旋风分离器锥体局部磨损对内流场及性能的影响

为了探究局部磨损对旋风分离器性能的影响,采用Oka磨损方程以及计算流体动力学(CFD)对旋风分离器壁面磨损以及内流场特性进行数值模拟,考察旋风分离器内流场等参数随磨损厚度增大的变化规律。结果表明,旋风分离器壁在锥体底部排尘口附近壁面局部磨损严重,形成螺旋形冲蚀磨损带。磨损引起设备几何结构的改变会导致切向速度降低,颗粒所受离心力降低,锥体内局部涡强度及影响范围增大,涡核旋进(PVC)的影响加大,不利于主流的稳定与固体颗粒的分离。与未磨损时相比,当局部磨损厚度为20 mm时,粒径为4μm的颗粒分离效率由100%降低至93%,分割粒径由1.3增大至1.9μm,设备压降降低了约40%。研究工作对保障旋风分离器的长期安全稳定运行具有重要理论指导意义。     

旋风分离器防磨减阻性能机理研究

为了提高旋风分离器的防磨减阻性能,运用计算流体动力学方法研究了常规和防磨减阻旋风分离器的防磨减阻机理。结果表明:常规旋风分离器容易发生严重的局部冲蚀,而防磨减阻旋风分离器冲蚀磨损区域较为均匀。在同一粒径下,防磨减阻旋风分离器的壁面冲蚀磨损远小于常规旋风分离器。两者的壁面冲蚀磨损速率随粒径增大而逐渐增大,当粒径大于15μm时,冲蚀磨损速率变化不大。两者的压降损失随着入口速度的增加而增大,当入口速度为15 m/s时,防磨减阻旋风分离器的压降为297 Pa远小于常规旋风分离器的821 Pa。防磨减阻板不会改变旋风分离器的流场特性,分离小粒径颗粒效率略小于常规旋风分离器,但粒径大于5μm时,防磨减阻旋风分离器具有很高的分离效率。     

CFB用旋风分离器内气相流场的数值研究

采用RSM非稳态湍流模型对循环流化床锅炉用旋风分离器内气相流场进行了数值模拟。计算值与实验值比较吻合。数值计算的结果表明:排气管下口存在明显的短路流,排尘口附近存在明显的返混现象;排气管直径增加,分离空间切向速度值降低,上行流轴向速度减小。用CFD方法计算的旋风分离器内流场可为高效CFB锅炉用旋风分离器的设计提供参考依据。     

IGCC粗煤气除尘用径向进口旋风分离器的性能研究

针对IGCC特定的工艺条件,开发了一种新的JLX型径向进口旋风分离器,并采用滑石粉和粉煤灰作为试验物料,通过冷态试验考察了其压降和分离性能。结果表明:分离效率随着进口浓度的增加而升高,但当进口气速较大时,分离效率随着进口浓度的增加而降低;当排气管下口直径比为0.375、进口气速为25m/s、进口浓度为10g/m3时,对滑石粉分离效率可达到99%,对粉煤灰分离效率可达到97%。对粒径10μm以上的粉煤灰粉尘颗粒,JLX旋风分离器基本都脱除。     

基于防磨结构的旋风分离器性能优化

基于气固两相流和冲蚀理论对常规Stairmand旋风分离器和防磨型旋风分离器冲蚀规律进行了研究. 结果表明,对常规旋风分离器,其壁面冲蚀磨损速率从筒体顶端向下逐渐减小,在筒体L1/H1=0.8以下区域,磨损速率基本保持不变;在L1/H1=0.8以上区域,冲蚀磨损呈增大趋势,最大为2.3′10-6 kg/(m2×s);在锥体L2/H2=0.35以下区域,冲蚀速率逐渐减小;而在L2/H2=0.35以上区域呈逐渐增大趋势,在锥体顶端达最大值2.0′10-7 kg/(m2×s). 对防磨型旋风分离器,在筒体L1/H1=0.8以上区域,壁面最大冲蚀速率为0.5′10-6 kg/(m2×s),远小于常规旋风分离器. 在锥体从锥底向上冲蚀速率逐渐减小,在锥体顶端为0.4′10-7 kg/(m2×s),小于常规旋风分离器. 在小粒径范围内,分离效率随粒径增加而基本呈线性递增趋势. 粒径大于4 mm时,防磨型旋风分离器具有较高的分离效率. 压降随防磨板高度增加逐渐减小. A3型防磨分离器压降为360 Pa,小于常规分离器压降550 Pa. 为了降低旋风分离器壁面的冲蚀磨损,减少出口压降损失,粒径大于4 mm时,可选择最合理的B1型防磨分离器提高旋风分离器的防磨性能,从而延长使用寿命.     

