燃水煤浆飞灰的电除尘特性分析

第33卷第1期中国矿业大学学报Vol 33 No. 12004年1月Journal of China University of Mining & Technology文章绵号:1000-1964(2004)01-0095-04燃水煤浆飞灰的电除尘特性分析高明峰,柴保明,王祖讷(中国矿业大学化学与环境工程学院,北京100083)摘要:为了提供水煤浆燃后烟气电除尘净化的设计依据,评述了水煤浆的燃烧方式及特点;对普通水煤浆飞灰的形态、化学成分、粒度分布、比电阻及驱进速度等电除尘特性做了定性和定量分析,并与燃煤飞灰的分析结果做了对比,结果表明,水煤浆飞灰不是高比电阻粉尘;燃水煤浆飞灰粒度分布、比电阻、驱进速度等电除尘特性优于燃煤飞灰关键词:水煤浆;飞灰;电除尘器;比电阻中图分类号:TQ536.4文献标识码:AAnalysis on Characteristics of Flyash from Combustion ofCoal Water Slurry Related to Electrostatic PrecipitationGAO Ming-feng, CHAI Bao-ming, WANG Zu-l(School of Chemical and Environmental Engineering, CUMT, BeijingAbstract In order to provide bases of designing electrostatic precipitator for cleaning flue gas of covater slurry (CwS)combustion, characteristic of Cws combustion is reviewed. Qualitative andquantitative analysis were used to study the characteristic of fly ash, such as morphology, chemicalcomposition, particle size distribution, and specific resistance. And the analysis result wascompared with that of the fly ash from combustion of pulverized coal. the result shows that the flyash from CWS combustion is not a dust with high specific resistance, and the characteristic ofparticle size distribution, specific resistance from coal-water slurry combustion is superior to thatfrom pulverized coal combustion in relation to electrostatic precipitationKey words: coal water slurry fly ash; electrostatic precipitator; specific resistance水煤浆是一种代油、代煤新型煤基清洁燃料.《锅炉大气污染物排放标准》GB13271-2001中的规普通水煤浆是由70%左右的煤、30%的水及少量定,排放标准小于80mg/m2,因此无论那种水煤的化学添加剂组成近似于流体像油一样泵送、雾浆燃后必须除尘化、储存和稳定燃烧,可代替燃料油和煤,用于电站电除尘器具有除尘效率高、阻力损失小耐高锅炉、工业民用锅炉、工业窑炉,具有燃烧效率高、温、维护与运行费用低等优点综合各项指标优于负荷调整便利减少环境污染、改善劳动条件和节其它类型的除尘设备.本实验拟采用常规分析测试省用煤等优点1.可以预计随着我国经济不断发手段定性定量分析燃水煤浆飞灰的电除尘特性展和人们环境意识的不断增强,水煤浆的应用将越同时与燃煤飞灰做比较以期得到电除尘器设计的加广泛必要参数根据制浆用煤灰分含量高低,水煤浆可分为超低灰水煤浆低灰水煤浆、中灰水煤浆和高灰水煤1飞灰形态特征浆,其燃后的烟尘浓度一般在1~10g/m3,按照水煤浆的燃烧一般是以空气为介质的雾化燃收稿日期:2003-03-15作者简介:高明峰(1964-),男,辽宁省海城市人,博士生高级工程师,从事洁净煤技术烟气净化方面的研究中国矿业大学学报第33卷烧·水煤浆首先通过雾化喷嘴被雾化成30~物,少量形态不规则的是未完全燃烧的炭粒和破碎200μm的细滴然后喷入到炉膛中,经加热、水分的球珠与煤灰相比,水煤浆燃烧后的灰样的颗粒蒸发、挥发分析出、焦炭非均相反应、灰渣形成等复形态却多种多样,有球形和非球形,球形较煤灰大,杂的物理化学过程水煤浆与煤粉的一个重要不上面有无孔洞、单个孔洞和多个孔洞,孔涧可以认同之处就是,水煤浆在水分蒸发到挥发分析出同存为是挥发气体受热迅速膨胀,从内部膨胀脱出而留在复杂的结团和二次雾化过程中,颗粒在反应中还下的;无孔洞的是保持原有的形状燃烧,并逐渐收存在球化、膨胀、收缩、破损等形态和形式上的变缩成球形.