SO_3烟气调质对粉尘导电性能的改善机制.pdf

SO3烟气调质对粉尘导电性能的改善机制 * 周家珍 1 王丽萍 1 王玉明 2 李江 1 耿彪 1 1． 中国矿业大学，江苏 徐州 221116;2． 大同煤矿集团公司，山西 大同 037000 摘要 以塔山电厂 SO3烟气调质运行实测数据为基础条件， 通过分析 SO3烟气调质后的除尘效率与飞灰比电阻、 飞灰粒 径、 飞灰含湿量等理化性质， 揭示 SO3烟气调质对燃用高灰分劣质煤电厂除尘性能改善机制。为期一年测试结果表 明 调质后比电阻降低 3 个数量级， 2 μm 以下粒径粉尘比例提高了近 6 ， 含湿量提高 14 ， 从而提高表面导电机制， 改善电除尘器电气参数， 使电除尘效率由原来 98. 82 稳定提高至 99. 91 。 关键词 调质;比电阻; 表面导电机制; 粒径; 含湿量 THE IMPROVEMENT MECHANISM OF SO3FLUE GAS CONDITIONING ON DUST ELECTRIC CONDUCTION Zhou Jiazhen1Wang Liping1Wang Yuming2Li Jiang1Geng Biao1 1． China University of Mining and Technology， Xuzhou 221116，China; 2． Datong Coal Mine Group Company， Datong 037000，China AbstractBased on data from SO3fuel gas conditioning of flue gas purification system for Tashan Power Plant，it was analysed the electrical resistivity，surface property，physicochemical property of fly ash and dust precipitation efficiency，which revealed the dust precipitation improvement mechanism which SO3fuel gas conditioning made on fired high ash content coal． The testing results of one year indicated that after the conditioning，the laboratory electrical resistivity of dust decreased by 3 orders of magnitude，the percent of the dust with a diameter of below 2 μm was increased by nearly 6 ． The moisture content was also increased by 14 ，resulting in the improvement of dust surface electric conduction mechanism，and electric parameter of ESP． The dust precipitation efficiency to ESP was increased from 98. 82 to 99. 91 with a steady state． KeywordsSO3fuel gas conditioning;specific resistivity;surface electric conduction mechanism;particle size;moisture content * 江苏高校优势学科建设工程资助项目; 江苏省环境科技基金项目 201111 。 1项目概况与研究意义 1. 1项目概况 山西同煤大唐塔山发电公司 2 600 MW 机组， 每台锅炉配套 2 台由福建龙净设计、 制造的双室五电 场 BEL 型电除尘器。现燃煤较大地偏离原设计煤 质， 灰分高， 硫分低， 粉尘比电阻较高为1012Ωcm， 机 组配套电除尘器状态达不到设计要求， 出口排放达到 500 mg/m3左右， 不仅对机组的安全经济运行造成影 响， 而且烟气排放浓度也严重超标， 影响脱硫系统的 稳定运行并加速了吸风机叶片的磨损。 为此， 塔山电厂实施 SO3烟气调质项目， 以期满 足 GB 132232003火电厂大气污染物排放标准 烟 尘允许排放浓度50 mg/m3要求同时确保机组长周期 安全稳定运行。塔山电厂 SO3烟气调质系统稳定运 行 10 个月后， 粉尘比电阻由 1012Ωcm 降低至4. 38 108～ 40. 3 108Ω cm。 电 除 尘 器 进 口 浓 度 为 40 ～ 45 g/m3， 出口烟尘浓度由调质前的500 mg/m3降低至 调质后的50 mg/m3以内 表 1 。调质后 2 台锅炉电除 尘器除尘效率均由原来的 98. 