移动脉冲冠状烟气在线表征与NOx/SO2现场治理研究

Eskom 与 Tshwane University of Technology（TUT）在 Duvha 火电站的移动实验室现场试验，验证全固态脉冲电源与电磁脉冲压缩器对烟气脱硝脱硫的性能

关键词
脉冲功率, 电压反转, 脉冲电源, 电磁脉冲压缩器, 大气污染, 静电除尘器, 烟气治理

为响应日益严格的烟气治理需求，Eskom 与 Tswane University of Technology（TUT）联合开展了一项针对燃煤电厂烟气污染物缓解的现场研究，采用全固态脉冲冠状（pulsed corona）技术在旁通侧流进行在线表征与能耗-去除率评估（作者：P.H. Swart 等）[1][2]。研究团队将一套移动实验室（拖车化）直接布置于南非 Duvha 电站的 3 号机组旁通取样点，现场采集实际烟气并对 NO、NOx、SO2 的去除效率与单位体积能耗进行系统测量。移动实验室集成了共振反演脉冲电源（RIP）、三级 Melville 线电磁脉冲压缩器、脉冲叠加网络与可调 DC 偏压源，脉冲经压缩后达到约 70 ns 的半正弦宽度，并可在 0–20 kV 偏压上叠加峰值达 33 kV 的脉冲能量，系统可在现场独立运行，仅需三相 380V 电源、压缩空气与冷却水支持[2][7]。反应器采用同轴线-管式结构（16 根 40×500 mm 管、2 mm 电极丝），并配备红外谱仪与化学发光检测器连续监测上下游 NO、NOx、SO2 浓度，电压与电流波形经高速示波器采样以计算单脉冲能量与脉冲功率。现场结果显示，在约 12 s 的反应停留时间内，未加氨情况下 NO 去除率最高达 85%，NOx 达 68%，SO2 达 45%；在投加 NH3 时，SO2 去除接近 99%，但对 NO/NOx 的提升有限，符合文献报道[3][4]。研究同时提出“电厂等效效率”（Station Efficiency）概念，用以将脉冲能耗与机组发电量进行可比性评估，指出实现 5%–6% 等效效率为实现商业化的重要目标。实验也揭示了影响性能的关键参数，包括脉冲重复率、偏压、电极间距、脉冲上升沿及半正弦传输时间、进气温度与污染物初始浓度等：NOx 浓度越高，单位体积能耗需求越大。对于中国市场（浆纸、钢铁、水泥、化工等重污染行业），该技术有两方面吸引力：一是可与既有静电除尘器（ESP）前置或耦合，借助极板/极线设计与电场优化降低颗粒负荷与中和部分气相污染物，二是能通过短期试验验证在现场条件下的能效，减少实验室到工业化的技术风险。艾尼科（Enelco）在极板、极线与电场优化方面的积累，可为脉冲冠状技术在中国的工程化落地提供优势，比如在电场分布优化、极间距改造与耦合损耗降低方面的方案，既能降低运行能耗，也能减小运维复杂度。综上，移动化脉冲冠状在线表征为评估固态脉冲脱硝脱硫技术提供了可靠的现场数据支撑，未来可与静电除尘器联合构成污染协同治理系统，在满足排放达标、降低运维成本与优化能耗方面具有广泛应用前景。

参考文献
[1] P.H. Swart and R. Strydom, “Low maintenance Robust Pulse Power for Pulsed Corona NOx and SOx control”, ICESP 8 Conf, Birmingham Alabama, 2001.
[2] P.H. Swart (1999), A New High-Power Inversion Pulser topology employing reduced semiconductor Ratings, Transactions of the South African Institute of Electrical Engineers, Vol 90 No 3, pp.107-112.
[3] Dinelli G, Civitano L, Rea M (1990), “Industrial Experiments on Pulse Corona Simultaneous Removal of NOx and SO2 from Flue Gas”, IEEE Trans. Ind. Appl., Vol 26, No.3, pp.535-541.
[4] B.M. Penetrante, “Pollution control applications of Pulsed Power Technology”, Proc. 19th IEEE Pulsed Power Conf., Albuquerque NM, 1993.
[5] Dinelli G and Rea M (1990) J. of Electrostatics, Vol.25, pp.23-40.
[6] P.H. Swart and R. Uys, “All solid state Pulser Design for a Pulsed Corona Flue Gas Pollution Mitigation System”, Proc. ICESP 9 Conf, Kruger Gate, South Africa, 2004.
[7] W.S. Melville, “The use of saturable reactors as discharge Devices for Pulse Generators”, Proc. Institute for Electrical Engineers (IEE London), 1951, Vol.98, pt.3.