，高比电阻粉尘所带来的反电晕问题正是影响除尘效率的“瓶颈”。然而研究表明，粉尘比电阻是两种独立的导电机理的综合：一种是通过粉尘内部的体积导电，其与粉尘的化学成分有关，体积比电阻与工作温度成反比；另一种是沿着粒子表面进行的表面导电，其与粉尘及烟气成分都有关，表面比电阻与工作温度成正比。

何种导电机理占主导地位，主要取决于烟气温度。因此，可将粉尘比电阻看作由两个并联电阻组成：一个相当于体积比电阻，另一个相当于表面比电阻。两者均受温度的影响。在低温（约150℃以下）区，气体中存在的水分或其它化学调节剂被尘粒表面吸附，因而导电主要是沿尘粒表面所吸附的水分和化学膜进行的，在导电沿尘粒表面进行的温度范围内，粉尘比电阻称为表面比电阻，而且其表面比电阻随着温度的升高而增加。相反，高温（约200℃以上）时体积比电阻甚低，导电主要通过粉尘本体内部的电子或离子进行，其不受表面比电阻的影响。温度介于两者之间，则表面比电阻和体积比电阻都起作用。图1为粉尘比电阻与温度的典型关系曲线，是上述两个分量的综合。根据这条曲线，可以确定最适合电除尘器工作的温度。

图1 温度与比电阻关系曲线

由于适用于静电除尘器的粉尘比电阻值为104～1011Ω·cm。比电阻值小于104Ω·cm的粉尘其导电性能好，在除尘器电场内被收集时，到达收尘极板表面后会快速释放其电荷，变为与收尘极同性，然后又相互排斥，重新返回气流，可能在往返跳跃中被气流带出。相反，比电阻大于1011Ω·cm的粉尘，在到达收尘极以后不易释放其电荷，使粉尘层与极板之间可能形成电场，产生反电晕放电，导致电能消耗增加，除尘性能恶化，甚至无法工作。从上图温度与比电阻关系曲线可以看出，烟气温度小于150℃以下时，粉尘主要受表面比电阻的影响，而且随着温度的降低，比电阻值大幅下降，在约100℃以下时，比电阻是小于1011Ω·cm的，说明在此温度下，粉尘比电阻应该是降到了电除尘器的最佳除尘范围。另外，烟气温度约大于230℃以上时，粉尘主要受体积比电阻的影响，而且随着温度的升高，比电阻值下降，且小于1011Ω·cm，说明温度高于230℃，也是有利于提高除尘效率的。但是，由于燃煤锅炉的工艺特点及锅炉效率等问题，利用高温段除尘的工艺是不科学、不节能、不现实的。通过以上分析，在其他前提条件不变的情况下，为了电除尘器有最佳的除尘效率，应该寻求电除尘入口烟温与粉尘特性的最佳结合点。

3 烟温与除尘效率的关系

烟气温度除了影响比电阻，还会因为影响电场V－I的特性而影响电除尘器的运行效果，当气体的温度上升时，气体分子密度下降，负离子向电极驱进的速度就会因与中性分子碰撞机会的减少而增加，使放电极的负离子密度降低，而负离子对放电极附近电场的作用削弱，就会使得击穿电压下降，从而降低了除尘效率。所以，较低的烟温有利于提高击穿电压值，对除尘有利。

再有，根据经验公式：

式中：v —电场风速；

s —异极距；

l —电场长度。

所以，较低的烟温有利于降低除尘器处理烟气量，从而降低电场风速，对除尘有利。

例如，广东某电厂的600MW机组，锅炉纯烧神华煤，机组刚投运时因锅炉结焦等影响，使排烟温度升高至160℃以上，电除尘效率急剧下降，烟囱冒浓烟，估计烟尘排放浓度超过100mg/m3。但是，仅通过改造水冷壁，增加受热面积，增设吹灰器，又掺烧部分其它煤等措施，使排烟温度下降到130℃左右，就使得电除尘效率大幅提高，烟尘排放浓度下降到约30mg/m3。本案例说明，通过调节电除尘的入口烟温，可大幅提高电除尘效率，并降低烟尘出口排放浓度。

因此，烟温在150℃以内，烟温越低则除尘效率应该越高。但同时要注意烟温的下限。

据对日本的低低温电除尘工艺的考察，日本国内的大机组几乎无一例外的全部采用低低温电除尘工艺（见图2）。该工艺技术的核心是在电除尘器前置烟道上布置一套水媒降温换热器（MGGH），由于MGGH进行热交换，使得电除尘器的运行温度变成90℃～100℃，低于通常的130℃～150℃，除尘器均采用四个电场结构，出口排放浓度均小于30mg/m3，除尘效率大于99.85%。

