低低温条件下飞灰工况比电阻特性

刘含笑1，姚宇平1，郦建国1，李文华2，方小伟1，郭 滢1

(1.浙江菲达环保科技股份有限公司，浙江 诸暨 311800；2.浙江浙能温州发电有限公司，浙江 乐清 325602)

摘 要：为研究电除尘器低低温工况条件下飞灰工况比电阻特性，探讨采用数学模型计算飞灰工况比电阻的可行性，采用BDL型工况飞灰比电阻测试仪对3个典型项目开展飞灰工况比电阻现场在线测定，同时基于R.E.Bickelhaupt模型计算玉环电厂、温州电厂、长兴电厂3个项目飞灰工况比电阻值，并对计算值和实测值进行对比。结果表明，低低温工况时飞灰工况比电阻值明显低于常温工况，但模型计算值与实测数据尚存一定差距，该模型仍需修正。

关键词：燃煤电厂;工况比电阻;低低温电除尘器;电除尘

0 引 言

当前，国内大气环境形势依然严峻，在国家及地方政策的驱使下，燃煤电厂烟气超低排放呼声日盛，实现燃煤电厂烟气超低排放是国家节能减排战略的重大需求，各地超低排放机组陆续完成改造并投运，取得了较好的排放效果[1-3]。在除尘方面，低低温电除尘技术作为一种经济、高效的干式电除尘技术，已成为超低排放改造的主流除尘技术之一，尤其在不加湿电情况下，也可实现烟尘的超低排放[4-7]。

比电阻是影响电除尘性能的关键因素。低低温电除尘技术通过将烟气温度降低至酸露点以下，使得粉尘性质明显改善，降低比电阻，可大幅提高除尘效率。三菱重工对不同温度条件下煤种类型与粉尘比电阻的关系进行了大量研究[8-9]，低低温状态下，粉尘比电阻均在反电晕临界比电阻值以下。靳星[10]研究了飞灰工况比电阻与温度的关系，结果表明对于工况比电阻，相同煤种，低低温工况时比电阻值明显低于常温工况。但是国内尚缺乏将粉尘比电阻现场测试和理论计算相结合的系统研究，对于比电阻测试仪器的测试误差较难准确评估。

本文拟通过现场在线测试及数学模型计算相结合的研究方式，针对典型项目，一方面采用BDL型工况飞灰比电阻测试仪现场测试飞灰工况比电阻，另一方面基于R.E.Bickelhaupt模型计算飞灰工况比电阻值，比较两者的差异。同时探讨烟气温度对飞灰工况比电阻的影响，尤其是烟气温度低于酸露点时，低低温工况条件下的飞灰比电阻特性，旨在获取第一手数据，为研究低低温电除尘技术对我国煤种的适应性及有效性提供数据支撑。

1 工况比电阻测试

1.1 测试仪器

研究采用华北电力大学研发的BDL型工况飞灰比电阻测试仪(型号：TH2681A)测定不同工况条件下飞灰比电阻。该仪器是专门用于烟道内部飞灰比电阻的检测，配有可直接插入烟道内的测量探头，其灰样及电信号采集均在烟道内完成，因此能较真实地反映电除尘器实际运行工况下的飞灰比电阻特性[11-14]。

1.2 测试方法

飞灰比电阻现场测量系统如图1所示。通过调整采样枪进入烟道尺寸来调整采样点位置。烟气中的飞灰颗粒在抽气泵的抽吸作用力下进入测量探头内，并沉积在刚玉滤筒内，在同心圆环电极之间的环形空间中形成粉尘层，电极经高温导线与主机连接，可在主机上读取仪表值，并根据探头的电极系数换算得到所采集到飞灰的比电阻值。每个样的采集时间为40 min，测试方法符合GB/T 16913—2008《粉尘物性测试方法》的规定[15]。

1.3 工程实测结果

华能玉环电厂1号炉1 000 MW机组，测点分别在低温省煤器入口和低低温电除尘器入口烟道，烟气温度分别为95、121 ℃，通过多次测量求平均值，2种温度下测得飞灰的工况比电阻分别为2.50×109、1.410×1013 Ω·cm。

浙能温州电厂8号炉660 MW机组，测点布置在低低温电除尘器入口烟道，分别测定烟气冷却器投运、停运时飞灰工况比电阻，烟气温度分别为98、129 ℃，2种温度条件下测得飞灰的工况比电阻分别为5.59×107、7.81×108 Ω·cm。

上述2个工程实测案例表明，低低温工况下飞灰工况比电阻明显较常温工况低，且下降幅度有较大差异。为进一步探讨烟气温度对飞灰工况比电阻的影响，增加了温度测点。

华能长兴电厂660 MW机组，分别测试不同温度条件下设计煤种和校核煤种1的工况比电阻值，测点位于低低温电除尘器入口烟道，通过调整烟气冷却器出力来调整低低温电除尘器入口烟气温度。燃用设计煤种时，烟气温度分别为85.9、90、111.7、125 ℃；燃用校核煤种1时，烟气温度分别为88.5、122 ℃。不同温度条件下测得设计煤种飞灰的工况比电阻分别为6.46×109、8.02×109、1.74×1011、5.48×1011 Ω·cm，2种温度条件下校核煤种1飞灰的工况比电阻分别为9.99×109、1.07×1012 Ω·cm。

