静电除尘器振打周期怎么定？从经验设定走向定量优化

基于华北电力大学团队在第11届国际静电除尘会议上的振打周期优化研究解读

关键词
Electrostatic precipitator; Electric field; Rule of ash-deposition; Vibration period; Optimization; 烟气治理; 超低排放

燃煤电厂仍然是我国烟尘排放的主力来源之一，静电除尘器（ESP）已成为燃煤锅炉烟气治理的标配设备。行业实践早已证明：在电场设计、电源配置、烟气条件基本到位的前提下，电场振打系统——也就是收尘极板和阴极线的振打方式与振打周期——往往决定了静电除尘器能否长期稳定保持高除尘效率。华北电力大学环境科学与工程学院胡满银、刘玉静、尹琪、刘忠、高相林等研究人员，以某燃煤电厂锅炉配套静电除尘器为对象，对振打周期优化展开了系统研究，并在第11届国际静电除尘会议（ICESP）上发表了题为《Research on Vibration Period Optimization of Electrostatic Precipitator》的论文。该研究围绕“振打周期如何定得更科学”这一长期依赖经验的细分问题，给出了可计算、可验证的工程方法。

研究首先回到静电除尘器工作机理本身：ESP的总收集效率不仅取决于粉尘在电场中的荷电与迁移沉积过程，更取决于已沉积在极板、极线上粉尘能否被适时、适度地振打脱落，并顺利落入灰斗而不重新扬起造成二次飞扬。大量运行统计表明，对于整体除尘效率低于95%的静电除尘器案例，相当一部分问题可追溯到“振打效果不好”——振打过少导致电场被粉尘“堵死”、电晕减弱甚至反电晕；振打过频或过猛则引起二次飞扬，使得下游电场负担急剧加重。论文明确将“振打周期”定义为一次振打之间的停止时间（不含振打动作持续时间），重点讨论这一参数的合理选取。

要定量优化振打周期，第一步是弄清极板和极线上粉尘沉积的空间分布和特性差异。研究指出，在多电场串联的静电除尘器中，沿烟气流向，前电场承担大部分粗颗粒捕集任务，粉尘颗粒大、比电阻相对较低、黏附力小，振打周期应相对较短、振打强度适中；末端电场处理的是浓度较低、粒径更细、比电阻更高的残余粉尘，黏附力更强，振打周期应适当延长，同时振打能量要更大一些。在同一电场内部，不同极板、不同高度的粉尘分布也并不均匀：上部区域细小粉尘多，沉积量大；下部区域粉尘相对粗一些。因此，仅靠整台ESP统一一套振打参数，从机理上就难以兼顾各区段需求。

在工程实践中，振打系统往往遵循“前场周期短、后场周期长”的经验设定。例如，对典型三电场布置，经验参数大致为：第一电场极板每5分钟振打一次，停止时间8–15分钟；第二电场停止时间20–30分钟；第三电场则延长至30–40分钟。阴极线振打则普遍采用更高频率，因为线上的粉尘一旦积聚过厚，会显著削弱电晕放电能力，造成静电除尘器整体效率下降甚至电场失效。上述参数虽然在大量机组调试中被反复沿用，但其本质仍是“经验偏好”，缺乏对具体煤质、锅炉负荷和烟气含尘浓度的针对性匹配。

为摆脱经验设定的局限，华北电力大学团队提出了一个基于质量平衡思路的振打周期计算公式。核心思想是：在允许的极板积灰厚度范围内（工程实践通常认为粉尘层厚度适宜控制在约1–3 mm），用“单位时间沉积多少灰”来反推“多长时间需要振打一轮”。在保证电极不被严重覆盖、同时又不过度“洗板”而导致粉尘层过薄、二次飞扬增强的前提下，振打周期 t 可表示为：

t = d / (C·Q·ηₙ / (ρ·A))

其中，d 为极板上允许积灰层平均厚度，ρ 为粉尘堆积体积密度，A 为对应电场的有效收尘面积，ηₙ 为该电场的单场收集效率，Q 为烟气量，C 为进入该电场的烟气含尘浓度。从公式可以看出，振打周期与烟气量和粉尘浓度成反比：锅炉负荷越高、烟气含尘量越大，单位时间沉积灰量越多，为避免极板灰层过厚，振打周期就必须缩短；反之，在低负荷、低浓度工况下，如果仍沿用高负荷时的短周期振打，就可能出现“极板过于干净”、粉尘难以形成完整片状脱落、再飞扬严重等问题。

