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1、燃煤飞灰比电阻及测试技术T he Ash Resistivity and T est T echnology( 250021) 山东电力科学研究院 李 勇摘 要 就燃煤飞灰比电阻对电除尘器影响的机理及目前使用的几种测试方法进行了分析, 并介绍了 DR- 型高压飞灰比电阻测试仪的测试应用。关键词 飞灰比电阻 测试 电除尘器Abstract T his article analyse the mechanism of ash resistivity affecting electrostatic precipitator,contrast some meth-ods of testing ash
2、resistivity, and introduce the application of DR- high voltage ash resistivity testing instrument.Keywords Ash Resistivity Test Electrostatic Precipitator静电除尘器以其除尘效率高、 产生的二次污染小的特点得到日益广泛应用, 作为静 电除尘器重要设计参数之一的飞灰比电阻也越来越受到重视。飞灰比电阻不仅用于电除尘器的工程设计、 设备选型、 运行方式选择等方面, 而且对电除尘器的研究工作也提供了科学依据, 飞灰比电阻值的高低直接影响到电除尘器的除尘
3、效率和运行的稳定性, 所以 加深对飞灰比电阻的认识及对飞灰比电阻进行精确地测量分析显得尤为重要。1 飞灰比电阻及对除尘效率的影响导电性是粉尘的许多物理特性之一, 导电性用其电阻率表示。 与一般的材料不同, 飞 灰是一种松散颗粒的聚合体, 因此飞灰的电阻率是指单位面积单位厚度的飞灰的电阻,称为比电阻。飞灰比电阻可按下式计算:Q =A DVI=A DR= K R( 8 cm)式中: A 粉尘的截面积cm2;D粉尘厚度 cm; I 通过粉尘层的电流( A) ;V 施加在粉尘层上的电压( V) ;K 测定装置的电极系数;比电阻按照其值的大小, 大致可分为三个范围: Q 510108cm 称为高比电阻。
4、大量的研究表明, 无论是低比电阻飞灰还是高比电阻飞灰对电除尘器除尘效率的影响是显著的。当飞灰的比电阻由 10108 cm增大到 510118 cm 时, 就导致除尘效率大幅下降, 由 98% 降至 81% , 如图 1 所示。 它对电除尘器的影响主要有以下两个方面: ( 1) 当飞灰比电阻超过临界值( 510108 cm) 则 电晕电流通过灰层就会受到限制, 这将影响到灰尘粒子的荷电量、 荷电率和电场强度, 导致除尘效率下降。图 1 飞灰比电阻与除尘效率关系图( 2) 飞灰比电阻对灰的粘附力有较大影作者简介: 李勇, 1994年毕业于华北电力学院, 助理工程师。 26山东电力技术 1998 年
5、第 1 期(总第 99 期)响, 高比电阻飞灰粘附性大, 以致清除电极上 灰层要增大振打强度, 这将导致二次扬尘, 除尘效率也会下降。对于燃煤电厂产生的飞灰, 较多出现的 是高比电阻情况, 当飞灰比电阻高时就很容易形成反电晕, 使除尘效率大大下降。 所谓反电晕, 即是沉积在收尘极板上的高比电阻灰层所产生的局部放电现象。当高比电阻的飞 灰荷电到达收尘极板后, 一方面由于灰层释放电荷困难, 电荷不能全部释放, 灰层表面仍有与电晕极相同的极性, 便排斥后来的荷电 粉尘; 另一方面, 随着收尘极板上灰层的增厚, 电荷释放更加困难, 于是在灰层间形成较大的电位梯度, 灰层表面与极板之间场强逐渐增强, 当
