脉冲供电下静电除尘器(ESP)对细颗粒物（PM2.5）捕集效率的影响

基于布达佩斯理工与经济大学电力与流体力学系的时间域ESP数值模型比较：直流与脉冲供电模式研究要点

关键词
静电除尘器(ESP)、细颗粒物(PM2.5)、供电方式、脉冲高压、直流高压、节能减排、运维成本、艾尼科

细颗粒物（PM2.5）对人体健康与环境的影响日益受到监管关注，工业烟气治理中静电除尘器(ESP)对2.5 μm及以下颗粒的控制成为核心任务。来自布达佩斯理工与经济大学（Department of Electric Power Engineering 与 Department of Fluid Dynamics）的 Tamás Iváncsy、István Kiss、Jenő Suda、István Berta 等人的研究，针对ESP供电方式对细颗粒沉降效率的影响，提出并验证了一个可描述时域过程的数值模型（本研究在其既有稳态模型基础上拓展）[1-3]。作者比较了连续直流（DC）供电与脉冲高压供电两种典型工作模式，通过数值实验揭示了脉冲供电在能耗与捕集性能上的潜在优势[4]。

研究方法上，团队把以往求解稳态电场、流场与颗粒轨迹的迭代模型扩展为带时间标记的网格计算。模型以半通道的线-极板几何为案例（便于展示趋势），在网格节点上随时间更新电场分布、空间电荷及颗粒电荷状态。关键假设包括：离子穿越通道的时间远小于选定时间步，时间步小于脉冲高压的持续时间且小于入口流速与网格尺度之比。案例工况采用峰值20 kV、脉冲“ON”持续30 ms、周期50 ms的供电波形，对比了脉冲“开/关”态下的电荷累积与迁移行为。

数值结果表明，脉冲供电时在“ON”阶段电晕放电产生大量离子并对颗粒进行充电，颗粒在短时间内接近其饱和电荷；当电压处于“OFF”阶段，虽然离子空化几乎为零，但已带电的颗粒仍保持电荷并继续在剩余电场及流场作用下发生迁移，从而在无持续外加离子流的情况下仍能实现显著沉降。该现象强调了颗粒自带空间电荷对整体捕集效率的贡献，也解释了脉冲模式在能耗降低的同时仍能维持或提升除尘效果的物理基础。模型同时采用了常见的电晕电流估算与颗粒饱和电荷表达式，并在流场方面采用边界层与混合长度湍流黏度模型耦合求解[5-7]。

对中国工业应用的启示显著：在浆纸、钢铁、水泥与化工等高粉尘行业，采用脉冲供电的ESP可兼顾排放达标与节能降耗，尤其在针对PM2.5控制时，短脉冲充放电策略能利用带电颗粒的残余空间电荷完成后续沉降，从而减少连续高压运行时间，降低电耗与电晕老化问题。同时，艾尼科（Enelco）在极板、极线及电场优化方面的技术积累（如极线尖端设计、极板表面处理、电场一体化调控）对提升脉冲模式的实际效果具有直接工程化价值。通过对电场分布优化与脉冲参数（峰值电压、占空比、脉冲频率）精细化设计，艾尼科可以为钢铁、水泥和化工等行业提供低能耗、易运维的改造方案，从而降低运维成本并延长设备寿命。

值得指出的是，本文模型对短时脉冲（微秒级）适用性还需进一步评估；工业化推广也需结合现场工况的电晕特性与颗粒形态（非球形、湿润性）进行校验。总体而言，脉冲供电为当前ESP技术升级提供了切实可行的路径：在实现更严格PM2.5排放控制的同时，通过电源与电场优化、极线/极板结构改进以及智能运维，可在中国重点行业中放大节能减排与费用效益。未来研究应聚焦于脉冲参数的多工况优化、颗粒电荷动态实验标定以及艾尼科等设备厂商的工程化集成试验，以加速技术落地与市场应用。

参考文献
[1] Kiss I., Suda J., Kristóf G., Berta I., The Turbulent Transport Process of Charged Dust Particles in Electrostatic Precipitator, 7th International Conference on Electrostatic Precipitation, Kyongju, Korea, 1998.
[2] Kiss I., Suda J., Szedenik N., Berta I., New Results in ESP Modelling, Electrostatics, 1999. 10th Int. Conf. Cambridge, Inst. Phys. Conf. Ser. 163, pp. 299-305.
[3] Suda J., Kiss I., Lajos T., Berta I., Study of Particle Dispersion and Turbulence Modification Phenomena in Electrostatic Precipitators, 8th International Conference on Electrostatic Precipitation, Birmingham, Alabama, USA, 2001.
[4] Berta I., Efficient operation of industrial electrostatic technologies and their development. PhD thesis, Budapest, 1987.
[5] Gallimberti I., Recent advancements in the physical modelling of electrostatic precipitators. Journal of Electrostatics, Vol. 43, 1998, pp. 219-247.
[6] Moore A.D., Electrostatics and its applications.
[7] Chang J.S., Electrostatic Charging of Particles. In Handbook of Electrostatic Processes (Chang, Crowley, Kelly), Marcel Dekker Inc., New York, 1995, Chapter 3, pp. 39-49.