动态旋风分离器数值模拟及实验研究

旋风分离器具有结构简单性能稳定等优点,但对于粒径10μm以下颗粒,分离效率较低。本文对普通旋风分离器进行改进,设计了带有旋转叶片的动态旋风分离装置,并进行了实验和数值模拟研究。数值模拟气相采用RNG k-ε模型与RSM模型相结合的算法,颗粒相与气相之间采用以欧拉-拉格朗日气固两相流耦合思想为基础的DPM模型进行模拟,主要研究了装置内部流场和颗粒分离效率与进口气速和转子转速之间的关系,并与实验中通过静电低压悬浮颗粒取样器（ELPI）获得的装置分离效率进行了对比。模拟和实验结果表明,装置切向速度场中转子部分的切向速度主要由叶片转速决定,转子外部区域的切向速度则主要由进口气速决定,且在一定的转速和进口气速下,动态旋风分离器对粒径在5μm以上的颗粒有良好的脱除效果。     

旋风分离器内气固两相流动特性的模拟研究

通过数值模拟对旋风分离器内的气固两相流动进行研究。采用RSM湍流模型和DPM两相流模型分析旋风分离器内的气固两相流动特性。旋风分离器内的气流切向速度呈中心准强制涡、外侧准自由涡的双涡分布,分界面大约在0.8倍排气管半径处;气流轴向速度呈中心上行、外侧下行的双行流分布,分界面即零速包络面大约与排气管直径一致;小粒径颗粒的运动具有随机性,粒径大于7μm的颗粒可以完全被捕集分离;流动的非轴对称特性和顶灰环对气固分离不利,应给予重视。     

排气管外延伸长度对旋风分离器性能的影响

采用数值模拟方法分析了不同排气管外延伸长度下旋风分离器流场和性能的变化,对比分析了5组不同排气管外延伸长度下的静压、速度图像和10组不同排气管外延伸长度下的压降、切割粒径变化情况.结果表明,不同排气管外延伸长度对旋风分离器切向速度影响不大,排气管外延伸长度过短时,受亚临界流影响轴向速度出现第3峰,而随排气管外延伸长度增大逐渐消失;旋风分离器内压降开始随排气管外延伸长度增大而减小,之后逐渐微升,最大变化率为8%;旋风分离器切割粒径在一定范围内随排气管外延伸长度先升高,然后降至最小,再逐渐增大,最大变化率为23.3%.表明排气管外延伸长度变化,在一定程度上对旋风分离器的分离性能有影响.     

旋风分离器分离性能的数值模拟与分析

以XLPB-5.0和XCX-5.0两种旋风分离器为原型,采用CFD软件对这两种旋风分离器进行了流场与分离效率的数值模拟,初步探讨了入口蜗壳形式与芯管结构对分离效率的影响。模拟结果显示:旋风分离器内流场呈各向异性分布特点,切向速度是影响分离效率的首要因素,径向速度的存在会造成"流场短路"现象,使轴向速度呈不对称分布,导致分离效率的降低。轴向速度与径向速度的共同作用促使颗粒在旋风分离器内做螺旋运动;XLPB-5.0和XCX-5.0的分离效率分别为92.55%和94.96%,与实验结果基本吻合,且不同芯管参数下XCX型的分离效率比XLPB型高;螺旋式入口蜗壳(XCX-5.0型)对旋风分离器上部流场的影响相比直流式入口蜗壳(XLPB-5.0型)复杂;对于两种旋风分离器,随着芯管直径的增大,分离效率逐渐变小;随着芯管深度的增大,分离效率先增大后减小。     

双进气道旋风分离器内不同粒径颗粒流动特性

采用改进的RNG k-ε湍流模型和欧拉多相流模型,对一种单入口双进气道旋风分离器内的气固多相紊流过程进行数值模拟。计算得到旋风分离器内不同粒径颗粒速度和浓度分布规律,结果表明:大粒径颗粒比小粒径颗粒轴向速度分布更平坦,切向速度峰值位置和外准自由涡区也越向壁面靠近;与普通单入口旋风分离器相比,相同处理量时,此种旋风分离器内速度和不同粒径颗粒浓度分布轴对称性更好,大粒径颗粒切向速度峰值位置外移更明显,筒体段颗粒有更向壁面浓集的趋势,锥体段不同轴向位置处中心旋流区双进气道的颗粒浓度低于单进气道的。小粒径颗粒捕集能力增强,有助于提高分离器分离效率,减少不稳定流动导致结焦的颗粒源供给,从流动角度保证了抗结焦和长周期稳定操作。     

