低低温系统中粉尘颗粒团聚特性研究

2018-10-22 14:33:12 电力行业节能环保公众服务平台 40

低低温电除尘技术具有良好的经济性和环保性,在我国燃煤发电机组中得到了广泛应用。由于低低温条件下粉尘颗粒物的团聚效应,实际运行中低低温省煤器和电除尘器容易出现积灰堵塞问题。本文搭建固定床吸附实验台,研究了颗粒物吸附硫酸酸雾后的团聚现象,以及各因素对团聚的影响程度。结果表明:吸附反应后单个颗粒物存在4种表面形态,颗粒物间存在4种团聚形态;硫酸酸雾在颗粒物表面产生一层液膜,使颗粒物间黏附力增强,强化了团聚效果;初始阶段主要发生小颗粒在大颗粒表面的黏附以及小颗粒之间的凝并,随后发生大颗粒之间的团聚;温度降低会提升颗粒物团聚的效果,但提升程度与吸附时间有关;在低低温系统中,温度的小幅变动将会引起团聚效果很大的改变;随着颗粒物粒径的增大,颗粒物的团聚效果减弱,粒径增大至91μm以上时几乎不发生团聚。

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目前我国的能源结构以煤炭为主,且短期内煤炭能源的主体地位不会改变,由此带来的环境问题也显得愈发严重。在“十三五”规划煤炭清洁高效利用中,提出了实施煤电节能减排与升级改造行动计划,要对煤炭机组全面实施超低排放与节能改造。

目前超低排放技术主要有两类,即增效干式静电除尘技术和湿式静电除尘技术。相对于传统的干式静电除尘技术,低低温电除尘技术有着明显的优势,其在日本的应用比较成熟]。由于我国电厂煤种多变、煤中硫含量高,低低温技术在我国的应用尚处于起步阶段,仍有许多问题有待进一步研究。

低低温系统中烟气温度可降至酸露点以下,所形成的硫酸酸雾可能会造成换热器表面腐蚀。然而绝大部分硫酸酸雾会被烟气中的粉尘颗粒物吸附捕捉,所以腐蚀现象并不明显。在我国现运行的低低温系统中,由于粉尘颗粒物的团聚及其黏附性的提高,出现了比较严重的积灰堵塞现象,影响锅炉安全运行。所以对颗粒物吸附硫酸酸雾后的团聚现象,以及各因素对颗粒物团聚程度影响的研究十分必要。

1实验内容

1.1实验样品及仪器

为真实地反映低低温系统中颗粒物之间的团聚现象,本实验所用煤灰样品取自福州电厂5号省煤器灰斗。该位置的烟气温度在酸露点之上,此时烟气中的粉尘颗粒并未与硫酸酸雾发生吸附反应,颗粒物之间也没有发生团聚现象。在实验前,将该灰样烘干,并筛分为≤60、>60~75、>75~91、>91~125μm4种粒径。

利用扫描电镜-X射线能谱仪(SEM-EDS)对吸附硫酸酸雾前后的粉尘颗粒进行表面微观形态对比分析,采用马尔文3000激光粒径仪测试团聚前后颗粒物的粒径,使用LSP01-1A型微量注射泵供给稀硫酸,通过卷吸式给粉器给灰。

1.2实验系统及过程

粉尘颗粒物团聚实验系统如图1所示。本系统可模拟烟气温度降低形成硫酸酸雾和颗粒物吸附硫酸酸雾发生团聚的全过程。整个实验系统由气体预热、SO3生成、吸附反应、硫酸收集、硫酸根检测五部分构成。

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图1 实验系统

本文采用硫酸高温分解法生成SO3。利用微量注射泵针头将20%的硫酸溶液注入石英管中。经过管式炉预热的氮气携带硫酸液滴进入反应炉内,使其在550℃管式炉中分解为气态SO3和水蒸气。

吸附反应在电阻炉内进行。当烟气流经此低温管式炉时,由于未被加热而温度逐渐降低,形成硫酸酸雾。硫酸酸雾与粉尘颗粒的吸附反应在35 mm×200 mm的长方形石英舟上进行。在实验开始之前,将粉尘颗粒样品在石英舟中均匀铺开,随后将石英舟置于石英管内。为检测与调节反应区域温度,在石英舟底部布置有热电偶。参考低低温实际运行温度及本实验系统酸露点,本文所选用的吸附温度为90 ℃和100 ℃。

SO3的收集采用控制冷凝法和NaOH溶液吸收法。未被粉尘吸附的硫酸酸雾经石英管后的伴热带加热,随气体进入冷凝管中冷凝,未冷凝的部分硫酸酸雾在NaOH溶液中被吸收。

吸附反应实验中,定义石英舟处温度为吸附反应温度。吸附时间为5~45 min,并以5 min为时间间隔。实验过程中,N2携带流的流速为1 mL/min,主气流流速为2.5 mL/min。在吸附反应完成后,取出灰样利用元素分析仪和X射线荧光光谱分析(XRF)测量吸附前后颗粒物中硫元素的变化,并利用SEM-EDS对吸附反应前后的颗粒表面微观形态进行对比分析。通过分析结果研究粉尘颗粒吸附硫酸酸雾后的表面形貌变化及其团聚特性。