两段式湿式静电除尘器：碳刷充电器与水膜极板的超细颗粒治理

韩国KIMM与东京大学联合研究：碳纤维碳刷预电荷 + 薄水膜收集极板的工业烟气细颗粒治理创新

关键词
两段式湿式静电除尘器；碳刷充电器；水膜极板；超细颗粒；臭氧排放；钢铁排放治理；工业烟气治理

随着工业燃烧与加工过程中超细颗粒（PM0.1）对环境与健康影响的日益受关注，行业对高效、低臭氧排放且耐腐蚀的烟气治理设备需求不断上升。本文基于韩国机械材料研究院（KIMM）与东京大学的联合研究，介绍一种新型两段式湿式静电除尘器（ESP），该装置结合了碳纤维碳刷预充电器与持续流动的薄水膜收集极板，针对超细颗粒的捕集效率和长期运行稳定性进行了系统实验验证，并对在中国钢铁、化工、水泥与浆纸等行业的适用性与运维价值做出分析。研究由Hak-Joon Kim、Bangwoo Han、Tetsuji Oda、Yong-Jin Kim等人完成（KIMM、The University of Tokyo）[5,6]。

实验以KCl雾化产生直径0.01–0.5 μm的测试颗粒，先经Kr-85中性化后通过非金属碳刷充电器，再进入薄水膜清洗的收集区。气速设置为充电区约4 m/s、收集区约1 m/s，总风量95 L/min；水膜流量约6.5 L/min·m2。对充电器与收集极板分别施加2–8 kV的直流高压，并比较极性差异，使用SMPS/CPC测量下游数浓度、同时监测臭氧生成。[实验步骤和测量方法按文献描述]

结果表明：碳刷预充电器在4 kV工作点时对颗粒的直接损失控制在约10%以内，同时臭氧浓度低于30 ppb，明显低于多数室内/环境标准限值，利于在对臭氧敏感场合使用。提升收集极板电压可以显著提高迁移速度和捕集效率，尤其是当预充电器提供足够电荷时，0.01–0.5 μm范围内的颗粒总体捕集效率可达到平均约90%（在负极性组合下尤为显著）。对于极细小（<0.03 μm）颗粒，捕集性能受充电效率限制更明显，说明二次充电器和电场设计对超细颗粒净化至关重要。[7–10] 在污尘负载试验中，采用JIS标准粉尘以约50 mg/m3连续加载。传统干式ESP在首次加载后效率由约90%下降至75%~70%，主要因粉尘在极板上累积削弱了电场强度并引起再脱附；而采用薄水膜连续清洗的湿式ESP则能保持近90%的稳定效率，证明水膜极板对防止极板污染、避免反吹或拍打再悬浮具有明显优势，并降低日常维护频次与运维成本[1,4,11]。 基于以上结果，该两段式湿式静电除尘器在中国重点行业具有明确的应用价值：浆纸与化工行业常伴随黏性、酸性气溶胶，湿式设计避免了干式ESP的腐蚀与干斑（channeling）问题；钢铁与水泥行业在高粉尘负荷下可通过薄水膜维持长期稳定排放达标，减少频繁停机维护；同时低臭氧输出使其适合对空气质量要求高的近源治理或室内净化场景。与传统干式ESP相比，该方案在节能降耗（减少机械拍打与二次清洗）、降低除尘器再悬浮损失、延长极板寿命等方面具有显著优势。 结合艾尼科（Enelco）的电除尘器技术积累（包括极板与极线的结构优化、电场分布模拟与模块化维护设计），这一技术路线可通过国产化设计、高压系统与水幕给排水优化，快速适配国内炼厂、钢铁、水泥与造纸企业的烟气净化升级改造需求。未来的发展方向包括：1）基于现场工况的电场与碳刷配置优化以提升小颗粒充电率；2）薄水膜的节水与在线处理系统优化以适应不同排放成分；3）模块化、电气与水处理一体化的工业化产品推广，降低客户端运维门槛。 总之，将碳刷充电器与薄水膜收集极板结合的两段式湿式静电除尘器，为处理含腐蚀性或黏性超细颗粒的工业烟气提供了高效、低臭氧、易维护的技术路线，尤其适用于中国的钢铁、化工、水泥和浆纸等行业。艾尼科可基于本研究成果提供工程化改造与设备交付支持，帮助企业实现排放达标、降低运维成本与提升能源利用效率。 参考文献 [1] Altman R., Offen G., Buckley W., Ray I. Wet electrostatic precipitation demonstrating promise for fine particulate control – Part I. Power Engineer. 2001;105(1):37-39. [2] Snyder R.E., Moretti A.L., Tonn D.P., Silva A.A., Kumar S., Lau A. SO3 and fine particulate mitigation at AES Deepwater. In: Proceedings of the Power Plant Air Pollutant Control “Mega” Symposium 2008; Baltimore, MD. BR-1814. [3] Bologa A., Paur H., Seifert H., Wascher T., Woletz K. Novel wet electrostatic precipitator for collection of fine aerosol. J Electrostat. 2009;67:150-153. [4] Bayless D.J., Alam M.K., Radcliff R., Caine J. Membrane-based wet electrostatic precipitation. Fuel Process Technol. 2004;85:781-798. [5] Han B., Hudda N., Ning Z., Kim H.J., Kim Y.J., Sioutas C. A novel bipolar charger for submicron aerosol particles using carbon fiber ionizers. J Aerosol Sci. 2009;40:285-294. [6] Kim H.J., Han B., Kim Y.J., Yoa S.J. Characteristics of an electrostatic precipitator for submicron particles using non-metallic electrodes and collection plates. J Aerosol Sci. 2010;41:987-997. [7] Hinds W.C. Aerosol Technology: properties, behavior, and measurement of airborne particles. 2nd ed. John Wiley & Sons; 1999. [8] Yoo K.H., Lee J.S., Oh M.D. Charging and collection of submicron particles in two-stage parallel-plate electrostatic precipitators. Aerosol Sci Tech. 1997;27(3):308-323. [9] Huang S.H., Chen C.C. Ultrafine aerosol penetration through electrostatic precipitators. Environ Sci Technol. 2002;36:4625-4632. [10] Li M., Christofides P.D. Collection efficiency of nanosize particles in a two-stage electrostatic precipitator. Ind Eng Chem Res. 2006;45:8484-8491. [11] Lin G., Tsai C., Chen S., Chen T., Li S. An efficient single-stage wet electrostatic precipitator for fine and nanosized particle control. Aerosol Sci Tech. 2010;44:38-45. 欢迎联系艾尼科获取文章详情！电话：15358186202，邮箱：info@eetc.cn