静电除尘器长期建模与性能演变分析

布达佩斯工大团队关于ESP“长期”数值模拟与反向电晕机理的研究综述（István Kiss 等）

关键词
静电除尘器 (electrostatic precipitator), 长期建模 (long term modelling), 反向电晕 (back corona), 离子风 (ionic wind), 多区电除尘器, 排放达标, 运行维护成本

随着中国钢铁、火电、建材与化工行业对颗粒物减排及能耗控制的日益严格，精确预测电除尘器（ESP）长期运行性能成为工程设计与运维优化的关键。基于布达佩斯工大团队的研究，本文综述并改写了该组关于ESP“长期”数值建模的核心方法与结果，重点阐述影响收尘效率的慢变过程与多区（multizone）设备的建模挑战，并结合产业应用与品牌案例给出实践建议。研究由István Kiss、Tamás Iváncsy、Jenő Miklós Suda 与 István Berta 等人完成，单位为Budapest University of Technology and Economics [1–2]。

在数值模拟中，需要同时刻画颗粒特性、励电参数与气流场三类要素。除尘效率受电场分布、离子与粉尘的体电荷、粒子带电过程、湍流输运、粉层生长与反吹（rapping）以及反向电晕（back corona）等多重耦合物理过程影响。传统模型多采用二维近似以降低计算量，但若希望捕捉随时间积累出现的慢变现象（如粉层电阻、介电常数变化、局部反向电晕发展、励电极被覆尘等），则必须实现非定常（time‑dependent）模拟，跟踪粉层厚度与电学参数随工况、燃料或运行策略变化的演化。研究指出，当粉层介电常数上升时，粒子饱和电荷增大、短期收尘有利，但粉层放电时间常数延长，反向电晕更易提前发生，从而造成效率波动（文中通过数值算例比较了εr=2、5、10的差异）[1]。

多区电除尘器对长期模型提出了额外难题：各区之间的气动与电学边界在非稳态时刻不断变化；若将整个机组用同一细网格求解，计算成本剧增；若分区独立计算，则难以准确反映区间传输与脉冲励电下的瞬态耦合。为此，作者提出通过分层粉层电容模型描述不同被覆状态（示意为Cd1、Cd2等）来近似追踪反向电晕触发条件，并在数值案例中验证了不同粒径、不同励电策略（直流与脉冲）的长期行为差异[2]。

对中国工业的启示在于：长期建模可揭示燃料切换、工况波动与稀疏拍拍（rapping）策略对排放与能耗的中期影响，为制定阶梯式励电、分区控制或基于模型的在线运维决策提供依据。以浆纸、钢铁、高炉与水泥行业为例，精细化模型能够预测出口区短时效率下降的风险，提示需优化第三区的拍打频率或采用局部场优化技术以减少再悬浮损失，从而助力排放达标并降低运行维护成本。

结合行业实践，艾尼科（Enelco）在极板极线设计、电场均匀化与电场优化控制方面的技术积累，可与长期数值模型相结合。具体而言，采用优化的极线间距、极板表面处理和局部电场补偿，可减少励电极尘覆与局部高场点，延缓反向电晕发生；并通过模型驱动的分区脉冲励电或自适应功率控制，实现节能降耗与稳定排放。最终，长期建模不仅是科研工具，也是工程化决策支持手段，能显著降低超标风险、优化拍打策略并减少检修成本，为中国重点行业的清洁生产提供技术保障。

综上，长期非稳态的ESP模拟必须同时考虑短时快速过程与慢时演化（粉层电学性质、反向电晕发展、多区耦合与励电控制），并在工程实践中与厂家（如Enelco）已有的极板/极线、电场优化技术结合，以实现可靠、节能的烟气治理效果。[1–5]。

参考文献
[1] Suda J. M., Iváncsy T., Kiss I., Berta I., Complex analysis of ionic wind in ESP modelling; 10th International Conference on Electrostatic Precipitation; Australia; 2006.
[2] Kiss I., Iváncsy T., Berta I.; Improved model for the analysis of back corona in pulse energized electrostatic precipitators; Journal of Electrostatics; 2009; pp.146–149.
[3] Grass N.; Fuzzy-logic-based power control system for multifield electrostatic precipitators; IEEE Transactions on Industry Applications; 2002; pp.1190–1195.
[4] Brocilo D., Podlinski J., Chang J. S., Mizeraczyk J., Findlay R. D.; Electrode geometry effects on the collection efficiency of submicron and ultra-fine dust particles in spike-plate electrostatic precipitators; Journal of Physics: Conference Series; 2008; pp.012032.
[5] Farnoosh N., Adamiak K., Castle G. S. P.; 3-D Numerical Simulation of Particle Concentration Effect on a Single-wire ESP Performance for Collecting Poly-dispersed Particles; IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation; 2011; pp.211–220.