压力对旋风分离器内颗粒浓度分布影响的模拟

 为了分析压力变化对旋风分离器内颗粒浓度分布的影响,利用Fluent6.1软件, 气相流场采用修正的雷诺应力模型, 颗粒相运动采用颗粒随机轨道模型, 对0.1~6.5Mpa压力下旋风分离器内气、固两相流流场进行了模拟。结果表明,在入口浓度一定条件下,随着压力的升高,器壁颗粒浓度渐呈螺旋状灰带分布,旋风分离器内旋流区域的颗粒浓度减小,旋风分离器分离能力增强。压力增加一方面使气体切向速度增加,颗粒所受离心力增加;另一方面,气体的湍流强度增大,颗粒的扩散作用增强。当压力超过3.0 MPa后,压力增加对切向速度影响不大,而颗粒扩散增加,旋风分离器内旋流区域颗粒浓度增加,对颗粒分离不利。旋风分离器的径向颗粒浓度分布可以用指数函数描述,其中颗粒的径向速度、颗粒的扩散系数和边壁的颗粒浓度是影响颗粒浓度分布的主要因素。旋风分离器粒级效率随压力的增加而增大,当压力超过3.0 MPa后,压力增加对粒级效率影响不大。     

BSX新型三级旋风分离器在催化裂化装置上的应用

介绍了BSX新型三级旋风分离器(三旋)在中国海洋石油总公司惠州炼油分公司1.2 Mt/a催化裂化装置上的应用情况。应用结果表明:采用BSX新型三旋,三旋出口(烟气轮机入口)粉尘浓度平均值为70.5 mg/m~3,低于烟气轮机入口粉尘浓度控制指标(≤200 mg/m~3);三旋出口的粉尘粒径分布为:小于1μm的颗粒占46.2%;小于2μm的占72.3%;小于3.49μm的占90%;小于7.0μm的占99.2%,远低于烟气轮机入口粉尘粒度控制指标。为烟气轮机的长周期安全运行提供了保障。     

多管式旋风分离器内气相流场数值模拟

应用数值模拟的方法研究了多管式旋风分离器内的气相流场,研究发现,单管压降是多管旋风分离器压降的主要部分,约占90％。在灰斗内单管排尘口以下轴向速度逐渐减小,在尘口以下200mm处轴向速度值几乎为0,气流不会夹带颗粒向上返混。在进气均匀的情况下,依然存在着窜流现象,窜流率约为10％。单管分离空间底部存在摆尾现象,排尘口下部区域内压力分布不均,是导致窜流现象发生的直接原因。     

旋风分离器内旋转流湍流特性的实验分析

采用热线风速仪(Hot wire anemometry,HWA)测量了?300mm×2000mm旋风分离器内的瞬时切向速度,进而分析旋转流的湍流特性。基于测量的瞬时切向速度计算的湍流强度表明,切向湍流强度是由气流自身湍流脉动产生的湍流强度和气流旋转波动产生的湍流强度两部分构成。在壁面附近,切向湍流强度主要是旋转流自身的湍流脉动作用,旋转流波动对其影响较小;而在几何中心附近,切向湍流强度不仅有旋转流自身的湍流脉动,而且更主要是旋转流摆动的影响。由于旋风分离器内旋转流的旋转中心与几何中心不重合,形成了旋流的摆动,使中心区域的计算切向湍流强度骤增,远大于壁面区域的切向湍流强度。     

新型高效多管旋风分离器的开发及应用

介绍了石油大学等单位新近开发应用的立式三旋(EPVC系列旋风管和PDC型旋风管)以及卧式三旋(PT-Ⅱ型旋风管)的结构特点。EPVC旋风管通过改进叶片设计方法,提高了细颗粒分离效率;采用分流型芯管排气结构,提高了细粒的捕集率;在泄料盘中心开喇叭形孔,解决了泄料堵塞问题。PDC型旋风管单管气量大,除尘率高,排料通畅,无窜流返混。PT-Ⅱ型旋风管采用双道切向人口和长锥体结构,分离效率高于PDC型。     

Experimental analysis of pressure characteristics of catalyst powder flowing down a cyclone dipleg

An experiment was carried out for investigating pressure behavior of catalyst powders,with a Sauter mean diameter of 63.6 urn,(lowing downward in a cyclone dipleg with 150 mm inner diameter and 9000 mm high.Time mean pressure and time series of pressure fluctuations were measured at different axial positions in the dipleg with particle mass fluxes ranging from 50.0 to385.0 kg m~(-2) s~(-1).The experimental results showed that the time mean pressure in the dipleg increased progressively from the top section to the bottom section.The experimental phenomena displayed that the fluidization patterns in the dipleg can be divided into two types on the whole,namely the dilute-dense coexisting falling flow and the dense conveying flow along the dipleg.In the dilutedense coexisting falling flow,the dilute phase region was composed of a length of swirling flow below the inlet of dipleg and a dilute falling flow above the dense bed level.With increasing particle mass flux,the dilute-dense coexisting falling flow was gradually transformed to be the dense conveying flow,and the exit pressure of the dipleg increased considerably.The pressure fluctuations were closely related to the fluidization patterns inside the dipleg.In the dilute-dense coexisting falling flow,the pressure fluctuations in the dilute flow region originated from particle clusters,propagating downward as a pressure wave:however,the pressure fluctuations in the dense flow region originated from rising gas bubbles,propagating upward.When the dense conveying flow was formed in the dipleg.the pressure fluctuations originated mainly from instability of the feed and the compressed gas,propagating downward.The standard deviation of the pressure fluctuations indicated that the intensity of pressure fluctuations first increased and then decreased with increasing particle flux.     

