湿式陶瓷泡沫提升静电除尘器对柴油颗粒物抑制效果的研究

丰桥工业大学（K. Takashima 等）在 ICESP XIII 2013 报告：在集尘极板上安装陶瓷泡沫以抑制再悬浮

关键词
静电除尘器, 陶瓷泡沫, 柴油颗粒物, 再悬浮抑制, 低压降除尘, 工业尾气治理

随着工业与移动源对细颗粒物（PM）控制要求日益严格，静电除尘器（ESP）作为低压降、高效集尘技术在锅炉、钢铁、水泥和浆纸等行业中备受关注。来自日本丰桥工业大学的研究团队（K. Takashima, D. Okuma, H. Hayashi, A. Mizuno）在 ICESP XIII（2013）上提出了一种将多孔陶瓷泡沫置于集尘极板的新型改进措施，旨在抑制电导率较高颗粒在极板上的异常再悬浮[1]。本文基于该报告内容，用通俗行业语言重述实验方法、结果与对中国行业的适用性与发展展望。 实验上，研究者构建了线丝—极板型 ESP，气道为 PMMA 矩形截面，冠状电极为φ0.2 mm 不锈钢线，集尘极置于管底并在需要时覆盖陶瓷泡沫。为便于比较，将陶瓷泡沫干态或湿润后置于极板，并将电极向上调整使电极与泡沫面间隙为 28 mm。用频率倍增 YAG 激光（λ=532 nm）形成 38 mm×1 mm 的激光片段，结合视频成像对 5 μm 碳黑粒子进行流场与颗粒可视化，同时用颗粒计数器测量捕集效率（实验流量 5 L/min）[1]。 结果显示：当 ESP 关闭时，陶瓷泡沫并未在集尘面附近产生明显的气流扰动；当施加负高压（-15 kV）并发生冠放电时，安装干态陶瓷泡沫的系统测得的冠电流约为常规 ESP 的三分之一，但其颗粒捕集密度并未下降，表明陶瓷泡沫能通过增加可存储的表面积和降低靠近极板的垂直风速来提升捕集能力。更显著的是，湿润陶瓷泡沫在颗粒可视化与计数结果上均表现最好：下游区域（无电场作用处）颗粒浓度明显降低，开机瞬间捕集效率高且随时间维持稳定，说明湿态泡沫同时提供了粘附性表面，有效抑制了颗粒在极板上的再悬浮[1]。 这些发现与先前关于电压调制、极板改良和电流体动力（EHD）辅助 ESP 的研究相互印证，表明除了电场优化外，改良集尘面材料与表面状态是解决低电阻颗粒再悬浮问题的可行途径[2-10]。对中国应用场景而言，采用湿式或表面改性的陶瓷泡沫集尘极板对高温干燥烟气或含油、低电阻粉尘场合具有实际价值：一方面可在保持低压降优势的同时提升细颗粒（含纳米-亚微米级）捕集率，帮助钢铁、水泥、化工和浆纸等行业更容易达到即将或已出台的排放标准；另一方面，因泡沫增加了颗粒存储容量并降低再悬浮频率，可减少因频繁清灰导致的维护停机与运行能耗，从而降低全寿命周期成本。 在商业化与工程化推广方面，可结合艾尼科（Enelco）在电极结构、极线张力控制、电场均匀化和极板材料改良方面的技术积累，将陶瓷泡沫作为可替换模块进行老旧 ESP 的改造或新系统的配套设计。例如，利用艾尼科的电场仿真与极线安置经验优化电极—泡沫间距，或与 EHD 助流技术联用以提高纳米级粒子的迁移率，从而实现更紧凑、更节能的除尘系统。 面向未来，行业趋势可能包括：湿改性多孔集尘介质与电场控制的耦合优化、在线粘附/脱落监测的智能运维、以及针对低电阻颗粒的混合式除尘方案（ESP+滤料或 EHD 辅助）。总之，本研究证明将多孔陶瓷泡沫特别是在湿润条件下应用于集尘极板，是抑制微细颗粒再悬浮、稳定捕集效率并降低运维成本的一条可行路线，对中国重污染行业的排放治理具有较高的参考价值和工程推广潜力。

参考文献
[1] K. Takashima, D. Okuma, H. Hayashi, and A. Mizuno, “Electrostatic precipitator installed with ceramic foam on a collection plate”, ICESP XIII, September 2013, Bangalore, India.
[2] A. Zukeran, H. Kawakami, K. Yasumoto, Y. Ehara, and T. Yamamoto, “Influence of Duty Ratio on Collection Efficiency in a Rectangular AC Energized Electrostatic Precipitator”, International Journal of Plasma Environmental Science and Technology, Vol.6, No.3, pp.260-265 (2012).
[3] H. Kawakami, A. Zukeran, K. Yasumoto, M. Kubojima, Y. Ehara, and T. Yamamoto, “Effect of AC Electrostatic Precipitator on Removal Diesel Exhaust Particles”, IEEJ Trans. FM, Vol.131, No.3, pp.192-198 (2011).
[4] K. Yasumoto, A. Zukeran, Y. Takagi, Y. Ehara, and T. Yamamoto, “Effect of Trapezoid Wave Voltage on Preventing Particle Re-entrainment Phenomena in Electrostatic Precipitator”, IEEJ Trans. FM, Vol.129, No.7, pp.483-489 (2009).
[5] B. J. Sung, A. Aly, S. H. Lee, K. Takashima, S. Katsura, and A. Mizuno, “Fine-particle collection using an electrostatic precipitator equipped with an electrostatic flocking filter as the collecting electrode”, Plasma Processes and Polymers, Vol.3, pp.661-667 (2006).
[6] B. J. Sung, T. Naito, A. Aly, S. H. Lee, K. Takashima, S. Katsura, and A. Mizuno, “Removal of Gaseous Acetaldehyde and Fine Particles Using Corona Discharge with Wet Electrostatic Flocking Electrode”, Journal of the Institute of Electrostatics Japan, Vol.31, pp.72-77 (2007).
[7] K. Yasumoto, A. Zukeran, Y. Takagi, Y. Ehara, and T. Takahashi, “Improvement of Nano Particle Collection Efficiency in an Electrostatic Precipitator”, IEEJ Trans. FM, Vol.128, No.6, pp.434-440 (2008).
[8] H. Kawakami, A. Zukeran, K. Yasumoto, T. Inui, Y. Enami, Y. Ehara, and T. Yamamoto, “Numerical Simulation of Three-Dimensional Particle Migration and Electrohydrodynamics of Double Cylinder Electrostatic Precipitator”, International Journal of Plasma Environmental Science and Technology, Vol.6, No.2, pp.104-110 (2012).
[9] T. Yamamoto, T. Abe, T. Mimura, N. Otsuka, Y. Ito, Y. Ehara, A. Zukeran, “Electrohydrodynamically Assisted Electrostatic Precipitator for the Collection of Low-Resistivity Dust”, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol.45, No.6, pp.2178-2184 (2009).
[10] T. Yamamoto, T. Mimura, N. Otsuka, Y. Ito, Y. Ehara, A. Zukeran, “Diesel PM Collection for Marine and Automobile Emissions Using EHD Electrostatic Precipitators”, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol.46, No.4, pp.1606-1612 (2010).