HFPS升级在旧式电除尘器中的减排与可用性提升

ICESP XIII 2013论文案例：Alstom Thermal Service（Debasish Chakrabarti）在澳大利亚金焙炉电除尘器的改造实践与效果评估

关键词
ESP, 电除尘器, 排放, 污染, 升级, 控制系统, 高压电源, 高频电源(HFPS), 变压整流器(TR), 维护成本, 节能

电除尘器（ESP）是水泥、钢铁、浆纸和化工等行业控制颗粒物排放的关键设备。随着排放标准趋严与产量提升，许多老旧工业ESP面临着进气粉尘浓度上升、清灰失效和运行可用性下降等问题。本文基于ICESP XIII 2013年Debasish Chakrabarti（Alstom Thermal Service）对西澳金焙炉（KCGM Gidgi）两台回转焙烧器ESP的案例研究，结合行业应用与艾尼科（Enelco）在电场与极线技术的经验，探讨通过高频开关电源（HFPS）与机械改造实现减排与生产提升的实践与启示。

研究对象为两台由第三方制造的回流床焙烧器ESP，每台一壳体三区段。现场检测显示：工况恶化明显——进风量由设计44.4m3/s升至63.2m3/s（+42%），进口粉尘从34 g/Nm3激增到约180 g/Nm3（+529%），出口排放峰值约250 mg/Nm3（设计70 mg/Nm3）。检查发现放电极被烧结/包裹成壳，敲打（rapping）不能有效清除，个别放电极已人为移除以防短路，导致第一场电流显著下降并伴随频繁停机检修。

为明确成因，进行了尘样电阻率、黏结性、高硫含量与SEM/EDX分析。结果显示尘样属低电阻（约10^8–10^9 Ω·cm），总硫含量高（场间约11.2–14.6%），水溶性硫酸盐含量与总硫计算值接近，说明尘中以硫酸盐形式存在。SEM/EDX揭示两类颗粒：以Si、Al、K为主的矿物相和富含Fe、S的微晶相，后者在高温、高水汽和SO2/SO3（现场SO2约8%体积）环境下发生化学烧结，形成黏结相并把颗粒粘结成块状，尤易在放电极周围形成防护壳，影响放电极放电与清灰效果。

基于以上分析，提出并实施了一揽子升级方案：在前端场引入HFPS（70 kV/1700 mA）以降低直流纹波、提高平均电压与有效电流；对ESP进行整定（电场与机械调谐）；加设放电极上层反侧附加敲打装置并将收集极敲打转速由0.28 rpm提升至1 rpm；更换或优化放电极型式（带峰值的极线），并修补壳体泄漏、加装出口格栅。HFPS的优势还包括内置的功率下断（PDR），在敲打时切断高压以改善放电极的清灰效果。

改造结果显著：改造后各场的二次电压与电流明显上升，特别是敲打事件后集电极电流呈周期性下降—增长，表明敲打与放电协调有效；厂区产能由约15 t/h提升至19 t/h（对应年增产约2500 oz），运行因结垢停机次数由每年34次降至约15次，运行成本与作业人员接触危险物的频次显著降低。工程亦证明HFPS可在壳体外部就地安装，避免长时间检修停产，投资回收期短。

对中国工业的启示：在钢铁、水泥、浆纸与化工等高粉尘、高硫工况中，老旧ESP常因进尘浓度、温湿度与气相化学反应导致粉尘烧结而清灰失效。结合艾尼科在极板配置、极线（极带）设计、电场优化与在线监测方面的技术积累，可推荐的技术路线为：首先做粉尘化学与电气特性诊断，其次对症采用HFPS+PDR提升有效能量并优化敲打节律，最后辅以机械改造（放电极型式、上层附加敲打、出入口气流整流等）与在线参数整定。该策略在帮助企业达标排放、降低能耗、减少人工维护和延长设备寿命方面具备明显经济与环保价值。

结论：HFPS为改造老旧工业ESP提供了高性价比的路径，尤其在前端场施加无纹波高压可恢复放电极功能、提升集尘效率并配合针对性的机械优化，可实现短期内的排放下降与可用性提升。未来趋势是在HFPS基础上融合现场传感、智能控制与预测性运维，进一步缩短调试周期、降低运营风险，并在中国重点行业推广应用以满足更严格的排放与能耗目标。

参考文献
[1] Debasish Chakrabarti, “Emission reduction and Availability improvement in old Electrostatic Precipitators at Gold Roaster – A Case Study”, ICESP XIII, September 2013, Bangalore, India.
[2] Kirsten M., Karlsson A., “Economical Aspects of Energising Electrostatic Precipitators with High-Frequency Switched Power Supplies”, ICESP X, 2006.
[3] Mauritzson C., Kirsten M., Karlsson A., “ESP emission reductions with advanced electrode rapping together with novel energizing methods”, ICESP IX, 2004.
[4] Ranstad P., Mauritzson C., Kirsten M., Ridgeway R., “On experiences of the application of high-frequency power converters for ESP energisation”, ICESP IX, 2004.
[5] Ranstad P., Porle K., “High Frequency power conversion : A technique for ESP energisation”, EPRI/DOE Conference, 1995.