PV型旋风分离器内流场的试验研究

用五孔球探针与热线风速仪测定了不同结构参数的ＰＶ型旋风分离器全空间内的三维速度分布，总结了入口气速与主要结构参数变化后对流场的影响规律，提出了相似放大的办法。结果表明，在旋风分离器的蜗壳顶部存在纵向二次流，在芯管下口附近存在短路流，在排尘口处有较强的灰斗返气，这些均不利于气固分离     

不同锥体结构旋风分离器的分离特性数值研究

采用CFD软件FLUENT对3种排尘口直径不同的旋风分离器以及长锥型旋风分离器中的气相流动规律进行数值模拟,模拟结果与试验结果基本吻合.模拟结果表明,随着排尘口直径的减小,分离性能有所提高.长锥型旋风分离器轴向速度分布呈现与高效Stairmand型旋风分离器不同的不稳定分布状态,出现明显的短路流现象,通过改进其结构尺寸可得到稳定流场,从而提高分离效率.CFD数值模拟方法可以很好地预测旋风分离器结构尺寸变化对内部流场的影响.     

旋风分离器自然旋风长的实验研究

本文用五孔球探针详累测定了长筒型旋风分离器内的三维速度场，讨论了旋风分离器入口面积和芯管下口直径对分离器内旋转流衰减过程的影响。流场测定和加尘试验充分证明，旋风分离器自然旋风长大于Ａｌｅｘａｎｄｅｒ经验公式计算值。通过对实验结果进行分析，给出了一个新的计算自然旋风长的经验公式。新的经验公式可用于旋风分离器设计及分离效率的计算。     

旋风分离器的压力降计算

以应用中最为常见的筒锥型切流返转式旋风分离器为对象,考察了旋风分离器各结构尺寸及入口气速对压力降的影响,评价了若干压力降模型的适用性。结果表明,Stairmand压力降计算模型的均方差最小,但由于其忽略了几何放大对压力降系数的影响,限制了该压力降模型的适用性。利用相似与模化的分析方法,在对文献给出的实验数据进行回归分析的基础上,修正了Stairmand压力降计算模型,并将修正式的计算结果与实验测量值及另外多篇文献中给出的切流返转式旋风分离器在不同结构尺寸及操作气速共计150种工况下的实验数据进行对比,结果表明,修正式的精度更高,适用范围更广,可以满足旋风分离器设计计算的要求。     

PV型旋风分离器流场的计算分析

根据旋风分离器流场的大量实测数据。经多元回归分析得到了切向、轴向气速在分离器蜗壳与分离空间内的无量纲化的计算公式，其中包括影响分离效率的两个关键结构参数ＫＡ与ｄｒ。由此基础上还提出了短路流量与进入灰斗气量的计算公式。     

不同结构循环旋风分离器流场的数值分析

采用CFD软件——Fluent6．2中的雷诺应力湍流模型,对具有不同几何结构的循环旋风分离器气相流场进行数值模拟,以考察循环旋风分离器的几何结构对其流场的影响。模拟结果表明,循环管可以减小不利于气、液相分离的轴向速度并降低压降,防液罩可以在不增加压力损失的情况下增强气、液相分离的主要动力——切向速度,循环旋风分离器存在一个最佳入口直径。     

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。     

高压气体除尘旋风分离器的结构与性能研究

对比研究了三种高压旋风分离器的结构及分离性能。发现在相同气速下,压力容器式旋风分离器外旋流处的切向速度高于另外两种分离器,中心涡核处轴向速度低于其余两种分离器;相同条件下的冷模对比试验显示,压力容器式旋风分离器的效率较另外两种分离器高1%~2%;压力容器式旋风分离器不仅结构简单,而且拥有较好的结构强度和分离性能,适合高压工况下应用。     

