小型静电除尘器出口粉尘电荷测量

布达佩斯理工大学（Székely 等）基于实验室小尺度 ESP 的电场与质量联测研究亮点

关键词
electrostatic precipitator (ESP), electric field, dust dispenser, 烟气治理, 颗粒物控制

颗粒物污染与呼吸道健康紧密相关，尤其是小型生物质锅炉与家用采暖产生的大量亚微米颗粒，需要高效的烟气治理方案。在此背景下，布达佩斯理工大学的 Székely、Kiss 与 Cselkó 在 2024 年的研究中，构建了一台实验室小型静电除尘器（ESP）模型，结合可控的粉末分配器（dust dispenser）实现对出口粉尘电荷与质量的量化测定。研究装置为管式下行流布置：收集段长 1 m，半径 12 cm，中央设一根直径 1.5 mm、长 80 cm 的冠状电极，管首尾各留 10 cm 的无电极自由区以降低边缘电晕对测量的影响。高压由直流电源提供，试验中采用 15 kV 运行；出口处安装旋转电场仪（field mill）进行点位电位测量，同时在管底放置带绝缘支座的导电集尘托盘并测量其随时间累积的电位与质量变化，实现电场信号与质量断面联合评估。粉末分配器为 3D 打印的螺旋送料器，采用双极步进电机驱动，在不同步进速度（T=25、40、60 ms）下测试给粉速率，最终选择 T=60 ms，平均给粉速率约 47.92 mg/min（重复试验以获得稳定值）。在一组以 15 kV 运行的典型实验中，粉仓质量减少约 1.238 g，导电托盘增加约 0.35 g，按质量差计算的捕集效率约为 77.95%。电场定标通过向托盘施加已知电压并用 field mill 读取映射关系（field mill 单位 0.34≈800 V，0.61≈1450 V，1≈2350 V，1.6≈3800 V），据此推断在给粉期间托盘电位提升约 470 V。托盘的电容经测量为 14.8 pF，由 Q=C·U 可得托盘总电荷约 6.58×10^-9 C。对托盘放电衰减曲线进行指数拟合得到时间常数 T≈1068 s，对应经由绝缘支撑到地的等效电阻约 7.2×10^13 Ω。研究表明，field mill 与导电托盘的联合测量可以直接反映通过 ESP 的逸散粉尘所携带的静电量，从而为在线评估小型静电除尘器（ESP）性能提供一种成本较低且敏感的方法。对于中国的浆纸、钢铁、水泥与化工等高粉尘行业，这类小型化、低维护的在线检测手段有助于实现排放达标、降低返吹与运行能耗，并可作为辅助信号纳入智能控系统以优化电场配置与清灰策略。结合行业实践，艾尼科（Enelco）在极板/极线结构、电场优化与自动清灰方面的技术积累，可为类似装置提供成熟的电极几何设计、场强仿真与运维方案，降低电晕放电与返粉风险，提高长期捕集效率。未来趋势包括将 field mill 与质量计量、颗粒在线粒径测量结合，打造面向中小锅炉及末端烟道的紧凑型 ESP 解决方案，并通过物联网实现远程诊断与精细化运维，从而在降低设备体积与维护成本的同时满足更严格的环境法规要求。

参考文献
[1] Székely L., Kiss I., Cselkó R., Outgoing Dust Space Charge Measurement in a Laboratory-built Small-scale Electrostatic Precipitator Model. Proceedings of 17th International Conference on Electrostatic Precipitation, Kyoto, 2024.
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[5] G. S. P. Castle et al., The Measurement of Precipitator Efficiency using an Electric Field Mill, 1986 Annual Meeting Industry Applications Society, Denver, CO, 1986.
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