基于FLUENT软件分析旋风分离器的结构优化

为了提高旋风分离器的工作性能,以Stairmand型高效旋风分离器为基础模型,利用FLUENT软件中RNG k-ε模型对传统旋风分离器和带螺旋导流装置的旋风分离器进行数值模拟,从速度分布和分离效率两方面分析了两种旋风分离器的分离性能,分析结果证明带螺旋导流装置的旋风分离器的分离性能强于传统旋风分离器,能够完成粒径小于5μm微细颗粒的分离任务,为旋风分离器的结构优化提供了参考。     

催化裂化三级旋风分离器专利技术现状及发展动态

对催化裂化三级旋风分离器的国内专利文献随时间的变化趋势、申请人申请专利情况、技术的发展态势及主要专利权人的参与状况进行了系统的分析,指出三级旋风分离器专利技术主要涉及提高设备的分离效率和耐磨性能两方面,分别占70%和24%。为提高分离效率,大部分专利围绕进气管、排气管和离心导叶的结构、形状及设置方式;两级或多级分离器及多台分离器的串联、并联等布置方式进行改进,是今后的技术发展方向。为提高耐磨性能,针对分离单管、分离筒体、进气管和排尘结构进行结构上的改进和选择合适的耐磨材料是今后的发展趋势。国内石化科研机构要积极与中国企业联合,同时密切注意外国企业在中国的专利申请情况,开发出具有市场竞争力的三级旋风分离器技术。     

高压气体除尘旋风分离器的结构与性能研究

对比研究了三种高压旋风分离器的结构及分离性能。发现在相同气速下,压力容器式旋风分离器外旋流处的切向速度高于另外两种分离器,中心涡核处轴向速度低于其余两种分离器;相同条件下的冷模对比试验显示,压力容器式旋风分离器的效率较另外两种分离器高1%~2%;压力容器式旋风分离器不仅结构简单,而且拥有较好的结构强度和分离性能,适合高压工况下应用。     

PV型旋风分离器的分离性能改进实验和分析（Ⅰ）——环形空间

针对PV型旋风分离器环形空间存在的顶灰环问题,从实验和流场两个方面探讨了顶灰环产生的机理和形成的条件,同时进行了有关顶灰环对旋风分离器效率影响的分离性能实验。实验结果和流场分析表明,顶灰环产生于旋风分离器环形空间的二次涡流,顶灰环的存在导致了颗粒向内旋流的扩散和逃逸,造成旋风分离器的效率下降,最后提出了抑制顶灰环对旋风分离器分离效率影响的改进方向。     

螺线型旋风分离器的结构改进研究

采用螺线型旋风分离器实验装置,考察了排气管插入深度、螺线通道延伸段对螺线型旋风分离器分离性能的影响。结果表明,随着排气管插入深度的增加,螺线型旋风分离器的分离效率先增后减,当排气管的插入深度与进气口高度相等时,分离效率最高;添加螺旋通道延伸段,可在压力降不变的情况下有效提高分离器的分离效率。在本实验条件下,与普通螺线型旋风分离器相比,在相同压力降时,改进后的螺线型旋风分离器分离效率可提升6%~10%,能除尽10 μm以上的颗粒,对2 μm以下的超细颗粒也有较好的捕集效果。基于边界层分离理论,建立了螺线型旋风分离器的粒级效率计算公式,计算值与实验数据吻合性较好。     

旋风分离器的改进与发展

旋风分离器的分离效率是炼油厂催化剂消耗的关键，并直接影响炼油厂的经济效益。本文介绍了针对提高分离效率和使用寿命，以及减少结焦等方面，对其结构、材料及衬里等进行的改进。     

不同锥体结构旋风分离器的分离特性数值研究

采用CFD软件FLUENT对3种排尘口直径不同的旋风分离器以及长锥型旋风分离器中的气相流动规律进行数值模拟,模拟结果与试验结果基本吻合.模拟结果表明,随着排尘口直径的减小,分离性能有所提高.长锥型旋风分离器轴向速度分布呈现与高效Stairmand型旋风分离器不同的不稳定分布状态,出现明显的短路流现象,通过改进其结构尺寸可得到稳定流场,从而提高分离效率.CFD数值模拟方法可以很好地预测旋风分离器结构尺寸变化对内部流场的影响.     

