降低烟气温度提升电除尘器对高电阻率粉煤灰的净化效率

基于Alstom/Andreas Bäck在第11届国际静电除尘会议的研究；并结合艾尼科（Enelco）电除尘器技术与中国工业应用展望

关键词
电除尘器 (Electrostatic precipitator), ESP, 火电 (power plant), 煤 (coal), 粉煤灰 (fly ash), 硫 (sulphur), 电阻率 (resistivity), 回冠 (back-corona), 温度 (temperature), 迁移速度 (migration velocity), 烟气脱硫, 能量回收

在燃煤电厂及大宗工业锅炉的烟气治理中，电除尘器（ESP）仍然是最常用的颗粒物治理设备之一。然而，粉煤灰的电阻率随烟气温度呈显著变化，高电阻率粉煤灰会引发回冠（back-corona），限制ESP的电流密度并迫使设备放大以满足排放标准。瑞典Alstom工程师Andreas Bäck在第11届国际静电除尘会议上综述了通过降低ESP入口烟气温度以改善迁移速度（migration velocity）和提高捕集效率的系统性研究与工程实践，为低硫煤工况下的烟气治理提供了可行路径。本文以该研究为基础，用通俗专业的语言归纳要点并结合艾尼科（Enelco）在极板/极线与电场优化方面的技术积累，讨论在中国浆纸、钢铁、水泥和化工等行业的应用价值与发展趋势。研究与试验表明，粉煤灰电阻率在约140–160 ℃附近常出现峰值，温度进一步升高时因体相导电性增加而电阻率下降，而温度降低到约100 ℃或更低时，粉煤灰表面因水分与SO3冷凝而显著降低电阻率，从而提高颗粒在电场中的迁移速度。1960–80年代曾有人尝试将ESP置于高温“热侧”以解决电阻率问题，但长期运行中出现“钠耗尽”导致性能衰减，绝大多数热侧ESP最终被改回常温后置形式[1,2]。相反，低温策略在试点与工程尺度上取得了成功案例：澳大利亚Pyrmont的试验显示在90 ℃时迁移速度几乎是150 ℃时的两倍；Liddell电厂的工程化设计在90 ℃与160 ℃之间测得迁移速度提升约70%；丹麦Ensted采用约105 ℃运行配合半脉冲（Semipulse）技术，使对高电阻率Ulan煤的收尘效率提升近两倍[3]。日本以MHI为代表的工程实践进一步将LLT（low-low temperature）概念推广：通过在ESP上游增设非泄漏式气-气换热器（GGH），将入口温度降至85–95 ℃，同时把回收的热量用于湿法脱硫（FGD）后的再加热以避免湿烟囱问题。Tosoh Nanyo 220 MWe机组在≈87–88 ℃下运行时，经标定的重力取样与在线监测显示出口排放可低至约4–7 mg/Nm3，且敲打（rapping）引起的瞬时排放峰值很小，说明低温运行还有助于粉尘团聚，减少再悬浮[4,5]。从理论上看，ESP性能常用Deutsch方程及其改进形式描述，其中引入经验参数k（Matts-Öhnfeldt修正，k≈0.5）以补偿粒径分布对迁移速度的影响，实际工程上迁移速度ω_k与温度、灰分化学成分、SOx/水分含量、电场强度等多变量相关[6]。在工程实施层面，低温ESP的关键注意事项包括避免接近酸露点（需限制煤中硫含量并控制SO2→SO3转化率，通常有上限规范以防腐蚀），合理设计空气预热器或采用GGH以高效回收低品位余热，以及对除尘器结构与运维方式（如极板间距、极线型式、脉冲策略）进行优化以配合低温工况。对中国市场而言，降低ESP入口温度具有明显的经济与环境效益：对于浆纸、钢铁、水泥与化工等行业中燃烧低硫煤或煤替代燃料的锅炉，可通过减少具体收集面积（SCA）降低初投资、减少电力消耗并简化运维；在达标排放与节能减排的政策压力下，低温ESP与能量回收相结合，还可提高热效率并为碳捕集等后续技术提供低品位热源。艾尼科（Enelco）在极板材料、极线张力控制、电场均匀化及在线电晕/迁移速度诊断方面的技术积累，可有效支持低温ESP项目在中国的落地：通过定制化的极板/极线组合、优化电场分布与脉冲充放电策略，既能放大低温带来的迁移速度增益，又能降低回冠风险与清灰损失。总体而言，降低烟气温度以治理高电阻率粉煤灰是经过试验与工程验证的成熟路径，适用于燃烧低硫燃料的现代电厂与工业锅炉；未来应在中国推广基于系统能量回收的低温ESP解决方案，并结合数字化在线监测和艾尼科等供应商的定制化技术，形成兼顾减排、节能与运维友好的综合烟气治理方案。

参考文献
[1] Walker A.B.; Hot-side precipitators. APCA Journal, Vol. 25, 143, 1975.
[2] Bickelhaupt R.E.; An interpretation of the deteriorative performance of hot-side precipitators. APCA Journal, Vol. 30, 882, 1980.
[3] Porle K., Karlsson R., Kirkegaard B.; Long-term experience with pulsed energization of ESP’s at a Danish power station. The 6th Symposium on the Transfer and Utilization of Particulate Control Technology, New Orleans, USA, 1986.
[4] Tanaka T., Fujishima H.; Development of advanced dust collecting system for coal-fired power plant. ICESP V, Washington D. C., USA, 1993.
[5] Fujishima H., Tsuchiya Y., Onishi S.; Colder side electrostatic precipitator of advanced flue gas treatment system for coal fired boiler. ICESP VII, Kyongju, Korea, 1998.
[6] Matts S., Öhnfeldt P-O.; Efficient gas cleaning with the SF electrostatic precipitator. Fläkt Review, Vol. 6/7, 105, 1963/1964.
[7] Lillieblad L., Johansson T., Porle K.; Electrostatic precipitator performance with Chinese coals. ICESP X, Cairns, Australia, 2006.