流场模式对静电除尘器出口再入尘损失的数值预测

——太原理工大学环境科学与工程学院杜振宇、谢秋红的数值模拟研究亮点与行业意义

关键词
静电除尘器, 数值模拟, 偏壁气流分布, 再入尘损失, 收集效率, 运行维护, 排放达标

在工业锅炉与高温尾气治理中，静电除尘器（ESP）仍是多个行业实现排放达标和能耗控制的核心装备。近年来研究表明，除尘效率不仅受电场与极板结构影响，气流分布与颗粒再入尘（re-entrainment）同样决定着出口排放量和运行成本。太原理工大学环境科学与工程学院的杜振宇、谢秋红基于二维流场计算，构建了包含再入尘子模型的数值模拟平台，系统研究了进出口非均匀气流（skew gas distribution）对再入尘损失和整体收集效率的影响，为工业现场优化气流分配提供了可量化的依据（作者与单位信息已注明）。

本文使用二维k-ε湍流模型计算了多达25种不同的进出口速度分布情形，并将再入尘行为用经验函数表示：R=2.62×10^-2·U·(1+ C·H^3)，其中R为再入尘率（%），U为局部气速（m/s），H为颗粒从收集面下落距离（m），并通过调整系数C（拟合值47.32）使模型重现Sproull的现场数据[3]及Self等人的实验趋势[6]。模型同时考虑了旁路气流（sneakage）与料斗“沸腾”效应对上、下部尘载分布的影响，形成了将局部再入尘作为后续单元入口负荷的迭代计算方法，从而得到出口再入尘损失的空间分布和总体贡献。

模拟结果显示：在传统假设中均匀流场可获得最佳收集效率，但当考虑实际存在的再入尘、旁路与料斗回扬时，某些受控的非均匀进出口气流反而能显著降低出口再入尘损失，提高整体效率。研究指出，当进风偏下（ISF=-0.5）且出风上偏（OSF=+1.0）时，出口再入尘损失最低、收集效率最高。这一现象的物理机制在于：将大部分沉积物引导靠近料斗，使颗粒下落距离减小，从而降低再次被气流扫起的概率，同时在上部形成较高气速区，有利于整体穿透特性与分布优化的协同作用。

对中国浆纸、钢铁、水泥与化工等行业而言，该结论具有直接的工程意义。一方面，通过优化进出口导流板、风道分配或局部阻尼，可在不大幅改造电场或极板结构的前提下降低再入尘导致的二次排放；另一方面，减少再入尘能降低频繁清灰与压缩清灰能耗，从而降低运维成本并提高设备长期稳定性。结合艾尼科（Enelco）在极板间距、极线布置及电场均匀化方面的技术积累，可将数值模拟结果转化为现场改造方案——例如定向导流器、分区风阀与智能风机控制，实现对ISF/OSF的可调节治理，从而在不同负荷与燃料属性下保持最佳收尘状态。

总之，本文所构建的含再入尘函数与旁路模型的数值平台，为工程师在大型工业除尘系统中评估气流配置提供了实用工具。未来建议结合更多现场试验数据完善再入尘参数，及引入三维耦合电场与粒子电荷演化模型，以进一步提升方案的可靠性和在中国工业现场的可推广性。

参考文献
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