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.     

出口结构对双蜗壳式旋风分离器内流场的影响

用智能七孔球探针测试仪对不同出口结构的双蜗壳式旋风分离器内不同位置的三维速度及压力进行测量,从而获得不同结构参数对流场的影响。实验结果表明,排尘锥结构具有一定的稳流作用,有利于分离器的分离;分流型芯管的开缝有分流的作用,降低了芯管内的气流旋转强度,使上下行流都有所减少,旋风管中心附近以及边壁附近的切向速度都有所减小;分流型芯管的特有的缩口结构使不同截面上的切向速度的最大值都有所增加,距离缩口越近增加越强烈。     

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。     

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。     

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。     

流动参数对导叶式旋风管内固相颗粒运动影响的数值模拟

对导叶式旋风管内气、固两相进行数值模拟,从颗粒在排尘锥内不同位置的碰撞概率、返混情况、停留时间分布3个方面对颗粒的运动情况进行描述,研究不同流动参数下颗粒的运动变化。结果表明,在排尘锥两侧缝环面的重叠处,颗粒的碰撞概率达到最大值,此处结垢和磨损的可能性较大;随着颗粒粒径的增大,直接捕集的比例增大,排尘锥返混和灰斗返混的比例减小,并且排尘锥返混多于灰斗返混;在一定的流量范围内,随着流量的减小,颗粒返混现象加重,并且随着粒径的减小,相同粒径的颗粒在分离空间内和排尘锥内停留时间延长的幅度变大,返混现象更加明显。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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%。     

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。     

导叶式旋风管内短路流颗粒夹带的研究

采用数值模拟方法,结合试验与理论分析,研究Shell型导叶式旋风管内短路流颗粒夹带问题。结果表明:Shell型旋风管直筒芯管下口存在短路流现象,计算得知短路流量占进口总流量的39.3%。理论分析发现,短路流主要夹带粒径小于9μm的颗粒,短路流夹带颗粒临界粒径为9μm。另外,数值模拟跟踪颗粒逃逸的轨迹证明,Shell型旋风管能将粒径大于9μm的颗粒全部除尽;粒径小于9μm的颗粒既有经排尘口返混逃逸,又有短路流夹带逃逸,其中短路流夹带逃逸占主要部分,且随着粒径的增加,经芯管下口短路夹带逃逸的数目减小。     

雾化焙烧制备超细颗粒用旋风分离器优化模拟

旋风分离器是雾化焙烧制备稀土氧化物工艺中的常用分离设备之一。为了提高焙烧产物中超细颗粒的分离效率，采用Fluent数值模拟和实验验证相结合的方法，得到旋风分离器的优化构型，利用颗粒分离效率和流体压降2项指标进行评价，以探讨扩张结构旋风分离器的优化效果。结果表明：在锥筒高度为距旋风分离器顶板370 mm处，进行角度为10°的扩张改进后，分离器对粒径为1、 3、 5μm的颗粒分离效率分别提高13.25%、 42.33%、 44.02%,阻力系数减小3.6%;新改进结构旋风分离器在降低能耗的同时提高分离效率。     

旋风分离器减阻杆对流场的影响

在研究发现旋风分离器减阻杆的基础上，研究了减阻杆对流场的影响，发现了减阻杆使切向速度分布趋于平缓、轴向速度上升峰值内移、径向上压力梯度减小、轴向上中心区从逆压梯度变为顺压梯度等重要规律，从而为分析旋风分离器减阻杆的减阻机理提供了依据。同时本文还首次发现旋风分离器入口附近有近２４％的短路流量，提出设法减小这部分短路流量是提高分离效率的一个研究方向。     

入口顶部二次风对PV型旋风分离器性能的影响

提出一种进气口顶部、分离器顶板之下的新型二次风引入口,通过数值模拟和实验考察该二次风对PV型旋风分离器性能的影响。结果表明:引入该二次风后,分离器内气流切向速度增大,上行轴向速度和径向速度减小;二次风可有效抑制顶灰环产生,减小升气管短路流的粉尘量;引入进气口顶部二次风后,分离器的最大效率增加约2%,压降最大减少16.8%;总处理气量增加、压降减小,显示出明显的高效低阻特征。     

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。     

旋风分离器减阻杆对流场的影响

在研究发现旋风分离器减阻杆的基础上，研究了减阻杆对流场的影响，发现了减阻杆使切向速度分布趋于平缓，轴向速度上升峰值内移，径向上压力梯度减小，轴处中心区从逆压梯度变为顺压梯度等重要规律，从而为分析旋风分离器减振阻杆的减阻机理提供了依据。同时本文还首次发现旋风分离器入口附近有近２４％的短路流量，提出设法减小这部位短流流量是提高分离效率的一个研究方向。     

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。     

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。