粉煤发电厂细颗粒物高效治理：ESP 升级为 HyColl 混合除尘器的试验与应用

L. Cañadas, B. Navarrete, M. Lupión, L. Salvador（塞维利亚大学化学与环境工程系）——基于西班牙 Los Barrios 与奥地利 Dürnhror 试点验证的研究亮点

关键词
电除尘器, HyColl 混合除尘器, 效率, 改造 (retrofitting), 减排, PM2.5 控制, 能耗优化, 艾尼科 (Enelco)

随着欧洲与全球对 PM10/PM2.5 排放日益严格的监管，传统电除尘器（ESP）的局限性在处理高电阻灰分与超细颗粒时愈发明显。为此，塞维利亚大学团队对现有大型燃煤电厂的 ESP 进行了系统性优化试验，并比较了将 ESP 改造为 HyColl（电除尘+布袋滤器一体化混合除尘器）的效果，为改造策略与工程决策提供了实证依据[1]。
该研究在 Los Barrios 试点装置上开展，试验装置包含可调间距板式入口的三电场试验 ESP 和后置 32 袋的脉冲布袋段，处理真实烟气并在不同工况下完成因子化试验设计。研究考察了多种放电电极形状（barb wire、pipe-and-spike、twisted rod）、间距（300、400、500 mm）、供电方式（连续整流与间歇半脉冲）与不同煤种（高/低电阻飞灰）对电除尘效率与能耗的影响[1]。
试验结果表明：电极形状与板间距对电气特性（V-I 曲线）和回冠现象有决定性影响。高能量电极（barb wire）在窄间距（300 mm）与低电阻灰分条件下效率最佳，但在高电阻灰分下易引发回冠；适度能量的 pipe-and-spike 在 400 mm 间距对高电阻灰分具有更好适应性，而低能量的 twisted rod 适用于特定窄间距与低电压工况。将板间距由 300 mm 增至 400 mm，可在抑制回冠的同时提高对高电阻灰的捕集潜力，但若扩大至 500 mm 则可能因比表面积（SCA）降低与需电压逼近变压器极限而反而降低性能[1]。
供电方式方面，间歇性（半脉冲）供电能大量降低瞬时电流与总体功耗，并在高电阻灰分情形下同时提升捕集效率；但在低电阻灰分下，间歇供电反而降低效率，说明必须针对灰分电阻与电极/间距组合进行精细调参[1,4,5]。在实际工程中，能源与排放双目标的优化依赖于对电极、间距与供电模式的联合设计与现场调试，这正是艾尼科（Enelco）在极线、极板与电场优化方面可发挥优势的领域：其在放电电极材料、在线电控与间隙布置方面的工程积累，有助于实现既满足除尘效率又控制能耗的定制化改造方案。
HyColl 作为一种将 ESP 与高性能微孔覆膜布袋结合的混合收尘方案，在试点中表现出显著优越性：无论测试工况如何，HyColl 对总颗粒物的总体去除效率始终达到 ≥99.9%；对 PM2.5 的分级去除率随过滤速率提升而进一步改善，且对众多重金属捕集效率均高（砷、镉、铬、镍、铅均 ≈99%），唯一例外为汞，因其存在大量蒸气相，布袋对气相汞的去除仅约 40%[1]。HyColl 的运行参数显示，间歇清灰（隔仓清灰）对恢复滤袋压差最为有效，可在更高气布比下运行，但伴随压差上升速率加快，需要更频繁的清灰（在高负荷与仅 1 个或更少 ESP 活性场时，清灰次数可达每日百次级别）[1]。
从工程经济角度，作者估算 HyColl 作为 ESP 改造方案具有明显成本优势：工业化规模改造时所需总收集面积约为常规 ESP 的 60% 加常规布袋的 50%，因此投资约为完全置换为布袋系统的一半；运行成本较全布袋滤站仅略增约 5%[1]。对中国市场而言，HyColl 可为浆纸、钢铁、水泥与化工等行业提供成本效益显著的排放达标路径：通过在既有 ESP 外壳内后置布袋单元，既能保留 ESP 对大粒径负载的预处理优势，又能借助微孔覆膜袋高效捕捉 PM2.5，从而在降低 CAPEX 与缩短停炉改造期方面具备吸引力。
基于该试验研究与行业需求，建议中国电厂与高排放工业用户在做改造决策时：一是先开展烟气与飞灰电阻特性评估；二是依据电阻与运行目标选择合适的电极与板间距，并利用间歇或混合供电策略在能耗与效率间找到平衡；三是考虑采用 HyColl 或类似混合方案作为兼顾成本与超细颗粒控制的优先选项。结合艾尼科在电极设计、在线高压控制与工程化改造经验，可为国内大型燃煤机组及高排放工业提供定制化 ESP 升级与 HyColl 交钥匙工程，帮助企业在满足日益严格的排放标准、降低能耗及运维成本方面获得可量化的收益。

参考文献
[1] L. Cañadas, B. Navarrete, M. Lupión, L. Salvador, “Improvement of Fine Particles Collection Efficiency in Large Pulverized Coal Power Plants. ESPs Retrofitting to Hybrid Collectors”, Departamento de Ingeniería Química y Ambiental, Escuela Superior de Ingenieros – Universidad de Sevilla. ICEP 9 (原文试验报告).
[2] G.J. Grieco, “Understand, Solve Problems with ESP Wide Plate Spacing”, Power, pp. 42-48, August 1994.
[3] R.R. Crynack, “Discharge Electrodes for Electrostatic Precipitators – A perspective”, 9th EPRI Particulate Control Symposium, Williamsburg, Virginia, October 1991.
[4] E.C. Landman et al., “Intermittent Energization with High Fly Ash Resistivity”, 10th Particulate Control Symposium and 5th Int. Conf. on Electrostatic Precipitation, Washington, DC, April 1993.
[5] C.A.J. Paulson, R. Morrow, A.J. Prokopiuk, “The Performance of a Pilot-Scale Electrostatic Precipitator Using Continuous, Intermittent and Pulsed Energization”, 10th Particulate Control Symposium and 5th Int. Conf. on Electrostatic Precipitation, Washington, DC, April 1993.
[6] E.H. Weaver, F.A. Gallo, S. Mecheri, “A Comparison of Several Generations of Electrostatic Precipitator High Voltage Control Systems”, 9th EPRI Particulate Control Symposium, Williamsburg, Virginia, October 1991.
[7] J.S. Chang, “Next generation integrated electrostatic gas cleaning systems”, Journal of Electrostatics, v.57, n.3-4, p.273-291, 2003.
[8] L. Cañadas, B. Navarrete, P. Ollero, L. Salvador, “Parametric Testing of Coal Electrostatic Precipitator Performance”, Environmental Progress, v.16, n.2, p.98-105, 1997.
[9] U.S. EPA, “Method 17 – Determination of particulate emissions from stationary sources (in-stack filtration method)”, Rev.2, July 1991.
[10] U.S. EPA, “Method 29 – Determination of metals emissions from stationary sources”, Rev.2, July 1991.