不同数量并联微旋风分离器分离性能影响研究

为了考察不同并联旋风分离器的分离性能,运用计算流体力学(CFD)软件对由不同数量、直径为30mm的微旋风元件构成的并联分离器性能特征进行了数值研究。结果表明,当微旋风元件入口气速一致时,增加微旋风元件数量,虽然各并联分离器对5μm以下、中位粒径3.5μm颗粒的总分离效率基本相同,但对3μm以下颗粒的分级效率有所下降;组合分离器灰斗中排尘管间间距减小,微旋风元件内切向速度分布几乎不变,中心轴向速度下降,排尘管尾端气流更加紊乱;随着微旋风元件数量增加,各组合分离器微旋风元件排尘管段旋流稳定性系数S_v沿轴向逐渐增大,微旋风元件内旋流稳定性变差。     

1种侧壁开缝式防磨损旋风分离器性能模拟

针对旋风分离器壁面磨损严重的问题,设计了侧壁开缝式分离器。基于流体动力学软件进行了仿真模拟,对比分析了筒体侧壁开缝对分离器内切向速度、总压力、壁面附近颗粒含量以及分离效率的影响。模拟同工程案例描述相符,结果表明,开缝不改变分离器内的流场分布趋势,壁面颗粒含量分布明显降低,总分离效率不受影响。侧壁开缝式旋风分离器在防磨损方面较普通分离器有明显优势。     

输气站场多管旋风分离器流场分析

为了系统评价输气站场用多管导叶式旋风分离器的分离性能,模拟计算了入口速度7~27 m/s、颗粒密度1000~5000 kg/m3、颗粒浓度2.5~2500 g/m3、操作压力1~5 MPa条件下21管旋风分离器的分离效率和压降. 结果表明,多管旋风分离器的压降主要来自单管压降,约占整个压降的80%~90%,旋风子单独使用和并联使用时其流场分布规律相同,沿轴向对称分布,中心涡核处压力最低;分离效率和压降均随入口速度增大而增加,粒径为1~10 mm的固体颗粒分离效率从30.57%增加到63.86%,压降从9053 Pa增加到116864 Pa,在入口速度7~27 m/s范围内基本能除尽粒径大于6 mm的颗粒;随颗粒密度增加,分离效率增大,压降几乎不变;操作压力增大分离效率降低,而压降略增加. 各单管间进气量波动均不超过5%.     

多喷嘴射流式分离器内气固流动特性的数值模拟

基于商用软件Fluent 6.3.26,采用雷诺应力模型及DPM离散相模型并结合理论分析,对基于喷嘴造旋的射流式分离器内两相流动特性进行了模拟计算,得到了较为全面的两相流动规律与细节.结果显示,分离器内部切向速度峰值可达160 m·s^-1,自由涡区的切向速度约为130 m·s^-1,旋流强度明显高于传统旋风单管;沿轴向下,下行流流量逐次减少,其中稳流体顶部下行流降低最为明显,下行流减少致使颗粒卷入内旋流概率增加,分离效果下降;分离器内部局部存在顶部贴壁射流、射流区二次流及灰斗口旋涡流等次级流动;分离器压降约为27.43 kPa,喷嘴区内外旋流能耗分别为4.57 kPa(21.8%)、5.76 kPa(27.6%),稳流体区内外旋流能耗分别为5.85 kPa(27.6%)、4.01 kPa(18.9%);分离器对应的切割粒径较小,约为1.6 μm,极限粒径约为10 μm,符合工业应用要求;基于所建颗粒受力模型及模拟条件下,分离空间可分离的临界粒径为1～2 μm,3 μm及以上颗粒的逃逸浓度小于 0.15 g·m^-3,满足下游烟机对气流的净化要求.     

