放电电极几何与电除尘器臭氧产生关系研究

武藏工科大学（Musashi Institute of Technology）与富士电气系统公司联合实验：锯齿形放电电极尖角与数量对臭氧生成与捕集效率的影响

关键词
电除尘器; 臭氧; 锯齿形电极; 电晕放电; 排放达标; 能耗优化

在城市隧道、重工业通风与尾气处理场景中，电除尘器（ESP）既是颗粒物治理的重要设备，也是臭氧等副产物生成的来源之一。臭氧在氧化氮并提高NO2浓度、生成光化学烟雾等方面对环境与人体健康存在不利影响，因此在电除尘器设计中控制臭氧生成已成为行业关注的关键点。本研究由武藏工科大学（Musashi Institute of Technology）与富士电气系统公司（Fuji Electric Systems Co., Ltd.）合作，通过实验系统系统地探讨锯齿形放电电极的几何参数（尖角与锯齿数量）对臭氧浓度与捕集效率的影响。

实验采用二级式ESP：前置电离段（prechager）采用负直流高压施加在锯齿形放电电极上、接地板为平板；后端收集段为平行板结构并施加定值直流高压以完成颗粒捕集。被测尾气为稀释后的柴油发动机废气，气速约7 m/s；放电间隙9 mm；臭氧浓度由EG-2001臭氧监测仪测定，粒子计数用于上下游颗粒物去除效率评估。实验变量包括锯齿尖角（15°、29°、52°）以及锯齿数量（27、13、8、6），并通过数码相机记录放电可见光发光区面积作为放电活动强度的表征。

结果显示：在相近放电电流下，锯齿尖角对颗粒捕集效率影响有限，但对臭氧生成显著。尖角越小（更尖的电极），放电可见光发光区（luminescence area）趋于减小，对应的臭氧浓度也更低；这说明电极尖锐度改变了局部电场分布，进而缩小了臭氧产生的有效放电面积。通过对放电发光面积与臭氧浓度的统计可以看出，两者呈正相关，发光面积增加会带来臭氧浓度的上升。

关于锯齿数量，减少锯齿数可降低整体臭氧生成，但同时也可能削弱离子产生面积，导致颗粒捕集效率下降。实验中在追求臭氧浓度低于0.06 ppm且捕集效率高于80%的设计目标时，综合电流条件下的最优方案为八个锯齿（8 teeth）。在达到80%捕集效率时，不同锯齿数量对应的放电电流分别为：6枚时0.24 mA、8枚时0.14 mA、13枚与27枚时约0.12 mA；在本试验条件下，8枚锯齿表现出在满足捕集效率的同时臭氧生成最低的优势。

基于上述发现，可为中国的浆纸、钢铁、水泥与化工等高排放行业提供可行的技术路径：通过电极几何优化（尖角设计与锯齿布局）、电场参数调整以及实时放电发光监测，可在不大幅增加能耗或设备改造成本的前提下，实现对臭氧排放的有效抑制并保持颗粒物治理性能。企业品牌如艾尼科（Enelco / 艾尼科）在极板与极线设计、电场优化与现场改造方面的技术积累，可将本研究成果转化为工业化改造服务——例如提供基于场仿真（CFD/电场仿真）与现场光学监测联动的电极优化方案、定制化锯齿电极与极板组合，以及节能型驱动与控制策略，从而降低运行维护成本、延长设备寿命并协助客户满足更严格的排放标准。

展望未来，低臭氧电晕技术的发展趋势包括：更精细的电极微几何优化、输入极性（正/负）与电压模式的联合优化、基于视觉或光学传感的在线放电面积控制，以及AI辅助的在线参数调节。结合行业应用需求，针对不同工况（烟气成分、温湿度与流速差异），采用模块化电极设计与智能控制将更利于在中国市场实现快速落地与规模化推广。

本文研究由Y. Ehara、D. Yagishita、T. Yamamoto 等人主导，实验与数据分析为评价锯齿形放电电极在降低臭氧生成与兼顾颗粒捕集性能方面提供了可操作性的工程指导。

参考文献
[1] Viner A.S., Lawless P.A., Ensor D.S., Sparks L.E., “Ozone generation in dc-energized electrostatic precipitator,” IEEE Transactions on Industry Applications, Vol.28, No.3, May/June 1992, pp.504-512.
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[4] Ehara Y., et al., “Reduction of ozone generation in electrostatic precipitator,” ICESP X, 2006.