于立元 劉含笑 崔 盈 劉美玲

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電除塵器是工業(yè)煙塵治理的主流設(shè)備之一，尤其是在電力行業(yè)，70%以上除塵設(shè)備為電除塵器[1]。粉塵特性會直接影響電除塵性能，其中，飛灰的比電阻值是影響電除塵性能的最直接因素之一[2]?，F(xiàn)有研究多通過現(xiàn)場采樣、實驗室測定的方式來測定飛灰比電阻[3]，此時測得的比電阻稱為實驗室比電阻。國外學(xué)者對燃煤飛灰比電阻研究較早，B?ck等[4]采用測試方法研究了燃煤電廠飛灰實驗室比電阻值隨溫度的變化規(guī)律；Chandra A等[5]和R.E.Bickelhaupt等[6]各自擬合了一套半經(jīng)驗公式。國內(nèi)研究多集中在不同工況、不同種類粉塵比電阻測定等，張盼等[7]開發(fā)了可調(diào)工況粉塵比電阻試驗臺，并基于此分析了燃煤飛灰的物化性質(zhì)對粉塵電阻值的影響機理；劉含笑等[8-14]系統(tǒng)研究分析了煙氣溫度與飛灰實驗室比電阻的關(guān)系，并重點闡述了低低溫工況下的除塵提效機理；蔡麗紅等[15]利用 DR 型高壓粉塵比電阻實驗臺，對生物質(zhì)與煤混燃灰的比電阻特性進行實驗研究，方夢祥等[16]通過比電阻研究了高溫電除塵特性，指導(dǎo)后續(xù)生物質(zhì)摻燒電除塵器、高溫電除塵器選型。

文章通過現(xiàn)場采樣及實驗測定的手段，測試分析了不同燃煤電廠飛灰的實驗室比電阻值，并通過計算分析了實驗室比電阻的影響因素，旨在為不同飛灰條件下電除塵器的精確選型設(shè)計提供借鑒。

1 實驗室比電阻測試系統(tǒng)

1.1 實驗臺簡介

研究采用華北電力大學(xué)研制的DR-2型高壓粉塵比電阻試驗臺開展燃煤電廠飛灰實驗室比電阻測試研究。該試驗臺符合GB/T 16913-2008、JBT 8537-2010規(guī)定的相關(guān)要求，主要由操作臺、高壓柜單機箱和直流高壓電源等組成[17-19]，如圖1所示。其中，圓盤測定器中的電極導(dǎo)電性能良好，絕緣組件具有良好的耐高溫、抗腐蝕和絕緣性能；保護環(huán)接地良好，中心電極接微電流測試儀后再接地；圓盤測定器內(nèi)的各組件能適應(yīng)測試箱內(nèi)長時間的高溫環(huán)境，不發(fā)生形變、脆裂、腐蝕等物理或化學(xué)變化；上、下電極板板面平整、光滑，避免產(chǎn)生高壓尖端放電現(xiàn)象，具有良好的平行度、同軸度；粉塵盤內(nèi)部容積高度為5 mm；上電極板對粉塵層的壓強為10 g/cm2；上電極板面積為5.06 cm2。

圖1 DR-2型高壓粉塵比電阻試驗臺

1.2 測試步驟

粉塵試樣用毛刷輕輕搗碎結(jié)塊后，再用177 μm(80目)工業(yè)用篩篩分。篩分后的試樣應(yīng)置于105～110 ℃的干燥箱中干燥4 h。對于在較低溫度時會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或熔化、升華的粉塵，其干燥溫度應(yīng)小于該溫度5 ℃以上，并適當(dāng)延長干燥時間；對于煤灰等充分燃燒后的粉塵，可將干燥溫度提高到250 ℃，時間縮短至1 h。干燥后的粉塵試樣放在密封干燥容器內(nèi)自然冷卻。

將試樣自然堆滿粉塵盤，刮尺垂直于盤面沿盤沿輕輕刮平。打開比電阻測試箱，將裝有粉塵試樣的粉塵盤平穩(wěn)放入測試箱。試樣每次裝盤后應(yīng)使用天平稱量粉塵盤質(zhì)量，計算求得試樣的堆積密度。同一試樣，每次裝盤后堆積密度變化量要求控制在首次測量值的±5%以內(nèi)。

