第33卷第1期中國礦業(yè)大學學報Vol 33 No. 12004年1月Journal of China University of Mining & Technology文章綿號:1000-1964(2004)01-0095-04燃水煤漿飛灰的電除塵特性分析高明峰,柴保明,王祖訥(中國礦業(yè)大學化學與環(huán)境工程學院,北京100083)摘要:為了提供水煤漿燃后煙氣電除塵凈化的設(shè)計依據(jù),評述了水煤漿的燃燒方式及特點;對普通水煤漿飛灰的形態(tài)、化學成分、粒度分布、比電阻及驅(qū)進速度等電除塵特性做了定性和定量分析,并與燃煤飛灰的分析結(jié)果做了對比,結(jié)果表明,水煤漿飛灰不是高比電阻粉塵;燃水煤漿飛灰粒度分布、比電阻、驅(qū)進速度等電除塵特性優(yōu)于燃煤飛灰關(guān)鍵詞:水煤漿;飛灰;電除塵器;比電阻中圖分類號:TQ536.4文獻標識碼: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水煤漿是一種代油、代煤新型煤基清潔燃料.《鍋爐大氣污染物排放標準》GB13271-2001中的規(guī)普通水煤漿是由70%左右的煤、30%的水及少量定,排放標準小于80mg/m2,因此無論那種水煤的化學添加劑組成近似于流體像油一樣泵送、霧漿燃后必須除塵化、儲存和穩(wěn)定燃燒,可代替燃料油和煤,用于電站電除塵器具有除塵效率高、阻力損失小耐高鍋爐、工業(yè)民用鍋爐、工業(yè)窯爐,具有燃燒效率高、溫、維護與運行費用低等優(yōu)點綜合各項指標優(yōu)于負荷調(diào)整便利減少環(huán)境污染、改善勞動條件和節(jié)其它類型的除塵設(shè)備.本實驗擬采用常規(guī)分析測試省用煤等優(yōu)點1.可以預(yù)計隨著我國經(jīng)濟不斷發(fā)手段定性定量分析燃水煤漿飛灰的電除塵特性展和人們環(huán)境意識的不斷增強,水煤漿的應(yīng)用將越同時與燃煤飛灰做比較以期得到電除塵器設(shè)計的加廣泛必要參數(shù)根據(jù)制漿用煤灰分含量高低,水煤漿可分為超低灰水煤漿低灰水煤漿、中灰水煤漿和高灰水煤1飛灰形態(tài)特征漿,其燃后的煙塵濃度一般在1~10g/m3,按照水煤漿的燃燒一般是以空氣為介質(zhì)的霧化燃收稿日期:2003-03-15作者簡介:高明峰(1964-),男,遼寧省海城市人,博士生高級工程師,從事潔凈煤技術(shù)煙氣凈化方面的研究中國礦業(yè)大學學報第33卷燒·水煤漿首先通過霧化噴嘴被霧化成30~物,少量形態(tài)不規(guī)則的是未完全燃燒的炭粒和破碎200μm的細滴然后噴入到爐膛中,經(jīng)加熱、水分的球珠與煤灰相比,水煤漿燃燒后的灰樣的顆粒蒸發(fā)、揮發(fā)分析出、焦炭非均相反應(yīng)、灰渣形成等復(fù)形態(tài)卻多種多樣,有球形和非球形,球形較煤灰大,雜的物理化學過程水煤漿與煤粉的一個重要不上面有無孔洞、單個孔洞和多個孔洞,孔澗可以認同之處就是,水煤漿在水分蒸發(fā)到揮發(fā)分析出同存為是揮發(fā)氣體受熱迅速膨脹,從內(nèi)部膨脹脫出而留在復(fù)雜的結(jié)團和二次霧化過程中,顆粒在反應(yīng)中還下的;無孔洞的是保持原有的形狀燃燒,并逐漸收存在球化、膨脹、收縮、破損等形態(tài)和形式上的變縮成球形.球形為燃燒完全的灰顆粒,不規(guī)則的非化球形為未燃盡的絲炭和燃燒完全受熱應(yīng)力而破碎由于水煤漿霧化后成細滴,是多顆粒的聚團燃的球珠燒,而煤粉為單顆粒燃燒,其生成的飛灰的形態(tài)有較大的差別.圖1為煤灰樣和水煤漿灰樣在掃2飛灰化學成分描電子顯微鏡下觀察的形態(tài)水煤漿是由煤、水和少量添加劑組成其燃燒后產(chǎn)生的飛灰成分與燃煤飛灰的化學成分大體相同由于水煤漿是由一定量的煤粉水、添加劑經(jīng)過一定的工藝流程加工而成,煤中硫的含量一般在1%以下,較普通的煤粉低,在制漿過程中使用含K,Na的添加劑,所以較煤粉KNa含量高.下面樓灰樣采用X射線的定性分析和定量分析法,測得水煤漿灰樣和煤灰樣的化學成分組成(見表1),可以進行比較煤的含硫量對電除塵器效率影響很大.當t(S)達1.5%以上時,煙氣中v(SO3)可達20×10-“以上,它能降低粉塵的比電阻,提高電除塵器的除塵效率;當v(S)低于0.5%時,含硫量的多少對除塵性能無顯著影響飛灰中所含鉀、鈉的原子百分數(shù)與其比電阻成反比“.