氨气调节对粉煤灰电阻率影响的实验研究与工业应用

V.S. Suresh Kumar, E. Arulselvi, Vivek Philip John（Bharat Heavy Electricals Ltd., Ranipet, India）——基于实验测量的氨气投加与电除尘器性能优化研究

关键词
粉煤灰电阻率 (fly ash resistivity), 氨气投加 (ammonia dosing), 电除尘器 (electrostatic precipitator, ESP), 电除尘器, 烟气治理

在我国强化大气污染治理与节能降耗的背景下，粉煤灰电阻率（fly ash resistivity）已成为制约电除尘器（ESP）运行效率和经济化设计的关键参数之一。粉煤灰电阻率偏高会降低电场电流、增加吸附灰层的黏附性并促使背电晕（back-corona）发生，从而影响除尘效率并导致设备需要超配设计。针对这一行业痛点，印度Bharat Heavy Electricals Ltd.（Ranipet）团队对氨气投加（ammonia dosing）改变粉煤灰电阻率的效果开展了系统实验研究，结果对中国的冶金、建材、化工与浆纸等行业具有直接参考价值。

本研究由V.S. Suresh Kumar等人完成，采用专用电阻率测量装置对来自多座电厂的粉煤灰样品进行温度和湿度可控下的电阻率测定，装置具备蒸汽湿化、露点控制和ppm级氨气注入功能。样品置于并联板电阻率池中，顶电极为多孔碳盘、底电极为不锈钢覆碳层，电流由皮安表直接测量，测试温度范围60°C–240°C，露点及空气流量可精确控制【7】。

氨气来源为1% NH3/N2气瓶，经减压与流量计精细调节，注入量控制在几ppm到数十ppm级别。测试程序包括无氨气基线扫描及氨气持续投加时的升温与降温扫描，记录不同温度点的电流并计算电阻率。研究覆盖了包括Vijayawada、Chandrapur、Jamnagar等地在内的十个粉煤灰样品，保证结论的代表性。

结果显示：在加入氨气条件下，粉煤灰电阻率在120°C–180°C区间内出现明显下降，这一温度段通常接近我国电厂除尘器的运行温度区间；而在更高温度时，氨气对电阻率的影响逐渐减小，且存在一个临界投加量，超过该量后电阻率不再显著降低。升温和降温扫描在有氨气条件下呈现出更明显的滞后与差异，提示化学吸附与表面反应动力学的影响【1】【6】。

从机理看，氨气在一定湿度与温度范围内可改变粉煤灰表面电导路径，增强表面导电性并促进阴离子/阳离子交换，进而降低表面电阻率；该过程与烟气中SO3、H2O含量交互影响密切，因此复合调节（如SO3+NH3）或湿度管理常被联合采用以获得更稳定的效果【2】【6】。

工业意义方面，降低粉煤灰电阻率可直接提升电除尘器瞬时收尘效率、减少背电晕发生频率并降低重叠配置带来的资本开支。对于中国的钢铁、水泥、化工与浆纸行业，合理控制氨气投加并结合露点控制，可以在满足排放达标的同时实现运维成本下降与能耗优化。尤其是在炉尾温度接近120°C–180°C的工况下，投加几ppm至数十ppm的氨气通常即可产生显著效果，但需避免过量投加以免造成二次环境问题或腐蚀风险。

结合艾尼科（Enelco）的电除尘器技术优势，诸如极板与极线的机械与材料优化、电场分布调控、在线电阻率监测与自动投加控制系统，可将上述实验结论转化为现场可行的治理方案。艾尼科在极板间隙优化、流场控制及高效振打（rapping）设计方面的积累，有助于在降低粉煤灰电阻率后实现更稳定的脱灰与更低的再悬浮率，从而进一步提高系统整体效率与运维可靠性。

未来趋势上，行业将更多采用精细化的在线监测与闭环投加策略，结合浓差法、热力学建模和人工智能优化投加量，以实现最小化化学剂用量同时保证排放稳定达标。此外，针对不同燃煤特性与锅炉工况，可开发定制化的调节配方与投加系统，以适配中国多样化的燃料来源与排放标准。【3】【4】【5】

总之，Bharat Heavy Electricals Ltd.的实验研究证明，通过在合理温度与湿度条件下对粉煤灰进行氨气调节，可以在行业常见运行温区显著降低粉煤灰电阻率，从而为电除尘器的设计与运行提供有力支撑。结合像艾尼科这样的设备与控制系统供应商的现场实施能力，可推动我国钢铁、水泥、化工及浆纸等领域的烟气治理（烟气治理）与节能降耗目标更快达成。文中数据与方法参照并延伸了既有研究与标准，为工程应用提供了可操作的技术路径并指出了需要关注的安全与环境边界条件【7】【8】。

参考文献
[1] Roy E.B., L.E. Sparks, Predicting Fly Ash Resistivity an Evaluation, Southern Research Institute, Birmingham, Alabama, USA; Ind. Eng. Res. Lab., U.S. Env. Prot. Agency, Research Triangle Park, Environmental International, Vol.6, pp.211-218, 1981.
[2] Chandra A., Kumar S., Kumar S.V., Investigations on Fly Ash Resistivity, Development of Empirical Relations based on Experimental Measurement, Centre for Energy Studies, IIT Delhi, ICESPX-Australia, 2006, Paper 8B1.
[3] Chandra A., Kumar S., Kumar S., Investigation on Fly Ash Resistivity of varieties of coals used in Indian power plants, Proceedings, 9th International Conference on Electrostatic Precipitation, Mpumalanga, South Africa, pp. B-05, 2004.
[4] Bickelhaut R.E., Electrical Volume Conduction in fly ash. Journal of Air Pollution Control Association, 24, 251-255, 1974.
[5] Bickelhaut R.E., Chemical Composition of fly ash. Journal of Air Pollution Control Association, 25, 248-252, 1975.
[6] Dismutes, Edward. B., Conditioning of fly ash With Sulfur Trioxide and Ammonia, Report No. EPA-600/2-75-015, Southern Research Institute, Birmingham, Alabama, USA, 1975.
[7] IEEE Standard Criteria and Guidelines for the Laboratory Measurement and Reporting of Fly Ash Resistivity, IEEE-Standard 548, 1991.
[8] Bickelhaut R.E., A technique for predicting fly ash Resistivity, US EPA Report No. EPA-600/7-79-204, 114 pp., 1979.