82 提高至 99. 91 。 表 1调质后除尘器出口烟尘浓度 状态调质前 调质后 1 号锅炉2 号锅炉 样本数312831 进口烟尘浓度 / g m － 3 42. 542. 542. 5 出口烟尘浓度 / mg m － 3 5005046 1. 2研究意义 SO3烟气调质就是在粉尘表面建立一个吸附层， 16 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期 通过粉尘表面导电机制降低比电阻以提高除尘效率。 表面比电阻作用主要是通过颗粒表面吸附的水分和 化学物质进行的。燃煤飞灰的粒径分布是其重要的 物理性质， 飞灰的粒径分布、 粉尘含湿量对粉尘表面 导电机制及除尘效率有着重要的影响 ［1- 2］。 塔山电厂 SO3烟气调质系统稳定运行 10 个月 后， 粉 尘 比 电 阻 由 1012Ωcm 降 低 至 4. 38 108～ 40. 3 108Ωcm， 奠定了电除尘器的升级提效的基 础。已有烟气 SO3调质相关研究主要集中于飞灰比 电阻测试分析 ［3- 7］， 然而关于 SO 3烟气调质如何通过 改善飞灰的表面理化性质以降低飞灰比电阻， 改善除 尘器电气参数， 从而提高电除尘效率尚未深入研究， 本文以塔山电厂 SO3烟气调质运行后的烟气净化和 燃煤飞灰的实测数据为基础条件， 针对燃用高灰分 Vdaf 为 42. 82 、 特低硫 St． ar 为 0. 3 煤的锅炉， 展开 SO3烟气调质对粉尘导电性能的改善机制研究。 2取样与测试 飞灰样品取自 1 号炉电除尘器的进出口断面和 第Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ、 Ⅴ电场灰斗。测试方法如下1 飞灰比 电阻采用 BDL 便携式飞灰比电阻现场测定仪， 在室 温下 18℃ 进行比电阻测试。测定的比电阻值按下 式计算 ρ “k1k2k3R 106 Ωcm 。式中，k1 电极系 数， 定 值 为 14. 6; k2Ω 倍 率 从 高 阻 表 读 取， 10 1 ～ 107 k3 电压系数， 测量电压取 100 V， 以确保 获得足够的精确度， 对应的电压系数取 10。2 飞灰 样粒度的测定采用 CIS- 50 粒度分析仪测定。3 粉尘 含湿量与吸湿率采用国家标准方法测定 ［8］。 3结果与分析 3. 1SO3烟气调质对飞灰比电阻的影响 分别在烟气调质实施的 1 号锅炉的第Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ 电场和第Ⅴ电场以及电场的进出口处取飞灰样， 比电 阻测试结果见表 2。 表 2调质后不同电场飞灰样比电阻 Ωcm 项目 飞灰取样点 除尘器进口处Ⅰ电场Ⅱ电场Ⅲ电场Ⅴ电场 第一批次均值4. 02 1093. 91 1098. 75 1083. 51 1084. 93 109 第二批次均值5. 16 1094. 14 1097. 74 1085. 25 1084. 38 108 平均值4. 59 1094. 03 1098. 25 1084. 38 1084. 66 108 表 2 中数据显示 实验室测量电压为 100 V 时， 1 号炉第Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ、 Ⅴ电场收集粉尘的比电阻均值分别 为 4. 03 109， 8. 25 108，4. 38 108， 4. 66 108 Ω cm。 电 除 尘 器 进 出 口 处 飞 灰 比 电 阻 分 别 为 4. 59 109Ωcm和4. 66 108Ωcm。 调质前飞灰比电 阻值 为 1012Ωcm， 调 质 后 为 4. 38 108～ 40. 3 108 Ωcm， 降低 3 个数量级， 各电场差异值呈现一个数量 级。由此亦减少飞灰二次扬尘和反电晕的发生， 从而 大幅度提高电除尘效率。 由表 2 可知 实验室测量电除尘器进口与第Ⅰ电 场收集的粉尘比电阻差别不大， 而与第Ⅱ、 Ⅲ、 Ⅴ电场 所收集粉尘的比电阻相差较大， 近一个数量级。实验 室测定的比电阻值更为接近飞灰的体积比电阻， 表明 飞灰的体积比电阻没有发生明显改变。 体积导电可以是离子导电或电子导电， 飞灰的体 积导电和体积电阻与飞灰的特性和成分有关， 而与烟 气的成分无关。这就可以说明调质系统加入的 SO3 并没有改变飞灰的化学成分。 3. 2SO3烟气调质对飞灰粒径分布及吸湿率的影响 3. 2. 1飞灰粒径分布的实验分析 塔山电厂 SO3调质前后的飞灰粒度分析结果见 表 3、 表 4。 表 3调质后不同电场粉尘的平均粒径 μm 项目电场进口Ⅰ电场Ⅱ电场III 电场V 电场 D平均 2. 212. 111. 821. 791. 79 D501. 351. 221. 111. 211. 22 表 4调质后不同电场粉尘粒径分布 粒径电场进口样品Ⅰ电场样品Ⅱ电场样品V 电场样品 123123123123 ＜ 2μm65. 5275. 4860. 2367. 