复合式功率控制捶击技术：高阻粉尘工况下ESP提效的新抓手

基于福建龙净环境5台机组改造案例的静电除尘器出入口排放优化实践解读

关键词
rapping, power control rapping, power-off rapping, electrostatic precipitator, high resistivity fly ash, 静电除尘器, 锅炉烟气治理

在燃煤电厂超低排放与节能改造深入推进的背景下，如何在高阻粉尘、燃煤条件波动等复杂工况下稳定发挥静电除尘器（ESP）性能，成为行业关注的技术焦点。传统意义上，业界更习惯从极板极线结构优化、供电方式升级等角度入手，而对“捶击系统+供电控制”这一组合的系统性研究相对不足。福建龙净环境股份有限公司的LIN Dehuan等在第11届国际静电除尘会议（ICESP）上提交的论文，围绕“复合式功率控制捶击技术”，给出了较为系统的工程实践与数据分析，为国内ESP运行优化提供了一个值得关注的新方向[1]。

静电除尘器的捕集机理决定了：粉尘在被荷电并迁移到集尘极之后，会在集尘板和放电极上形成一定厚度的积灰层。随着运行时间延长，如果单纯依赖机械捶击而不对高压供电做任何配合控制，捶击时需要克服的“静电力+黏附力”会越来越大，高比电阻粉尘更易形成顽固积灰层，导致电场电压上不去、电流异常、频繁反电晕甚至空场运行。这不仅直接拉低除尘效率，还会引发电场跳闸、电晕线烧损等一系列连锁问题。

龙净团队的思路是：既然难以通过电气手段改变粉尘本身的黏附特性，那就在捶击瞬间“人为消除”或大幅削弱静电力——在捶击动作前后，主动降低或切断高压电源，使粉尘失去静电吸附，转而主要依赖重力与机械振动脱落。围绕这一思路，他们研发并工程化部署了“复合式功率控制捶击技术”，其核心由两部分构成：

第一，高低压关联式减功率/断电捶击。在每一电场，将高压整流装置（以K型控制器为主）与对应的低压捶击装置建立一一对应的联动关系。当某一段极板或极线按设定程序准备捶击时，低压控制系统提前向对应高压控制器发送“捶击关联”信号，高压侧立即保存当前运行参数，并按预设策略执行减功率或断电运行。减功率方式可选择全脉冲模式、间歇脉冲模式，并设定电流限制值；当电流限值设置为0时，则形成“完全断电捶击”。

为了避免捶击动作尚未开始，高压电场尚未真正降下来影响效果，低压控制侧引入了“捶击提前量”“关联次数”等参数：一方面让高压在捶击前有充足时间完成电压、电流的平滑下降；另一方面通过关联次数控制高低压联动频度，防止过于频繁的断电产生不必要的短时携带排放。对高比电阻粉尘工况，这种有节奏、有提前量的断电捶击，可以显著降低残余静电对粉尘脱落的“吸附锁定”，增强振打清灰效率。

第二，增强型定时断电捶击。如果说高低压关联控制更像是“就地自发”的单设备动作，那么增强型定时断电捶击则是由整台ESP层面统一调度的“系统级体检”。在这一模式下，厂内IPC（工业控制机）系统与高、低压控制系统之间增加了专门的扩展控制指令，统一规划所有电场的“长周期深度清灰”计划：包括断电起止时间、断电时的运行参数、捶击持续时间和顺序等。在计划执行窗口内，对目标电场下达“统一断电+连续捶击”的指令，高压侧进入减功率或断电状态，低压捶击则在较长时间内持续工作，从而集中清除在日常短时捶击中难以彻底清掉的顽固积灰。

实践表明，单纯依靠高低压关联式断电捶击可以在一定程度上改善电场运行参数，但在部分老旧机组、极板极线积灰严重的情况下，容易出现运行一段时间后二次电流又逐步下滑、出口烟气浊度抬升的现象。加入增强型定时断电捶击后，通过周期性“深度清灰”，可以维持极板和放电极长期处于相对清洁状态，使整台ESP在较长周期内保持更高的工作电压和更低的单位能耗。

上述技术是否只是理论设想？龙净团队在多台不同类型锅炉及ESP上的应用给出了较为直观的回答。

在梅县电厂5、6号炉（135 MW循环流化床锅炉、燃烧低挥发分无烟煤）上，原配双室四电场BE型ESP于2006年投运。随着燃煤煤质变化及极板积灰加重，未采用断电捶击前，后部电场运行电压显著低于前部电场，典型表现为“前场电压较高、后场压不上去，整体平均电压偏低”。2007年3月实施复合式功率控制捶击改造后，监测数据表明：加入断电捶击后，后级电场平均运行电压明显提高，与前级电场电压差距显著缩小，全场日均运行电压明显高于改造前，而平均工作电流则由69.19%降至47.64%。

