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。     

天然气净化高效旋风分离器结构优化

旋风分离器是一种重要的气体净化装置.根据已有研究成果,对旋风分离器结构进行了优化,分析了优化后结构对其性能的影响.用SOLIDWORKS对旋风分离器结构建立三维模型,运用ANSYS中的ICEM CFD和Fluent模块进行模型的模拟试验,分析不同入口气速条件下圆筒直径对分离效率的影响.研究结果表明,旋风分离器的部分性能...     

入口含尘浓度对旋风分离器效率影响规律的研究

试验在吸风状态下进行,选用直径为４００ｍｍ的旋风分离器为模型,试验用煤飞灰。试验的目的是研究入口含尘浓度对旋风分离器效率的影响规律。试验结果表明：在分离器结构参数相同及同一入口气速条件下,分离器的总效率随入口含尘浓度的增大而增加,但随着入口含尘浓度的不同,总效率增加的幅度不同;在分离器结构参数及试验粉尘粒径分布不同时,入口含尘浓度对分离器效率的影响规律也不相同。     

筒体直径对旋风分离器性能的影响

筒体直径是影响旋风分离器效率和压降的重要结构参数。以硅微粉为原料,在保证几何结构相似的基础上,对筒体直径分别为200、300、400mm的Stairmand型旋风分离器进行冷态对比实验,考察了不同情形下筒径对旋风分离器分离性能的影响。结果表明,旋风分离器按几何相似放大,筒径增大,在同一入口气速下,分离效率下降而压降升高;在同一处理气量下,分离效率和压降都下降。如将入口尺寸与处理气量固定,其它尺寸按几何相似放大,筒径增大则旋风分离器的分离效率增加、压降降低。进而又用几个较新的分离模型对实验进行了计算比较,发现模型计算结果与实验结果的趋势大体一致,基本上能预测筒径变化对旋风分离器分离效率与压降的影响趋势,但都不能定量计算筒径对其分离性能的影响。     

卧管式多管旋风分离器旋风管的研究

为适合于超高温、大处理量的卧管式多管旋风分离器设计了三种旋风管,并优选出其中一根作为基准旋风管。针对排尘口存在严重返混问题,对旋风管的排尘结构进行了改进,发明一种防返混的排尘锥,用３２５目滑石粉对Φ２５０ｍｍ旋风管进行分离效率试验,在入口气速２５ｍ／ｓ,浓度２ｇ／ｍ３（标准状态）时,分离效率９８．２％,用Ｃｏｕｌｔｅｒ－ＴＡⅡ对其尾气等采样结果分析,其中大于８μｍ粒子１００％地除净     

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。     

旋风分离器基本理论与最佳设计(续)

七、分离效率 说某旋风分离器的分离效率是百分之多少,这在表示其分离能力方面是没有意义的。一般的厂商均提供对于某种试验粉粒体物料的“粒级效率曲线”,即给出旋风分离器对不同大小的粒子的分离效率。但是,由于影响分离过程的某些因素无法预知其规律性,因此在特定条件(旋风器构型、粉料特性、气速等)下测得的粒级效率曲线并不能     

基于均匀设计法的EⅡ型旋风分离器结构优化

采用均匀实验设计和数值模拟方法,研究了直径150mm的EⅡ型旋风分离器的三个结构变量因子,利用DPS(Data Processing System)软件进行回归分析,拟合得到结构优化的旋风分离器。回归方程表明,锥体角度对旋风分离性能影响较大。在入口气速为15.5m/s时,数值模拟和试验结果吻合良好。优化结构的旋风分离器锥角小,分离粒度细,分级效率高。     

旋风分离器性能计算方法的优选

旋风分离器的结构虽简单,但内部的两相流动和分离机理很复杂,对许多影响因素只能进行定性的分析。文章对不同结构的PV型旋风分离器在不同入口气速和不同含尘浓度下的性能进行了试验,将试验结果与采用现有的几种计算方法得到的计算结果进行了比较及理论分析,从而推荐出优先应用的计算方法。     

旋风分离器基本理论与最佳设计

本文首先通过流型分析确定了最佳构型必须满足的一些几何条件,进而对旋风自然长、阻力系数、临界粒径、分离效率、锥部形状等均建立了理论关系式。在此基础上得到分离能力最高的最佳尺寸比。根据Kalenzenz关于跃动速度的理论导出了计算最佳入口气速和旋风分离器最佳直径的关系式,从而使全部设计过程不依赖任何经验关系。重要参数的理论计算结果与实验数据或经验数值符合,证明了理论的可靠性。最后指出任何结构特殊的所谓“高效旋风”实际上并无特别的优点。     