2365. 9468. 7269. 3870. 0068. 9672. 8575. 3271. 33 2 ～ 16μm34. 2325. 6039. 232. 1535. 4930. 7430. 0829. 6630. 6225. 5924. 2528. 34 ＞ 16μm0. 250. 920. 570. 620. 570. 540. 540. 340. 420. 560. 430. 33 由表 3 可得 调质后粉尘的平均粒径由电场进口 的 2. 21μm， 分别降低至Ⅰ电场、 Ⅱ电场捕集粉尘的 2. 11， 1. 82 μm， 至除尘器出口处飞灰平均粒径降低 为 1. 79 μm， 电场收集粉尘平均粒径的最大差值为 0. 5 μm。粉尘由除尘器入口处的 1. 35 μm 降低至 V 电场收集粉尘的 1. 22 μm， Ⅱ电场收集粉尘 D50最低 可达 1. 11 μm。由表 4 可知 电场进口处飞灰中粒径 ＜ 2 μm 约占 64. 71 ， 而第 V 电场收集粉尘中粒径 26 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期 ＜ 2 μm 的占 73. 17 。SO3调质后粒径在 5 ～ 10 μm 的飞灰占整个飞灰的 34. 23 ; 而没有经过 SO3调质， 粒径在 5 ～ 10 μm 的飞灰只占整个飞灰的 24. 25 。 说明运行 SO3烟气调质系统后， 调质后电场收集飞灰 的能力明显增强， 尤其是对细灰的收集作用明显 ［1］。 3. 2. 2SO3烟气调质对粉尘表面活性的影响 粉尘吸湿率是指干燥粉尘某时间内从温度和相 对湿度在某范围的周围空气中吸收的水分量与其本 身质量之比率。对调质前后不同电场的灰样进行室 温下自然吸湿实验， 来考察调质后电场飞灰吸附空气 中水分的能力和对飞灰表面性质的影响。调质前除 尘器Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ电场飞灰的吸湿率测试值为 0. 15 ～ 0. 2 ; 调质后飞灰的吸湿率、 含湿量如图 1图 2 所 示， 调质后粉尘吸湿率为 0. 25 ～ 0. 37 ， 调质后粉 尘吸湿率、 含湿量增加 14 。 图 1除尘器调质后飞灰吸湿率 图 2除尘器调质后飞灰含湿量 上述实验结果表明 SO3的加入改变了飞灰的表 面性质， 飞灰表面吸附了一层水膜， 就会增加对 SO3 吸附， 与飞灰固体颗粒直接吸附气态 SO3相比， 通常 是有几个数量级的增加。飞灰表面的化学成分是影 响颗粒物排放控制设备的重要因素， 最主要的成分是 硫、 碱金属 钙、 钠 、 水。塔山电厂煤质灰成分SiO2 Al2O3含量高， 碱金属氧化物 Na2O、 K2O 含量低， 硅 和铝含量高的飞灰不利于对水分的吸附， 进而影响对 SO3的吸附。而表面水溶性的 SO － 4 则可以提高对水 的吸附能力。自然吸湿率明显升高。使得调质后的 飞灰更加适于电除尘器的收集， 提高电除尘器的除尘 效率。 由于Ⅰ电场飞灰样粒径较大颗粒间隙较大， 水蒸 汽较易进入并被快速吸附故含湿量较大， Ⅰ电场灰样 的吸湿率大于Ⅱ电场灰样。实验发现调质前后灰样 在空气中自然吸湿后的团聚和板结情况不同。Ⅰ电 场灰样有少量的团聚现象， 板结现象较为明显; Ⅱ电 场灰样出现了大量个体较大的团聚块。这从另一方 面说明， 运行 SO3烟气调质系统后改变了飞灰的表面 性质。到第Ⅲ电场后含湿量明显升高， 甚至超过第Ⅰ 电场， 在出气口由于气流速度较快， 导致含湿量回降， 但总体上明显高于进气口和第Ⅱ电场。这说明 SO3 对较细的飞灰同样具有很好的调质效果。 4结论 1 塔山电厂锅炉电除尘器 SO3调质稳定运行一 年的测试结果表明 通过向烟气喷入 SO3可在粉尘表 面建立吸附层， 使粉尘含湿量和吸湿率均提高 10 以上， 从而提高表面导电机制。粉尘的实验室比电阻 由 1012Ωcm 降低至4. 38 108 ～ 40. 3 108Ωcm。 比 电阻的降低幅度远大于同类 SO3调质工程［9］， 比电阻 的大幅降低必然极大地降低飞灰的二次扬尘， 可有效 避免反电晕的发生。 2 SO3烟气调质强化细微粒子的荷电， 调质前后 电场收集粉尘粒径在 2μm 以下的微粒所占比例提高 了近 6 。这奠定通过 SO3烟气调质实现塔山电厂电 除尘器升级提效的基础。 3 针对燃用高灰分 Vdaf 为 42. 82 、 特低硫 St． ar 为 0. 3 劣质煤的锅炉， 烟气烟尘浓度由初 始值40 ～ 45 g/m3降至38 ～ 89 mg/m3。 随着国家对电厂烟气排放标准不断提高， 电袋复 合除尘技术 ［10- 11］是电厂烟气净化的一种技术选择， 而对于类似于塔山电除尘器投入运行的电厂， 通过实 施 SO3烟气调质项目以期实现电除尘器的升级提效， 也不妨为一种技术选择。 参考文献 ［1］薛达． 火电厂 SO3烟气调质技术的研究［D］． 保定华北电力 大学 河北 ， 2008． ［2］牟伟腾， 李进． 