颗粒碰撞团聚对旋风分离器分离性能影响研究

采用自行设计的旋风分离器试验装置,通过循环加料的方法验证了旋风分离器内颗粒碰撞与团聚现象的存在,研究了入口含尘质量浓度、入口气速、操作温度等操作条件改变而导致的颗粒碰撞与团聚现象的变化对旋风分离器分离性能的影响规律。研究发现,颗粒团聚有利于细颗粒的分离;旋风分离器气固分离主要由离心力和颗粒团聚双重因素控制,对粗颗粒主要考虑离心力作用分离,对细颗粒主要考虑团聚作用分离。在研究分析基础上建立了包含离心力作用和颗粒碰撞与团聚作用的新的气固分离模型。     

旋风单管排尘锥内颗粒沉积黏附的数值研究

采用数值模拟与理论分析的方法,建立了旋风单管内的颗粒壁面沉积黏附模型,在此基础上考察了吃力量、操作温度、进料浓度、进料粒度等因素对排尘锥颗粒沉积的影响规律。结果表明：边壁气流剪切速度是影响颗粒沉积的关键,处理量增加,边壁处被分离颗粒浓度升高,且近壁气流剪切速度增大,排尘锥颗粒沉积黏附增加;操作参数及进料参数均影响颗粒壁面沉积,其中操作温度主要通过影响颗粒杨氏模量对颗粒壁面沉积黏附产生影响,温度升高导致颗粒杨氏模量降低,颗粒壁面沉积增加;进料浓度增加,颗粒与壁面碰撞几率增加,使得排尘锥段颗粒沉积加剧;1~10 μm的微颗粒在排尘锥内滞留时间较长,易于沉积黏附。     

PSC型导叶式旋风管内颗粒返混夹带实验研究

采用五孔球探针测量仪与等动采样法,对PSC型导叶式旋风管内气固两相流场、浓度场分布进行测试,并对不同排尘结构进行比较,据此研究了PSC型导叶式旋风管内的颗粒返混夹带现象。结果表明,排尘段返混存在两个区域,返混夹带主要以10μm以下小颗粒为主,开缝后的排尘锥具有很强的抗返混能力。     

FCCU旋风分离器壳体断裂失效的原因分析

针对目前FCC装置旋风分离器壳体和拉杆出现的断裂问题,依据气固两相流会诱发振动引起金属材料疲劳破坏的观点进行了分析.被分离的气固两相流进入旋风分离器后,在旋风分离器内形成的不稳定旋转和不稳定下料会产生低频脉动压力.这种脉动压力施加在旋风分离器壳体上形成了旋风分离器系统振动的激振力,诱发了旋风分离器系统发生共振响应,形成较大的交变应力,最后导致壳体和拉杆的高应力部位和高变形部位的疲劳断裂.预防这种断裂失效的措施应该是对旋风分离器系统进行结构改进,使其结构的固有频率远离激振力的频率,避免共振发生,不需要对旋风分离器壳体材料进行更换.     

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。     

石油焦循环流化床锅炉尾气净化除尘器的选择

根据石油焦循环流化床锅炉尾气中固体颗粒的物性、粒度分析和此种尾气净化的特点,对尾气净化除尘器的选择进行了综合对比分析。分离效率、压力损失、颗粒物性、投资和维护费用等是选择净化除尘器的主要因素。电除尘器和旋风分离器是首选的除尘设备,但电除尘器的投资大,旋风分离器的效率和阻力欠佳,需要开发高效低阻力的旋风分离器才可以适应工业需要。     

工艺参数对短接触旋流反应器内颗粒流动特性影响的数值研究

运用欧拉双流体模型对新型短接触旋流反应器内气、固两相流场进行了数值模拟,考察了操作参数和颗粒直径对反应器内颗粒流动分布的影响。结果表明,操作气速大于基准条件会降低反应器混合腔内的气 固接触效果,而在不影响流化状态的情况下适当增大催化剂的质量循环流率对催化剂的均匀分布有利。在基准操作条件下,5和30μm粒径颗粒在反应器内的浓度分布梯度较大、均匀性较差,并且5 μm颗粒与反应产物的分离也不彻底。因此,催化剂宜选用平均粒径为10μm左右的颗粒,既可以强化接触效果,也不会出现返混夹带现象,保证后续工艺流程的顺利进行。催化剂颗粒是否均匀分布是影响反应收率的最主要因素之一,本研究结果为短接触旋流反应器的工业应用及性能改进提供了重要的理论参考依据。     

