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。     

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。     

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。     

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PV型旋风分离器的结构优化实验

设计了一种新型旋风分离器。相对于PV型旋风分离器,新型旋风分离器采用弧形导流板分隔进气的入口结构、分流型排气的出口结构、加长型的筒体和锥体的结构,有锥顶过渡段的灰斗结构,并匹配了合理的尺寸。为了验证新型分离器的性能,设计并搭建新型结构和基准PV型旋风分离器的冷模对比实验装置,在入口气速为14. 4～26. 1 m/s、入口含尘质量浓度为0. 01 kg/m~3时,同时测量2种分离器的效率和压降。对比实验结果表明:相对于基准PV型分离器,新型旋风分离器能够减小压降约32. 36%,同时保证新型分离器的效率与基准效率相当。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

旋转直流内循环式旋风分离器流场测定与分析(Ⅱ)

在流场测定的基础上，着重分析了旋转直流内循环式旋风分离器内三维速度分布和压力分布随入口气速的变化规律，回归了分离段切向速度计算的无因次经验方程，探求了压降性能的放大效应。结果表明该新型旋风分离器的流场规整，放大效应小，阻力系数比常用的反转式旋风分离器降低约30％。     

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。     

排气管偏置对PV型旋风分离器效率及压降的影响

系统地研究了排气管偏置对PV型旋风分离器效率及压降的影响.实验结果表明,排气管偏置能够提高PV型旋风分离器的效率,同时还可降低压降,是进一步提高PV型旋风分离器性能的有效措施之一.     

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。     

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。     

旋转直流内循环式旋风分离器流场测定与分析(Ⅰ)

采用五孔探针测试技术及相应的计算机数据采集与处理系统，测定了旋转直流内循环式旋风分离器的三维流场分布。对所测流场分4个区域进行了分析讨论，并对内循环气量进行了衡算。结果表明该新型旋风分离器设计合理，结构有利于气流中颗粒的分离。     

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。     

不同侧向入口旋风分离器流场数值分析

利用雷诺应力模型(RSM)对直切单入口、直切双入口、斜切单入口、斜切双入口、斜切螺旋面单入口、斜切螺旋面双入口6种不同侧向入口旋风分离器内部气相流场进行了计算分析。结果表明:双入口结构旋风分离器内部压力场和速度场具有更好的对称性与稳定性;仅改变入口斜切角度对旋风分离器内部速度场和压力场的分布影响不大;当本文中6种分离器内部具有相近的切向速度径向分布时,斜切螺旋面入口结构分离器压力损失减少约25%,入口所需总压降低17%,处理相同气体量的能耗约下降17%;斜切螺旋面双入口(XS-L型)分离器是一种综合性能比较优的旋风分离器。     

芯管半切旋风分离器的实验研究

基于相当成熟的PV型旋风分离器的流场分析,对芯管做简单的斜切处理,并充分考虑芯管切口方向和芯管插入深度对旋风分离器的分离效率和压降的影响,实验结果表明半切式芯管能够提高旋风分离器分离效率并降低其压力损失,可以用于高温条件下的除尘使用.     

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。