燃煤锅炉静电除尘器烟气新型调质剂的试验研 究［D］． 北京 北京交通大学， 2008． ［3］Shanthalcumar S，Singh D N，Phadke R C． Influence of flue gas conditioningonflyashcharacteristics ［J］．ContentsLists Available at Science Direct，Fuel，2008，873216- 3222． 下转第 95 页 36 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期 图 1基建费用与建设规模相关性分析 由图 1 可知 河南省城镇污泥处置厂基建费用 C 与建设规模 Q 之间的关系为 C 4883． 1ln Q － 17916 该费用函数表明， 随着污泥处置厂规模的增加， 单位污泥量的建设费用会逐渐下降， 大型污泥处置厂 在基建费用方面有较为明显的规模经济效益， 效益函 数可表示为 C 4883． 1 Σ N i 1 ln Q － lnΣ N i 1 Q i － 17916 i － 1 6 式中C 为污泥处置厂集中建设节省效益， 万元;Q 为污泥处置厂规模， t/d。 根据规模效益函数， 对跨区域的污泥集中处置方 案进行经济性分析， 结果见表 3。 表 3跨区域污泥集中处置经济性分析 污泥集中 处置厂所 在地 规模 / t d － 1 污泥处置 厂辐射 区域 建设 规模 / t d － 1 两地区各自 建设污泥 处置厂费用 / 万元 合并建设 污泥处置 厂费用 / 万元 节省 费用 比例 / 郑州市1200开封市20024661. 7717458. 2929. 21 安阳市600鹤壁市15019872. 2814410. 4827. 48 安阳市600濮阳市20021277. 0614725. 6330. 79 焦作市300济源市6012013. 2310826. 439. 88 污泥的跨区域集中处置布局优化方案具有较好 的规模效应， 因此， 在运行管理方式得当的前提下， 开 封、 鹤壁、 濮阳、 济源四个省辖市和周边临近省辖市建 设集中污泥处置厂， 对区域污水处理厂污泥进行集中 处置， 具有较好的经济性。 4结论 通过布局影响因素分析， 构建了污泥处置厂布局 的评价指标体系， 运用密切值法对河南省 18 个省辖 市的布局适宜性进行分析， 提出了在全省建设 14 个 集中式污泥处置厂的布局方案， 并进一步建立了污泥 处置厂规模效益函数，对跨区域污泥处置进行了经 济性分析， 由分析可知， 集中式布局方案带来的规模 效益明显， 河南省污泥处置厂的集中式布局方案有较 好的经济可行性。 参考文献 ［1］楼文高． 密切值法用于城市污水处理厂布局规划的研究［J］． 上海环境科学， 2002 21 327- 329． ［2］陈启明， 丁蓟羽． 灰色局势决策法在城市污水处理厂布局规划 中的应用［J］． 上海环境科学， 2000 12 553- 556． ［3］戴逸琼． 污水处理厂污泥处置的环境制约因素分析［J］． 浙江 建筑，2007 24 57- 59． ［4］张丽丽． 城市污水处理厂集中式和分散式建设的对比研究 ［D］． 合肥 合肥工业大学， 2009． 作者通信处荣绍辉450002郑州市文化路 97 号郑州大学工学院 管理楼 321 E- mailrongshaohui2008 163． com 2011 － 11 － 28 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 63 页 ［4］陈文瑞． SO3烟气调质系统在华润登封电厂的应用［J］． 电力 环境保护， 2009， 25 6 55- 57． ［5］康国伟，徐向阳． 利用 SO3烟气调质提高电除尘器的除尘效率 ［J］． 华北电力技术， 2009 S1 32- 33． ［6］赵江翔， 郭小燕， 王纯． 烟气调质的研究［J］． 环境工程， 1994， 12 1 16- 21． ［7］郑林刚． 浅谈烟气调质系统在电厂中降低烟尘排放量的应用 ［J］． 环境科学导刊， 2010， 29 2 63- 64． ［8］GB /T 16913 粉尘物性试验方法［S］． ［9］蔡广宇， 胡春涛， 张成锐． SO3烟气调质系统在托电的应 用 ［J］． 华北电力技术， 2005 12 19- 24． ［ 10］李杰， 王丽萍， 田立江． 电袋复合除尘技术在燃煤电厂中的应用 ［J］． 环境工程， 2011， 29 4 71- 73， 102． ［ 11］周欣， 王丽萍． 130t/h 煤粉炉烟气除尘系统“电改袋” ［J］． 环 境工程， 2010， 28 1 52- 54， 51． 作者通信处周家珍221116 江苏省徐州市中国矿业大学 化工学院 E-mailzhoujzhen 163． com 2012 － 01 － 22 收稿 59 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期