结合典型伏安特性曲线分析，可以看出改造前由于极板积灰严重、反电晕占主导，某些电场的伏安曲线在电流仅为额定值的5%–10%时电压便达到峰值，随后电流急剧放大、电压难以上升，属于典型的“反电晕限制电压”工况。实施复合式功率控制捶击后，极板积灰大幅减轻，反电晕现象基本消失，伏安曲线恢复为“电流逐步上升、电压稳步提高”的正常形态，使最高运行点电压显著提升，从而提高了比集尘面积的有效利用率与粉尘迁移速度，实现在电流更低的情况下获得更高的除尘效率和更少的无效能耗。

在梅县电厂3、4号炉（125 MW煤粉炉，420 t/h，顶部电磁捶击ESP）上，投运初期除尘效果良好。但随着改燃低挥发分无烟煤，为提高燃尽率大幅降低煤粉粒径后，飞灰比电阻和黏附力显著上升，出口浊度长期处于50%–60%，极板、极线及烟道后部积灰严重，甚至造成引风机叶片严重磨损。2004年ESP改造时首先引入高低压关联式断电捶击，短期内电参数有明显改善，但运行一段时间后积灰问题再次显现。随后叠加增强型定时断电捶击，通过定期对各路电场实施“长时断电+持续捶击”的组合清灰，最终在2005年4月监测中，在额定负荷下3号炉两台ESP出口烟尘浓度分别为73.0和80.0 mg/Nm³，综合除尘效率达到99.68%，明显优于99.5%的原设计要求。

在山西阳光电厂3号锅炉（300 MW、1025 t/h锅炉，燃用阳泉无烟煤及地方小煤窑煤）侧搅振ESP改造项目中，仅通过实施复合式功率控制捶击，并未进行极板极线本体扩容，就实现了各路电场一次、二次电压、电流水平的显著提升。尽管当时未进行系统的效率测试，但从对比同一烟囱下不同机组的目测烟羽即可直观感受到效果：与未改造的1、2号炉（共用一座烟囱，经常明显冒烟）相比，与袋除尘器并列共用另一路烟囱的3号炉在实施断电捶击改造后，肉眼几乎难以辨认其烟羽。改造效果获得业主认可后，后续1号炉也按同样思路完成了断电捶击改造，并取得类似的减排效果。

综合多个工程项目的实践可以看出，复合式功率控制捶击技术具有以下几个方面的行业意义：

一是适应性强。无论顶部捶击还是侧搅振ESP，在不大规模更换本体设备的前提下，通过软硬件改造实现高低压协调控制，均可获得显著效果，适合作为存量机组的“轻量化提效手段”。

二是对高阻粉尘工况尤为有效。通过断电捶击显著降低极板、极线长期积灰水平，从根源上削弱反电晕约束，使高阻飞灰工况下的电场可以在更高电压、更合理电流下运行，提升整个除尘系统的“工况宽容度”。

三是有助于降低单位除尘能耗。伏安特性恢复正常后，ESP可避免在低电压、高电流、反电晕严重的“高耗低效区”运行，以较低电流实现更高电压和更高除尘效率，从而减少无效能耗。

四是延长捶击装置及本体寿命。由于断电捶击改善了粉尘脱落条件，可以在相对较小的机械冲击力下实现同等甚至更好的清灰效果，有利于减轻对极板、极线及捶击机构的机械疲劳和磨损，符合当下“节能降耗+降本增效”的行业需求。

需要指出的是，断电捶击在动作期间不可避免会引起短时携带排放的小幅波动，但从多个项目的长期数据对比看，只要控制策略合理，这种短时影响远小于维持电场长期清洁状态所带来的整体排放改善收益。对于正在推进超低排放改造或运行波动较大的存量机组而言，将“复合式功率控制捶击”纳入ESP运行优化组合，将是值得重点评估和实践的一条技术路径。

Keywords: rapping, power control rapping, power-off rapping, electrostatic precipitator, high resistivity fly ash

参考文献
[1] Lin, D., Zheng, G., Qiu, J., & Guo, J. Applying the Technology of Compounded Type Power Control Rapping to Reduce the Outlet Emission Concentration. 11th International Conference on Electrostatic Precipitation (ICESP), pp. 314–319.

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