2 工况比电阻计算

2.1 计算模型

美国南方研究院的R.E.Bickelhaupt基于实验室模拟工况条件测试的多组飞灰比电阻数据，通过统计分析，建立了较完整的比电阻预测模型。本文采用R.E.Bickelhaupt模型计算飞灰比电阻值，该模型对表面比电阻、体积比电阻分别进行计算，涉及飞灰成分、场强和烟气条件等因素[16-17]。飞灰体积比电阻、表面比电阻的计算公式分别为

ρV=exp(-1.891 6lnX-0.969 6lnY+

1.237lnZ+3.628 76-0.069 078E+

ρS=exp[27.597 74-2.233 348lnX-

0.001 76W-0.069 078E-

0.000 738 95Wexp(2 303.3/T)](2)

式中，ρV、ρS分别为飞灰体积比电阻、表面比电阻，Ω·cm；X、Y、Z分别为Li+Na、Fe、Mg+Ca原子质量分数，%；E为电场强度，kV/cm；T为温度，K；W为水汽含量，%。

当Zgt;3.5%或Klt;1.0%时(K为钾元素的原子质量分数)，总工况比电阻ρvs计算公式为

工况比电阻需考虑飞灰表面沉积硫酸雾对比电阻的影响时，其修正量ρa可用下式表示：

ρa=exp(59.067 7-0.854 721C(SO3)-

13 049.47/T-0.069 078E)(4)

此时，考虑飞灰表面沉积硫酸雾的工况比电阻ρvsa计算公式为

2.2 飞灰成分分析

3个测试项目的飞灰成分分析数据见表1。

表1 3个项目的飞灰成分
Table 1 Composition of fly ash in three projects %

2.3 计算结果

根据式(1)～(5)及表1中3个测试项目飞灰成分分析数据，结合玉环电厂、温州电厂、长兴电厂烟气冷却器入口SO3实测数据(采用GB/T 21508—2008规定的控制冷凝法采集SO3样品，采用哈希DR6000紫外可见光分光光度计滴定样品，测试位置在烟气冷却器入口处)，计算得到3个项目的飞灰工况比电阻计算数据，如图2所示。结果表明，烟气中SO3可有效降低飞灰比电阻，且温度越低，SO3质量分数对飞灰比电阻的影响程度越大。

3 测试与计算结果的比对

根据前文所述，飞灰工况比电阻测试值与ρvsa计算值对比如图3所示。计算值与实测值趋势一致，但具体数值尚有些出入，当SO3质量分数较高时，如长兴电厂，实测值高于计算值；当SO3质量分数较低时，如温州电厂，实测值小于计算值。究其原因，本文所采用的比电阻计算模型主要依据国外燃煤飞灰数据拟合而成，众所周知，国外煤种较好且稳定，而国内煤种条件更为复杂，若需准确预测国内燃煤飞灰比电阻值，需采用国内燃煤飞灰比电阻数据对公式进行一定修正。

4 结 语

通过现场在线测试及数学模型计算相结合的研究方式，探讨了烟气温度对飞灰工况比电阻的影响，尤其是烟气温度低于酸露点时，低低温工况条件下，因烟气中SO3冷凝成了硫酸雾，并吸附在粉尘表面，改善了粉尘性质和烟气工况，使得飞灰工况比电阻大幅降低，可有效提高低低温电除尘器的除尘效率。本文的测试及计算可为进一步探索低低温电除尘技术对我国煤种的适应性及有效性提供数据和技术支撑。课题组后续的研究重点将放在以下几个方面：① 进一步积累工况比电阻实测数据，建立数据库，对比电阻预测公式进行修正；② 基于修正后的比电阻计算公式，探讨不同SO3质量分数及不同烟气温度时，粉尘比电阻特性，为低低温电除尘技术的深化研究提供数据支撑。

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Resistivity characteristics of fly ash under low-low temperature

LIU Hanxiao1,YAO Yuping1,LI Jianguo1,LI Wenhua2,FANG Xiaowei1,GUO Ying1

(1.Zhejiang Feida Environmental Science and Technology Co.,Ltd.,Zhuji 311800,China; 2.Zhejiang Zheneng Wenzhou Power Generation Co.,Ltd.,Yueqing 325602，China)

Abstract:To study the resistivity characteristics of fly ash under low-low temperature in ESP and discuss the feasibility of using mathematical model to calculate the resistivity of fly ash,the resistivity of fly ash in Yuhuan,Wenzhou and Chengxing power plants was measured online by BDL fly ash resistivity tester and calculated by R.E.Bickelhaupt model.Then,the calculated and measured values were compared.Results show that the resistivity under low-low temperature is significantly lower than that under normal temperature.However,there is a certain gap between the calculated and measured values,so the mathematical model needs further correction.

Key words:coal-fired power plant;resistivity;LL-ESP;electrostatic precipitator

中图分类号：X701.2

文献标志码：A

文章编号：1006-6772(2017)05-0125-04

收稿日期：2017-02-25；责任编辑孙淑君

DOI:10.13226/j.issn.1006-6772.2017.05.023

基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2013AA065002)；国家重点研发计划资助项目(2016YFC0203704，2016YFC0209107)；浙江省科技计划资助项目(2013C11G6080001)

作者简介：刘含笑(1987—)，男，山东潍坊人，硕士，从事PM2.5治理及测试技术研发工作。E-mail:gutounan@163.com

引用格式：刘含笑，姚宇平，郦建国,等.低低温条件下飞灰工况比电阻特性[J].洁净煤技术，2017，23(5)：125-128.

LIU Hanxiao,YAO Yuping,LI Jianguo,et al.Resistivity characteristics of fly ash under low-low temperature[J].Clean Coal Technology，2017，23(5)：125-128.