从“看得见的火花”到“看得见的数据”：电除尘排放管理的系统化升级

基于Eskom燃煤电站Precipitator Management System实践的ESP排放精细化管控路径解读

关键词
precipitator emission management,Precipitator Management System,Air Emission Management System,static precipitator,flue gas conditioning,ESP数字化运维,燃煤电站超低排放

电力、钢铁、水泥等高排放行业正在经历从“达标排放”向“超低排放”和“全过程可追溯”的升级，静电除尘器（ESP）不再只是一个单一除尘设备，而越来越被视为一整套“排放管理系统”的核心节点。南非电力公司Eskom与Castlet S A在多座大型燃煤电站上的实践表明，要获得最佳的电除尘性能，仅靠单个高压电源或局部改造远远不够，必须通过Precipitator Management System（PMS）／Air Emission Management System（AEMS），对工艺参数、供电控制、机械状态及排放数据进行一体化管理[1]。在这一框架下，“precipitator emission management（电除尘排放管理）”正在成为电力行业烟气治理的新关键词。

本研究由Castlet S A的Dennis Strydom、Eskom Matimba电站的系统工程师Edward Viviers以及Eskom总部大气污染控制技术顾问Rod Hansen联合完成，系统梳理了Eskom在Lethabo、Kendal、Matimba多座600MW等级机组上的PMS建设路径[1]。研究表明，在电除尘本体机械状态良好、气流分布及振打基本达标的前提下，通过安装PMS，先进行大规模数据采集与趋势分析，再导入协同控制策略，是持续压低粉尘排放、提升系统可靠性的关键工程路径。

在Lethabo电站，研究团队最早在1994年部署了基于DOS平台的PMS，对6台锅炉共168个电场的微机高压控制装置进行集中监控和策略调整[1]。该代系统的核心特征是“集中可视化”，即通过主机PC，实时查看每个电场的电压、电流、放电火花率以及高压电源、极板振打的运行与故障状态，并提供历史趋势曲线和24小时报表输出能力。虽然该系统尚未接入锅炉工艺参数，也未对各电场间的控制逻辑进行统一协调，但它首次把原本“黑箱式”的电除尘运行状态变成可视、可查、可打印的管理对象，形成了早期的电除尘排放管理雏形。

Kendal电站的PMS则是在Lethabo经验基础上的一次“跨越式升级”。系统同样覆盖6台锅炉168个电场，但最大的差异在于：PMS首次打通了ESP与机组主控系统之间的数据壁垒，实现了负荷（MW）、总烟气量、蒸汽流量、入口O₂与烟温、一次／二次风机状态、制粉系统组合、燃料量、S03烟气调质装置运行等工艺参数的在线采集和关联计算[1]。在此基础上，系统能够自动估算烟囱粉尘浓度（mg/Nm³）、日排放量（t/d）及月度累积排放，为向环保主管部门提交数据提供了过程支撑。这一阶段的关键意义有三点：其一，排放管理从“点”（电场）扩展到“面”（锅炉整体与排放总量）；其二，控制策略可以随负荷区间自动切换到预优化的电除尘控制程序；其三，通过趋势画面、报警列表及报表归档，形成了较完整的烟气排放“电子档案”。

值得注意的是，Kendal PMS针对启动、停炉和烟气调质等特殊工况嵌入了针对性逻辑：例如根据烟道入口温度自动顺序投入或切除电场，以避免低温凝露对设备造成损伤；在仅有油枪燃烧、未上煤前禁止高压投入，减少极板被油烟污染的风险；当S03调质系统投运时，自动在控制器的多套程序中切换到适用于低比电阻飞灰的控制曲线，当调质停运则切换至高比电阻飞灰工况专用程序[1]。同时，Kendal PMS引入了“振打队列”功能，一个并联烟道内不允许同时振打两级，外侧电场则延长振打周期并可选择不纳入队列，以抑制振打扬尘短时排放峰值（rapping spikes）。这些实践，对于当前钢铁、水泥等行业在高温、变负荷、多燃料耦合下的电除尘排放管理具有较强的参考意义。

