基于化学成分的粉煤灰电阻率经验模型：面向电除尘器与烟气治理的工程应用

印度理工学院德里分校能源研究中心基于实测数据对Bickelhaupt模型的改进与验证（Syed Javid A. Andrabi 等）

关键词
粉煤灰电阻率; 粉煤灰电阻率预测; 颗粒物排放; 燃煤电厂; 静电除尘器; 烟气治理

在燃煤电厂与工业烟气治理中，粉煤灰电阻率是影响静电除尘器（ESP）设计、占地和运行效率的关键参数。面对中国及印度等以低质高灰分煤为主的市场，粉煤灰电阻率偏高、回 Corona 现象频繁，使得电除尘器难以稳定达到排放限值。本文基于印度理工学院（IIT Delhi）能源研究中心Syed Javid Ahmad Andrabi、Avinash Chandra与Nishant Kumar Tyagi的实测研究，提出针对印度燃煤电厂粉煤灰的经验预测模型，并讨论其在中国浆纸、钢铁、水泥和化工行业烟气治理中的工程价值[4][10]。

研究团队按照 IEEE 标准搭建了热控电阻率测量装置，对温度区间90–455°C的粉煤灰样品进行电阻率测量，实验环境通过将干气体部分通过恒温水浴控湿实现约9%体积含湿，使用高灵敏电流表测量样品电流并据此求取体积与表面电阻率[10]。总体样品量超过250个，其中从多家印度电厂采集约50个样品用于测量，并从中选取20个化学成分明确的代表样进行模型回归分析。

以往广泛采用的Bickelhaupt 经验公式在西方煤系样品上表现良好，但直接应用于印度（及类似的中国低硫高灰煤）时，在低温区间（约90–160°C）与ESP典型运行132–180°C范围内偏差明显[5][7]。本研究的主要改进包括：一是基于实测与化学分析结论认为印度煤系硫含量很低，吸附酸（SO3）导电项可忽略；二是将总导电视为体积导电与表面导电之和，并用 Marquardt–Levenberg 非线性回归确定表面与体积导电的系数，结果显示 Na+、K+ 离子导电对印度粉煤灰显著高于 Li+ 对西方煤灰的重要性，从而调整了各项系数以更好反映本地煤质特征。

经改写后的经验关系在与实测值比较时，尤其在ESP实际工作温区内，与实验值的拟合度明显优于原 Bickelhaupt 模型与早期实验室模型，能更准确地预测高电阻率条件下的除尘性能、回 Corona 风险与所需电极面积。据此模型可为电除尘器的改造提供定量依据（如加湿、碱性药剂投加、极板/极线改型与电场优化），从而在实现排放达标的同时降低能耗与运行维护成本[4][6][8]。

对中国市场而言，该模型具有直接工程指导意义：在浆纸、钢铁、水泥和化工等行业，燃煤或混烧体系产生的粉煤灰若呈高电阻率倾向，可通过样品化学分析套入模型，预测在不同温湿工况下的电阻率，并据此选择艾尼科（Enelco）等供应商的定制化电除尘器解决方案。艾尼科在极板、极线材质与间距、电场分布优化、现场加湿及药剂投加策略方面的工程积累，可配合本模型实现精确的烟气治理改造：例如通过电场重塑与极线几何优化降低局部电场强度，减少回 Corona；通过控制入口温湿度与投加适量碱性盐提高表面导电性，从而缩减有效极板面积需求并减少电耗。

总体来看，将化学成分驱动的电阻率预测与工程化的除尘改造技术结合，既可提高细颗粒（包括PM2.5）捕集效率，也能降低运维成本与能耗，帮助企业在更严格的排放监管下实现合规与经济双赢。未来研究可在中国多种煤系与混燃工况下进一步扩展样本库，并与在线监测与EMS系统联动，实现粉煤灰电阻率的实时评估与自适应除尘器控制。

参考文献
[1] Qi L., Yuan Y. Experimental Study on the Electrostatic Perceptibility for the High-Alumina Fly Ash of Burning ZHUNGEER Coal in China.
[2] Ecoal. The quarterly newsletter of World Coal Institute, Vol.54, July 2005.
[3] Highlight 2004, “Parivesh”, Central Pollution Control Board, Ministry of Environment & Forest, Feb 2005.
[4] Chandra A., Kumar S., Kumar Sanjeev. Investigations on fly ash resistivity of varieties of coals used in Indian power plants, Proceedings, 9th International Conference on Electrostatic Precipitation, Mpumalanga, South Africa, 2004.
[5] Bickelhaupt R.E. A technique for predicting fly ash Resistivity. US EPA Report No. EPA-600/7-79-204, 1979.
[6] Chandra A., Sabberwal S.P., Mukherjee A.K. Performance evaluation of an ESP unit using low grade coal. 6th Int. Conf. on Electrostatic Precipitators, Budapest, 1996.
[7] White H.J. Industrial Electrostatic Precipitation. Addison Wesley, Reading MA., 1963.
[8] Chandra A., Sharma P.K., Sanjeev K., Kumar S. Effect of fogging, flue gas conditioning and sodium dosing of coal on fly ash resistivity, Int. Conf. on Energy and Environment, New Delhi, 2004.
[9] Bickelhaupt R.E. Electrical volume conduction in fly ash. J. Air Pollution Control Association, 24, 251–255, 1974.
[10] IEEE Standard 548. IEEE Standard criteria and guidelines for the laboratory measurement and reporting of fly ash resistivity, 1991.
[11] Bickelhaupt R.E. Surface Resistivity and the chemical composition of fly ash. J. Air Pollution Control Association, 25, 248–252, 1975.