飛灰中的硫鉀、鈉的含量同時影響著飛灰的比電阻的大小,綜合影響電除塵器的除塵性能表1中的燒失量主要是未燃盡)水煤灰樣的炭和水份的總含量飛灰中未燃盡的炭有助于降低高比電阻粉塵的比電阻,有利于高比電阻粉塵的圖1灰樣顆粒形態(tài)捕集但含炭量高于15%以后,隨著含炭量的增加,電除塵器的效率在降低,這是由于炭粒比飛灰從圖1中可觀察到煤灰的形態(tài)較規(guī)則大部難捕集引起沖刷二次揚塵的原因另外這類煙塵分為幾個微米到幾十個微米的球珠,大多形態(tài)完在通過電除塵器后出現(xiàn)炭粒被高集的情況整,球珠為燃燒完全形成的Si,A,Ca,Fe等的氧化豪1水煤漿灰樣和煤灰樣的化學成分組成Table 1 Chemical compostion of ashes from both CwS and coalAigO,水媒漿灰樣49.442.812.10K02O能失物煤灰樣3.443飛灰的粒度通常大于制漿煤粉.原因是水煤漿霧化后,每個漿滴包含多個煤粒待漿滴霧化后隨著揮發(fā)份的析水煤漿飛灰的粒度大致分布在1~100m之出,相鄰煤顆粒之間粘附在一起,發(fā)生“結(jié)團”現(xiàn)象間,它與燃燒方式霧化細度煤質(zhì)燃燒過程結(jié)團表2為水煤漿灰和煤灰的粒度分布情況有關(guān)水煤漿燃燒產(chǎn)生的飛灰質(zhì)量的平均直徑從表2中可以看到,水煤漿飛灰的粒度分布在第1期高明峰等:燃水煤漿飛灰的電除塵特性分析0pm以下的占34.59%分布在90ym以上的占于電除塵器工作的比電阻為105~10"·cm,在28.30%,分布趨向大小兩個極端;而煤灰粒度分布這個數(shù)值以外,電除塵器的性能將下降當比電阻在30m以下的竟占到65.90%說明煤灰小粒徑<105a·cm時,塵粒在收塵板表面上反復(fù)釋放電占的比重很大荷和荷電,在收塵板上“跳躍”,易被氣流帶出電除表2灰樣粒度分布塵器.相反比電阻高于101·cm,在收塵板表面Table 2 Granularity distribution of ash samples y上高比電阻粉塵層,產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象,即產(chǎn)生反粒度/m<1<15<30<45<60<75<90<90水煤漿灰0.1117.4317.0512.7510.167.496.7128.30電暈,同樣粉塵被氣流帶走,二者都影響除塵效1748.368.200.345.46實驗室比電阻和現(xiàn)場比電阻是兩個不同的概塵粒在電除塵器的電場中的荷電機理基本有眾實驗室測得的比電阻稱為固有比電阻或稱體兩種,一種是電場中離子的依附荷電,這種荷電機積比電阻,只決定于其自身的一些物理、化學性質(zhì),理通常稱為電場荷電或碰撞荷電,另一種則是由于如化學成分、礦物組成、粒度分布以及比表面積離子擴散現(xiàn)象產(chǎn)生的荷電過程通常稱這種荷電過現(xiàn)場條件下的比電阻稱為工況比電阻由于工況比程為擴散荷電哪種荷電機理是主要的這要取決電阻是在煙氣工況條件下直接測得因此它不僅取于塵粒的粒徑,試驗表明帶電粉塵向收塵極移決于顆粒自身的物化性質(zhì)還受到飛灰以外介質(zhì)及動的速度與粉塵的半徑成正比,大于1pm的粉塵條件的影響,如煙氣的成分壓力、濕度、硫份等影主要是電場荷電,粒徑越大,除塵效率越高.因響,將產(chǎn)生較大的波動前者具有較好的穩(wěn)定性,后此從粒度分布上看,水煤漿飛灰的電除塵特性要者具有良好的真實性,在實際應(yīng)用當中將兩種比優(yōu)于煤灰電阻引入加權(quán)因子綜和考慮4飛灰的比電阻表3為水煤漿灰與煤灰的灰樣在實驗室測得的不同溫度下的比電阻的值,并繪出了比電阻溫飛灰的比電阻是衡量飛灰導(dǎo)電性能的一個指度變化曲線如表3,圖2標,是影響電除塵性能的關(guān)鍵因素.實測表明,最適衰3水煤漿灰樣與煤灰樣比電阻的實測值Table 3 Measurements of specific resistance of ash samples溫度/℃75電阻/族2.0×10°25×1015.5×10121×106。