Matimba电站的PMS进一步体现了“系统级排放管理”的成熟形态。该站6台锅炉、192个电场，在1999–2000年完成基于Windows NT和现代SCADA平台的PMS部署，架构上采用户外服务器+控制室操作站+厂级管理主机的多层结构，通过光纤与电站LAN互联[1]。相较于前一代系统，Matimba PMS在以下几方面实现了质的提升：一是多锅炉对比分析能力——除每台机组配置独立操作站外，还在除尘管理办公室设置主机，实现将多炉实时趋势集中在同一屏幕对比，从“单炉优化”走向“全厂对标”；二是程序分工更细——每个高压控制器多达10套可选程序，被PMS统一划分为全负荷、中负荷、低负荷、启停专用、极板清扫、S03调质专用、检修测试、灰斗85%满负荷限流、灰斗100%满负荷停流及实验预留等功能模块[1]。当灰斗满载程度通过料位信号反馈至PMS时，系统会自动降低或切除对应电场电流，防止灰斗满载导致反吹、堵灰和系统事故。

此外，Matimba在极板振打管理上引入了更强的“状态感知”。通过为每台振打电机配置线性直流电流变送器，PMS可在线监测电机电流，分别设定高、低报警阈值，一旦出现电机过载或空转等异常，可快速介入维护，防止因振打失效导致“积灰–飞灰–排放升高”的恶性循环[1]。在安全与权限管理上，该系统设置了7级密码等级，所有密码的使用者、启用及退出时间被完整记录，管理员可随时调整权限，保证排放管理系统自身的安全和审计可追溯性。这种“系统即监管对象”的理念，也为当前环保信息化与智能运维提供了现实样本。

从整个Eskom工程实践回顾可以看出，precipitator emission management的演进遵循了一条清晰的技术路线：第一阶段，实现电除尘供电与振打的集中监控和趋势分析，让“看数据”替代“凭经验”；第二阶段，把锅炉负荷、燃烧、风量、S03调质等工艺参数纳入同一平台，按工况自动匹配控制程序，开始关注“吨排放”和“月度总量”；第三阶段，引入厂级多机组对比、图形化SCADA、精细化振打监测和严格的权限管理，把ESP从一个“设备”升级为“排放管理平台”的核心节点。对于正在推进超低排放改造和数字化电厂建设的中国燃煤电站、钢铁烧结、熟料窑烟气治理项目而言，这些经验提示：

其一，ESP升级不应只盯着电场、极板和高压电源本体，前端燃烧、烟气量、含氧量、烟温、调质剂投加以及后端灰斗输灰工况，都是precipitator emission management体系中的重要变量；
其二，引入PMS／AEMS后，必须有计划地进行数据积累与趋势分析，以数据驱动控制程序的优化，而非简单“抄参数”；
其三，未来在SO3或氨法烟气调质、间歇供电（intermittent energisation）等新技术路线推广时，可以将调质剂投加量控制从“按蒸汽流量”转变为“按出口浊度/排放浓度”闭环调节，从而在保证低排放的前提下减少药剂消耗[1]。

可以预见，随着双碳目标和信息化要求的叠加，ESP领域的技术热词将从“电场效率”“极板结构”逐步扩展到“PMS架构设计”“排放数据合规”“烟气调质智能投加”“振打智能控制”等更具系统性和数字化色彩的方向。Eskom在Lethabo、Kendal和Matimba电站的长期实践，为我国电力和高耗能行业在构建自身的Precipitator Management System与Air Emission Management System时，提供了一套具有可复制性的工程样板和思路框架。

参考文献
[1] Strydom D, Viviers E, Hansen R. Precipitator emission management – the wider perspective[C]//ICESP IX Conference Papers. International Society for Electrostatic Precipitation, 1999–2000.