飞灰实验室比电阻及其确定方法研究

于立元 刘含笑 崔 盈 刘美玲

(浙江菲达环保科技股份有限公司)

电除尘器是工业烟尘治理的主流设备之一，尤其是在电力行业，70%以上除尘设备为电除尘器[1]。粉尘特性会直接影响电除尘性能，其中，飞灰的比电阻值是影响电除尘性能的最直接因素之一[2]。现有研究多通过现场采样、实验室测定的方式来测定飞灰比电阻[3]，此时测得的比电阻称为实验室比电阻。国外学者对燃煤飞灰比电阻研究较早，Bäck等[4]采用测试方法研究了燃煤电厂飞灰实验室比电阻值随温度的变化规律；Chandra A等[5]和R.E.Bickelhaupt等[6]各自拟合了一套半经验公式。国内研究多集中在不同工况、不同种类粉尘比电阻测定等，张盼等[7]开发了可调工况粉尘比电阻试验台，并基于此分析了燃煤飞灰的物化性质对粉尘电阻值的影响机理；刘含笑等[8-14]系统研究分析了烟气温度与飞灰实验室比电阻的关系，并重点阐述了低低温工况下的除尘提效机理；蔡丽红等[15]利用 DR 型高压粉尘比电阻实验台，对生物质与煤混燃灰的比电阻特性进行实验研究，方梦祥等[16]通过比电阻研究了高温电除尘特性，指导后续生物质掺烧电除尘器、高温电除尘器选型。

文章通过现场采样及实验测定的手段，测试分析了不同燃煤电厂飞灰的实验室比电阻值，并通过计算分析了实验室比电阻的影响因素，旨在为不同飞灰条件下电除尘器的精确选型设计提供借鉴。

1 实验室比电阻测试系统

1.1 实验台简介

研究采用华北电力大学研制的DR-2型高压粉尘比电阻试验台开展燃煤电厂飞灰实验室比电阻测试研究。该试验台符合GB/T 16913-2008、JBT 8537-2010规定的相关要求，主要由操作台、高压柜单机箱和直流高压电源等组成[17-19]，如图1所示。其中，圆盘测定器中的电极导电性能良好，绝缘组件具有良好的耐高温、抗腐蚀和绝缘性能；保护环接地良好，中心电极接微电流测试仪后再接地；圆盘测定器内的各组件能适应测试箱内长时间的高温环境，不发生形变、脆裂、腐蚀等物理或化学变化；上、下电极板板面平整、光滑，避免产生高压尖端放电现象，具有良好的平行度、同轴度；粉尘盘内部容积高度为5 mm；上电极板对粉尘层的压强为10 g/cm2；上电极板面积为5.06 cm2。

图1 DR-2型高压粉尘比电阻试验台

1.2 测试步骤

粉尘试样用毛刷轻轻捣碎结块后，再用177 μm(80目)工业用筛筛分。筛分后的试样应置于105～110 ℃的干燥箱中干燥4 h。对于在较低温度时会发生化学反应或熔化、升华的粉尘，其干燥温度应小于该温度5 ℃以上，并适当延长干燥时间；对于煤灰等充分燃烧后的粉尘，可将干燥温度提高到250 ℃，时间缩短至1 h。干燥后的粉尘试样放在密封干燥容器内自然冷却。

将试样自然堆满粉尘盘，刮尺垂直于盘面沿盘沿轻轻刮平。打开比电阻测试箱，将装有粉尘试样的粉尘盘平稳放入测试箱。试样每次装盘后应使用天平称量粉尘盘质量，计算求得试样的堆积密度。同一试样，每次装盘后堆积密度变化量要求控制在首次测量值的±5%以内。

在室温状态下启动高压，观察电压表指示数值，以约100 V/s的速度缓慢升压，直到粉尘层被击穿为止。记录击穿电压值并关闭高压。如需在某个特定温度测定击穿电压时，应先调整温度，待温度达到设定值并保持稳定(10 min内温度的改变量应小于±0.01T ℃，其中T为设定值)后再测试击穿电压。击穿电压测试完毕后用放电棒对电压表高压端进行放电。

击穿电压测试完毕后应重新更换粉尘盘中的粉尘进行比电阻测试。启动高压，并缓慢升压，观察电压表、电流表指示数值，当电压达到击穿电压的80%～90%时，停止升压，稳定30 s后，读取电压、电流示值。在缓慢升压过程中，电压或电流的示值出现明显波动时，应立即停止升压，调整电压稳定后进行测量并记录电压和电流的示值。若粉尘被击穿，应重新装盘，从所需的最低的测试温度重新开始实验。一个温度点测试完成后，将电压归零，关闭高压。继续升温，并用同样的方法将不同温度的测试点逐个测试完毕。每次关闭高压后，用放电棒对电压表高压端进行放电。全部温度点测试完成后，关闭高压和测试仪器。待测试箱自然冷却后取出粉尘盘，清理圆盘测定器和测试箱。

2 煤种和温度对实验室比电阻的影响

选取某10个典型飞灰样品(5个国内飞灰样品、5个印度飞灰样品)，将对应煤种及飞灰的主要成分对比列于表1。

表1 飞灰样品及其对应煤种的主要成分

煤、飞灰成分中对电除尘器性能影响程度较大的因素有Na2O、Fe2O3、Sar、Al2O3、SiO2，其中，Sar、Na2O、Fe2O3含量越高，越有利于除尘，而Al2O3和SiO2含量越高越不利于除尘。由表1参数可知，印度样品硅铝含量高，比电阻大，不适合电除尘。

不同温度条件下的实验室比电阻分布曲线如图2所示。随着温度升高，实验室比电阻逐渐增大，且印度样品的比电阻普遍高于国内样品。

图2 不同温度时10个典型飞灰样品实验室比电阻分布

3 飞灰成分对实验室比电阻的影响

除了烟气温度，飞灰成分对比电阻的影响也较大。Chandra A、R.E.Bickelhaupt、X.Li模型等对中国燃煤电厂飞灰实验室比电阻计算分析[20-23]，如图3～4所示，“Li+Na”、Fe原子质量分数与飞灰的实验室比电阻值呈负相关性，且前者影响幅度较大，后者影响较小，Fe原子质量分数的影响仅在高温区明显；“Mg+Ca”原子质量分数与飞灰的实验室比电阻值呈正相关性，影响幅度不大，也仅影响高温区域。

4 结语

采用DR-2型高压粉尘比电阻试验台对10个典型样品进行测试，计算分析实验室比电阻的影响规律：随着温度升高，实验室比电阻逐渐增大，且印度样品的比电阻普遍高于国内样品；“Li+Na”、Fe原子质量分数与飞灰的实验室比电阻值呈负相关性，“Mg+Ca”原子质量分数与飞灰的实验室比电阻值呈正相关性。后续将进一步研究飞灰工况比电阻及其变化规律。

图3 Chandra A模型

图4 X.Li模型