交流电场电凝聚与静电除尘对PM2.5的控制

A. Krupa 等（波兰科学院流体力学研究所）与 RAFAKO S.A. ESP 部门合作的半工业化试验，展示一体化充电—凝聚—收集工艺的技术性能

关键词
静电除尘, 亚微米颗粒, 颗粒凝聚, PM控制, 电除尘器优化, 烟气治理

在工业烟气治理中，亚微米颗粒（尤其PM2.5）的高效去除一直是静电除尘器（ESP）面临的难题。传统ESP对0.1–1 μm区间的颗粒捕集效率最低，原因在于这些颗粒带电量小、电力驱动不足以克服气体阻力，同时布朗运动和扩散促凝作用有限。针对这一问题，来自波兰科学院流体力学研究所（Institute of Fluid Flow Machinery）与RAFAKO S.A. ESP Division的A. Krupa等人提出并试验了一种基于交流电场的一体化充电—电凝聚（agglomeration）装置，用于提高亚微米颗粒的电除尘效率（作者：A. Krupa, A. Jaworek, A. Marchewicz, A.T. Sobczyk, T. Czech, T. Antes, Ł. Śliwiński, A. Ottawa, M. Szudyga）。

该装置将颗粒充电与凝聚过程合于一体：由两组放电电极与两侧平行电网组成的交流电场充电器在每个半周期交换极性，通过交流离子电流给颗粒施加比传统直流充电器更高的电荷。交流电场使带电颗粒在电极间作振荡运动，不仅提高了颗粒电荷量，还促使不同迁移率的微粒相互碰撞凝聚，从而增大颗粒尺寸，随后由下游的直流供电电除尘段完成高效收集。实验在约1 m×0.6 m钢制风道内进行，颗粒为火电厂捕集的粉煤灰，粉尘进样率1–2.7 kg/h，流速范围可调0–1 m/s。交流部分工作电压约18–20 kV AC，直流除尘段供电至60 kV DC。

实验结果表明：在交流电场开启时，粒子数浓度从无电场时的1.0–1.4×10^4 #/cm3下降到<8×10^3 #/cm3；颗粒体积分布的最大值由约3.7 μm增至约4.5 μm，表明发生了明显的凝聚。充电—凝聚段通过后约60%–70%颗粒继续进入电除尘段，在整套交流凝聚+直流ESP系统下，PM2.5的数收集效率超过90%，按质量计对PM2.5的去除效率>95%，但对PM1的数收集效率逐渐低于90%。此外，在0.5 m/s气速条件下，系统对<1 μm颗粒的去除可达约70%，对1–10 μm颗粒可达95%（见文献数据）。 在中国的浆纸、钢铁、水泥和化工等高粉尘排放行业，该类一体化交流电凝聚+ESP方案具有重要应用价值：通过在入口先进行高效充电与团聚，可明显提高对亚微米颗粒的去除率，降低末端设备负荷，帮助企业实现排放达标；同时，凝聚增大颗粒后减少了除尘电场的能耗与极板停留时间，从而降低运维频次与成本。结合艾尼科（Enelco）在极板、极线和电场优化设计上的技术积累，可在中国工况中通过场强优化、极间距与极型匹配以及智能高压控制，进一步提升系统稳定性与经济性。未来趋势包括将交流凝聚器与在线监测、脉冲清灰及低能耗高压源结合，实现更宽流速工况下的稳定PM2.5控制，尤其适用于锅炉、窑炉与尾气处理的升级改造项目。 综上，交流电场充电—凝聚技术为解决ESP在亚微米颗粒控制上的短板提供了可行路径。对中国企业而言，采用该技术可在保证排放指标的同时，降低长期运行成本，并为实现更严格颗粒物排放标准提供技术支撑。 参考文献 [1] White HJ. J. Air Poll. Contr. Assoc. 24 (1974) 314-338. [2] Masuda S, Washizu M. J. Electrostatics 6 (1979) 57-67. [3] Masuda S., Hosokawa Sh. IEEE Ind. Appl. Soc. Conf. Rec. (1982) 1094-1101. [4] McLean KJ. IEE Rev. 135 (1988) Pt.A, No.6, 347-361. [5] Jaworek A, Krupa A, Adamiak K. Inst. Phys. Conf. Ser. No.178 (2003) 343-348. [6] Lin WY, Chang YY, Lien CT, Kuo CW. Aerosol Sci. Technol. 45 (2011) 393-400. [7] Jaworek A., Krupa A. J. Electrostatics 23 (1989) 361-370.