球形为燃烧完全的灰颗粒,不规则的非化球形为未燃尽的丝炭和燃烧完全受热应力而破碎由于水煤浆雾化后成细滴,是多颗粒的聚团燃的球珠烧,而煤粉为单颗粒燃烧,其生成的飞灰的形态有较大的差别.图1为煤灰样和水煤浆灰样在扫2飞灰化学成分描电子显微镜下观察的形态水煤浆是由煤、水和少量添加剂组成其燃烧后产生的飞灰成分与燃煤飞灰的化学成分大体相同由于水煤浆是由一定量的煤粉水、添加剂经过一定的工艺流程加工而成,煤中硫的含量一般在1%以下,较普通的煤粉低,在制浆过程中使用含K,Na的添加剂,所以较煤粉KNa含量高.下面楼灰样采用X射线的定性分析和定量分析法,测得水煤浆灰样和煤灰样的化学成分组成(见表1),可以进行比较煤的含硫量对电除尘器效率影响很大.当t(S)达1.5%以上时,烟气中v(SO3)可达20×10-“以上,它能降低粉尘的比电阻,提高电除尘器的除尘效率;当v(S)低于0.5%时,含硫量的多少对除尘性能无显著影响飞灰中所含钾、钠的原子百分数与其比电阻成反比“.飞灰中的硫钾、钠的含量同时影响着飞灰的比电阻的大小,综合影响电除尘器的除尘性能表1中的烧失量主要是未燃尽)水煤灰样的炭和水份的总含量飞灰中未燃尽的炭有助于降低高比电阻粉尘的比电阻,有利于高比电阻粉尘的图1灰样颗粒形态捕集但含炭量高于15%以后,随着含炭量的增加,电除尘器的效率在降低,这是由于炭粒比飞灰从图1中可观察到煤灰的形态较规则大部难捕集引起冲刷二次扬尘的原因另外这类烟尘分为几个微米到几十个微米的球珠,大多形态完在通过电除尘器后出现炭粒被高集的情况整,球珠为燃烧完全形成的Si,A,Ca,Fe等的氧化豪1水煤浆灰样和煤灰样的化学成分组成Table 1 Chemical compostion of ashes from both CwS and coalAigO,水媒浆灰样49.442.812.10K02O能失物煤灰样3.443飞灰的粒度通常大于制浆煤粉.原因是水煤浆雾化后,每个浆滴包含多个煤粒待浆滴雾化后随着挥发份的析水煤浆飞灰的粒度大致分布在1~100m之出,相邻煤颗粒之间粘附在一起,发生“结团”现象间,它与燃烧方式雾化细度煤质燃烧过程结团表2为水煤浆灰和煤灰的粒度分布情况有关水煤浆燃烧产生的飞灰质量的平均直径从表2中可以看到,水煤浆飞灰的粒度分布在第1期高明峰等:燃水煤浆飞灰的电除尘特性分析0pm以下的占34.59%分布在90ym以上的占于电除尘器工作的比电阻为105~10"·cm,在28.30%,分布趋向大小两个极端;而煤灰粒度分布这个数值以外,电除尘器的性能将下降当比电阻在30m以下的竟占到65.90%说明煤灰小粒径<105a·cm时,尘粒在收尘板表面上反复释放电占的比重很大荷和荷电,在收尘板上“跳跃”,易被气流带出电除表2灰样粒度分布尘器.相反比电阻高于101·cm,在收尘板表面Table 2 Granularity distribution of ash samples y上高比电阻粉尘层,产生局部放电现象,即产生反粒度/m<1<15<30<45<60<75<90<90水煤浆灰0.1117.4317.0512.7510.167.496.7128.30电晕,同样粉尘被气流带走,二者都影响除尘效1748.368.200.345.46实验室比电阻和现场比电阻是两个不同的概尘粒在电除尘器的电场中的荷电机理基本有众实验室测得的比电阻称为固有比电阻或称体两种,一种是电场中离子的依附荷电,这种荷电机积比电阻,只决定于其自身的一些物理、化学性质,理通常称为电场荷电或碰撞荷电,另一种则是由于如化学成分、矿物组成、粒度分布以及比表面积离子扩散现象产生的荷电过程通常称这种荷电过现场条件下的比电阻称为工况比电阻由于工况比程为扩散荷电哪种荷电机理是主要的这要取决电阻是在烟气工况条件下直接测得因此它不仅取于尘粒的粒径,试验表明带电粉尘向收尘极移决于颗粒自身的物化性质还受到飞灰以外介质及动的速度与粉尘的半径成正比,大于1pm的粉尘条件的影响,如烟气的成分压力、湿度、硫份等影主要是电场荷电,粒径越大,除尘效率越高.