×1028.5×1014.2×109.0×1017.5×108.7×104.5×10煤灰樣1.0×1020×10123.0×1054×10138.7×10345×10123.6×1016.5×1014.1×101.8×1018.8×10的情況下,水煤漿中的硫份的減少對比電阻的影響煤灰樣相對較小因此可以斷定,燃水煤漿的工況比電阻總比燃煤要低1~2個數(shù)量級在這樣的條件下綜合水煤漿灰樣起來,水煤漿灰的比電阻比煤灰的比電阻至少要低1個數(shù)量級02060100140180在通常情況下,燃煤電廠現(xiàn)場飛灰比電阻值低r/℃于實驗室比電阻值,低幅為0~3個數(shù)量級(g·圖2比電阻溫度變化曲線Fig. 2 Curves of specific resistance-temperaturecm)7,這樣至少水煤漿飛灰在103n·cm以下,從圖表中可看到,水煤漿灰樣的實驗室比電阻不能算是高比電阻粉塵比煤灰樣平均低一個數(shù)量級在煙氣的工況條件5飛灰的有效驅(qū)進速度實驗下,由于燃燒時,水煤漿中含有近30%的水分要蒸發(fā),其煙氣濕度要比燃煤的煙氣濕度高得多,含濕筆者在實驗室冷態(tài)條件下做了水煤漿飛灰的量為70~110g/m3.水煤漿燃后煙氣中的水蒸汽電除塵實驗試驗采用單通道、線板、臥式裝置,放體積比濃度大約是燃煤粉的近3倍而在燃低硫煤電極采用陰電暈試驗裝置的參數(shù)如次:1)電場有①原永濤我國燃媒電廠現(xiàn)場與實驗室飛灰比電阻的對比分析[A]第九屆全國電除塵/第一屆脫硫?qū)W術(shù)會議論文集[C].南京;電除塵及氣體凈化編輯部,2001.25-30.中國礦業(yè)大學學報第33卷效截面積:0.12m2(寬300mm,高400mm);2)電速等,驅(qū)進速度由多依奇效率公式的變換式求場有效長:0.96m;3)集塵面積:0.786m2;4)放得,即電極形式及長度:星形線(4.5mm×4.5mm),-Q In (1-7)/A,0.4m×4根=1.6m;5)集塵極形式:C4則板,兩塊式中:Q為風量,m3/s;為除塵效率,%;A為采拼接;6)供電裝置:GGAJ02E5mA/60kV;7)實樣面積,m2驗條件:實驗室溫度18℃,相對濕度25%表4為二次電壓52.3kV流量3.6m3/min進口端的發(fā)塵器濃度可調(diào)進出口分設(shè)一臺測電場風速0.5m/s的一組數(shù)據(jù)塵儀,可自動檢測煙氣的含塵濃度、溫度流量和流表4實驗結(jié)果計算Table 4 Calculation result of the experimental data序號二次電流/mA粉塵)/(·m-3比集塵面積/進口7/%-ln(1-2)m2·(m32.50312.84.3290.2712.818.2036.742.27912.8注;a的算數(shù)平均值為a=18.27cm/s這個數(shù)值是在實驗室模擬除塵裝置上常溫狀態(tài)下3)水煤漿飛灰的粒度分布、比電阻、驅(qū)進速度測得的,只具有一定的可比性應(yīng)該注意到試驗裝等電除塵特性優(yōu)于燃煤飛灰置計算出的驅(qū)進速度值不能直接應(yīng)用于工業(yè)裝置研究表明,二者之間存在一個比例關(guān)系,這種關(guān)系參考文獻:通常與實驗裝置的規(guī)模有關(guān),一般α/x為2~[1張榮增,水煤漿制漿技術(shù)M].北京:科學出版社4.可以近似的估計驅(qū)進速度a=9~10cm/s之間資料表明我國燃低硫煤飛灰的有效驅(qū)進速度[2]GB1321200鍋爐大氣污染物排放標準[s般在6~10cm/s之間,所以在這種條件下,燃[31姚強,水媒漿燃燒技術(shù)和水媒漿在燃燒室中燃燒過程水煤漿飛灰的有效驅(qū)進速度高于燃煤飛灰的研究[D]杭州:浙江大學熱能工程系,1992[4]聶麗君水煤漿燃后煙氣小型管式電除塵器的試驗研6結(jié)論究[D]北京:中國礦業(yè)大學化學與環(huán)境工程學院1)水煤漿飛灰的顆粒形態(tài)比煤飛灰復(fù)雜,粒[5]黎在時靜電除塵器[M]北京冶金工業(yè)出版社,徑大致分布在1~100m之間其粒度分布趨向1992.316-319大小兩個極端6]劉后啟,林宏電收塵器[M]北京:中國建筑工業(yè)2)水煤漿飛灰的比電阻在10119·cm以下,出版社,1987.34-36不是高比電阻粉塵用常規(guī)電除塵方法可以實現(xiàn)收[7]嵇敬文除塵器[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1981.447-449.(責任編輯李成俊)