新型旋风分离器的试验研究与流场分析

文章针对高温高压的条件对传统旋风分离器入口结构进行改进,提出了圆柱形径向插入、端面加导流板结构的新型旋风分离器结构。由冷态模型下对超细滑石粉和FCC催化剂颗粒的分离效率-压降对比试验结果表明,新型旋风分离器入口结构强度性能优良,虽然对超细粉料分离性能略有不足,但对大颗粒粉料的分离性能接近传统直切入口旋风分离器,可以满足要求。并且数值流场模拟结果表明,分离器压降与实验结果相一致。     

基于CFD-DPM的旋风分离器结构设计优化

采用计算流体力学离散颗粒模型(CFD-DPM),结合响应曲面法,通过系列正交实验,对旋风分离器结构进行优化设计;考察旋风分离器的7个结构参数以及参数间的交互作用对其性能的影响。结果表明:对压降和分离效率影响最显著的结构参数为排气管直径,然后分别是入口高度、入口宽度、旋风分离器长度、排气管插入深度;入口尺寸与排气管直径对压降的影响存在很强的交互作用;旋风分离器长度与排气管插入深度、入口宽度与排气管直径、入口宽度与旋风分离器长度及排气管直径与旋风分离器长度对分离效率的影响存在较强的交互作用,其余因素影响不显著;通过对各结构参数的响应面进行优化,获得该旋风分离器在最小压降和最大分离效率时对应的几何结构参数。     

气化残炭细粉的流化和分离特性

以气化残炭细粉为原料,利用搭建的冷态实验装置对气化残炭细粉在提升管中的流化特性和在旋风分离器中的分离特性进行研究。结果表明:提升管表观风速大于0.5 m/s时,气化残炭细粉开始被大量夹带,提升管表观风速大于0.9 m/s时,气化残炭细粉能全部从提升管中输运;旋风分离器的压降随着入口颗粒浓度的增大先减小后趋于定值;实验测量和模型计算得到的旋风分离器分离效率吻合较好,并且旋风分离器的分离效率均大于97.5%,分离效率较大与气化残炭细粉的颗粒团聚和颗粒沉降有关。     

结构参数对小型旋风分离器分离性能的影响

采用雷诺应力模型(RSM)和离散相模型(DPM),计算不同结构尺寸下小型旋风分离器对微米级颗粒的分离性能。计算结果表明,小型旋风分离器排气管直径、排尘锥锥顶直径对除尘效率和压力降的影响显著,分离效率为50%时的临界粒径约为0.9μm。结果显示,此类小旋风分离器有望用于减少雾霾。     

基于响应曲面法的蜗壳式旋风分离器分离效率

采用计算流体力学Fluent软件对不同结构参数的蜗壳式旋风分离器颗粒分离效率进行数值模拟,建立基于响应曲面法的蜗壳式旋风分离器分离效率预测模型。结果表明:升气管直径对分离效率的影响高度显著,分离效率随着升气管直径的减小而显著提高;排尘口直径对分离效率的影响显著,排尘口直径越大,分离效率越高;直筒段高度对分离效率的影响较显著,随着直筒段高度的增大,分离效率先提高后降低;优化模型分离效率的比较说明预测值与模拟值吻合较好。     

高效、低阻分离器入口结构改进及测试分析

为了改进旋风分离器的分级除尘效率和压力损失等性能指标,通过对SLK型高效低阻分离器的分级过程和不同入口形式的旋风分离的颗粒切向速度和沉降速度的分析计算,重点研究SLK型分离器入口形式对旋风分离器内气流速度的影响及其对分级除尘效率和压力损失的影响,通过试制SLK样机并利用粉煤灰进行测试分析,定性验证SLK型分离器高效低阻的性能特点。结果表明:该分离器能获得较高的分离效率,并且压力损失比同型号分离器减小100～400Pa。     

页岩灰与催化裂化催化剂细粉旋风分离性能的对比试验研究

试验测定和对比页岩灰和流化催化裂化三旋灰(FCC三旋灰)的旋风分离器性能,考察入口气速、入口浓度对分离效率和分离器压降的影响.结果表明,在相同操作条件下,同一台旋风分离器上,粒度小于75 μm的页岩灰与FCC三旋灰的分离效率和分离器压降曲线差别显著;页岩灰的分离效率与分离器压降都明显低于FCC三旋灰,且入口浓度增大,页岩灰分离器压降的下降幅度高于FCC三旋灰;页岩灰分离效率最高的入口气流速度也低于FCC三旋灰.颗粒特性对旋风分离器的分离性能有明显影响,页岩灰和三旋灰的颗粒特性与形状差别是导致其旋风分离特性不同的一个基本原因;油页岩旋风分离器的设计应当考虑油页岩颗粒特性的影响.     

