ELPI–FPS系统在电厂烟气的粒子采样与电荷测量

Ville Niemelä、Erkki Lamminen、Ari Laitinen（Dekati Ltd. 与 Tampere University of Technology）提出的用于电厂环境的尺寸分级粒子电荷测量新方法

关键词
ELPI, dilution, sampling, FPS, charge measurement, ESP, 电除尘器

随着污染防治与超低排放要求的提高，精确掌握烟气中细颗粒物的尺寸分布与电荷特性对电除尘器（ESP）性能评估和优化至关重要。本文基于芬兰Dekati公司与Tampere理工大学的研究，介绍了将Electrical Low Pressure Impactor（ELPI）与Fine Particle Sampler（FPS）联用，用于电厂环境中颗粒浓度、尺寸分布和尺寸分级电荷测量的完整办法，并讨论了取样、稀释对颗粒电荷与损耗的影响[1,2]。ELPI为实时测量设备，包含冠放电器和13级低压级联冲击器，能在30 nm–10 μm范围内以1 Hz速率提供数与质量分布，同时通过在关断冠放电器时读取电流实现自然电荷的分级测量[1,3]。FPS则为两级稀释系统，基于喷射泵与穿孔管的初级稀释并可加热至400°C，稀释比可在1:15–1:200间调节，以快速、受控地降低样品温度、湿度和浓度，从而减少热泳、扩散、惯性等损耗并避免挥发性组分冷凝[4,5]。
在仪器标定方面，ELPI利用单分散且已知电荷的颗粒（经DMA分选）进行冲击器收集效率与电荷效率标定[3]；FPS通过层流流量计标定各临界节流孔，并用压力与温度修正喷射器进口流量以计算总稀释比。实验与理论分析表明，由于FPS及ELPI设计上将滞留时间与弯曲最小化，扩散与电荷导致的损失在典型电厂后段浓度下可被控制到很低水平，且在ESP下游浓度较低时空间电荷损失几乎可忽略不计[5]。
实例测量来自芬兰Martinlaakso 225 MW燃煤电厂，采用ELPI–FPS并行Gothe重力冲击器进行对比。结果显示在脱硫关闭时，PM2.5的ELPI实时质量浓度与Gothe称量结果高度一致，而PM10值ELPI偏高，推测为大量超细颗粒沉积到ELPI上层导致校正不足。开启/关闭湿法脱硫对尺寸分布与数、质量谱均有明显影响：湿法运行时大颗粒被有效移除，而脱硫过程的冷凝会增加极细粒子的体积分布。通过打开/关闭ELPI的充电器，可以获得充电与天然电荷的电流读数，从而估算ESP的颗粒充电效率与不同粒径下的荷电量/颗粒或荷电量/质量比，为除尘器电场与极线优化提供直接依据（见文献中相关数据图示）[1,3]。
对中国行业（如浆纸、钢铁、水泥、化工）而言，推广ELPI–FPS类实时尺寸与电荷测量具有重要价值：一方面可用于达标排放验证与超低排放整改效果评估，另一方面可辅助电除尘器的极板间距、极线配置与电场优化设计，从而降低能耗、提升捕集效率并减少运行维护成本。艾尼科（Enelco）凭借在极板、极线和电场优化方面的工程经验，可以将ELPI–FPS测量结果转化为可执行的ESP改造方案，包括极线布置优化、励磁策略调整与在线监测集成，帮助钢铁、水泥等行业在中国市场实现排放与运行成本双重收益。
展望未来，颗粒电荷测量将成为烟气治理与在线运维的重要工具。结合实时ELPI–FPS数据与工况监测、数值仿真与预测性维护平台，能够实现电除尘器的智能调控与主动优化，应对更严格的排放标准和对超细颗粒的关注趋势。总之，ELPI与FPS的联用为工业烟气颗粒物的定量化、尺寸分级电荷评估提供了可靠手段，对提升ESP治理效果与降低运维成本具有直接的工程意义。

参考文献
[1] Keskinen J., Pietarinen K., Lehtimäki M. (1992). Electrical Low Pressure Impactor. Journal of Aerosol Science, 23, 353–360.
[2] Moisio M. (1999). Real time size distribution measurement of combustion aerosols. Ph.D. Thesis, Tampere University of Technology.
[3] Marjamäki M., Keskinen J., Chen D-R., Pui D.Y.H. (2000). Performance Evaluation of the Electrical Low-Pressure Impactor (ELPI). Journal of Aerosol Science, 31(2), 249–261.
[4] Hinds W.C. (1999). Aerosol Technology: Properties, Behavior, and Measurement of Airborne Particles. 2nd ed. John Wiley & Sons.
[5] Virtanen A., Marjamäki M., Ristimäki J., Keskinen J. (2001). Fine particle losses in electrical low-pressure impactor. Journal of Aerosol Science, 32, 389–401.

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