燃煤電廠粉塵比電阻及其測試方法研究

劉含笑，酈建國，姚宇平，沈志昂，朱少平

（浙江菲達環?？萍脊煞萦邢薰?，浙江 諸暨 311800）

雖然我國經濟發展水平逐年提升，但環境形勢也日益嚴峻，尤其近幾年霧霾、酸雨等災害性天氣頻發，面對如此嚴峻的環境壓力，作為“用煤大戶”的燃煤電廠首當其沖。由于環境容量有限等原因，各地紛紛出臺了相關約束政策。如江蘇省、浙江省、山西省、廣東省等地部分燃煤電廠已參考燃機標準限值，即要求實現“超低排放”，要求排放限值（6%O2）：煙塵：5mg／m3、SO2：35mg／m3、NOx：50mg／m3。2014年9月12日，國家發展和改革委員會、環境保護部、國家能源局聯合發布的《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014—2020年）》（發改能源［2014］2093號文），要求東部地區基本達到燃機標準，要求排放限值（6%O2）：煙塵：10mg／m3、SO2：35mg／m3、NOx：50mg／m3，中部地區原則上接近或達到燃機標準，鼓勵西部地區接近或達到燃機標準［1］。

如此高的煙塵排放要求給除塵行業帶來了不小的挑戰，而國內目前80%以上燃煤電廠使用電除塵器。由電除塵器的除塵原理可知，其除塵性能的好壞與粉塵比電阻直接相關，而我國煤種復雜多變，比電阻值也不盡相同，針對不同煤種時電除塵的除塵效果或適應性會有很大差異。因此，準確測試或計算粉塵比電阻并確定粉塵比電阻的主要影響因素，對電除塵器結構優化、性能提升以及電除塵器對煤種的適應性研究具有重要意義。

1 粉塵比電阻定義

粉塵的比電阻=（粉塵的電阻×電流流過的橫截面積）÷粉塵層厚度，單位為Ω·cm。另外，粉塵的比電阻還可以定義為粉塵層兩端面的電場強度÷所產生的電流密度。

從電除塵器對粉塵的適應性出發，比電阻小于104Ω·cm的粉塵稱為低比電阻粉塵，比電阻大于1011Ω·cm粉塵稱為高比電阻粉塵（有時將比電阻大于1012Ω·cm粉塵稱為高比電阻粉塵），比電阻范圍在104～1011Ω·cm的粉塵稱為中比電阻粉塵［2］。粉塵比電阻直接影響粉塵的荷電特性，對于中比電阻粉塵，電除塵器可以實現較好的除塵效果，粉塵比電阻過低時，易產生二次揚塵，導致除塵效率下降，當粉塵比電阻過高時，易產生反電暈，也會導致除塵效率下降。

2 粉塵比電阻的影響因素

影響粉塵比電阻的因素有粉塵本身的固有因素、煙氣因素、測試因素等。其中，粉塵本身的固有因素包括：粉塵形狀、成分、孔隙率、粒徑分布等，煙氣因素包括：煙氣濕度、溫度、成分等。

（1）粉塵本身固有因素。劉玉順等［3］通過理論計算和實驗驗證方法，研究了粉塵孔隙率對粉塵比電阻的影響，并給出較為合理的比電阻-孔隙率關系式。章湘華［4］通過實驗方法，測試了不同粉塵成分時的粉塵比電阻，測試結果見表1，其中電廠的粉塵比電阻與其含碳量有很大關系。

表1 不同粉塵成分對應的粉塵比電阻測試值

（2）煙氣因素。文獻［4］研究表明，適當增加煙氣濕度可降低粉塵比電阻，提高除塵效率，對于環境溫度下測試粉塵比電阻時，加入3%～10%的水，可使粉塵的比電阻下降1～2個數量級。適當改變煙氣的成分，如加入氨氣或三氧化硫，也可降低粉塵比電阻，即我們常說的煙氣調質技術。

關于煙氣溫度、煤種類型與粉塵比電阻的關系，三菱重工做了大量研究，如圖1所示［5-7］。

對于低堿低硫煤，300℃～400℃（高溫區域）和120℃～150℃（低溫區域）的比電阻都明顯超過其反電暈臨界比電阻值，而90℃左右（低低溫區域）在反電暈臨界比電阻值以下。低低溫電除塵器的荷電穩定，除塵效率大幅上升。

對于低堿高硫煤，比電阻值在高溫、低溫區域中，均超過或接近反電暈臨界比電阻值，而在低低溫區域，其比電阻值降至反電暈臨界比電阻值以下，除塵效率可大幅上升。

對于高堿低硫煤和高堿高硫煤，比電阻在高溫、低溫、低低溫區域中，均小于其反電暈臨界比電阻值，但低低溫區域與低溫區域相比，比電阻下降還是比較明顯的。

圖1 不同煤種粉塵比電阻與煙氣溫度的關系

3 粉塵比電阻的測試方法

根據測試對象的不同，粉塵比電阻的測試方法可以分為實驗室比電阻測試方法和工況比電阻測試方法兩種。根據測試溫度不同，粉塵比電阻測試方法也可分為常規比電阻測試方法和高溫比電阻測試方法，其中高溫比電阻測試方法要求可以測量600℃甚至更高溫度條件下的粉塵比電阻，主要是為了適應高溫電除塵技術發展的需要［8］。本文僅從測試對象的角度闡述粉塵比電阻的主要測試方法。

