静电除尘器与柴油颗粒过滤器协同治理：ESP预电荷与滑动放电DPF再生研究

丰桥工业大学环境与生命科学系（Hideaki Hayashi, Kazunori Takashima, Akira Mizuno）关于ESP+DPF协同净化与滑动放电低温再生的实验成果

关键词
柴油颗粒过滤器(DPF), 静电除尘器(ESP), 非热等离子体(NTP), 滑动放电, 柴油尾气颗粒(DEP), 排放达标, 运维成本

随着能源价格上升与工业化扩张，机动车和工业锅炉排放的颗粒物成为区域大气污染治理的重点，尤其是纳米级柴油颗粒（DEP）。本文基于丰桥工业大学的实验研究，评估在DPF前段引入静电除尘器（ESP）对颗粒捕集效率与压力损失的影响，并探索利用非热等离子体（NTP）滑动放电在DPF内进行低温再生的可行性（作者：Hideaki Hayashi, Kazunori Takashima, Akira Mizuno）。研究用一台3 kW柴油发动机发生的尾气进行测试，ESP施加约-12.5 kV直流使电流在-0.45到-1.25 mA间波动，气温保持约70°C，滤芯直径50 mm，流量250 L/min（取样时稀释50倍）以EEPS测数径分布。实验表明：ESP单独对约70 nm颗粒的捕集效率可达95%以上；当ESP安装于DPF前端并交替开关时，下游颗粒数浓度比仅用DPF时降低约98%，合并系统的颗粒捕集效率接近100%。同时，DPF压降增长明显变缓：未使用ESP时运行9分钟压差达约35 kPa，而并联ESP时上升速率约降低10%左右。通过扫描电镜观察下游滤纸，ESP开启时颗粒呈珠链及团聚态，这类大颗粒更易被DPF截留且在滤壁上堆积松散，解释了压降增长变慢和捕集效率提升的机理。为解决DPF高温再生（通常需≈600°C）带来的结构与耐久风险，本研究还将滑动放电与表面放电结合以在DPF通道内产生非热等离子体。配置包括AC表面放电（8–12 kV p-p，频率0.5–2 kHz）与跨滤芯DC场（4或8 kV），气氛以N2/O2混合气流5 L/min通过。结果表明，PM氧化效率随表面放电电压和环境温度上升而提高，在150°C时氧化效率超过11 g/kWh；较佳配置为DC 4 kV配合高AC电压，频率对单位功率氧化速率影响有限，但频率升高可增加固定时间内被氧化的PM总量。综上，ESP预电荷有助于使纳米颗粒团聚，从而提高DPF的捕集效率并延缓压降上升；滑动放电的NTP再生在较低温度下实现PM氧化，为温控安全的再生方案提供了可能。就中国工业应用而言，纸浆造纸、钢铁、水泥和化工等行业可借助ESP+DPF组合既满足更加严格的排放达标要求，又降低频繁高温再生带来的运维成本与风险。艾尼科（Enelco）在极板、极线布置和电场优化方面的技术积累，特别是在电极材质与电场均匀化设计上，可为此类协同系统提供成熟的工程化解决方案：通过优化电极间距与高压给电策略，提高ESP在高温含油尾气中的稳定性与防返带效能；并结合在线监测与智能控制，进一步降低滤后压差增长速率与再生能耗。未来工作可聚焦于在更高温度与含SOF（可溶性有机成分）条件下验证系统长期稳定性、在工业烟道尺度化放大试验，以及与催化剂或SCR系统的协同优化，以便在中国重点行业中推广应用并实现节能降耗与达标排放的双重目标。

参考文献
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