臭氧对电袋复合除尘器的影响

1、臭氧对电袋复合除尘器的影响 （福建龙净环保股份有限公司 福建龙岩陵园路81号 364000）摘 要 ： 电袋复合除尘器与常规布袋除尘器相比，多个前级电场。由于电场的电晕放电，会产生臭氧。为研究臭氧对电袋复合除尘器的影响，本文通过燃煤锅炉实际工况的电袋复合除尘器、多电场静电除尘器和实验室静电除尘器的臭氧测试和NO2的测试，确定电袋复合除尘器能过产生多少臭氧，对滤袋的使用寿命有何影响。关键词：电袋复合除尘器 电晕放电 臭氧 NO2含量 滤袋寿命1. 前言燃煤锅炉的烟尘是目前我国大气粉尘污染的主要来源之一，随着我国社会经济的发展和人们对环境质量要求越来越高，国家制定了越来越严格的粉尘排放标准，国标G

2、B13223-2003要求从2004年开始采用新的排放标准，新的火电厂大气大气污染物排放标准征求意见稿要求2015年后燃煤锅炉排放浓度为30mg/Nm3。燃煤电站在实施“节能减排”环保政策要求新形势下，依靠单一常规的电除尘或布袋除尘技术，难以保证设备长期稳定运行和高效排放。而电袋复合除尘技术通过有机复合与创新，最大限度地发挥电除尘器与布袋除尘器的优势性能，有效克服它们自身除尘性能的不足，根本性解决了燃煤电站所面临烟气条件差与收尘要求高的矛盾，它的高效、低阻、滤袋长寿命等良好综合性能受到用户认可。2005年电袋复合除尘器在天津军粮城电厂开始在燃煤锅炉使用至今，燃煤电站已有50MW到660MW等1

3、00台以上电袋复合除尘器投入投运，取得优异的效果，烟尘排放普遍低于20mg/Nm3。在电袋复合除尘技术研发初期，福建龙净环保股份有限公司就十分关注电场产生臭氧的问题，并与福州大学化工学院合作。通过实验室模拟电场、电袋复合除尘器实际运行工况、以及静电除尘器实际运行工况进行臭氧的检测。通过多年的臭氧研究与实践证明，电袋复合除尘器不存在臭氧影响PPS滤袋的使用寿命。2. 臭氧产生和分解静电电场在电阴极介质表面发生电晕放电，产生等离子体，使氧分子在瞬间分解为单原子氧，原子氧又迅速与氧结合成臭氧。在电场作用下，空气中臭氧产生和复合的机理十分复杂，简单地说，干空气在电场作用下臭氧产生和分解的过程发生的主要

4、反应有式(1)到式(13)等反应，其中M为空气中的任何其它分子。在诸多反应中，只有式(2)产生臭氧，而反应(3)、(4)、(9)等是臭氧的分解过程。3. 模拟电场的实验室臭氧测试试验装置由模拟电场、高压发生器、风机烟道、电加热及气体采样器等组成，如图1所示。空气从风机送入装置，经加热器到模拟拟电场，再经出口排出大气。由皮托管测定气体流速，取样口取样分析臭氧含量。图1：模拟电场实验流程图试验时首先开启风机，调节旁通阀分流部分空气，调节进入系统的气体量到预定值，然后开通加热电源，气体温度由温度计指示。调节加热功率到预定的气温，并用皮托管测定气速及气体温度。稳定流动30分钟，开启高压发生器电源，调节

5、高压到预定值，再稳定30分钟，打开气体采样器开关，调节空气流量到适当值进行采样。连续采样吸收30分钟（必要时可延长采样时间），关闭采样器开关，停止采样。取出吸收瓶内吸收液，分析臭氧含量。在检测臭氧试验装置产生臭氧浓度时，常用直接吸收法和靛蓝二磺酸钠(IDS)分光光度法。靛蓝二磺酸钠(IDS)可被臭氧氧化生成靛红二磺酸钠而褪色，其氧化反应可定量进行。因此，根据(IDS)消耗的量可准确计算臭氧的量。臭氧的气体在有多孔玻板的吸收管中通过兰色的IDS溶液，生成的溶液用分光光度计在610nm处测量，通过计算得出臭氧浓度。这种方法操作比较复杂，用于检测环境中臭氧浓度或作为基准用来标定物理方法仪器（低浓度）