高温高压旋风分离器的结构及性能

为了提高旋风分离器在高温高压条件下的承压耐温能力,根据工业应用成熟的PV型高效旋风分离器的结构,提出一种长圆切向入口、两端封头的压力容器式旋风筒体旋风分离器(简称容器式旋风分离器)。流场模拟分析表明,在相同入口气速下,容器式旋风分离器外旋流区的切向速度明显高于PV型旋风分离器,且器壁附近向下的轴向速度也略高于后者,中心涡核区轴向速度低于后者。用中位粒径为9.8 μm的滑石粉进行加尘冷模实验表明,相同气速下,容器式旋风分离器的分离效率较PV型旋风分离器的高约2%;相同压降下,前者的分离效率明显高于后者。容器式旋风分离器结构简单,结构强度和分离性能优良,可供高温、高压工况的分离操作使用。     

入口含尘浓度变化对不同排气管结构PV型旋风分离器分离效率的影响

旋风分离器的入口浓度对其分离效率和压降有重要影响。在入口气流含尘浓度5～550 g/m3范围内,采用325目滑石粉,对直径500 mm的PV型旋风分离器进行了分离效率的实验测定,其中排气管的结构采用直筒型(A型),锥口型（B型）和大直筒型（C型）3种结构。实验结果表明,3种结构排气管旋风分离器分离效率均随入口浓度的增加而增加,当入口浓度大于150 g/m3时,分离效率上升幅度开始趋于平缓。旋风分离器入口浓度增加一方面使切向速度降低,分离能力下降,但另一方面使颗粒之间的团聚作用增大,惯性分离能力增大,分离效率增加,综合作用结果是分离效率提高,但逃逸颗粒的绝对量增大。实验结果也表明,排气管的结构对旋风分离器的效率影响较大,尤其是排气管直径,基于实验结果给出了入口浓度变化时旋风分离器分离效率的计算公式 ,该计算公式综合考虑了入口速度和排气管直径的影响。     

筒体直径对旋风分离器性能的影响

筒体直径是影响旋风分离器效率和压降的重要结构参数。以硅微粉为原料,在保证几何结构相似的基础上,对筒体直径分别为200、300、400mm的Stairmand型旋风分离器进行冷态对比实验,考察了不同情形下筒径对旋风分离器分离性能的影响。结果表明,旋风分离器按几何相似放大,筒径增大,在同一入口气速下,分离效率下降而压降升高;在同一处理气量下,分离效率和压降都下降。如将入口尺寸与处理气量固定,其它尺寸按几何相似放大,筒径增大则旋风分离器的分离效率增加、压降降低。进而又用几个较新的分离模型对实验进行了计算比较,发现模型计算结果与实验结果的趋势大体一致,基本上能预测筒径变化对旋风分离器分离效率与压降的影响趋势,但都不能定量计算筒径对其分离性能的影响。     

油页岩旋风分离器分离性能的试验研究

通过实验室冷态模型试验,测定PV型高效旋风分离器对油页岩颗粒的分离性能,考察入口气速、排气管直径对分离器分离效率的影响,并对比研究旋风分离器对油页岩和滑石粉两种不同物料的分离效率差别.结果表明:同一旋风分离器对不同物料的分离效率差别显著;对油页岩分离效率最高的分离器入口气速比对滑石粉分离效率最高的分离器入口气速低许多;...     

PX型高效旋风分离器的冷模放大试验

为了评价实验室小型冷模试验开发出来的新型高效旋风分离器应用到工业过程中的性能,在完全相同条件下进行了与成熟的PV型旋风分离器的大型冷模放大对比试验.介绍了试验装置以及试验方案、内容.试验结果表明,新的PX型旋风分离器比现有的PV型旋风分离器具有更好的分离性能,分离效率更高(约高0.5～1.1百分点)、压力降更低、处理气量更大,对于催化裂化装置的扩能改造十分有利.     