图2 日本燃煤电厂低低温烟气处理工艺示意

受日本低低温电除尘工艺的启发，我国目前燃煤电厂发电机组中的锅炉排烟温度很大一部分维持在130℃～150℃，存在大量的排烟余热可以利用，若采用余热利用节能电除尘器，不仅可以降低排烟温度，回收烟气余热，提高锅炉效率，还可以增加机组出力，提高电厂系统的效率。

余热利用节能电除尘器主要采用汽机冷凝水与热烟气通过换热器进行热交换，使得汽机冷凝水得到额外的热量，减小汽机冷凝水低加回路系统中低压加热器（简称“低加”）的抽汽量，并使得进入电除尘器的运行温度由通常的低温状态（130℃～170℃）下降到低低温状态（90℃～100℃)，实现余热利用和提高除尘效率的双重目的。

余热利用节能电除尘器目前已在国内某电厂2台135MW机组配套440t/h超高压中间再热循环流化床锅炉排烟上进行了工业应用，投用该设备后，烟温从138℃下降到108℃（降幅达到30℃），冷凝水温从40℃升高到76℃（升幅达到36℃）；各电场电压平均上升8.8kV，平均上升率为16.2%，其中第4电场电压平均上升12.5kV，上升率高达26.6%；电除尘器出口排放由降温前的100mg/m3下降到30mg/m3以下。电厂运行数据统计结果表明，每发1度电平均可节省电煤消耗约2.6g，同时由于烟温降低烟气体积流量减少，引风机每小时还可节省25度的电耗。

上述理论分析及应用实例说明，烟温对电除尘器的除尘效率影响至深。日本电除尘器的运行温度在90℃～100℃之间，电除尘器的除尘效率较高，采用四个电场，比集尘面积在80m2/m3·s左右时，即可保证99.85%以上的高效率及30mg/m3以下的低排放浓度。国内的电除尘应用实例说明，烟温从138℃下降到108℃时，粉尘的排放浓度即下降至30mg/m3以下，当然这与燃用煤种及灰分的特点也密切相关，但可证明应用烟气调温对于改善粉尘特性、提高电除尘器的除尘效率是极为有效的手段。目前已有的应用业绩证明烟温的最低可以降至90℃，但是对于国内大部分煤种来说，烟温降至90℃时，已经接近或者低于烟气酸露点，因而要考虑低温腐蚀问题，同时烟气结露还会导致粉尘极易黏附在极线和极板上，使除尘器的清灰较为困难，对除尘效率起到负面影响。所以，烟气调温需要结合煤种的酸露点来综合考虑。

4 结语

通过以上分析，寻求电除尘入口烟温与粉尘特性的最佳结合点，应用电除尘烟温调节技术降低烟气温度后，可以有效降低粉尘比电阻值，并可有效降低除尘器的处理烟气量，降低电场风速，增大电除尘器的收尘容量，即可大大提高电除尘效率。

对于燃煤电厂电除尘烟温的调节，首先应考虑烟气温度必须避开粉尘比电阻的峰值温度（煤种不同，峰值温度不同）。其次再结合各种煤种不同的酸露点温度，来选取温度的下限值，以防止除尘器及下游设备的低温腐蚀和振打清灰等问题。

由于新的火电厂大气污染物排放标准的出台，国内众多的发电机组面临除尘器提效改造的问题，电除尘烟温调节技术为电除尘器的改造开拓了新的思路，同时不仅拥有良好的环保效益，而且兼备了极佳的经济效益，同时可以保持电除尘器固有的优势，因此电除尘烟温调节技术拥有广阔的市场前景。

黎在时.电除尘器的选型安装与运行管理[M].北京：中国电力出版社，2005：95.

Analyzes Best Combinative Point for Flue Gas Temperature of Electric Dust Removal and Powder Dust Characteristic

GUO Gang
(Fujian Longking Co., Ltd, Longyan Fujian 364000, China)

The paper analyzes the impact of flue gas temperature of electric dust removal on powder dust characteristic and the impact of flue gas temperature on efficiency of electric dust precipitator, and finds out the best combinative point for flue gas temperature regulation and powder dust characteristic. By considering the ideas of flue gas temperature regulation,the remainder heat is applied to use energy saving electric dust removal technology and raise efficiency reform of electric dust precipitator, so as to enlarge the adaptability for electric dust precipitator, increase the efficiency of electric dust removal and meet the demand of low emission. It can save consumption of power and coal, reduce electricity consumption and bear the double benefits of environmental protection and economy.

electric dust precipitator; flue gas temperature regulation; powder ratio resistance; dust removal efficiency

X701

A

1006-5377（2012）05-0059-03