6、灰层场强Ed临界场强Eds, 就会 在灰层的孔隙间产生局部击穿, 产生与电晕极极性相反的正离子, 产生的正离子向电晕极运动, 中和电晕区带负电荷的离子和荷电尘粒, 其结果的表现形式为: 二次电流大大增 加, 二次电压明显降低, 飞灰二次飞扬严重,导致除尘性能显著恶化。 如果电除尘器运行中经常出现上述现象, 就要对飞灰比电阻进 行测试, 确定影响程度, 以便及早通过脉冲供电、 烟气调质、 调换煤种等方法进行处理。2 飞灰比电阻的测试如前所述, 飞灰是一种细小颗粒的聚合体, 颗粒之间充满着气体, 对电厂燃煤飞灰的比电阻又大多为中、 高比电阻, 另外影响飞灰 比电阻测试的因素也很多, 所以测试比较复
7、杂, 到目前为止我国还尚未制定出飞灰比电阻的测试标准。多年来, 国内外在粉尘特别是飞灰比电 阻的测试方面做了大量工作, 测试方法类型也较多, 但按测试条件概括起来, 主要分两类: 一是试验室测试方法, 二是现场测试方 法; 而从测试电极形式上分, 又主要分为: 平行圆盘法、 叉梳法、 针 -板法、 同心圆筒法等。下面就国内外应用较多的针 -板法、 叉梳法和平行圆盘三种测试方法作一介绍。 2. 1 针一板法针一板法比电阻测定装置是应用最早的一种装置, 其基本设计思想是: 模拟电除尘器 集尘方式即利用高压针状电极的电晕放电作用, 使尘粒荷电, 并沉积在接地圆盘电极上。它的结构如图 2 所示。 高压
8、电馈于电晕针和集尘圆盘电极两端, 使电晕针尖产生负电晕, 电晕区有大量的正负离子和自由电子, 进入电晕区的尘粒荷电, 并在相邻电场力的作用下移向集尘圆盘电极, 聚集成一定厚度的灰 样, 测得该灰样的绝缘电阻 Rx, 则飞灰的比电阻为:Q= RxA / LRx 粉尘的总电阻( 8);A集尘圆盘电极面积(cm2);L灰样厚度(cm) 。针一板法的主要优点是: ( 1) 采用高电压测定, 电场强度与电流密度与除尘器相近; ( 2) 既可用于实验室测量, 也可用于现场测量。但该方法也存在一些不足如: ( 1) 粉尘的厚度不易测量准确; ( 2) 每次测定时间较长 等。图 2 实验室针一板法比电阻测定装
9、置1金属丝电极 2测定圆盘 3放电电极4环型电极 5绝缘层 6粉尘层 7电压表8电流表 T温度计2. 2 叉梳法叉梳法也是模拟了电除尘器的集尘方式 高压静电集尘, 而且克服了针一板法不易准确测量灰样厚度等缺点, 这种仪器在德国、美国有一定的应用。它的结构原理如图 3 所 27山东电力技术 1998 年第 1 期(总第 99 期)示: 在支撑法兰上设置两根绝缘瓷瓶, 其中向 外的引线分别与电源、 仪表相连, 在绝缘瓷瓶上部为测定电极, 其形状如两个交错的梳子,梳齿间有间距精确的固定缝隙, 放电极置于 梳齿上下两侧, 当接通高压电源时, S 线产生电晕放电, 梳齿则成为收尘电极, 灰样将梳齿之间的
10、缝隙填满, 并将梳齿完全填到灰样层内, 这时测出在两交错齿之间的灰层电阻, 然 后根据梳齿的几何尺寸及梳齿数目、 间距等计算出灰的比电阻。 叉梳法测量的优点在于:( 1) 准确的测量出灰层的厚度; ( 2) 既可用于 实验室测量又可用于现场测量。 ( 3) 测量时间较短。 其缺点是: ( 1) 梳齿及其间距要求准确,否则会严重影响精度; ( 2) 测试时不是电晕放电过程, 而是给予一个定电压。图 3 叉梳式比电阻测定仪F支撑法兰 J绝缘瓷瓶 G引线M测定电极 S放电极 H 支撑管针一板法和叉梳法存在的一个共同特点是: 都是模拟利用静电除尘器的集尘方式, 这 也正是它们测量中的一个最大的缺点,
