环流循环除尘系统分离柱内旋风流场的基本分析

环流循环除尘系统是旋风分离技术上的一个重要突破,它成功地解决了用旋风分离器高效捕集亚微米粉尘(≤2μ)的问题,同时还具有压降低、操作弹性大等优点。而分离柱作为环流循环除尘系统的主要组成部分,对分离效果起着重要的作用。因此,对分离柱内部流场进行系统的研究十分必要。文章从柱坐标下理想流体的N-S方程和连续性方程出发,对环流循环除尘系统分离柱内旋风流场进行了系统的理论分析,推导出分离柱内理想流体的径向速度、切向速度和轴向速度的基本表达式,并将计算值和试验值进行了比较。研究结果表明,所采用的数学模型和计算公式是可行的。     

旋风除尘器减阻节能技术的研究与应用

通过安装在旋风除尘器内适当位置处的减阻杆,可以在保证分离效率的前提下降低流动阻力,实现设备的节能增产。分别采用五孔球形探针、激光多普勒测速仪和粒子图像测速仪对旋风除尘器内安装减阻杆前后的时均流场与湍流场进行了测量,发现减阻杆降低了流场中于粉尘分离无益的内旋流切向速度,削弱了中心区域的湍流强度,使湍流耗散减弱,从而实现减阻。工业应用实例表明旋风除尘器减阻杆技术是可行的,而且取得了显著的经济效益。     

内锥式三相旋流分离器分离性能研究

采用Fluent软件对内锥式三相旋流分离器的内部流场进行模拟研究,分析了分离器的分离机理,在理论方面验证了使用该分离器对气液固三相进行分离的可行性.此外,通过室内实验研究明确了不同操作参数(包括入口流量、气液比和分流比)对分离效果的影响,并总结出了该结构尺寸分离器的最佳操作参数范围.     

旋风除尘器减阻节能增产技术

通过安装在旋风除尘器内的减阻杆,可以在保证分离效率的前提下降低流动阻力。分别采用5孔球形探针、激光多普勒测速仪和粒子图像测速仪对旋风除尘器内安装减阻杆前后的时均流场与湍流场进行了测量,发现减阻杆降低了流场中与粉尘分离无益的内旋流切向速度,削弱了中心区域的湍流强度,使湍流耗散减弱,从而实现压降降低达到减阻目的。根据流动参数的变化,分析了减阻杆的减阻机理,提出了"加涡减阻"的假设。并介绍减阻杆在工业上的应用实例。     

Investigations on various characteristics of novel cyclone separator with helical square fins

ABSTRACT

Cyclone separators are very energy intensive devices primarily used in power and process industries to separate the particles from hot gases. Hence in the present study, the barrel wall of the cyclone separator was modified by fixing the helical square fins of sizes 5, 7.5, and 10 mm, with 30 and 50 mm pitch variations to improve its separation efficiency. Hence in the present study, various fluid dynamic characteristics which affect the separation efficiency such as axial and tangential velocities, axial pressure drops were investigated. Computational results were validated using the published experimental data for the non-finned cyclone separator and further CFD simulations were performed for novel finned cyclone separators. It was observed that for the particles’ sizes below 3 µm, finned cyclone separator with fin size 10 mm and pitch 50 mm was giving separation efficiency more than other 5 finned cyclone separators. Also 5 to 10% improvement in the separation efficiency was observed over the separation efficiency of the non-finned cyclone separator. Since main function of separating the particles from gas was unaffected rather it was improved using finned cyclone separator(s) which is important in a view of reducing serious fine particulate matter (PM2.5) emissions causing serious health issues.     

旋风分离器进口涡旋感生速度场的减阻增效作用

旋风分离器进口段管路的结构关系着进口气速的分配,直接影响到下游分离空间三维速度场的形式,合理设计进口管的样式是挖掘分离器分离潜力的可能入手之处。采用实验及数值模拟手段,对环管和直管2种进口管路下轴对称双进口分离器的性能与流场作了对比研究。结果表明,环管进口的分离器分离总效率比两侧进口的平均高1.5个百分点,而压降损失降低25%以上。前者阻力小的原因在于进口环管内气流为局部的涡旋,与分离器内旋涡流动的形式接近,两股气流交汇时碰撞程度轻,附加的额外能耗较小;而总效率提高的原因为,环管进口的分离器切向速度比两侧进口的分离器约高0.15倍进口气速,能增强颗粒受到的离心作用、减小切割粒径,从而提升分离器总效率。根据涡旋理论,局部区域的涡旋会对整个流动空间产生感生的速度场,由于环管进口的分离器进口管内局部涡旋的存在,整个分离空间的切向速度场被增强。这种由涡旋感生速度场提升分离器切向速度的方式,加深了分离器运行过程中压头向速度转换的程度,不会消耗额外的能量。因此,采用旋涡流的进气方式,并合理提高进口涡旋的强度,是分离器分离性能进一步提升的新途径。     

环流式旋风除尘器内流场的数值模拟

采用 CFD 模拟软件 Fluent 6.2 提供的雷诺应力模型(RSM)对环流式旋风除尘器内的流场进行了数值模拟研究.并与热线热膜风速仪实验测试结果进行了比较.模拟结果与实验结果基本吻合.结果表明:环流式旋风除尘器特殊的流路设计,避免了内外旋涡的相互干扰,增强了旋转速度,规整了流形,减小了强湍流对性能的影响,消除了旋风除尘器易产生的短路流和二次返混,提高了除尘效率,降低了设备的压降.通过对影响除尘器性能的局部涡进行分析,为进一步优化结构提供了参考依据.     

