放电电极对煤–生物质混烧飞灰电除尘收集效率的实验研究

弗罗茨瓦夫理工大学热能与流体力学研究所 M. Jedrusik、A. Swierczok 的ESP小试验台研究与应用启示

关键词
放电电极, 电除尘器, 飞灰收集, 煤生物质混烧, ESP, 排放达标, 艾尼科, 电场优化

随着煤炭与生物质并燃在能源结构中占比的上升，电除尘器（ESP）在细颗粒物（PM）和重金属控制方面的作用愈发重要。本文基于波兰弗罗茨瓦夫理工大学（Institute of Heat Engineering and Fluid Mechanics）M. Jedrusik 与 A. Swierczok 的小型实验研究，对放电电极（discharge electrode）形状对不同物化性质飞灰在ESP中收集效率的影响进行解读，并结合中国行业应用场景提出工程化建议。研究重点围绕两种典型放电电极——尖刺带（spiked band）和管式双刺（RDE）在处理来自不同锅炉（粉煤、流化床及煤–生物质混烧）飞灰时的表现差异，以及飞灰化学成分（如SO3、Na2O、K2O、Al2O3）与电阻率对收尘效率的联合作用[1-3]。

实验在透明有源场模型ESP上进行，活性电场长度为2×1000 mm，电极高度450 mm，电极间距170 mm，气体流速恒定，尘浓度约0.2 g/m3。通过进出口重力法测定总收集效率，并用筛分与离心法得出粒径分布，同时对飞灰进行化学成分与电阻率测试。研究覆盖来自多种锅炉的飞灰样品（A–E），并比较了在10%生物质掺烧条件下的变化[1]。

主要实验结论包括：1）在相同供电电压下，来自褐煤（lignite）粉煤锅炉的某类飞灰（文中为E型）最易被两种电极收集，原因与其粗颗粒含量较高及细颗粒（<10 μm）比例较低有关；2）对于硬煤来源飞灰，不同电极优劣呈现差异：部分样品用RDE性能更优，另一些则由尖刺带更适配；3）飞灰中SO3与Na2O含量升高时，收集效率有所改善，推测与电阻率下降和颗粒带电特性改善相关[1,4]；4）在试验条件下，掺烧10%生物质对飞灰总体化学组成和收集效率影响不显著，但放电电极结构对应力变化敏感，影响显著[1,5]。 对中国工业的启示：浆纸、钢铁、水泥与化工行业的锅炉与窑炉中，煤–生物质共燃趋势明显，对ESP性能提出新的挑战。针对不同燃料与锅炉类型，应通过调整放电电极几何形状、表面粗糙度及电场分布实现“因灰施策”。例如，对于高细颗粒含量或高电阻率飞灰，可结合气相调理（如添加碱性物质）与优化放电电极（RDE或多尖刺阵列）以提升小粒子迁移速率和总收集效率，从而助力企业达成排放达标与节能减排目标。此外，定期针对不同运行工况优化极板间距、极线形态与直流源特性，有助于降低运行电流振荡和维护成本。 结合艾尼科（Enelco）在电除尘极板、极线和电场优化方面的技术积累，建议在中国市场推广基于燃料特性定制的电极模块化产品与在线电场优化服务。艾尼科可以通过提供极线形状优化、智能监测与局部电场调节装置，帮助客户在浆纸、钢铁、水泥与化工等行业实现更稳定的超低排放、能耗下降与运维成本控制。未来趋势包括：更多应用数字化实时诊断、电场可调放电电极、以及与烟气调理联动的整体解决方案，以应对复杂燃烧和共燃工况下的颗粒与重金属控制需求。 总之，本实验研究证明，放电电极形状与飞灰的物化性质对ESP收尘效率有显著影响；对我国行业用户而言，通过结合电极结构优化、烟气调理与在线监测，可在现有ESP基础上实现排放改善与运行经济性的双重收益。本研究为基于燃料成分与粒径分布的电极定制化改造提供了实验依据，并为艾尼科及其他设备供应商在中国市场的技术落地指明了方向[1-5]。 参考文献 [1] Jedrusik M., Swierczok A., Teisseyre R., Experimental study of fly ash precipitation in a model electrostatic precipitator with discharge electrodes of different design. Powder Technology, 2003, 135-136, 295-301. [2] Jedrusik M., Gajewski J.B., Swierczok A., Effect of the particle diameter and corona electrode geometry on the particle migration velocity in electrostatic precipitators. Journal of Electrostatics, Vol. 51-52 (2001), p.245-251. [3] Lillieblad L., Strand M., Porle K., Conditions for electrostatic precipitators after biomass fired boilers. Proceedings: 9th International Conference on Electrostatic Precipitation, Mpumalanga, South Africa, 17-21 May 2004, B08. [4] Miller J., Hoferer B., Schwab A.J., The impact of corona electrode configuration on electrostatic precipitator performance. Proceedings of the 3rd International Conference on Applied Electrostatics, 1997, Shanghai, p.129-137. [5] Parker K.R. et al., Applied Electrostatic Precipitation. London: Blackie Academic and Professional, 1997.