天然气脱蜡旋风分离器分离效率的模拟

旋风分离器分离效率高,不易堵塞,用于天然气脱蜡效果显著。通过CFD软件Fluent模拟CYG-S型天然气脱蜡旋风分离器的两相流场,得到了旋风分离器内的压力、切向速度、轴向速度分布。对比了不同入口速度下的模拟与理论计算的分割粒径x50,发现具有很好的吻合度,两相模拟有一定的可靠性。结果表明：在旋风分离器锥段底部靠近壁面处的石蜡液滴质量浓度较高;随着进口流量的增加,旋风分离器分离效率提高,当进口流量为1000 m3/h时,x50可以达到5.3 μm;大粒径液滴的分离效果明显,但在所研究的进口流量范围内,进口流量的变化不能明显地影响粒径小于5 μm液滴的分离效率;柱段和锥段长度的增加使得旋风分离器的整体长度增加,延长了液滴在旋风分离器内的停留时间,提高了旋风分离器的分离效率。     

旋风分离器排气管内流动分析及减阻机理

利用激光多普勒测速仪(LDV)对旋风分离器排气管内流场进行了全面系统的测量,发现气流的高速旋转、回流区的存在及湍流脉动是排气管内产生流动阻力损失的重要原因. 安装减阻杆改变了排气管内流场分布规律,使旋转动能降低、回流区消失以及湍流脉动减弱,从而降低了排气管内流动阻力损失. 减阻杆迎风截面宽度越大,绕流边缘越尖锐,排气管内切向速度就越小,轴向速度分布越均匀,分离器的减阻幅度也越大.     

天然气净化用旋风分离器气液分离性能

为了系统评价天然气净化用旋风分离器在含液量低时的气液分离性能,利用滤膜采样称重法和Welas在线测量法测量了旋风分离器在入口气速8～24 m·s^-1、入口液体浓度0.1～2 g·m^-3时的分离效率和粒径分布;对比了相同入口浓度下旋风分离器气液分离性能和气固分离性能的异同。实验结果表明,在入口气速为8～24 m·s^-1、入口液体浓度为0.1～2 g·m^-3时,旋风分离器的气液分离效率随着入口气速和入口液体浓度的增加而增大,而出口粒径分布范围变化很小;与气固分离相比,在相同的入口气速和入口浓度下,旋风分离器的气液分离效率要高2%～6%;另外,气液分离时出口液滴粒径不大于4 μm,而气固分离时出口有大于10 μm固体颗粒存在。     

多效旋风分离器性能的实验研究

多效旋风分离器通过采用2级螺旋管预分离含尘气体、螺旋形顶盖板导流、筒体中心稳流锥稳流和吸气回流系统防止粉尘返混等措施,解决了在旋风流场中分离微米及亚微米级颗粒的难题。文中通过实验研究了直径为0.25 m的多效旋风分离器的压降、分离效率和进口风速的关系,实验物料粒径范围为0.1—23μm,平均粒径为7.59μm。结果表明:在10—14 m/s入口风速时,对0.1—3μm颗粒的分离效率大于90%,对大于5μm颗粒的分离效率接近100%,压降在500—1 000 Pa。风速大于16 m/s时,对0.1—2μm颗粒的分离效率大于75%。     

湍流场中的微米粒子在旋风分离器中的数值模拟研究

针对湍流场中燃烧颗粒飞灰的处理难题,优化了一种旋风分离器结构,采用拉格朗日DPM方法表征颗粒物运动捕集轨迹,同时在数值模拟过程中考虑了微米颗粒的重力、萨夫曼升力的影响。数值模拟方法采用K-ε两方程RNG模型对粒径为0.9~1.1μm颗粒微尘在旋风分离器中的流场和运动轨迹进行了研究。模拟结果显示,本文中提出的新型结构的旋风分离器,较传统旋风分离器的分离效率提高了94%,具有强化次微米颗粒气体旋流流动的效果,适用于高效捕集超细微米颗粒物。     

天然气净化用多管旋风分离器的分离性能

为了系统评价天然气净化用多管旋风分离器的分离性能,在线测量了入口气速6~24 m/s、入口颗粒浓度30~2000 mg/m3范围内多管旋风分离器的分离效率和分级效率. 结果表明,多管旋风分离器的分离效率和分级效率都随入口气速和入口颗粒浓度增大而提高. 与单管旋风分离器相比,在相同实验条件下,多管旋风分离器的分离效率下降2%~15%;单管旋风分离器基本能除净粒径大于10 mm的颗粒,而多管旋风分离器只能去除15 mm以上的颗粒. 多管旋风分离器的压降主要是内部单管旋风分离器的压降,占整个压降的80%~90%.