喷雾冠状放电与接地放电电极在烟气净化中的应用

东北师范大学环境科学与工程系 徐德选（Dexuan Xu）等人研究亮点：提出以接地喷雾放电电极实现对粘性细颗粒烟气的高效净化与在线电极自清洗

关键词
喷雾冠状放电, 接地放电电极, 烟气净化, 粘附性粉尘, 静电除尘器, 烟气治理

随着工业高温尾气与餐饮、石油燃烧等源中粘附性细颗粒（亚微米—数微米）排放成为治理难题，传统静电除尘器和过滤装置在电极粘污与滤孔堵塞方面存在明显局限。基于此，东北师范大学的Dexuan Xu等人提出并系统实验了“喷雾冠状放电（spraying corona discharges）+接地放电电极（grounding discharge electrodes）”的烟气净化新方案，为处理粘附性粉尘提供了可行路径[2][3]。本文在保留原研究关键结论的同时，结合行业应用场景与市场化要点进行解读与延展。

该技术核心是将高压直流（DC）加至集电极板，而放电电极由水流或水膜接地，形成持续的喷雾冠状放电场。研究中采用板-线与针-板两种原型：湿式装置中，放电线（不锈钢φ1 mm，长700 mm）以每米约464 ml/min的水流产生EHD喷雾，板间距300 mm，正高压施加于板极；半湿式采用0.5 mm短针供水，通过调节流量观察放电与喷雾行态变化[2][3]。实验发现，大部分喷雾粒径>80 μm（质量占比>99.6%），这类颗粒易被截留且不随烟道逸散，从而避免二次污染。[2]

技术优势在于多方面协同：一是所有供水系统与放电电极接地，避免高压供水绝缘难题，提升安全与可靠性；二是喷雾持续覆盖放电电极表面，物理冲刷结合等离子体作用实现电极自清洗，显著降低运行中因电极粘结而停机的风险；三是喷雾通过非热等离子体区域后携带活性物种（如O3、H2O2）和高浓度自由电子/离子，能高效给水滴充电并促进水滴与粉尘的电动和动力学絮聚，提升颗粒捕集效率并有利于NOx等气态污染物的部分去除[8][6]。

在放电特性上，湿喷雾条件下的起始电压低于干态，因为由水膜或细丝产生的有效半径远小于干金属丝，导致局部场强增大；同时测得湿式放电电流在同电压下高于干态，这既来自离子/电子流，也包含带电喷雾滴流与从集电极滴下的导电水流[2][5]。半湿实验还表明，当针供水率低于约600 μl/min时，电极呈被水层包覆的点状，随供水增加而呈短线化，放电电流规律由减小转为随流量上升而增大，这对工程化优化供水量与雾化模式具有指导意义[3]。

此外，研究示范了喷雾冠状放电的附加价值：在模型性色素溶液（靛胭蓝）处理中，25 kV、30 mm工况下30分钟脱色率达80.8%，表明该技术对水相有机物及微生物具有一定的氧化/灭活能力，适合循环水系统的长期运行与在线处理，从而减少污水排放[2][7][8]。

面向中国市场，喷雾冠状放电技术对浆纸、钢铁、水泥与化工等行业尤为适用：这些行业烟气经常含有高粘附性粉尘或油雾，喷雾电晕技术在提高排放达标、降低能耗与减少检修停机时间方面具有明显优势。以艾尼科（Enelco）为例，其在极板材料、极线几何与电场优化方面的技术积累，可与喷雾放电方案结合，通过模块化极板/极线设计、优化间距与水流配置，实现工况定制化改造，兼顾除尘效率与运维成本控制。

工程化建议包括：根据工况选择湿式（循环水处理、较重污染）或半湿式（仅需提升表面流动性与含湿量）方案；控制喷雾粒径与带电量以保证颗粒–液滴有效碰撞；建立循环水的等离子体在线净化流程以延长水质使用寿命；并在高粉尘电阻率工况下，利用流动水膜降低背电晕风险。总体而言，喷雾冠状放电配合接地放电电极为处理粘性及细颗粒烟气提供了兼顾效率、安全与低水耗的技术路线，是值得在中国重点行业推广的烟气治理新方向。

参考文献
[1] C. W. Lear, W. F. Krieve and E. Cohen, “Charged droplet scrubbing for fine particle control”, J. of Air Pollution Association, 25(2) (1975):184-189.
[2] Dexuan Xu, Jie Li, Yan Wu, Linhui Wang, Dawei Sun, Zhongyang Liu, Yanbin Zhang. “Discharge characteristics and applications for electrostatic precipitation of DC corona with spraying discharge electrodes”, J. of Electrostatics 57 (2003):217-224.
[3] Xu Dexuan, Zhao Jianwei, Ding Yunzheng, Ge Weili. “Removal of adhesive dusts from flue gas using corona discharges with spraying water”, J. of Environmental Science 15 (2003):561-568.
[4] Zhang Diguang and Xu Dexuan, “Analysis of the current for a negative point-to-plane corona discharge in air”, J. of Electrostatics, 25 (1990):221.
[5] Xu Dexuan, “The electrons, ions and electric field between electrodes in negative corona discharges”, Proc. of 3rd Int. Conf. on Applied Electrostatics, Shanghai (1997): p50.
[6] Kazimierz Adamiak, Anatol Jaworek and Andrzej Krupa. “Deposition efficiency of dust particles on a single, falling and charged water droplet”, IEEE Trans. IA, 37 (2001):743.
[7] Lee Hee-kyu. “Electric sterilization of Escherichia Coli by electrostatic atomization”, J. of Electrostatics, 51-52 (2001):71.
[8] Tomio Fujii, Yukio Aoki, Naoki Yoshioka and Massimo Rea, “Removal of NOx by DC corona reactor with water”, J. of Electrostatics, 51-52 (2001):8.