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。     

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。     

螺线型旋风分离器的结构改进研究

采用螺线型旋风分离器实验装置,考察了排气管插入深度、螺线通道延伸段对螺线型旋风分离器分离性能的影响。结果表明,随着排气管插入深度的增加,螺线型旋风分离器的分离效率先增后减,当排气管的插入深度与进气口高度相等时,分离效率最高;添加螺旋通道延伸段,可在压力降不变的情况下有效提高分离器的分离效率。在本实验条件下,与普通螺线型旋风分离器相比,在相同压力降时,改进后的螺线型旋风分离器分离效率可提升6%~10%,能除尽10 μm以上的颗粒,对2 μm以下的超细颗粒也有较好的捕集效果。基于边界层分离理论,建立了螺线型旋风分离器的粒级效率计算公式,计算值与实验数据吻合性较好。     

轴流式气-液旋流分离器分离特性

针对内部设有中心体的轴流式气-液旋流分离器,根据液滴在分离器内部旋流场的受力情况,建立分离器分离效率模型。实验发现,当液滴直径大于10 μm时,通过理论模型求得的液滴粒级分离效率与实验值吻合较好;在一定气速范围内,减小导流叶片出口角、增加中心体直径以及减小排气管直径均能够提高分离效率,即对于一定结构的分离器,存在相应的临界气速能够使分离器的分离效率达到最大值,随气速继续增大,分离效率呈下降趋势。根据实验结果提出分离器在不同工况下的设计准则,当气速高于临界气速时,为保证分离器分离效率,维持较低压降,设计导叶出口角为45°,中心体直径与筒体直径比为0.5,排气管直径与筒体直径比为0.85,分离器长度与筒体直径比为3。当入口气速低于临界气速时,可根据理论模型对分离器结构参数进行调整。     

油水重力分离特性的数值研究

建立了油、水2相分离的数值模型,研究了流场流动和分离特性,并进一步分析了进口速度及油滴直径对流动和分离的影响。计算结果表明,减小分离器进口流速和流量有利于改善分离效果;混合液体中油滴的直径越大,分离效率越高。计算结果与理论规律是一致的,可为分离器结构设计及优化提供参考依据。     

入口面积可变式旋风分离器的性能

当旋风分离器的进气流量(Q_in)小于设计流量时,分离效率会大幅降低。对此,笔者提出通过改变入口面积来保持或提高分离效率的解决方案。首先,以PV型旋风分离器为对象,通过冷态实验,对比了2种入口面积改变方式与分离效率的关系。结果表明,随着进气流量减小,入口面积减小可有效提高分离效率,且侧堵入口(BS型)的效果优于横堵入口(BT型)。流场模拟结果表明,与BT型旋风分离器相比,BS型旋风分离器的切向速度更大,径向速度峰值更小且更均匀,因此其分离效率更高。其次,设计了1种入口面积可变式(VIA型)旋风分离器,确定了入口面积调节方法,并测试了其分离性能。结果表明,当进气流量从最佳进气流量递减时,因其入口面积可随之变小,入口气速基本不变,而分离效率不降反升,并在实验范围(Q_in为2300~9700 m³/h)内一直保持较高的水平。     

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。     

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。     

地面旋流油水分离器分离效率试验研究

为了研究旋流油水分离器的影响因素,优化其关键结构尺寸,获得最佳使用工况,开展了旋流分离器的油水分离试验。研究结果表明:随着进液口直径的增大,分离效率先增大后减小,圆锥段角度表现出同样的规律。随着排油口直径的增大,分离效率逐渐减小,圆柱段长度则表现出相反的规律。随着工作压力的增大,分离效率先迅速增大后相对稳定,最后迅速降低。随着排量的增加,分离效率先基本稳定在最优值而后骤降。随着油水比和原油黏度的增大,分离效率呈现出先缓慢下降而后迅速下降的规律。在本试验条件下,旋流油水分离器最优的结构参数组合为进液口直径12 mm,排油口直径3 mm,圆锥段角度11°,圆柱段长度70 mm。优化后的旋流油水分离器的最佳工作压力为1.5～4.0 MPa,日处理量控制在45 m³以内,适用于油水比低于20%、原油黏度低于40 mPa·s的工况。研究结果可指导地面旋流油水分离器的设计及现场应用。