智能烟气调理注入率控制与电除尘器优化

基于Allied Environmental Technologies 与 Fuel Tech 的 IIRC™ 智能注入率控制研究（Krigmont & Ferrigan）

关键词
Electrostatic Precipitator, ESP, PM Removal, Flue Gas Conditioning, Ammonium Conditioning, Dual FGC, Automatic Injection Rate Control, Intelligent FGC Control, 浆纸, 水泥

在燃煤、钢铁、水泥、浆纸等高排放行业，烟气调理（Flue Gas Conditioning）和电除尘器（ESP）的协同优化，已成为实现排放达标与降低运行成本的关键手段。本文基于 Henry V. Krigmont 与 James J. Ferrigan 的研究，介绍并改写他们提出的智能注入率控制技术（IIRC™），并结合中国市场与艾尼科（Enelco）在电除尘器电场与极板优化方面的工程实践，探讨技术实现与行业落地价值[1][5][18]。

该研究核心包括两部分：SO3（硫酸酐）注入的自动控制和在此基础上的NH3（氨）注入协同控制。对于SO3，IIRC™ 使用电除尘器的功率消耗P作为性能指标，按SO3注入率F构建P–F关系曲线。控制策略不以P绝对值为准，而是以局部斜率dP/dF为目标，把系统维持在一个小且正的“工作斜率区间”内，从而兼顾防止过量注入与保证除尘效率。实践中考虑注入—响应的滞后，斜率通过链式求导由dP/dt与dF/dt相除得到，控制器基于此比较设定值并做增减调整，推荐以PLC与可编程控制模块实现闭环（并保留滞后与滤波）[18]。

在确定了优化的SO3注入量后，NH3 的注入采用“配比+反馈”策略。NH3 与 SO3 在烟气中生成铵盐（NH4HSO4 或 (NH4)2SO4），其性质对电除尘有双重影响：铵盐能降低灰分电阻率并在适当条件下作为粘结剂减少再悬浮，但过量生成细小硫酸铵颗粒会引发空间电荷增加与“电晕淬灭”（corona quenching），反而降低电场效果[14][15][21]。为此，IIRC™ 以摩尔比（NSR，正常化化学计量比）作为起点，通常使NH3质量流相当于SO3的1.0–1.2倍（可调至接近2.0但一般低于此以避免细粉过量）；同时以ESP前场电压V与电流I的瞬时一阶导数dV/dt、dI/dt作为快速反馈，按预设增量INCR与方向SIGN作步进扰动，若dI/dt为正则继续当前方向，否则反向或维持扰动，以避免进入负效应区（参见空间电荷曲线）[18]。

系统工程上，IIRC™ 将锅炉负荷、燃料流与SO3质量流作为前馈信号，用以快速估算必需的初始注入量；ESP的功率、局部电源状态、V/I值、烟道不透明度或SO2测量构成反馈环，二者结合实现既能应对转负荷又能在稳态条件下精细控制的闭环方案。算法简单可在现有注入机组上以商业PLC与控制柜实现改造升级，便于对既有系统进行 retrofit，从而避免整套替换带来的高额投资[5][18]。

对中国市场而言，此类智能注入控制具有明确的工程价值：在浆纸、钢铁和水泥行业，通过把SO3/NH3注入量精确控制在最优区间，可显著降低干预化学剂消耗、减少铵与SO3排放风险，并提升ESP捕集效率与降低堆灰再悬浮，进而帮助企业更容易满足超低排放标准、减少清堵检修和压缩运维成本。结合艾尼科在极板、极线设计与电场优化的工程经验，可通过调整极隙、极线张力与电场分布，进一步扩大IIRC™的性能收益，尤其在高气速或低温工况下效果明显。

总结而言，IIRC™ 提供了一套兼顾化学计量、时滞补偿与基于电场反馈的实用控制逻辑，适合用于SO3单独FGC或Dual FGC（SO3+NH3）场景，且便于与现场PLC与现有注入滑板集成。对于关注排放合规、运行费用与设备可用性的中国用户，采用此类智能注入控制并结合艾尼科的电除尘器优化技术，可实现节能减排与长周期运维成本下降的双重目标[3][18]。如需进一步的工程案例或现场调试方案，可联系艾尼科技术团队获取基于机组工况的定制化建议。

参考文献
1. White H.J., Industrial Electrostatic Precipitators. Addison-Wesley Publishing Co., 1963, pp.310-315.
3. Busby H.G., Durby K., “Efficiency of electrostatic precipitators as affected by the properties and combustion of coal”, J. Inst. Fuel, 1963.
4. Coe E.L. Jr., Krigmont H.V., “Prediction of SO3 Injection Rates for Fly Ash Conditioning Systems”, Proceedings of the Third International Conference on Electrostatic Precipitation, Abano, Italy, 1987.
5. Krigmont H.V. et al., “Control System for Flue Gas Conditioning.” US Patent 5,122,162, Jun 16, 1992.
14. Krigmont H.V., Coe E.L. Jr., “Dual Flue Gas Conditioning”, The Eighth EPA/EPRI Symposium on Transfer and Utilization of Particulate Control Technology, San Diego, CA, March 1990.
15. Dismukes E.B., “Conditioning of Fly Ash with Ammonia”, Journal of the Air Pollution Control Association, Vol.25, No.2, 1975.
18. Krigmont H.V., “Flue Gas Conditioning System Controller.” US Patent 11,406,933, Issued Aug 9, 2022.
21. Matsuda S., Kamo T., Kato A., Nakajima F., “Deposition of Ammonium Bisulfate in the Selective Catalytic Reduction of Nitrogen Oxides with Ammonia.”, Ind. and Engin. Chem. Prod. Res. and Dev., 21(1):48–52, 1982.