基于壁面射流的虚拟冲击式采样分离器的优化

为了提高现有虚拟冲击技术下的呼吸性粉尘采样分离器的分离标准差，采用壁面射流中的附壁效应，结合模型角度改变对颗粒捕获效率的影响，在凸型内壁的分离腔基础上，研究加速喷嘴尾部的角度、外壁面顶点的角度和喷嘴至收集腔的距离3个方面因素对于模型分离效率的影响。采用有限元软件ANSYS Fluent的气固两相流数值仿真，仿真模拟分离器的内部流场，在仿真过程中对颗粒进行捕捉跟踪，将计算出的分离效率与BMRC曲线的标准进行比较。结果表明：与凸型内壁结构的采样分离器模型相比，改进后的呼吸性粉尘采样分离器在粒径较小处的分离效率方程更贴近BMRC曲线，分离偏差均小于1.6%,分离标准差达到了δ₂=2.31%,在参考模型的分离标准差上提高了12.83%。     

高温高压旋风分离器流场模拟及性能试验

提出一种圆形径向进口、筒体段扩径的拱顶旋风分离器新结构;并与PV型分离器进行了流场和分离性能对比。结果表明:在相同处理气量下,新型分离器外旋流区切向速度显著大于PV型,中心涡核区轴向速度小于PV型;用中位粒径为9μm的滑石粉进行冷模试验,新型旋风分离器分离效率比PV型高约1%;新型旋风分离器结构强度和分离性能优良,适合高温、高压的工况下应用。     

旋风分离器内颗粒藏量的实验测量

根据旋风分离器的气固分离特点,定义用于描述旋风分离器气固分离过程的颗粒藏量参数为操作中旋风分离器有效分离空间内全部颗粒的质量,选用流化催化裂化平衡催化剂粉料,通过实验测量旋风分离器内颗粒藏量与入口速度和入口浓度的关系。结果表明:颗粒藏量随着入口浓度和入口速度的增大而增大;旋风分离器的颗粒藏量主要来源于旋风分离器环形空间顶灰环,其余部分是旋风分离器的器壁表面颗粒层。     

直切单双进口旋风分离器流场及颗粒分离特性的数值模拟

采用计算流体力学(CFD)方法对Stairmand高效旋风分离器气相流场进行数值模拟,获取旋风分离器不同截面上的切向和轴向速度分布,与试验结果进行比较,两者能够较好吻合;采用此方法对直切单双进口旋风分离器颗粒分离的过程进行数值模拟。结果表明:双进口型改善了单进口型流场的不对称性,在进气量相同的条件下,双进口型的切向速度增大,径向速度明显减小,粒径分离效率提高了6%~30%。     

多效旋风分离器压降的实验研究

为了有效提高新型多效旋风分离器对粒径为0.1~3μm颗粒的分离效率,获取该设备的阻力性能,采用实验方法研究该新型多效旋风分离器压降与进口气速的关系,并与Lapple型旋风分离器进行比较。结果表明:进口风速为5~30m/s时,主体直径为0.25m的多效旋风分离器总阻力系数为7.29,其中,一级和二级预分离螺旋管的阻力系数分别为1.04和1.73;主体的阻力系数为4.52。直径为0.25m的Lapple型旋风分离器的阻力系数为7.21。     

循环流化床锅炉用旋风分离器性能的实验研究

结合水煤浆流化-悬浮燃烧的特点,通过全面测定循环流化床锅炉用旋风分离器在不同操作参数下的分离效率,研究了入口气速、入口颗粒浓度、入口颗粒物性等对旋风分离器的压降和分离性能的影响规律。实验结果表明,影响旋风分离器分离性能的主要物性参数是颗粒的中位粒径、密度,在入口颗粒的中位粒径相差较大时分离性能主要受粒径的影响,而当入口颗粒粒径相差较小时密度对分离器分离性能的影响则更为显著。     