为了将公式应用到具体工程，研究选取了邯郸某热电厂的11号锅炉作为算例。该锅炉设计蒸发量为610 t/h，最大工况蒸发量为670 t/h，对应静电除尘器总收尘面积约2247.5 m²，设计总除尘效率≥99.7%。在假定四电场串联系统效率相等的前提下，可以推算出每个电场的单场效率约为76.6%。研究进一步基于燃煤元素分析数据，计算理论需氧量与实际烟气产生量，并考虑烟气温度（130–150 ℃）进行修正，得到锅炉在不同负荷（50%、70%、80%、90%、100%）下对应的烟气量 Q。随后，结合飞灰含碳量、飞灰系数和煤灰分，按质量守恒关系逐级计算各电场入口的实际含尘浓度 C。

以第一电场为例，研究给出了在烟气量从约194 m³/s增至333 m³/s范围内，计算得到的极板振打周期从约1100 s逐步下降到约640 s，呈现明显的线性减小趋势。这一结果定量地验证了业内熟知但长期缺乏计算支撑的“高负荷要缩短振打周期”经验。同时，在固定负荷下，如果煤灰分不变，仅调整飞灰系数与飞灰含碳量，导致进入ESP的粉尘浓度从约48 g/m³升至约51 g/m³，对应的振打周期则由约642 s下降到约608 s，变化幅度虽然不及负荷变动显著，却足以对振打策略提出修正要求。对第二、第三和第四电场进行类似计算后可以看出，随着电场序号增加，进入电场的含尘浓度和沉积负荷逐渐降低，同等工况下振打周期相应延长，与工程经验匹配良好，但计算结果普遍显示：实际运行中部分电场的振打频率偏高。

将理论计算周期与电厂现行振打设定进行对比时，研究团队发现一个典型问题：为追求“极板干净”和“电流电压好看”，一些机组的振打周期设得明显偏短，尤其是前几电场板振打与线振打频率都偏大。这虽然在短期内能维持较高的电场电压和电流读数，但却加剧了粉尘二次飞扬，使得后级电场负担过重甚至出现“尾场压差升高、效率不升反降”的现象。同时，过频振打还会加速极板、振打锤和传动机构的疲劳损伤，导致维护成本和停机检修时间增加。基于系统计算结果，论文建议在满足清灰需求的前提下，适度延长极板振打周期，尤其是对中后级电场，避免“过度清灰”。对电晕线而言，也应在保证放电稳定的边界内寻找合适振打周期，防止“线灰”过厚导致电晕削弱，或过度振打干扰电晕空间分布。

从行业视角看，这项研究的意义在于：它给出了一套相对简单而清晰的静电除尘器振打周期定量计算思路，将锅炉负荷、烟气量、煤质参数、飞灰性质、单场效率和收尘面积等关键工程参数明确引入，使振打系统控制从经验设点走向“可计算的优化设定”。这不仅有助于提升燃煤电厂静电除尘器的长期稳定效率，降低粉尘超排风险，也为后续在智能控制、DCS联动调节等层面构建“负荷—工况—振打策略”动态优化逻辑提供了公式基础。

对于正在推进超低排放改造、追求高效烟气治理的电力与工业企业而言，将此类定量振打优化方法与在线监测数据、ESP电参量、飞灰特性测试结果结合，逐步替代单一经验设定，将是下一阶段提升静电除尘器运行精细化水平的一个重要方向。

参考文献
[1] Liu Aifang. Dust Separation and Filtration. Beijing: Metallurgical Industry Press, 1998.
[2] Gao Xianglin. Dust Extraction Technology. Baoding: North China Electric Power University Press, 2001.
[3] White HJ. Industrial Electrostatic Precipitation. Beijing: Powder Metallurgy Publishing House, 1984.
[4] Hu Manyin, et al. Study of effect of ESP efficiency with combustion and operation of power boiler[J]. Proceedings of the CSEE, 1997, 17(4): 278-281.

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