电除尘器间歇励磁电参数与在线诊断研究

基于EDF R&D 与 I.R.S. s.r.l. 的间歇供电物理建模、工业在线测量与V–I特性重构分析

关键词
电除尘器, 间歇励磁, 反向电晕, 电压-电流特性, 等效电路, 节能降耗, 运维优化

在大型燃煤锅炉的烟气治理中，电除尘器（ESP）的电参数直接决定捕集效率与运行经济性。面对高灰电阻率导致的反向电晕（back‑corona）问题，间歇励磁（即抑制若干半周波的供电策略）已成为维持收尘效率并降低火花率的重要手段。本文基于EDF R&D 与 I.R.S. s.r.l. 的联合研究成果，结合物理建模与现场连续测量，系统阐述了间歇供电对电压‑电流波形、场等效电容以及除尘效率与在线诊断的影响（作者：V. Arrondel, G. Bacchiega, M. Hamlil）[1–21]。

研究首先提出了一个简化的ESP等效电路，用以把施加电流波形转换为电极电压波形，进而用于物理模型输入。等效电路中通过几何参数与现场电压、电流记录估算场的等效电容，并以此验证电压计算与实测值的一致性；当估算电容接近真实值时，电压与电流曲线可重合，说明模型可用于模拟抑制半周后的电压变化[14–19]。基于该等效电路，研究对1:3与1:5（即一进三出、一进五出）半周抑制情形进行了计算，结果显示抑制半周会显著降低平均电流密度，从而在高电阻灰情况下抑制或熄灭反向电晕，但同时也会降低颗粒捕集的电流驱动能力。

为量化效率影响，研究在一组典型场几何（40通道、板间距280 mm，每通道由6对板组成，入段固体负荷12 g/Nm3、粒径按对数正态分布分为6类）的条件下，用物理建模软件模拟粒子电离、带电与迁移过程。模拟结果表明：对相同施加电压，AC（含整流纹波）下的电流密度最高（约0.27 mA/m2），对应最高收集效率；DC 的平均电流密度约0.18 mA/m2；而一进三抑制（S3）与一进五抑制（S5）电流密度降至约0.01与0.06 mA/m2，导致不同粒径等级的捕集效率明显下降，尤其对中小粒径影响更为显著。模拟还揭示了粒子在各极板间随电压周期变化的空间分布与时间演化规律，为理解瞬态操作下的缝隙内浓度与沉积速率提供了物理依据[15–20]。

另一方面，研究利用一台250 MW燃煤机组实际ESP的在线数据（采样周期1 s）开展了工业验证。通过剔除非稳态锅炉工况并对数据进行同步与二次回归处理，可在日尺度上重建每个场的V–I特性曲线。该方法能够识别出因反向电晕触发的半周抑制区、供电停电引起的排放上升，以及场间由于空间电荷效应而导致的V–I曲线右移（即在相同电流下需要更高电压）现象。重构的V–I曲线经回归检验后，可用于线上故障枚举与趋势预警，从而避免停机人工读数，提高运行维护效率[21]。

对中国市场而言，上述成果对浆纸、钢铁、水泥与化工等行业具有直接应用价值：一方面，间歇励磁为处理高灰电阻率煤种或富碱灰料提供了可行的运行策略，能在满足排放达标的同时降低击穿与电源损耗；另一方面，通过日常采样数据重建V–I特性并结合自动化算法，可实现对ESP故障（如短路、接地、板结或反向电晕）早期诊断，减少维护成本与超标风险。

结合企业实践，艾尼科（Enelco）在极板/极线几何优化、电场分布调控与Switch‑Mode电源（低纹波高频整流）方面的技术积累，可与上述物理建模与在线诊断方法协同：例如，采用优化的极板间距与线点布置提升局域电场均匀性，或通过SMPS实现更灵活的脉冲与间歇控制，从而在维持或提升收尘效率的同时实现节能降耗与运维优化。未来工作建议重点推进基于等效电路的自动化在线解释算法、以及对SMPS间歇模式的建模验证，以便在中国重点行业中推广应用并形成可商业化的智能运维解决方案。

总之，将物理建模与工业在线测量相结合，不仅能定量评估间歇励磁对ESP性能的影响，还能在不停车的前提下通过V–I曲线重构实现故障检测与运行优化，为满足更严格的排放与能耗要求提供可落地的技术路径[1–21]。

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