6、。IDS法被定为国家标准用来测定环境中的臭氧浓度（GB/T15437）。表1 一定温度下改变电压的实验结果(I)电压（kV）空气流速(m/s)电流（uA）温度()空气中O3浓度（ug/L）空气中O3浓度（ppm）400.5080.4532360.0980.076450.5170.4631360.1160.090490.5040.6130360.1230.0952表2一定温度下改变电压的实验结果(II)电压（kV）空气流速(m/s)电流（uA）温度()空气中O3浓度（ug/L）空气中O3浓度（ppm）400.2260.4538420.2040.158450.2280.4738440.2250.1

7、75490.2260.6633440.2520.196表3 一定温度下改变电压的实验结果(III)电压（kV）空气流速(m/s)电流（uA）温度()空气中O3浓度（ug/L）空气中O3浓度（ppm）401.120.4660.50.0780.0604451.110.5660.40.08870.0688491.070.72600.1092 （15分钟击穿）0.0846图2：电压对臭氧浓度的影响研究资料表明，在较低温度下臭氧比较稳定。含量为1以下的臭氧，在常温常压的空气中分解半衰期约为16h。空气中臭氧的热分解始于30左右，在40-50时加速分解。随着温度的升高，分解速度加快，温度超过100时，分解

8、非常剧烈，达到 270 高温时可立即转化为氧气。臭氧产生随温度的升高而加大，但产生速度不如分解分解速度快，因此臭氧浓度随温度的上升而下降。表4恒电压下改变温度的实验结果(I)电压（kV）空气流速(m/s)电流uA温度()空气中O3浓度（ug/L）空气中O3浓度（ppm）450.5220.5420210.1300.101450.5170.4631360.1160.0900450.5490.4958590.08190.0635450.5660.5780810.06820.0529450.5600.5689900.06550.0508表5 恒电压下改变温度的实验结果(II)电压（kV）空气流速(m/

9、s)电流（uA）温度()空气中O3浓度（ug/L）空气中O3浓度（ppm）450.2280.47400.2250.174450.2200.55580.1840.143450.2560.56800.1770.137450.2750.70900.1160.0899图3不同气速下温度对臭氧浓度的影响试验结果表明在实验条件下臭氧的浓度都很低，一般都只有0.2个ppm以下。4. 电袋复合除尘器现场工况条件下臭氧浓度分布研究试验室测试的结果只能证明空气在一定温度下在电场臭氧的产生情况，实际电袋复合除尘器中燃煤锅炉烟气在电场作用下臭氧的产生如何，只有通过现场实际运行工况下进行测试。通过南京梅山电厂#1炉、华

10、电新乡电厂#2炉、洛河电厂#2炉电袋复合除尘器现场检测内部烟气臭氧浓度。分别从电场后端、除尘器出口取样烟气，采用直接吸入法与反滴定法检测。经检测，3台电袋除尘器的电场出口端、除尘器出口烟道处各取样烟气均臭氧含量很低。现场采用如下两种方法进行检测：方法1：臭氧检测管检测图4 臭氧管放置于取样管顶部图5 方法1现场检测检测原理：将臭氧氧化可变化试剂浸渍在载体上，作为反应剂封装在标准内径的玻璃管内做成测管，使用时将检测管两端切断，把抽气器接到检测管出气端吸取定量臭氧气体，臭氧浓度与检测管内反应剂柱变色长度成正比，通过刻度值读取浓度值。 检测方法：由于电袋除尘器中的臭氧浓度很低，因此本次检测采用0.3

11、10mg/m3（500ml）臭氧检测管进行测定。采用大气采用进行连续取样，采样流量：1L/min，取样时间：10min，故最低检测限为0.015 mg/m3（0.007ppm）。同时，为了避免臭氧在管壁吸附的可能，检测中直接将吸附管连接在取样管顶部。方法2：碘量法检测原理：强氧化剂臭氧（O3）与碘化钾（KI）水溶液反应生成游离碘（I2），臭氧还原为氧气。反应式为：     O3 + 2KI + H2O O2 + I2 + 2KOH 游离碘显色，依在水中浓度由低至高呈浅黄至深红色（见图3），如溶液中有淀粉存在则为蓝色（见图4）。图6 浓度为0.001mol

12、/L碘化钾溶液吸收臭氧后的颜色图7 浓度为0.001mol/L淀粉碘化钾溶液吸收臭氧后的颜色 利用硫代硫酸钠(NaS2O3)标准液滴定，游离碘变为碘化钠（NaI）反应终点为完全褪色止。反应式为：     I2 + 2Na2S2O3 2NaI + NaS4O6  两反应式建立起O3反应量与NaS2O3消耗量的定量关系为1molO3 ：2mol NaS2O3 ，就可以计算出臭氧的浓度。 检测方法：分别在两个吸收管中加入10ml的碘化钾溶液（浓度为0.001mol/L），并滴加少量淀粉指示剂和硫酸，两个取样管的气体流量分别为1L/min和0