3.1 粉塵實驗室比電阻測試

實驗室比電阻測試就是將粉塵樣本拿到實驗室，在實驗室環境下進行比電阻的測試。根據測試電極形狀的不同可分為平板電極法（又稱圓盤法）、同心圓筒電極法、梳式電極法、槽形電極、探針電極等［9-10］。其中，圓盤法的使用最為普遍，其測電器如圖2所示。測定器通過下部的金屬盛灰圓盤盛被測灰樣，盛灰盤下接負電極，被測粉塵層的上表面設置一個可上下移動的圓盤式電極（正電極）。該測定器置于控制箱內，控制箱可調節溫度和濕度。在測定粉塵實驗室比電阻時，先將粉塵樣品自然堆滿粉塵盤，然后用刮尺輕輕刮平，將上端的圓盤電極置于粉塵層的正中心，陷入粉塵層厚度不得超過0.5cm。調節箱調整到所需溫度和濕度，測試時根據高壓供電裝置的電壓和電流值以及圓盤面積和粉塵層厚度等就可計算出粉塵的實驗室比電阻。

圖2 圓盤測定器

槽形電極如圖3所示［11］。它由2個方形的不銹鋼電極和絕緣組件構成，將被測粉塵樣品放置于2個方形電極之間，然后測試時根據高壓供電裝置的電壓和電流值以及槽形電極的尺寸計算出粉塵的實驗室比電阻。

圖3 測試實驗槽

3.2 粉塵工況比電阻測試

粉塵工況比電阻是指在現場進行比電阻測試，確切的說不僅是測試粉塵比電阻，更是煙氣+粉塵的比電阻，而且實際煙氣具有一定濕度，尤其是對于低低溫電除塵器，當煙氣低于酸露點后，煙氣中三氧化硫會冷凝成硫酸霧，而此時的工況比電阻應該是“氣、液、固”三相混合煙塵的比電阻。

對于現場粉塵工況比電阻的測試方法，按照集塵方式的不同，可以分為靜電法和機械法［12］。

靜電法的集塵原理與電除塵類似，主要由高壓電源和一對電極組成，比較典型的是探針—圓盤電極形式，當正負電極通電后，探針和圓盤之間形成一個高壓電場，含塵煙氣通過該區域時，粉塵顆粒被電場力捕集下來，當灰樣厚度達到足夠值后，即可通過電阻測試儀進行測試。

機械法主要是通過旋風或過濾等方法收集灰樣，灰樣收集在儲灰筒內，儲灰筒內布置有正負電極，當收集一定厚度的灰樣后即可通過電阻測試儀進行測試。

原永濤等［13-14］研發了一種粉塵工況比電阻測試裝置，現場測量系統如圖4所示，采樣裝置結構圖如圖5所示，屬于機械集塵法中的過濾式集塵法，測試電極為同心圓筒電極。煙氣中的懸浮顆粒在真空泵的抽吸動力作用下進入采樣嘴，并沉積于剛玉濾筒內同心圓筒電極之間的環形空間中，電極經高溫導線與主機連接，在主機上讀取電阻值，并根據探頭的電極系數換算得到所采集飛灰的比電阻值。

圖4 飛灰比電阻測試系統

圖5 飛灰采樣裝置結構圖

3.3 兩種測試數據對比

原永濤等［15］研究了上述兩種測試方法對于同一灰源的測試數據，結果表明，實驗室比電阻與工況比電阻數值之間存在不同程度的差異，由于濕度或酸性氣體（主要是三氧化硫）等的影響，通常前者要比后者的數據低1～3個數量級，該結論與國外的某些資料報道是一致的。由于測試的灰源有限，對于部分高硫煤地區的差異是否會更大，還有待進一步調查分析。

4 粉塵比電阻的測試標準

目前，國內粉塵比電阻測試標準主要有GB 12476.9、GB／T 16913、JBT 8537，如表2所示。其中GB 12476.9規定的測試方法屬于實驗室比電阻測試方法中的槽形電極法，與之對應的國國外標準是IEC 1241-2-2；JBT 8537規定的測試方法屬于實驗室比電阻測試方法中的圓盤法，與之對應的國外標準是BS 5958-1和 ASME PTC 28 4.05；GB／T 16913中既規定了圓盤法測試實驗室比電阻，也規定了機械法測試工況比電阻［16-19］。

表2 粉塵比電阻測試標準

5 結語

中比電阻粉塵較適用于電除塵器脫除，而影響粉塵比電阻的影響因素眾多，如何通過實驗測試或現場工況測試的方法準確得到粉塵的比電阻值，是研究粉塵比電阻與電除塵器除塵效率關系的關鍵。今后研究重點可以放在以下幾個方面。

（1）實驗室比電阻（圓盤法）與工況比電阻（機械收塵法）數據對比。

（2）工況比電阻與煙氣溫度（尤其是煙氣酸露點前后）、濕度、三氧化硫濃度等的關系。

（3）基于粉塵比電阻研究結果，指導電除塵器結構優化設計，提高其除塵性能。

［1］ 中國環境保護產業協會電除塵委員會.超低排放進一步促進煤電綠色發展［N］.中國環境報，2015-1-15（10）.

