静电除尘器中电液动力学影响下的汞吸附数值模拟

基于密歇根大学 Herek L. Clack 的 2D COMSOL 模型，揭示 PAC 注入下的飞行与壁面吸附机理（作者：Herek L. Clack，密歇根大学土木与环境工程系）

关键词
粉末活性炭 (PAC), 电除尘器 (ESP), 汞吸附, 电液动力学 (EHD), 烟气治理, 电除尘运维

随着燃煤与高排放过程的持续监管趋严，汞排放控制已成为电力和重工业烟气治理的核心任务。美国 EPA 的 MATS 标准提出约 90% 的汞减排目标，促使在电除尘器（ESP）前端注入粉末活性炭（PAC）成为主流技术路线之一。密歇根大学 Herek L. Clack 提出的这项研究通过在 COMSOL 中建立二维电—流体—颗粒耦合模型，系统分析了电液动力学（EHD）场对 PAC 在 ESP 中汞吸附行为的影响，为工业烟气治理提供了重要机理性参考。研究采用了长 2 m 的线—板（wire-plate）ESP 段模拟（线长径 1 mm，线间距 0.5 m，板间距 0.3 m），电压 70 kV，温度 180°C，考虑了电场、空间电荷迭代、RANS 空气流场以及带电多分散颗粒的运动。颗粒以对数正态分布给定，平均直径 20 μm，分成 11 个尺寸组（1.5–125 μm），颗粒电学物性以石墨近似并假定瞬时达饱和电荷。模型分别模拟了高 EHD（入口速度 U0 = 0.1 m/s）与低 EHD（U0 = 0.5 m/s）两种工况，进而对比飞行（in-flight）吸附与壁面（wall-bounded）吸附的相对贡献。结果表明：在仅考虑壁面吸附的情形下，高 EHD 工况可将截面段汞捕集效率从 8.3% 提升到 32.2%，体现出电场诱导的强烈紊流与回流区对边界层传质的显著增强；而仅考虑悬浮颗粒吸附时，由于颗粒在入口处大量被捕集，飞行吸附在该 2 m 段的效率仅为约 1.55%（低 EHD）和 1.7%（高 EHD），说明颗粒去除速率及带电假设对吸附时间窗影响显著。研究同时指出，模型在将集合电极表面假定为均匀零汞浓度时可能高估壁面传质，实际尘饼中 PAC 仅占少量比例，会降低表面可吸附能力。对产业界的启示包括：可通过提高电压或降低气速以加强 EHD 效应，增强壁面与飞行吸附；优化 PAC 注入位置、颗粒尺寸谱与电荷积累时间可提高飞行吸附效率；结合电场与尘饼管理来减少炭剂消耗并降低二次排放（如黑炭增排）[3]。结合艾尼科（Enelco）在极板/极线设计、电场优化与运维案例积累，可将模型结论应用于浆纸、钢铁、水泥、化工等行业的改造与新建项目，既有助于达成汞等重金属排放合规，又能兼顾颗粒物控制、能耗与运维成本优化。未来发展方向建议加强全厂尺度的时间分辨监测、引入详细吸附动力学与粉体化学改性策略，以及探索 ESP 与布袋除尘（FF）协同治理路径，以实现更经济、可靠的汞控制方案。

参考文献
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