基于多相流仿真的静电除尘器进风流场优化

BHEL Ranipet团队利用ANSYS多相CFD重构导板布局以实现ICAC级均衡气固分配 — Dr. Arnalt Stalin A S 等

关键词
CFD, ESP, ICAC, ANSYS, Control Dampers, 静电除尘器, 烟气治理

在工业烟气治理与静电除尘器（ESP）设计中，实现进风侧气固两相均匀分配是保证收尘效率与设备稳定运行的关键。针对这一行业痛点，印度Bharat Heavy Electricals Ltd.（BHEL）Ranipet的研究团队（作者：Dr. Arnalt Stalin A S、Ravi Ranjan Kumar、Mahendra Kumar Nahak、Manickavasagam J、Venkatesan K、Murali K）提出并验证了基于多相流仿真的导板重定位方案，从而既满足ICAC流量分配标准，也显著改善了固相（灰分）分配不均的问题。本文以该项研究为核心，介绍方法、结果与对中国行业的应用价值，并就未来趋势与艾尼科（Enelco）技术结合进行展望。

研究采用1:1比例的三维计算模型，从空预器（APH）出口到引风机（ID）入口完整建模，网格量约1500万单元，混合六面体/四面体网格用于捕捉复杂边界层与导板效应。数值求解器为ANSYS Fluent，湍流模型选用k-omega SST，并在单相（烟气）及双相（烟气+固体颗粒）条件下分别开展模拟[7,8]。固相以离散相粒子注入方式模拟，多粒径分布反映现场粗细灰分的异质性，在初始工况（Case A）与导板优化工况（Case B）间进行多轮迭代比对。

结果显示，在未优化导板位置时，单相流量分配虽满足ICAC允许范围，但固相分配出现严重偏差：各通道固相偏差从+26.3%到-28.0%不等，导致近轴ESP通道与远轴通道灰饼不均、检修与击穿风险增加。通过基于多相CFD的导板重定位（多次试算后确定的Case B），气相分配维持在±5%区间内，固相偏差被控制到+7.25%至-6.88%，显著低于优化前并满足ICAC对整体流量及运行均衡性的要求。该方案已在800 MW现场实施并经实测验证，现场灰斗采集与通道电流/电压分布均显示改善。

对于中国的造纸、钢铁、水泥与化工等重点排放行业，此类多相优化具有直接的工程与经济价值：一是有助于稳定电场工作条件，减少局部过载与放电，从而降低停机与维修成本；二是均衡灰饼分配可提升除尘效率并降低排放超标风险，支持企业满足更严格的环保监管；三是通过局部改造导板、导向叶片等外部流量矫正装置，可在较低成本下显著改善运行性能，缩短改造周期并降低能耗。结合艾尼科（Enelco）在极板、极线配置与电场优化方面的技术积累，可把CFD优化结果转化为可制造的模块化导向件与配套维护方案，从而为国内电除尘器改造提供成套解决路径。

展望未来，行业趋势将朝向多物理场耦合（包含电场、热场与颗粒动力学）、在线监测与AI驱动的自适应流量矫正方向发展。采用实时数据与数字孪生技术，可在运行中实现导板位置微调与控制阀协同工作，进一步保障“烟气+灰分”两相均衡。对于希望在中国市场推广的厂商与用户，优先考虑基于多相CFD验证的导向件设计、标准化改造包以及与艾尼科等在极板/极线优化上的协同服务，将是实现排放达标、节能降耗与运维成本最小化的现实路径。

总之，本文所述的基于ANSYS的多相流仿真方法为ESP进风流场优化提供了可复制的工程流程：从现场数据采集、1:1建模、双相数值试验到现场实施验证，形成闭环工程能力。这一方法不仅解决了单相仿真无法捕捉的固相偏析问题，也为中国重污染行业的除尘设备升级与运行优化提供了实操范例。[4,5,7,8,9]

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