在室溫狀態(tài)下啟動高壓，觀察電壓表指示數(shù)值，以約100 V/s的速度緩慢升壓，直到粉塵層被擊穿為止。記錄擊穿電壓值并關(guān)閉高壓。如需在某個特定溫度測定擊穿電壓時，應(yīng)先調(diào)整溫度，待溫度達到設(shè)定值并保持穩(wěn)定(10 min內(nèi)溫度的改變量應(yīng)小于±0.01T ℃，其中T為設(shè)定值)后再測試擊穿電壓。擊穿電壓測試完畢后用放電棒對電壓表高壓端進行放電。

擊穿電壓測試完畢后應(yīng)重新更換粉塵盤中的粉塵進行比電阻測試。啟動高壓，并緩慢升壓，觀察電壓表、電流表指示數(shù)值，當(dāng)電壓達到擊穿電壓的80%～90%時，停止升壓，穩(wěn)定30 s后，讀取電壓、電流示值。在緩慢升壓過程中，電壓或電流的示值出現(xiàn)明顯波動時，應(yīng)立即停止升壓，調(diào)整電壓穩(wěn)定后進行測量并記錄電壓和電流的示值。若粉塵被擊穿，應(yīng)重新裝盤，從所需的最低的測試溫度重新開始實驗。一個溫度點測試完成后，將電壓歸零，關(guān)閉高壓。繼續(xù)升溫，并用同樣的方法將不同溫度的測試點逐個測試完畢。每次關(guān)閉高壓后，用放電棒對電壓表高壓端進行放電。全部溫度點測試完成后，關(guān)閉高壓和測試儀器。待測試箱自然冷卻后取出粉塵盤，清理圓盤測定器和測試箱。

2 煤種和溫度對實驗室比電阻的影響

選取某10個典型飛灰樣品(5個國內(nèi)飛灰樣品、5個印度飛灰樣品)，將對應(yīng)煤種及飛灰的主要成分對比列于表1。

表1 飛灰樣品及其對應(yīng)煤種的主要成分

煤、飛灰成分中對電除塵器性能影響程度較大的因素有Na2O、Fe2O3、Sar、Al2O3、SiO2，其中，Sar、Na2O、Fe2O3含量越高，越有利于除塵，而Al2O3和SiO2含量越高越不利于除塵。由表1參數(shù)可知，印度樣品硅鋁含量高，比電阻大，不適合電除塵。

不同溫度條件下的實驗室比電阻分布曲線如圖2所示。隨著溫度升高，實驗室比電阻逐漸增大，且印度樣品的比電阻普遍高于國內(nèi)樣品。

圖2 不同溫度時10個典型飛灰樣品實驗室比電阻分布

3 飛灰成分對實驗室比電阻的影響

除了煙氣溫度，飛灰成分對比電阻的影響也較大。Chandra A、R.E.Bickelhaupt、X.Li模型等對中國燃煤電廠飛灰實驗室比電阻計算分析[20-23]，如圖3～4所示，“Li+Na”、Fe原子質(zhì)量分數(shù)與飛灰的實驗室比電阻值呈負相關(guān)性，且前者影響幅度較大，后者影響較小，F(xiàn)e原子質(zhì)量分數(shù)的影響僅在高溫區(qū)明顯；“Mg+Ca”原子質(zhì)量分數(shù)與飛灰的實驗室比電阻值呈正相關(guān)性，影響幅度不大，也僅影響高溫區(qū)域。

4 結(jié)語

采用DR-2型高壓粉塵比電阻試驗臺對10個典型樣品進行測試，計算分析實驗室比電阻的影響規(guī)律：隨著溫度升高，實驗室比電阻逐漸增大，且印度樣品的比電阻普遍高于國內(nèi)樣品；“Li+Na”、Fe原子質(zhì)量分數(shù)與飛灰的實驗室比電阻值呈負相關(guān)性，“Mg+Ca”原子質(zhì)量分數(shù)與飛灰的實驗室比電阻值呈正相關(guān)性。后續(xù)將進一步研究飛灰工況比電阻及其變化規(guī)律。

圖3 Chandra A模型

圖4 X.Li模型