外导流管对旋风分离器流场的调控

采用雷诺应力模型(RSM)和离散相模型(DPM)对旋风分离器内的气-固两相流动进行了数值模拟计算,比较了带有不同外导流管的旋风分离器内流场、压降和分离效率,并探究了不同外导流管管径对旋风分离器内的流场调控及分离性能的影响。结果表明：外导流管可以改善旋风分离器内的二次涡分布,减小纵向环流的影响范围,降低二次涡间的协同作用,并抑制灰斗入口和料腿入口的二次流,从而提高分离效率;其中,带有H-E型外导流管的旋风分离器有效地提高了细小颗粒的分离效率,对粒径4 μm以下颗粒分离效率的提高可达10%以上;H-E型外导流管对入口气流进行分流,可以减小气流的旋流损失,使压降降低16.7%。此外,外导流管管径对H-O型旋风分离器分离性能影响较小,对H-E型旋风分离器分离性能影响较大。     

FCC装置三旋效率低的原因及对策

针对中国石油抚顺石化分公司石油二厂催化裂化装置再生器第三级旋风分离器(三旋)效率低的问题,对三旋的运行状况进行了分析和核算,找出了原因,认为主要问题是烟气中催化剂细粉较多、粒度大,以及三旋单管烟气线速较低和单管排尘锥体处粉尘返混严重.采取堵管和排尘锥体开孔的措施后,实际运行结果证明,三旋效率提高了,三旋出口烟气中催化剂浓度、粒度达到标准,保证了烟气轮机的安全平稳运行.     

液-液水力旋流器的模拟分析与结构优化

根据计算流体力学的原理和方法,以流场数值模拟为基础,利用大型流体计算软件对液液水力旋流器内流体的运动规律进行了模拟分析。在模拟分析基础上,以提高分离效率为目的对除油水力旋流器的入口形式、溢流出口直径和旋流腔长度进行了优化设计。在实际应用中,应用计算得到的优化结构,可以提高旋流器分离效率6%左右。     

集输系统不停产旋流除砂器优化设计

油田含砂污水的固液处理一般采用水力旋流分离器.为降低分离成本和提高分离效果,对固液分离设备--水力旋流分离器的优化设计进行了探讨.文章介绍了优化设计的基础计算依据、计算方法、结构参数和数学模型.实际应用表明,在集输系统密闭除砂装置中使用优化的旋流除砂器,不但除砂效率高,分离粒度细,而且生产工艺先进,设备结构紧凑,运行费用低.     

集冷凝和离心分离功能于一体的天然气超音速旋流分离技术

天然气超音速旋流分离技术具有结构简单紧凑、无转动部件、可靠性高、无化学添加剂、投资和维护费用低等优点,工业应用前景广阔,但由于其过程的复杂性,理论研究还不成熟。为了推进该技术的大规模工业化应用,在介绍天然气超音速旋流分离器的结构及其工作原理的基础上,阐述了其旋流流动过程、内部凝结过程和内部流动过程等数值模拟的研究新进展,分析了近年来国内外有关的实验研究现状,总结了相关数值模拟和实验研究的进展,并对未来天然气超音速旋流分离技术亟待解决的关键问题进行了展望。研究结果表明:(1)目前关于超音速旋流分离器的数值模拟研究主要集中在旋流流动过程、内部凝结过程和内部流动过程等方面,并取得了一定成果;(2)国内对超音速旋流分离器的实验研究主要集中在低压实验,而在高压天然气的凝结机理及分离机理研究等方面则可能尚存在着一定的差距。结论认为:(1)解决超音速喷管的收缩段曲线和扩张段曲线的匹配、旋流器的结构优化设计与安装位置等问题,有助于气体凝结和提高气液分离效率;(2)开展符合天然气实际操作工况的高压实验,有助于探究天然气旋流分离的凝结和分离机理;(3)亟待在准确揭示高压天然气跨音速流动时其中水分及重烃的凝结机理和分离过程方面进行深入研究,确定影响分离性能的因素,以期为天然气旋流分离器的工程设计与应用奠定坚实的理论基础。     

入口面积可变式旋风分离器的性能

当旋风分离器的进气流量(Q_in)小于设计流量时,分离效率会大幅降低。对此,笔者提出通过改变入口面积来保持或提高分离效率的解决方案。首先,以PV型旋风分离器为对象,通过冷态实验,对比了2种入口面积改变方式与分离效率的关系。结果表明,随着进气流量减小,入口面积减小可有效提高分离效率,且侧堵入口(BS型)的效果优于横堵入口(BT型)。流场模拟结果表明,与BT型旋风分离器相比,BS型旋风分离器的切向速度更大,径向速度峰值更小且更均匀,因此其分离效率更高。其次,设计了1种入口面积可变式(VIA型)旋风分离器,确定了入口面积调节方法,并测试了其分离性能。结果表明,当进气流量从最佳进气流量递减时,因其入口面积可随之变小,入口气速基本不变,而分离效率不降反升,并在实验范围(Q_in为2300~9700 m³/h)内一直保持较高的水平。