［2］ 全國環保產業標準化技術委員會環境保護機械分技術委員會，電除塵器［M］.北京：中國電力出版社，2011.

［3］ 劉玉順，馬立曉，張國權.粉塵孔隙率對比電阻影響的研究［J］.水利電力勞動保護，1994，3（1）：22-25.

［4］ 章湘華.影響粉塵比電阻的主要因素［J］.工業安全與環保，2011，37（6）：34-35.ZHANG Xiang-hua.Major influence factors for dust specific resistance［J］.Industrial Safety and Dust Control，2011，37（6）：34-35.

［5］ Yoshio Nakayama，Satoshi Nakamura，Yasuhiro Takeuchi，et al.MHI High Efficiency System-Proven technology for multi pollutant removal［R］.Hiroshima Research＆ Development Center.2011：1-11.

［6］ Masami Kato，Tadashi Tanaka，Yasuki Nishimura，et al.Method and system for handling exhaust gas in a boiler.USA 5282429［P］.1994-02-1.

［7］ 酈建國，酈祝海，何毓忠，等.低低溫電除塵技術的研究及應用［J］.中國環保產業，2014（3）：28-34.LI Jian-guo，LI Zhu-hai，HE Yu-zhong，et al.Research and application on electric precipitation technology with low-low temperature［J］.China Environmental Protection Industry，2014（3）：28-34.

［8］ 孫真真，姚宇平，尹得仕.高溫粉塵比電阻測量裝置的研制［C］.第15屆電除塵學術會議論文集，2013.

［9］ 高維英，盧澤鋒，傅啟文.粉塵比電阻測試技術及其新進展［J］.華電技術，2008，30（5）：33-35.GAO Wei-ying，LU Ze-feng，FU Qi-wen.The measure technique of dust resistivity and its new advance［J］.Water Conservancy ＆ Electric Power Machinery，2008.30（5）：33-35.

［10］ 渠亞東.粉塵比電阻測試方法的研究［J］.河北建筑科技學院學報，2005，22（3）：14-16.QU Ya-dong.Research on the measuring method of dust specific electric resistance［J］.Journal of Hebei Institute of Architectural Science and Technology，2005，22（3）：14-16.

［11］ 張引合.粉塵層比電阻測定裝置的研制［J］.礦業安全與環保，2013，40（3）：33-35.ZHANG Yin-he.Development of measuring device for dust layer specific resistance［J］.Mining Safety ＆ Environmental Protection，2013，40（3）：33-35.

［12］ 黎在時.過濾式金屬網格型工況粉塵比電阻測定［J］.鐵道勞動安全衛生與環保，1987（2）：4-6.

［13］ 原永濤.飛灰比電阻的現場測量［J］.華北電力技術，1995（2）：18-20.

［14］ 原永濤，潘小琳.粉塵比電阻參數在電除塵器技改工程中的科學運用［C］.第15屆電除塵學術會議論文集，2013.

［15］ 原永濤，齊立強.飛灰比電阻現場和實驗室測定方法對比分析［J］.華北電力技術，2002（2）：22-23.YUAN Yong-tao，QI Li-qiang.Comparison of measuring fly-ash resistivity at field with that in laboratory［J］.North China Electric Power，2002（2）：22-23.

［16］ 國家質量監督檢驗檢疫檢總局，國家標準化管理委員會.GB12476.9—2010，可燃性粉塵環境用電氣設備：第9部分：試驗方法：粉塵層電阻率的測定方法［S］.北京：中國標準出版社，2010.

［17］ 國家質量監督檢驗檢疫檢總局，國家標準化管理委員會.GB／T 16913—2008，粉塵物性試驗方法［S］.北京：中國標準出版社，2009.

［18］ 中國機械工業聯合會，機械工業環境保護機械標準化技術委員會.JB／T 8537—2010，粉塵比電阻實驗室測試方法［S］.北京：中國標準出版社，2010.

［19］ 王 健，鐘圣俊，靳 鑫，等.粉塵比電阻不同測試標準的對比分析［J］.中國粉體技術，2012，18（5）：24-26，31.WANG Jian，ZHONG Sheng-jun，JIN Xin，et al.Comparative analysis of different standards for testing dust resistivity［J］.China Powder Science and Technology，2012，18（5）：24-26，31.