13、.5L/min，采样时间：60min。如果烟气中含有臭氧，则吸收管的颜色应发生明显的变化。为避免臭氧被吸附的可能，采样管使用聚乙烯管，并老化2h以上。现场检测情况如图8所示。图8 方法2现场检测情况表6：某660MW电袋检测数据测定位置测定方法实验现象2炉B1列10m平台3、4电场间测试孔方法1无白色偏移出现方法2颜色无变化 2炉A2列10m平台3、4电场间测试孔方法1无白色偏移出现方法2颜色无变化 2炉B1列10m平台1、2电场间测试孔方法1无白色偏移出现方法2颜色无变化 2炉A2列10m平台1、2电场间测试孔方法1无白色偏移出现方法2颜色无变化 2炉B1列20m平台1、2电场间测试孔方法1

14、无白色偏移出现方法2颜色无变化 2炉A2列20m平台1、2电场间测试孔方法1无白色偏移出现方法2颜色无变化 从上述检测结果可以看出，采用两种方法比照测定，所测试的电袋复合除尘器的不同位置均未检出臭氧（其中臭氧检测管的检测限为0.007ppm）。同时，现场也没有臭氧的鱼腥味（其嗅觉阀值为0.3mg/m3）。因此，可以认为在电袋除尘器中电场后的臭氧浓度均小于0.01ppm。5. 静电除尘器现场工况条件下进出口NOX测试目前燃煤锅炉电厂有数千台电除尘器应用运行。数十年来，行业内未有电除尘产生臭氧而增加烟气NO2排放量的相关报道。针对一种关于多电场电除尘器产生大量臭氧，这些臭氧把烟气中NO氧化成NO2

15、，NO2又对PPS滤料产生氧化腐蚀的一种猜想，决定在一台多电场正在运行的电除尘器进行进出口NOX的测试。在福州某电厂，完成了某300MW机组双列双室三电场电除尘器进出口实时检测。测试方法与数据结果如下：电除尘器主要参数电除尘器有效通流面积：240 m2，电场数: 3个，极板间距: 400 mm，收尘极板面积: 16200 m2，电场平均烟气流速:1.02 m/s，放电极形式: RSB管型芒刺线，收尘极形式: C型极板检测原理与方法在电除尘器内产生NOx的化学反应如下：2 NO+ O2=2 NO2 （14）O3 + NO NO2 + O2 （15）反应式（14）是氧气将NO氧化为NO2的可逆反应

16、；反应式（15）是电场可能产生的臭氧将NO氧化为NO2的不可逆反应。电除尘器可能产生NO2的变化量可通过测定NO的变化量来测定。检测设备：FGA-4100（5G）汽车排气分析仪，2台，可以实时测定进出口CO2、O2、NO。检测结果：根据实时检测的各进出口O2含量值计算，电除尘器甲侧A漏风率为3.95%，电除尘器乙侧A漏风率为5.84%。现场测定NO浓度值见表7。表7 电除尘器进出口烟气NO测定结果甲侧除尘器乙侧除尘器入口A出口A入口A出口A时间NO含量（ppm）时间NO含量（ppm）时间NO含量（ppm）时间NO含量（ppm）11:0421111:0420415:2521215:2519611

17、:0921311:0920515:3021415:3020411:1421411:1420215:3521615:3520211:1921811:1920415:4021515:4020211:2421611:2420615:4521715:4520411:2921311:2920515:5021915:5020311:3421411:3420715:5521915:55206平均值214.14204.71216202.43变化值-4.4%-6.3%结果分析：电除尘器甲侧A出口实测NO平均浓度降低4.4%，电除尘器乙侧A出口实测NO平均浓度降低6.3%。根据各侧漏风率折算后，电除尘器甲侧A出口NO平均浓度降低0.45%，电除尘器乙侧A出口实测NO平均浓度降低0.46%。该电除尘器进出口NO浓度变化量小于1%，在复杂的烟气成分中，无法检测其真实的变化原因。因此，认为电袋复合除尘器产生臭氧增加NO2（或SO3）含量观点没有科学依据。6. 小结通过模拟电除尘器电场实验室、多台电袋复合除尘器实际运行工况状态下的电场后和除尘器出口臭氧测试和运行的静电除尘器NOX的测试。可以得出如下小结：（1） 常温空气条件下电场臭氧产生浓度不大于0.2ppm，在高温烟气中臭氧