PV型旋风分离器的性能改进实验和分析（Ⅲ）——灰斗结构

针对PV型旋风分离器灰斗中的旋转灰环问题,从实验和流场两个方面探讨了旋转灰环的形成机理和存在的条件。实验结果和分析表明,灰斗中的旋转灰环产生于灰斗中的二次涡流,旋转灰环的存在导致了颗粒向内旋流的扩散和逃逸,造成了旋风分离器的效率下降。通过将灰斗的水平顶盖改成锥形过渡段,消除了旋转灰环,又经旋风分离器性能对比实验,证明改进措施是有效的。     

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。     

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。     

基于DPM模型的旋风分离器内颗粒浓度场模拟分析

为了研究旋风分离器内部颗粒浓度场的分布规律,采用RSM模型和颗粒随机轨道模型,对旋风分离器进行气 固两相流动数值模拟,并从浓度分布和停留时间两方面对顶灰环及壁面磨损现象进行分析。结果表明,壁面处的颗粒浓度呈螺旋状灰带分布,灰带的宽度和螺距不同;从径向看,除壁面附近浓度较高外,其他部位浓度较低;从轴向上看,在分离空间下部,螺旋灰带的宽度加大,螺距减小,颗粒浓度增大。在环形空间顶板下方有大量颗粒聚集,存在顶灰环现象,而且顶灰环分布不均匀,具有一定的准周期脱落特性。这不仅造成颗粒的逃逸,降低旋风分离器的分离性能,而且也会对壁面造成冲蚀磨损,严重时能够使分离壁面磨穿,造成设备失效。     

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。     

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。     

排气管偏置对PV型旋风分离器性能影响的研究

以Ф300mm、标准PV型旋风分离器为基准模型进行冷态对比实验，研究了排气管与筒体轴线偏心布置对PV型旋风分离器分离性能的影响。结果表明，排气管偏置是进一步提高PV型旋风分离器性能的有效措施之一。在适当的偏心矩和偏置方位下，不仅能降低压降，还可以显著提高分离效率。     

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。     

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.     

入口颗粒浓度对旋风分离器压力降影响的实验分析

旋风分离器的入口气流颗粒浓度对旋风分离器的压力降有重要影响。在入口气流颗粒质量浓度5~550 g/m3范围内,对蜗壳式旋风分离器的压力降进行了实验分析。结果表明,随着入口颗粒浓度的增加,旋风分离器的压力降逐渐降低,尤其是开始阶段,降幅明显。除旋风分离器的入口部分压力损失外,旋风分离器的压力降主要由气、固两相流与器壁之间的摩擦损失和气、固两相流的旋转损失两部分构成,前者与入口气流速度有关,后者与旋转速度有关。随着入口颗粒浓度的增加,摩擦损失部分增加,但旋风分离器内的气、固两相流的旋转速度降低,旋转损失部分降低,综合结果是旋风分离器的总压力降降低。旋风分离器的压力降变化也使管路系统压力分布发生变化,导致入口流量发生变化,加入颗粒后通过旋风分离器的流量相对纯气相时的流量明显增加。最后,给出了入口气流颗粒浓度对旋风分离器压力降影响的计算方法。计算中考虑了加入颗粒后对切向速度的衰减作用,适用于高入口颗粒浓度的工况。     

PV型旋风分离器冷态性能试验及其计算

本文进行了PV型旋风分离器和国外最新水平的GE型旋风分离器的实验室模型冷态性能对比试验.结果表明,PV型旋风分离器性能已全面赶上并略超过国外的最新水平.进而又探讨了PV型旋风分离器的两个关键尺寸参数KA和d_r值的合理选取和PV路分离器的性能估算问题.本文由试验数据回归出的压力降阻力系数计算式可以较准确地预测分离器的压力降.根据边界层理论模型修正的粒级效率计算公式,物理意义明确;用它计算分离器除尘效率与试验实测结果吻合得很好,可以推荐使用.     

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;...     

FCC装置再生器旋风分离器磨损跑剂分析

旋风分离器是催化裂化(FCC)装置进行气固分离的设备。当旋风分离器发生磨损时,会直接影响其分离性能,导致跑剂故障的发生。以某石化公司1.0 Mt/a FCC装置再生器旋风分离器为考察对象,针对一个运行周期内旋风分离器跑剂故障,分析再生器旋风分离器磨损对装置跑剂量、旋风分离器压力降和催化剂颗粒物性的影响。研究发现：当旋风分离器发生磨损跑剂时,不仅分离效率和压力降会发生异常变化,而且逃逸的催化剂颗粒的粒度分布等物性参数也会发生变化,因此可以利用装置内和逃逸至装置外的催化剂颗粒的物性参数对旋风分离器跑剂故障进行诊断。建立了针对旋风分离器磨损跑剂的分析方法,可推广应用于FCC装置催化剂跑损故障的分析和诊断。     