11、由于它们是模拟采用静电收尘原理, 那么它所收集到的灰样恰好也是电除尘器较易收集的中比电阻粉尘, 对于低、 高比电阻粉尘则难于收集, 就无法测量到准确值。 所以对比电阻较高或较低的灰样, 利用这些方法测试, 测试的数据不具有代表性, 且误差较大, 而采用平行圆盘法则较好地解决了以上两种方法存在的不足。 2. 3 平行圆盘法平行圆盘法是目前国内外应用较多的一种飞灰比电阻测试方法。美国的大气污染控制协会( 简称 APCA) 将平行圆盘法作为一种标准方法。平行圆盘法适用于在实验室条件下对以燃煤为主的各种工业性粉尘及粉状原料的比电阻特性和高压击穿特性的测量分析。我院 1997 年购置的 DR- 型飞灰比
12、电阻测定仪即采用平行圆盘法, 下面就以 DR- 型测定仪为例对平行圆盘法作一介绍:2. 3. 1 工作原理它是以两个平行圆盘作为测量电极, 高压电源线经石英玻璃管与测试箱内相连, 使安放在其上的四个平行灰盘获得等电位的负高压, 通过高温、 高强度镍铬丝线使主电极与测量表相连, 辅电极直接接地, 当加上直流电压时, 处在主电极和灰盘电极之间的灰样会有微弱电流通过, 记录电流与电压, 利用下式计算:Q = KVIK 测量圆盘的电极系数;V 施加在灰层上的电压;I测量电流。2. 3. 2 基本结构如图 4 所示, DR型飞灰比电阻测试仪由主操作台、 辅助操作台、 高温高压电极箱及直流高压电源部分组成
13、。这四大设备支持着高压调控系统、 微电流检测系统和温度测控系统。 而高压电极箱是测试中的关键部件,如图 5 所示, 它采用“ 旋转升降平行托盘型”电极的结构型式, 此型式符合美国机械工程师协会动力规范 28( ASME) 和日本有关工业标准 JIS K0097( 1972) 。 直流高压输电线从顶端引入, 经过高压绝缘瓷瓶、 中心吊管、高压绝缘子, 与可悬式高压托盘相连, 托盘上均匀安放四个灰盘, 每个灰盘上悬挂一组电极, 测试时调节大托盘底部调节器, 灰盘平稳28山东电力技术 1998 年第 1 期(总第 99 期)托起至灰样表面与上电极下表面平行接触, 进而将主电极轻轻托起, 此时电极组件
14、的额定重量恰好全部施加在灰样上, 使灰样表面压强达 1g/ cm2的设计标准, 从而灰样的密 实度保持恒定。采用这种机械式电极调节方法充分保障电极与灰样接触面的平行度、 以及电极与灰盘的同轴度, 有效地降低测量误差, 避免灰层发生意外击穿。图 4 测定仪测控系统框图图 5 电极箱结构原理图1. 箱体 2. 温度传感器 3. 高压线 4. 高压瓷瓶 5. 悬臂6. 主电极 7. 接地极 8. 灰样 9. 灰盘 10. 中心吊管11. 绝缘子 12. 可旋式高压托盘 13. 灰盘升降调节器14. 泄漏电流输出线2. 3. 3 飞灰比电阻的测量 取现场采集并经过一定预处理( 随机分取) 的灰样装填在
15、灰盘上, 调 整好电极 位置后, 第一步首先测定灰样的击穿电压, 根据击 穿电压值确定测量电压; 然后将灰样重新置好后, 设定测量温度值, 保持测量电压不变,测量通过灰层的电流值。 由于电流极小, 一般 要采用微安表及检流计同时测量, 计算出某一温度下的飞灰比电阻值。由于飞灰细小颗粒孔隙间充满气体, 因此通过灰层的电流和电压并不严格遵循欧姆定律。另外比电阻对 测定温度极为敏感, 因此确定测试温度是很重要的。 一般在实验室条件下, 均要给出一条“ T - Q ” 曲线。如图 6 即为某电厂飞灰比电 阻特性曲线。图 6 飞灰比电阻T-Q曲线图3 结语飞灰比电阻的测试是我国开展的一项较新的测试技术, 通过对这项测试技术的研究, 可以使它得到更进一步的完善, 从而提高飞灰比电阻的测试水平和测试精度, 可以更好地为电除尘器的设计、 选型、 改造及设备运行 工况调整提供科学依据。参考文献1. 梁振山等著, 烟尘测试理论与技术2. S小奥格尔斯比等著, 谭天佑译, 电除尘器 水利电力出版社( 收稿日期: 1997- 09- 07)29山东电力技术 1998 年第 1 期(总第 99 期)