Effects of Surface Roughness on the Performance of Tangential Inlet Cyclone Separators

This study is carried out to investigate the effects of surface roughness on the flow field and cyclone performance. The flow inside the cyclone separator is modeled as a three-dimensional turbulent continuous gas flow with solid particles as a discrete phase. The continuous gas flow is predicted by solving the governing equations by using the Reynolds Stress turbulence model, and the modeling of the particle motions is based on a Lagrangian approach. The results of the numerical simulations are compared with experimental data as well as with the results of mathematical models. Analysis of computed results shows that increase of relative roughness due to corrosion, wear, or accumulation of particles on the inner walls considerably influences the tangential velocity, cyclone separation efficiency, and cyclone pressure drop especially for high inlet velocities. Decreases in cyclone collection efficiency and pressure drop with the increase in surface roughness are found to be more pronounced for high values of relative roughness.     

旋风分离器分离性能的数值模拟与分析

以XLPB-5.0和XCX-5.0两种旋风分离器为原型,采用CFD软件对这两种旋风分离器进行了流场与分离效率的数值模拟,初步探讨了入口蜗壳形式与芯管结构对分离效率的影响。模拟结果显示:旋风分离器内流场呈各向异性分布特点,切向速度是影响分离效率的首要因素,径向速度的存在会造成"流场短路"现象,使轴向速度呈不对称分布,导致分离效率的降低。轴向速度与径向速度的共同作用促使颗粒在旋风分离器内做螺旋运动;XLPB-5.0和XCX-5.0的分离效率分别为92.55%和94.96%,与实验结果基本吻合,且不同芯管参数下XCX型的分离效率比XLPB型高;螺旋式入口蜗壳(XCX-5.0型)对旋风分离器上部流场的影响相比直流式入口蜗壳(XLPB-5.0型)复杂;对于两种旋风分离器,随着芯管直径的增大,分离效率逐渐变小;随着芯管深度的增大,分离效率先增大后减小。     

双循环旋风分离器除尘机理的数值模拟

双循环旋风分离器通过将主进口设置在筒体中部,将顶部进气口设置为回流口,消除了进气口附近的二次流,避免了短路流,将大于3μm颗粒的分离效率提高至接近100%,并避免了少量11—15μm颗粒的短路逃逸。为了探索该设备的除尘机理,借助CFD软件,通过数值模拟研究的方式,辅助分析了2种进气口在分离性能上不同,传统旋风分离器不能完全分离3—8μm和11—15μm颗粒的机理,以及消除二次流的方法。计算结果表明:当回流气速低于主进气速时,会产生类似于顶端进气口的现象,即二次流、灰环和短路流,降低了小于6μm颗粒的分离效率。当回流气速略大于主进气速时,可以完全消除主进气口附近的二次流,使得所有粒径颗粒的分离效率都较高。模拟结果与实验结果从定性的角度符合较好。     

旋风分离器有无灰斗对气相流场动态特性的影响

旋风分离器底端的排尘口依据气固分离工艺的要求分别采用有灰斗或无灰斗结构。但灰斗是否存在对旋风分离器内部流场影响的研究尚显不足。为此，采用热线风速仪对排尘口有灰斗和无灰斗的旋风分离器气相流场的切向速度进行了测量。结果表明旋风分离器内旋转流具有较强的不稳定性，表现为瞬时切向的速度低频高幅值波动变化。灰斗的存在进一步导致了排尘口附近瞬时切向速度的强烈波动。通过对瞬时切向速度的频谱分析表明，有灰斗结构的旋风分离器瞬时切向速度有2个主频，分别是存在于整个空间的全空间主频和出现在锥体下端排尘口附近区域的局部主频。无灰斗结构的旋风分离器仅有1个全空间主频。全空间主频是气体旋流中心围绕旋风分离器几何中心摆动造成的，而局部主频是灰斗气体回流造成的。灰斗气体回流主频与全空间旋转流摆动的主频叠加形成了锥体下端排尘口附近区域瞬时切向速度的2个主频。     

黄磷脱砷装置中分相器的CFD数值模拟研究

介绍了黄磷脱砷工艺及该工艺中黄磷-双氧水分相器的基本结构、工作原理、优点和应用,着重研究了分相器旋流腔内流场特性。由于通过实验的方法无法全面地揭示其流场性质,采用计算流体力学的方法,用Gambit对该分相器进行几何建模、网格划分和边界条件的定义,应用Fluent软件,选用雷诺应力模型(RSM模型)作为湍流模型对黄磷-双氧水分相器进行了数值模拟计算,得到分相器内部流场、速度场和压力场的信息,还有黄磷体积分数等物理量的变化规律,并将数值模拟分离效率与实验结果进行了比较,分析了分相器内部流场的分布规律和两相流的分离特性,为黄磷-双氧水分相器的工业化放大设计提供参考依据。     

