电除尘器除尘效率的外部参数：煤质、燃烧与SCR影响

基于EDF R&D 与 IRS 对 500 余种煤样的统计与 ORCHIDEE 模拟，解析煤质、燃烧工况与选择性催化还原对 ESP 性能的综合作用

关键词
电除尘器, 除尘效率, 煤质, 燃烧质量, SCR, SO3, 电阻率, PM2.5, 除尘运维

随着更严格的大气排放标准推进，电除尘器（ESP）在火电与重工业尾气治理中的关键性日益凸显，特别是在实现颗粒物（PM2.5）与粉尘达标方面。本文基于法国 EDF R&D 与意大利 IRS 研究团队对 1998–2008 年间超过 500 种进口煤化验数据的统计分析，并结合 ORCHIDEE 工业模拟，对影响 ESP 除尘效率的外部参数进行了系统梳理与量化评估[2][3]。研究作者包括 ARRONDEL Véronique（EDF R&D）、BACCHIEGA Gianluca（IRS）与 HAMLIL Michel（EDF R&D）。研究以一台装机约 600 MW、双壳体、每壳体 4 区、极板距 300 mm 的 ESP 作为参考工况进行模拟，重点考察煤质、燃烧质量及 SCR（选择性催化还原）工艺对入口粉尘特性、电阻率、亚微米粒子生成与最终出口浓度的影响。结果表明：一是煤的灰分、硫含量、含水与灰分化学组成对入口粉尘量与电阻率有决定性影响。灰分越高，ESP 入口浓度越大，出口浓度随之上升；硫含量与 SO3 水平显著降低灰分电阻率，有助于抑制高电阻率引发的反向放电（back-corona）[9][10]。二是磨煤细度与锅炉燃烧条件影响颗粒粒径分布与未燃碳含量，细化粉煤与良好燃烧可减少大颗粒与未燃碳再逸散，但会增加 0.2–0.6 μm 的亚微米区域难收集颗粒，从而对 ESP 集尘效率形成挑战。三是当机组后端加装 SCR 后，NH3 与 SO3 反应可能生成硫酸铵或铵式亚硫酸盐，形成亚微米粒子并改变颗粒粘结性：低 NH3/SO3 摩尔比易生成吸湿性较强、熔点较低的铵式亚硫酸盐，提高颗粒凝聚与层结，从而在一定程度上利于收集并降低再逸散；而高 NH3 投加则可能增加小粒径硫酸铵粒子，使出口的质量基排放变化不大但对 PM2.5 份额有提升风险[16][18]。模拟表明，在不改变电极电压的情况下，SCR 产生的亚微米新增粒子（数值级别几十 mg/Nm3）会使参考机组 ESP 出口颗粒浓度从约 13 mg/Nm3 上升至约 15 mg/Nm3，但其对质量基指标影响有限；同时，SCR 带来的 SO3 增量对灰分电阻率、V–I 曲线与反向放电特性有明显影响，需与空预器吸收、烟温控制共同考虑[9][18]。基于以上研究，可提出若干工程与运维建议：一是将煤灰电阻率、Na、Fe、Ca 等元素含量纳入燃料验收与配煤策略，以降低高电阻率风险；二是优化磨煤与燃烧管理以平衡未燃碳、粒径谱与炉内温度，必要时通过改良燃烧器与风配比实现；三是 SCR 系统的 NH3 投加与催化剂选型应以控制 SO2→SO3 转化并限制 H2SO4/硫酸铵生成为目标，同时在工艺侧设置 SO3 捕集或空预器温度管理措施；四是采用仿真工具（如 ORCHIDEE）进行工况预测与电场参数优化，并结合实际开机试验调整 T/R 供电策略以应对细颗粒负荷增加。对于中国的浆纸、钢铁、水泥与化工等重点行业，上述方法有助于实现排放达标、降低除尘能耗并减少运维成本；例如通过配煤优化与表面电场改良可以降低极板刷洗频率与电耗，从而延长设备寿命并降低停机维护次数。艾尼科（Enelco）在电极极板、极线设计与电场分布优化方面具备多年实践经验，可为国内机组提供从电极材料、场强优化到在线运行监测的一体化解决方案，助力企业在满足日益严格的 PM2.5 与 SOx 限值同时实现更低的运行成本与更稳定的除尘性能。总之，ESP 的最终表现不仅依赖于设备本身，更受上游燃料与工艺（包括 SCR）联合作用的深刻影响，建议以燃料验收、燃烧控制、脱硝协同与仿真预测为核心，形成“设备—燃料—工艺”一体化的除尘管理体系，以在中国工业场景中实现可靠且经济的颗粒物治理。

参考文献
[1] I. Gallimberti, “Recent advancements in the physical modelling of electrostatic precipitators”, Journal of Electrostatics, 43 (1998) 219-247.
[2] V. Arrondel, G. Bacchiega, I. Gallimberti, “ESP modelling: from University to Industrial Application”, VIII ICESP, Birmingham, 2001.
[3] V. Arrondel, J. Salvi, I. Gallimberti, G. Bacchiega, “ORCHIDEE: Efficiency Optimisation of Coal Ash Collection in Electrostatic Precipitators”, IX ICESP, Kruger, 2004.
[9] R. E. Bickelhaupt, “A technique for predicting fly ash resistivity”, EPA-600/7-79-204, 1979.
[10] R. E. Bickelhaupt, “Fly Ash Resistivity Prediction Improvement with Emphasis on Sulfur Trioxide”, EPA-600/7-86-017, 1986.
[16] R.K. Srivastava, C.A. Miller, “Emissions of sulfur trioxide from coal-fired power plants”, POWER-GEN International, 2002.
[18] M. J. Frank, H. Gutberlet, “Retrofit of SCR-systems – Formation mechanisms of SO3 aerosols and implications on the flue gas cleaning system”, ICESP, 2004.