因响,将产生较大的波动前者具有较好的稳定性,后此从粒度分布上看,水煤浆飞灰的电除尘特性要者具有良好的真实性,在实际应用当中将两种比优于煤灰电阻引入加权因子综和考虑4飞灰的比电阻表3为水煤浆灰与煤灰的灰样在实验室测得的不同温度下的比电阻的值,并绘出了比电阻温飞灰的比电阻是衡量飞灰导电性能的一个指度变化曲线如表3,图2标,是影响电除尘性能的关键因素.实测表明,最适衰3水煤浆灰样与煤灰样比电阻的实测值Table 3 Measurements of specific resistance of ash samples温度/℃75电阻/族2.0×10°25×1015.5×10121×106。×1028.5×1014.2×109.0×1017.5×108.7×104.5×10煤灰样1.0×1020×10123.0×1054×10138.7×10345×10123.6×1016.5×1014.1×101.8×1018.8×10的情况下,水煤浆中的硫份的减少对比电阻的影响煤灰样相对较小因此可以断定,燃水煤浆的工况比电阻总比燃煤要低1~2个数量级在这样的条件下综合水煤浆灰样起来,水煤浆灰的比电阻比煤灰的比电阻至少要低1个数量级02060100140180在通常情况下,燃煤电厂现场飞灰比电阻值低r/℃于实验室比电阻值,低幅为0~3个数量级(g·图2比电阻温度变化曲线Fig. 2 Curves of specific resistance-temperaturecm)7,这样至少水煤浆飞灰在103n·cm以下,从图表中可看到,水煤浆灰样的实验室比电阻不能算是高比电阻粉尘比煤灰样平均低一个数量级在烟气的工况条件5飞灰的有效驱进速度实验下,由于燃烧时,水煤浆中含有近30%的水分要蒸发,其烟气湿度要比燃煤的烟气湿度高得多,含湿笔者在实验室冷态条件下做了水煤浆飞灰的量为70~110g/m3.水煤浆燃后烟气中的水蒸汽电除尘实验试验采用单通道、线板、卧式装置,放体积比浓度大约是燃煤粉的近3倍而在燃低硫煤电极采用阴电晕试验装置的参数如次:1)电场有①原永涛我国燃媒电厂现场与实验室飞灰比电阻的对比分析[A]第九届全国电除尘/第一届脱硫学术会议论文集[C].南京;电除尘及气体净化编辑部,2001.25-30.中国矿业大学学报第33卷效截面积:0.12m2(宽300mm,高400mm);2)电速等,驱进速度由多依奇效率公式的变换式求场有效长:0.96m;3)集尘面积:0.786m2;4)放得,即电极形式及长度:星形线(4.5mm×4.5mm),-Q In (1-7)/A,0.4m×4根=1.6m;5)集尘极形式:C4则板,两块式中:Q为风量,m3/s;为除尘效率,%;A为采拼接;6)供电装置:GGAJ02E5mA/60kV;7)实样面积,m2验条件:实验室温度18℃,相对湿度25%表4为二次电压52.3kV流量3.6m3/min进口端的发尘器浓度可调进出口分设一台测电场风速0.5m/s的一组数据尘仪,可自动检测烟气的含尘浓度、温度流量和流表4实验结果计算Table 4 Calculation result of the experimental data序号二次电流/mA粉尘)/(·m-3比集尘面积/进口7/%-ln(1-2)m2·(m32.50312.84.3290.2712.818.2036.742.27912.8注;a的算数平均值为a=18.27cm/s这个数值是在实验室模拟除尘装置上常温状态下3)水煤浆飞灰的粒度分布、比电阻、驱进速度测得的,只具有一定的可比性应该注意到试验装等电除尘特性优于燃煤飞灰置计算出的驱进速度值不能直接应用于工业装置研究表明,二者之间存在一个比例关系,这种关系参考文献:通常与实验装置的规模有关,一般α/x为2~[1张荣增,水煤浆制浆技术M].北京:科学出版社4.可以近似的估计驱进速度a=9~10cm/s之间资料表明我国燃低硫煤飞灰的有效驱进速度[2]GB1321200锅炉大气污染物排放标准[s般在6~10cm/s之间,所以在这种条件下,燃[31姚强,水媒浆燃烧技术和水媒浆在燃烧室中燃烧过程水煤浆飞灰的有效驱进速度高于燃煤飞灰的研究[D]杭州:浙江大学热能工程系,1992[4]聂丽君水煤浆燃后烟气小型管式电除尘器的试验研6结论究[D]北京:中国矿业大学化学与环境工程学院1)水煤浆飞灰的颗粒形态比煤飞灰复杂,粒[5]黎在时静电除尘器[M]北京冶金工业出版社,径大致分布在1~100m之间其粒度分布趋向1992.316-319大小两个极端6]刘后启,林宏电收尘器[M]北京:中国建筑工业2)水煤浆飞灰的比电阻在10119·cm以下,出版社,1987.34-36不是高比电阻粉尘用常规电除尘方法可以实现收[7]嵇敬文除尘器[M].北京:中国建筑工业出版社,1981.447-449.(责任编辑李成俊)