旋风分离器内非轴对称旋转流场的测量

采用相位多普勒分析仪研究了不同入口旋风分离器气相非轴对称流场。首先采用圆管层流实验验证测量系统的准确性,然后考察不同入口结构下直筒型旋风分离器内部流场的分布特点。实验测得的切向、轴向速度、湍流度分布与旋风分离器典型流场分布特点一致。对比3种入口结构旋风分离器测量结果发现,随着入口结构轴对称性逐渐增加,其内部流场分布的非轴对称性明显减小,旋转中心与旋风分离器几何结构中心之间的偏心距也明显减小,有利于提高旋风分离器的分离效率并降低因涡核摆动造成的摩擦阻力。合理地布置入口结构是抑制单入口旋风分离器非轴对称旋转流动,提高旋风分离器性能的有效手段之一。     

PX型高效旋风分离器的研究开发

根据对PV型旋风分离器气固流动特性的深入研究,分析了几处影响细粉分离的薄弱环节,并针对性地提出了进气口倾斜、排气管切口及排尘口加防返混锥等结构改进措施.在φ300mm实验室模型试验台上,通过大量对比试验,开发出了一种比现有PV型性能更优良的新一代高效旋风分离器-PX型旋风分离器.实验室对比试验结果表明,相同条件下,PX型比PV型效率提高0.2～1.1个百分点,压力降降低10%～15%.     

丙烯腈反应器三级PV型旋风分离器的性能及工业应用

三级PV型旋风分离器是通过优化匹配组合,在给定压降下达到高效率的。大型冷模对比试验证实三级PV型旋风分离器的分离性能及操作弹性均优于从国外引进的三级旋风分离器。在丙烯腈反应器内的工业应用证明吨丙烯腈催化剂的单耗已降低到0.37kg,旋风分离器的总压降可控制在7kPa以内,效果显著。     

国产PV型高效旋风分离器在工业FCC装置上的应用

本文介绍了国产PV型高效旋风分离器的性能、结构特点和结构尺寸的优化组合设计。针对FCC装置的具体情况应用的全过程,详细的讨论了PV型旋风分离器的选型依据、应用效果和现场标定及工业运行所取得的效果,对国产高效旋风分离器的推广应用提供了经验和指导。     

基于等效沉降速度粒径的旋风分离器性能表征研究

选取粉煤灰、硅微粉、滑石粉与重晶石粉4种物性不同的颗粒物,分别用激光粒度仪与离心沉降粒度仪对颗粒物进行测量并比较基于不同等效原理的粒度分布;用粉煤灰与硅微粉在直径为300 mm的标准PV型旋风分离器上进行性能实验,测得基于不同等效粒径的粒级效率;参考颗粒物大小、密度和形状等影响分离的物理性质提出等效沉降速度粒径的概念,并用其作为基准来表征粒级效率。结果表明:相同的操作条件下,颗粒的等效沉降速度粒径相同,则其分离效率相等。最后用滑石粉与重晶石粉进行实验,验证了以上结果,说明颗粒的等效沉降速度粒径可以准确表征颗粒的旋风分离能力,为旋风分离器的工程设计和应用提供了依据。     

无沉降器催化裂化装置的设想

对于分子筛催化裂化工艺而言，催化裂化装置沉降器的作用仅是包容旋风分离器和用于待生催化剂的沉降和保温。但沉降器存在的大空间却形成了油气的滞留空间，油气流速低，停留时间长，结果导致反应油气的二次裂化反应，油气中的液滴和催化剂颗粒易于沉积在沉降器器壁上结焦形成焦块。因此，提出了取消沉降器，采用无沉降器催化裂化工艺装置的设想。该设想包括两个方案，第一个方案为：封闭式旋流快分器作为第一级分离器，多个并联PV型旋风分离器作为第二级分离器，旋风分离器的料腿出口阀采用气动V型阀；第二个方案为：带汽提器的旋风分离器作为第一级分离器，多个并联PV型旋风分离器作为第二级分离器，旋风分离器的料腿出口阀采用翼阀。     

双螺旋导流型旋风分离器的实验和数值模拟研究

为了提高分离器的分离性能,在PV型分离器的基础上设计了一种新型双螺旋导流型分离器。通过实验和数值模拟对基准型和新型分离器的效率、压力降和流场进行对比研究,结果表明:与基准型分离器相比,由于双螺旋导流叶片的对称性设计,新型分离器内流场的对称性好于基准型分离器,基本消除了涡核摆动和扭曲现象,有利于减弱颗粒在锥体及灰斗处的返混现象。在相等入口气速下,双螺旋导流型分离器的压力降比基准型分离器降低20%以上,减少了能量损耗。在较高处理气量时双螺旋导流型分离器的分离效率明显高于基准型分离器。