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。     

基于蒙特卡洛算法的旋风分离器优化设计

为了提高旋风分离器的分离效率,基于蒙特卡洛算法建立了旋风分离器优化设计的数学模型。采用雷诺应力模型数值模拟旋风分离器内的强旋湍流流动,使用随机轨道模型单相耦合模拟固相颗粒的运动轨迹,从而计算分离效率。通过给定气体处理量、密度、黏度与颗粒范围等初始条件,进行旋风分离器优化设计。计算结果表明,蒙特卡洛算法能够对旋风分离器筒体直径、入口高度、入口宽度、内筒直径、内筒插入深度、直筒长度、总长度与排料口直径等参数的最优解进行快速搜索,实现旋风分离器高效分离的目的。     

用改进的RNGk-ε 模型模拟旋风分离器内的强旋流动

在RNG k-ε湍流模型的基础上,对模型常数和近壁面处理方法加以改进,并将其应用于旋风分离器内强旋流动的数值模拟。将计算结果与RNG k-ε模型、Reynolds应力输运模型(RSM)的计算结果及实验数据进行比较。随后采用欧拉-拉格朗日模型（湍流模型为RSM）和欧拉-欧拉模型（湍流模型为改进的RNG k-ε模型）分别对旋风分离器内的气、固两相流动进行计算,考察了旋风分离器内的颗粒浓度分布特点。结果表明,改进的RNG k-ε模型和RSM对旋风分离器内流场分布的预测结果与实验结果比较吻合, 并且前者所需计算时间却大大缩短,更适合工业应用。使用改进的RNG k-ε湍流模型的欧拉-欧拉多相流模型可以重现旋风分离器内的气、固两相流动特点,并应用于旋风分离器的优化设计。     

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%.     

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。     

炼油工业中气固相分离技术的进展

本文综述了气固相旋风分离技术的进展,介绍了国内外流化催化裂化用内外旋风分离器以及高温烟气能量回收用高效旋风分离器等的结构型式和使用性能,还扼要概述了高温过滤技术的进展.     

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。     

旋风分离器自然旋风长的影响因素

自然旋风长为旋涡尾端到排气管下口截面的轴向距离。旋涡尾端是复杂的湍流动力学现象,对旋风分离器内颗粒返混、壁面磨损、料腿结垢和堵塞有重要影响。目前,学者们将自然旋风长的影响因素主要归结为筒体直径、入口面积和排气管直径3个方面,忽略了其他结构参数及操作参数的影响,故经验公式的准确性及适用性较差。笔者对旋风分离器内部能量传递过程进行分析,阐述旋涡尾端的存在机理,并实例说明自然旋风长经验公式的局限性与不足,总结了筒体的高/径比、锥体尺寸等几何参数,以及入口速度、入口浓度等操作参数对自然旋风长的影响,以期为旋风分离器高度的设计优化提供参考。     

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。     

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。     

粒子群算法优化极限学习机的旋风分离器压降建模

旋风分离器是化工行业常用气固分离装置,准确地预测旋风分离器的压降性能,并对其进行设计和放大至关重要.当前旋风分离器压降模型存在建模时间较长和预测精度较差的问题,为此采用极限学习机(Extreme learning machine,ELM)对旋风分离器压降进行了建模,并引入粒子群优化(Particle swarm opt...     

一种新型的密闭式旋风分离器

Mobil石油公司和Kellogg公司联合开发的能够减少提升管终端热裂化反应的密闭式旋风分离器，1988年安装在由UOP公司设计的Paulasboro炼油厂的FCC装置上，效果十分明显。分析表明，反应产物出提升管旋风分离器后，大约有50％的油气返混到反应沉降器，返混的油气发生不理想的二次反应，造成汽油和馆分油产率降低。燃料气和重质燃料油产量升高。由于提升管旋风分离器的出口与沉降器旋风分离器的人D直接连接，密闭式旋风分离器的返混只有3w吼，基本消除f返混。将提升管旋风分离器改造成密闭式旋风分离器，汽油和馆分油的产率一般能提高2．5、…