新型旋风管内颗粒浓度分布的实验研究

在Shell型旋风管基础上进行了结构与尺寸的优化匹配,得到一种新型高效旋风管. 采用等动采样方法,对新型旋风管内的颗粒浓度场进行了测试与分析. 实验结果表明,新型旋风管开有排尘槽的锥形排尘结构有较好的分离效果,并在一定程度上可以降低颗粒的返混;加设导流锥结构可显著减少短路流,并能使细小颗粒受到较强的惯性作用而得到分离. 灰斗上方区域,沿轴向向上颗粒浓度呈下降的趋势,表明内旋流对颗粒具有较强的二次分离作用. 对粒级效率的估算结果表明,新型旋风管可将粒径大于7 mm的颗粒全部除净,3~7 mm的细小颗粒的粒级分离效率可达86%以上,而相同操作条件下Shell型旋风单管仅能将10 mm以上的颗粒除净. 本工作为旋风管的结构改进、尺寸优化乃至工业推广应用提供了必要的基础.     

多效旋风分离器性能的实验研究

多效旋风分离器通过采用2级螺旋管预分离含尘气体、螺旋形顶盖板导流、筒体中心稳流锥稳流和吸气回流系统防止粉尘返混等措施,解决了在旋风流场中分离微米及亚微米级颗粒的难题。文中通过实验研究了直径为0.25 m的多效旋风分离器的压降、分离效率和进口风速的关系,实验物料粒径范围为0.1—23μm,平均粒径为7.59μm。结果表明:在10—14 m/s入口风速时,对0.1—3μm颗粒的分离效率大于90%,对大于5μm颗粒的分离效率接近100%,压降在500—1 000 Pa。风速大于16 m/s时,对0.1—2μm颗粒的分离效率大于75%。     

水力旋流筛分机设计方案探讨

在认识了旋流分离机理的基础上,简要分析了传统旋流器内的流型及对分离过程的影响,针对传统旋流器存在的缺点,结合筛分的特点,提出了一种新型的分级旋流器的设计思路,即水力筛分机,利用旋流推动颗粒层移动,实现动态过滤的目的。     

Numerical simulation and experimental study of gas cyclone–liquid jet separator for fine particle separation

To address the shortcomings of existing particulate matter trapping technology, especially the low separation efficiency of fine particles, herein, a novel gas cyclone–liquid jet separator was developed to research fine particle trapping. First, numerical simulation methods were used to investigate the flow field characteristics and dust removal efficiency of the separator under different working conditions,and to determined suitable experimental conditions for subsequent dust removal experiment...     

FCC内置式四旋分离系统内气固两相流场的数值研究

通过数值模拟的方法,采用RSM湍流模型对FCC内置式四旋分离系统内气固两相流场进行了研究.研究表明,四旋灰斗底部存在错流,不利于排料;储料罐顶部平衡管泄气有利于四旋排料,但同时增加了颗粒逃逸的概率,降低分离系统效率;分离系统内颗粒运动轨迹包括灰斗捕集、排气管逃逸及平衡管逃逸,控制颗粒在平衡管逃逸可通过在储料罐内添加锥形挡板结构实现;四旋环形空间顶部与灰斗底部锥段颗粒浓度较高,易对四旋内壁产生磨损;内置式四旋分离系统优点在于不存在催化剂跑损问题.     

旋风分离器分离效率影响因素分析

采用ANSYS-FLUENT数值模拟,分析了旋风分离器内压力分布和流场速度分布,对比不同气速和不同圆柱直径对旋风分离器分离率的影响。结果表明：旋风分离器的分离效率在一定范围内会随着气速的增大而增加,达到一定值后分离效率会降低;针对一种新型旋风筒结构,将其圆筒直径从5.8 m减小到5.0 m,旋风分离器的分离效率提高。     

旋风分离器在结构上的改进

在旋风分离器的排气管处增加二次流,通过控制二次流的大小及进风方向达到改变旋风分离器内部流场分布,从而减少上灰环和短路流的产生,提高了对微细粉尘的分离能力。     

旋风流场的导流与整流

针对环流式旋风除尘器分离区内存在影响分离效率的涡流与非理想流动情况,提出在旋风除尘器内增设导流件以改进其性能,利用CFD大型流体模拟软件F luent6.2提供的雷诺应力模型(RSM)进行了数值模拟研究,优化了导流件结构,并进行了实验验证。模拟结果表明:增设导流件后,环流式旋风除尘器一次分离区内气流旋转更加规整,气流旋转圈数增加,流体的切向速度增大,有利于粉尘分离。实验结果证明:添加导流件后,除尘器分离效率由94%左右提高至96%左右,设备压降略有增加。