旋风分离器在冷镦机油雾处理中的应用探讨

借助计算流体力学软件Fluent,探讨旋风分离器分离冷镦机产生的油雾的可行性。运用雷诺应力二次压力应变模型和离散相随机轨道模型对旋风分离器进行数值仿真,分析了流场、颗粒轨迹、油雾内PM2.5分离效率。结果表明:旋风分离器可作为冷镦机油雾处理的初级分离设备。     

灰斗抽气对旋风分离器分离性能影响数值模拟研究

 利用计算流体动力学软件FLUENT对旋风分离器内气固两相流动特性进行三维数值模拟,模拟气相流场采用雷诺应力模型,应用随机轨道模型模拟湍流流场中颗粒的运动轨迹,同时给出了不同抽气率下旋风分离器的速度、压力分布,计算出旋风器分级效率,模拟结果与文献实验数据吻合较好.结果表明,灰斗抽气可以提高锥体内旋转气流切向速度,轴向速度减少能够降低气流携带颗粒返混能力,并减小排气芯管下口短路流,提高旋风分离器分离效率.对于给定的旋风分离器,抽气率应有一最优值.     

稳涡器提升旋风分离器性能的流场分析

为了提高旋风分离器分离效率,采用实验和CFD模拟相结合的方法,研究稳涡器的轴向位置对旋风分离器气固两相流动特性和分离性能的影响,探讨稳涡器抑制颗粒返混逃逸机制的形成。结果表明:稳涡器的设置降低轴线附近气流的轴向速度,加深气流的滞流程度,抑制颗粒的返混和逃逸,强化返混颗粒的二次分离作用,提高颗粒的分离效率;稳涡器轴向位置较高时,排尘口截面的通流面积小,下行气流阻力大,运行压降大;当稳涡器顶部与排尘口等高时,轴线附近的轴向速度降幅最大,返混逃逸颗粒数量减少25%～50%,分离效率最高。     

用于聚合物颗粒回收的旋风分离器的结构改进

针对某聚丙烯酰胺流化床干燥器旋风分离器排料困难、颗粒回收效率低等问题,指出其原因在于灰斗结构不合理,造成排料口负压过大,导致返料风机难以将分离下的颗粒送回干燥器;提出在灰斗内增加新型内构件,以减小排料口压降的改进措施;通过冷态对比实验,对新型内构件的效果进行检验。结果表明:增设新型内构件后,排料口压降降幅达60%以上,分离效率和压降变化较小;排料口静压大幅提高,返料效果得到显著改善。     

双进双出磨煤机直吹式制粉系统的性能优化及改造

为了解决某电厂直吹式制粉系统阻力大、出力不足、制粉单耗高、分离器效率低、挡板调节性能差、煤粉细度不合格、磨损严重等问题,基于先进的旋涡理论,采用气固分离技术,对影响分离器性能的关键因素进行深入研究,设计出以旋风分离为主、惯性分离为辅的旋惯耦合粗粉分离器,并成功应用,同时对分离器出口煤粉输送管道进行优化改造。结果表明:该直吹式制粉系统优化改造后,分离器分离效率提高13.3%,制粉出力增加20%,制粉单耗下降4.73 k W·h/t。     

二元颗粒的旋风分离效率

为了揭示二元颗粒的分离特性,以较难分离的沥青和滑石粉为母体粉料,以容易分离的煤粉和石油焦为添加粉料,两两形成4种差异二元颗粒体系,并以直径300 mm的PV型旋风分离器为模型,比较分离效率。结果表明:沥青颗粒、煤粉和石油焦的加入均能促进其分离效率,添加比例越大,效率提高越明显,且煤粉的促进作用比石油焦的更大;滑石粉、煤粉和石油焦的加入降低其分离效率,添加比例越大,分离效率降低越明显,且煤粉的抑制作用也更大;提出稳定团聚促进颗粒分离的观点,建议采用团聚相对稳定度来判断添加颗粒的促进或抑制作用,且采用团聚相对稳定度可从定性和定量两方面解释二元颗粒旋风分离的特殊现象。     

灰斗对旋风分离器气相流场的影响

本文采用fluent数值模拟的方法研究了中国石油辽河石化分公司聚丙烯装置在用旋风分离器内气相流场,将改造前和改造后两种结构旋风分离器内部流场进行了对比,研究发现,旋风分离器不设计灰斗时分离空间内最大切向速度减小,轴向速度中心上行流速度增大,旋转气流延伸到收料罐,大大降低了分离旋风分离器效率。