FCC粗旋与顶旋连接方式对顶旋气量分配的影响

 摘要：采用数值模拟方法对闭式直连的FCC两级旋风分离系统内的三维流场进行了系统研究。首先,通过选用不同湍流模型对单个旋风分离器内的强旋流动进行数值模拟计算,并与实验数据对比确立了可以用于两级旋风分离器研究的模型和计算方法。随后,采用已确立的模型和计算方法考察了不同连接方式对两级旋风分离系统内流动的影响,得到了不同直连方式下粗旋排出油气在左、右顶旋间的分配比例。以两顶旋间油气量合理分配及高效分离所需正常入口气速为考察基准,确定了既可以平均分配进入左、右顶旋的油气量,又能有效利用粗旋出口油气的旋转能量减小系统压降的合理连接方式。     

0.5Mt/a重油催化裂化装置三旋的技术改造

针对催化裂化能量回收装置高温烟气轮机(简称烟机)出现的故障,采用中国石油大学(华东)开发的新型导叶式旋风分离技术,提出了新型高效低阻型立管多管式三旋的改造方案。三旋出口烟气在线采样催化剂浓度与粒度分析表明:改造后三旋入口烟气中催化剂平均质量浓度为362.8 mg/m3(工况下湿基),主要是40μm以下的颗粒,其中10μm以下的颗粒占30%～50%,细颗粒含量较高;改造后三旋出口烟气中催化剂平均质量浓度为31.8 mg/m3(工况下湿基);已完全没有10μm以上的大颗粒,工况下三旋的总效率为91.2%。改造后烟机入口催化剂质量浓度及粒度指标远远低于控制指标,三旋分离性能指标完全达到烟机入口烟气的净化要求,保证了烟气轮机长周期安全运行。     

导叶式旋风管入口环形空间内气相流场数值模拟

利用Fluent软件和雷诺应力模型(RSM)对装有分流型芯管的导叶式旋风管内部三维强旋湍流流动进行了数值模拟计算,尤其是将入口环形空间和芯管内的气相流场数值模拟结果与实验结果进行了对比。结果表明,数值模拟值与实验值吻合较好。部分气流通过芯管上的细长开缝进入芯管,实现气体的分流,通过两股不同方向旋流的相互作用,使得芯管内气流的旋转速度降低。     

PV型旋风分离器的性能改进实验和分析术（Ⅱ）——进口结构

针对PV型旋风分离器的涡壳式进口结构,从实验方面进行了改进探讨。由于受到PV型旋风分离器蜗壳进口水平底板的约束,底板上旋转气流中的颗粒灰带在入口处与入口气流相汇,灰带中的颗粒被卷吸进入升气管的短路流,导致颗粒的逃逸。为此提出将进口水平底板改成螺旋式斜底板,并进行了分离性能的对比实验和分析。实验结果表明,螺旋式斜底板进口结构避免了器壁上的旋转灰带与进口气流的交汇和碰撞,抑制了颗粒的逃逸,有助于提高旋风分离器的分离性能。     

单入口双进气道旋风分离器内冲蚀特性

采用雷诺应力湍流模型、离散相模型和改进的冲蚀模型对一种单入口双进气道旋风分离器内的气 固紊流及冲蚀过程进行了数值模拟,得到旋风分离器内壁面冲蚀速率详细分布规律。结果表明,固体颗粒对旋风分离器内壁的冲蚀主要发生在蜗壳上顶板、蜗壳与筒体连接段及排尘口处;在旋风分离器分离空间内,由上至下旋流稳定性逐渐减弱,导致壁面冲蚀速率逐渐增大。与普通单入口旋风分离器相比,在相同处理量时,单入口双进气道旋风分离器内形成的轴对称稳定旋流可以有效减弱颗粒与壁面的碰撞和磨削,从而明显降低壁面摩擦阻力损失和冲蚀速率,有利于旋风分离器的压降降低和长周期稳定运行。     

催化裂化沉降器旋流快分系统分离性能的实验研究与数值模拟

 在FCC沉降器的实验装置上,研究了不同入口处颗粒浓度下旋流快分系统（VQS）分离性能,着重分析入口颗粒浓度对VQS系统内分离效率与压降的影响规律。结果表明,随着入口颗粒浓度的增加,VQS系统的分离效率随之增加,而压降随之减小。采用Fluent软件对VQS系统内气、固两相流进行了数值模拟,并由此估算了不同入口颗粒浓度下VQS系统的压降、颗粒分级分离效率以及总分离效率,计算结果与实验结果吻合情况较好。入口颗粒浓度越高,气相被颗粒相消耗的能量越多,切向速度衰减越明显,从而导致系统压降的降低。同时,入口颗粒浓度的增加导致单位体积内颗粒质量流率增加,重力沉降作用增大,故上行流轴向速度减小,下行流轴向速度增加,有利于颗粒下行分离。此外,颗粒相的存在可有效抑制湍流,降低系统内的湍流强度,这有利于改善颗粒返混,提高系统对中细颗粒的捕集能力,从而提高系统的分离效率。     

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。