湿式静电除尘器中硫酸雾颗粒增大及性能影响研究

日立研究（Mochizuki & Kojo, Hitachi Plant Technologies）关于通过冷却工艺与添加助凝粒子放大SO3硫酸雾颗粒并提升WESP收集效率的实验与模拟

关键词
湿式静电除尘器, 硫酸雾(SO3), 颗粒增大, 比收集面积(SCA), 烟气脱硫, 艾尼科

在高硫燃料的燃烧与湿法脱硫（WFGD）过程中，气相SO3在冷却时会凝结成硫酸雾（sulfuric acid mist），其极细的粒径给湿式静电除尘器（WESP）带来显著的收集与工艺难题。基于这一行业痛点，日立（Hitachi Plant Technologies）的Mochizuki与Kojo开展了系统的凝结理论模拟与试验验证，探讨通过优化冷却曲线与投加助凝粒子来放大雾滴粒径，从而提升WESP电流密度与除尘效率的可行性[1-3]。

该研究以含30 ppm SO3的烟气为对象，模拟并在350 m3/h的试验烟道中实施了由170°C进气经水喷淋冷却塔至出口约57–58°C的冷却过程。研究采用不同的喷淋格局（改变各喷嘴流量）来控制温度下降速率，并在冷却塔中短时间维持特定温度（约在酸露点下10°C处，约130–140°C）以观察凝结与生长行为。同时对喷雾水中掺入0.1%~1%量级的硫酸铵溶液或喷雾干燥得到的粒子进行助凝试验，以评估种子粒子对雾滴放大的贡献。模型WESP的单元尺寸、极板间距和极线结构模拟了工业设备的电场配置，测试点包括电压—电流曲线、单位面积电流密度与出口含尘浓度（SCA约20 s/m条件下）[3]。

理论与试验一致表明：凝结与粒径生长受冷却速率与可用凝结核分布影响显著。逐步或在硫酸酸露点附近短暂停留式的缓慢降温，能使小尺寸核难以成为凝结位点，减少核数密度、提高单粒生长量，从而使雾滴平均直径明显增大；反之，快速冷却会激发大量微核形成，导致更细的雾滴。试验进一步显示，在约130°C维持温度、并适当投加微量硫酸铵助凝粒子时，雾滴平均直径增加、WESP单位面积电流密度上升，出口含尘浓度相比快速冷却条件下降低约50%，即便入口粉尘负荷因投加助凝剂而略有上升（例如0.1%溶液对应入口粉尘增加约16 mg/m3N），整体收集效率仍显著提高[3]。

对中国的浆纸、钢铁、水泥与化工等高硫排放行业，该研究具有直接的工程应用价值：通过在WFGD前端或喷淋段实施可控缓冷与低浓度助凝投加，可在不大幅增加WESP体积的前提下提升除雾效率，助力排放达标并降低运维成本（缩短极线清洗周期、减轻空间电荷受限导致的电流控制问题）。此外，结合艾尼科（Enelco）在极板/极线结构、电场优化和表面防腐材料方面的技术积累（如优化极线直径与分布、极板间隙设计、耐酸防腐涂层与在线电场监测），可将上述工艺改进推广为工业化改造方案，实现对湿法脱硫系统的集成优化与性能提升。

展望未来，针对湿式静电除尘器的趋势包括：一是将冷却控制、助凝投加与WESP电场运行实现联动控制，利用在线粒径监测与过程算法实现最优运行；二是开发更耐腐蚀的放电与收集电极材料以延长设备寿命；三是推广低投加量高效助凝剂与精准投药系统以降低二次负荷与运行成本。结合艾尼科在极板、电场设计与运行维护方面的案例和产能，可以为中国工业客户提供从烟气冷却、助凝策略到WESP结构优化的一体化解决方案，满足更严格的排放标准并实现节能降耗。

总之，通过控制冷却速率并适度投加助凝粒子，可在硫酸雾形成阶段实现颗粒增大，从而提高WESP的电流密度与收集效率。这一路径为高硫燃料工况下的烟气治理提供了具有工程可行性的优化方向，对实现排放达标、降低设备规模与运维成本具有重要意义。

参考文献
[1] Muller P., “Beitrag zur Frage des Einflusses der Schwefelsaure auf die Rauchgas-Taupunkttemperatur,” Chemie-Ing. Techn., vol. 31, no. 5, pp. 345-351, 1959.
[2] Takahashi K., Aerosol (Fundamental), Yohkendo, Tokyo, 1981, pp. 71-76.
[3] Mochizuki Y., Kojo T., “Enlargement of Mist Particles for Wet Type Electrostatic Precipitator,” ICESP X – Australia, Paper 6A1, June 2006, Hitachi Plant Technologies.