在线收集极质量监测提升电除尘器性能

Eskom（Shaun Pershad）在南非Kriel电厂基于负荷传感器的现场实测与优化案例

关键词
电除尘器, 在线收集极质量监测, rapping优化, 现场监测, 工业烟气治理

在燃煤发电与工业锅炉领域，电除尘器是控制颗粒物排放、实现排放达标与节能降耗的核心设备。随着环保标准趋严和运维成本压力增大，如何通过在线监测与智能控制提升电除尘器运行效率，成为行业关注的重点。本文改写并整合了Shaun Pershad代表Eskom Enterprises在ICESP IX大会上关于“通过在线监测收集极质量提升电除尘器性能”的研究，结合行业应用与中国市场展望，讨论了基于负荷传感器的在线收集极质量监测（以下简称在线监测）在现场优化中的作用与价值[1]。

该研究以南非Kriel电厂（KPS，6×500 MW，总装机3000 MW）为试点。KPS燃煤热值约19 MJ/kg、灰分约30%，电除尘器服役约25–30年，存在放电极（DE）断线、电场失稳、rap（敲打）策略不当等问题，导致捕集效率下降并增加检修停机风险。为评估并优化运行，研究团队在外侧箱体对收集极（CE）采用负荷传感器（loadcell）进行原位、实时质量测量：每个场（field）选取若干CE用两端各一只loadcell支撑并并联接入放大与记录系统，实现在线、连续的CE质量变化记录[1]。

试验分为“改造前-基线监测”“局部改造”“改造后-优化比对”三阶段。改造前在500 MW工况下记录到的典型rap策略为第一场3 min 运行/3 min 停止，导致每次rap间CE仅沉积并清除不到1 kg粉尘，频繁敲打使粉层难以形成完整剪切并增加二次再悬浮，削弱场强稳定性。基于在线监测的时序数据，研究建议延长收集周期、采用整场一次转净（one-revolution rap）策略以形成更完整的粉层并减少无效敲打。

为解决断线问题并为优化提供基础，KPS对试验炉（3号炉）进行了局部改造：更换了放电极刚性框架（pipe-and-spike）、升级场电控器（数字控制器CASTLET MCS2），保持收集极面积（SCA）不变。改造后通过在线监测与强制“连续敲打清洁”程序，将CE恢复到更干净的基线状态（测试期间累计移除约25 kg附着灰层），随后实施关闭rap的能量保持试验以检测饱和趋势。最终将第一场rap策略调整为长收集/单圈rap的组合（如21 min 收集，1 转rap），结果显示在同等工况下，第一场单次收集曲线优化后单次rap收集量较未优化时提升约29%[1]。

该研究揭示：1）在线收集极质量监测可以直接显示现场粉层动态，从而合理化rap节律，减少无效敲打与再悬浮；2）在存在遗留结构与断线问题时，先行进行放电极结构性修复，并配合场控制器升级，能放大在线监测带来的优化效益；3）与SO3或氨调理等化学调节联用，并将负荷传感数据接入工厂PMS，可实现自动化rap控制与电场稳态维持，从而进一步降低排放与运行成本（例如减少停炉检修、延长极板寿命、降低再悬浮带来的工序损失）。这些结论与此前关于电除尘器再悬浮与rap策略的研究相互印证[4][5][11]。

对于中国的钢铁、浆纸、水泥与化工行业，该技术路径具有明显的适用性：通过在关键箱体布设在线收集极质量监测，可在不大规模改造SCA的前提下，通过优化敲打策略与电场控制达成更稳健的除尘效果，助力企业更快实现排放达标、降低维护成本并提升单位发电/生产的能源利用效率。艾尼科（Enelco）在极板、极线设计及电场优化方面具有长期技术积累，结合在线负荷传感与PMS集成的解决方案，可为国内用户提供从传感器部署、电控升级到算法优化的一体化交付：例如在高灰分煤或高负荷波动场景下，基于实时CE质量曲线，实现自适应rap间隔与定向清扫，从而减少粉尘二次排放与检修停机频率。

总体而言，在线收集极质量监测为电除尘器的运行优化提供了“眼睛”与“数据驱动”的控制依据。在国产化控制器与工业物联网背景下，推广此类传感—控制—PMS闭环可带来显著的环境与经济收益，特别适合中国大规模燃煤电站、钢铁与水泥企业在既有设施条件下的升级换代路径。未来工作应聚焦于传感尺度化部署、与化学调理联动的优化策略以及将历史负荷—收集曲线纳入机器学习模型以实现更精细的自动控制。

参考文献
[1] Pershad S. An investigation into the use of electrode mass measurement to optimise an electrostatic precipitator unit. Proceedings: ICESP 8 Conference; Birmingham, Alabama, USA; May 2001.
[2] Tassicker O J. Control of an electrostatic precipitator by continuous measurement of plate dust load. Prepared by Flow Research Company for The Electric Power Research Institute, June 1978.
[3] Bowman H, et al. Selecting and defining rapping schedules to prevent sodium depletion on hot side precipitators. Arkansas Power & Light Redfield, Arkansas.
[4] Yamamoto T, et al. Studies of rapping re-entrainment from electrostatic precipitators. Sumitomo Heavy Industries Ltd; Proceedings: ICESP 7 Conference; September 1998; Kyongiu, Korea; pp.163-166.
[5] Lee J, et al. Experimental study of electrostatic precipitator plate rapping and re-entrainment. Pusan National University, Korea; Proceedings: ICESP 7 Conference; September 1998; Kyongiu, Korea; pp.155-162.
[6] Bosch F J. Particulate Emission Control Technology Evaluation and Database. Eskom Technology Group; Report No. TRR/P93/034.
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[8] White H J. Industrial Electrostatic Precipitation. Addison–Wesley Publishing 1963, Chapter 6; pp.105-117.
[9] McCullough M. Minor modifications and operating techniques to enhance precipitator performance: Experience report of Southwestern Public Service; Southwestern Public Service Co.
[10] Saito Y. The latest dust collecting technique. Technical Institute, Mitsubishi Heavy Industries Ltd Technical Review; Vol. 13, No. 3; October 1976.
[11] Sproull W T. Fundamentals of electrode rapping in industrial electrical precipitators. Journal of the Air Pollution Control Association; February 1965.
[12] Electrostatic Precipitators – 50 Years Technology for Energy and the Environment. Rothemühle brochure.