生物质锅炉后静电除尘器运行条件与治理要点

基于ALSTOM与Växjö大学的实验研究（L. Lillieblad 等），解析颗粒特性与ESP应用策略

关键词
静电除尘器(ESP), 生物质燃烧, 颗粒物排放, 格栅锅炉, 颗粒物表征, ESP优化, 工业烟气治理

随着可再生能源发电比例上升，生物质燃烧的颗粒物治理已成为工业烟气处理的重点，静电除尘器(ESP)凭借其对全粒径高效去除的能力，成为中小型生物质锅炉尾气治理的主流方案[1][5]。本文基于Lena Lillieblad、Michael Strand 与 Kjell Porle 在 ALSTOM Power Sweden AB 与 Växjö University 的系统研究，结合现场采样与多种分析手段（DMA/CPC、APS、LPI、ELPI、PIXE 与滤膜取样），总结了生物质格栅锅炉后颗粒特性及其对ESP设计与运行的影响[10][11]。
研究显示，格栅锅炉在进入除尘系统前的总颗粒质量浓度受锅炉负荷与燃料类型影响范围很大，典型经多级旋风后为50–175 mg/Nm3（以干气、13% CO2计），细颗粒（<1 μm）质量浓度约45–75 mg/Nm3，与粉煤燃烧的细模式质量处于可比区间，但化学成分差异明显[11][14]。生物质灰分中钾、钙含量偏高，钾多数以易挥发、易反应的形式进入亚微米细颗粒，富含硫酸盐与氯化物；另一方面，燃烧不完全产生的未燃物（LOI）在格栅锅炉尾气中可显著升高（局部工况下可达数十％），带来发光或再悬浮风险，需用旋风预除尘器保护ESP并控制风速以降低再悬。 电学特性方面，木质飞灰总体电阻率低于煤燃烧产物，因含水量高、组分不同及未燃碳影响，通常不会因高电阻而产生严重反向电晕，但含盐量高的燃料可能例外[16]。实测表明，单级ESP加在旋风后可将总颗粒质量浓度降至<10 mg/Nm3，许多装置能稳定低于保证值，细粒子去除效率也在80%以上[11]。此外，颗粒数浓度在10^7数量级，细粒子数目主导总浓度分布，需兼顾电场强度与场均收集面积(SCA)的匹配以提升收尘效率与降低压损。 对我国浆纸、钢铁、水泥与化工行业而言，生物质与废弃物共燃/独燃的推广使得尾气治理面临更多可变燃料特性。ESP在达成排放标准、节能降耗与降低运维成本方面具有实用价值：通过优化极板/极线结构、电场配置与场均收集面积，并辅以旋风预除尘与在线监测，可在保证捕集效率的同时减少清灰损耗与能源消耗。艾尼科（Enelco）在极板材质、极线布置及电场数值模拟方面的技术积累，可为中国工业用户提供针对性改造方案，例如耐高温极板、可调电晕电流控制及智能清灰策略，已在若干纸浆与水泥厂实现现场验证并显著降低排放与维护成本。 展望未来，面对燃料多样化与更严苛的颗粒物与细颗粒数（PN）排放标准，ESP将朝向模块化设计、电场智能优化与在线参数自适应方向发展；与余热回收、烟气冷凝和滤尘组合技术的耦合也将成为提升能效与控制二次排放的重要路径。本研究的实测数据与方法论为中国工业部署ESP和制定运行工况提供了可参考的技术依据与工程思路（作者：L. Lillieblad, M. Strand, K. Porle；机构：ALSTOM Power Sweden AB、Växjö University）[5][10][11][12]。 参考文献 [1] Key World Energy Statistics – 2003 Edition; Available at www.iea.org, 2004. [3] Wilén C, Moilanen A, Kurkela E. Biomass feedstock analysis; VTT Publication 282, 1996. [4] Jenkins BM, Baxter LL, Miles Jr TR, Miles TR. Combustion properties of biomass. Fuel Processing Technology, 54:17-46, 1998. [5] Lillieblad L. Combustion aerosols from pulverised coal combustion and biomass grate combustion – Filtration aspects; Licentiate thesis, Växjö University, 2003. [10] Szpila A, Pagels J, Strand M, et al. Experimental studies on particle emissions from grate fired biomass combustion boilers; Proc. 12th European Biomass Conf., 2002. [11] Strand M, Pagels J, Szpila A, et al. Fly Ash Penetration through Electrostatic Precipitator and Flue Gas Condenser in a 6 MW Biomass Fired Boilers. Energy & Fuels, 16:1499-1506, 2002. [12] Lind T, Hokkinen J, Jokiniemi J. Electrostatic precipitator collection efficiency and trace element emissions from co-combustion of biomass and recovered fuel in fluidized-bed combustion. Environ. Sci. Technol., 37:2842-2846, 2003. [14] Mohr M, Ylätalo S, Klippel N, et al. Submicron Fly Ash Penetration through Electrostatic Precipitators at two Coal Power Plants. Aerosol Science and Technology, 24:191-204, 1996. [16] McCann D. Design review of electrostatic precipitators for biomass power boilers. Pulp & Paper Canada, 99(9):42-45,1998.