旋液分离器对煤气化细灰的分离特性研究

以煤气化细灰为固相颗粒物料,研究了旋液分离器对含一定细灰黑水的液固分离特性,考察了不同操作参数对不同粒径细灰颗粒分离效率的影响规律。研究结果表明,对10μm以下的细灰颗粒,入口流速、分流比和入口颗粒浓度对不同粒径细灰颗粒的分离效率均有较大影响。对5.012μm以下颗粒,随入口流速的增加,分离效率先减小后略有增大,粒径越小、分流比越大,该趋势越显著;当粒径介于5.012~10μm之间,分离效率随入口流速逐渐增大。10μm以下的细灰颗粒,随分流比的增加,分离效率近乎呈线性增加趋势,并无最佳分流比出现;随入口颗粒浓度的增加,分离效率略有增加。对10μm以上的细灰颗粒,随颗粒粒径的增加受入口流速、分流比和入口颗粒浓度影响逐渐显著。在旋液分离器内,存在明显的小颗粒团聚现象,表现为当颗粒粒径30.2μm时,分离效率已出现超过100%的情况。利用实验结果拟合出旋液分离器对煤气化细灰分离粒度的预测公式,该公式预测值与实验值吻合良好。     

双钩波形板分离器的三维数值模拟研究

利用数值模拟的方法对热态工况下双钩波形板分离器的单级分离效率、总分离效率以及压降进行了研究。结果表明:波形板双钩开口处漩涡的存在造成了蒸汽回流,提高了波形板的分离效率;当波形板入口蒸汽速度v小于2m/s时,分离效率随v的增大迅速提高,但当v大于2m/s时,分离效率趋于平稳;波形板压降随v的增加显著增大;液滴粒径大于10μm时,分离效率随v增加而升高,而液滴粒径为10μm时,分离效率随v增加而降低;液滴分离主要集中在双钩波形板的前2级,波形板后4级的分离效率显著降低;随液滴粒径增大,波形板第1级的分离效率逐渐增大,而第2级先增大后减小,当液滴粒径大于250μm时,前3级的分离效率不再受液滴粒径的影响。     

双钩波形板分离器的三维数值模拟研究

利用数值模拟的方法对热态工况下双钩波形板分离器的单级分离效率、总分离效率以及压降进行了研究.结果表明:波形板双钩开口处漩涡的存在造成了蒸汽回流,提高了波形板的分离效率；当波形板入口蒸汽速度v小于2 m/s时,分离效率随v的增大迅速提高,但当v大于2 m/s时,分离效率趋于平稳；波形板压降随v的增加显著增大；液滴粒径大于10μm时,分离效率随u增加而升高,而液滴粒径为10μm时,分离效率随v增加而降低；液滴分离主要集中在双钩波形板的前2级,波形板后4级的分离效率显著降低；随液滴粒径增大,波形板第1级的分离效率逐渐增大,而第2级先增大后减小,当液滴粒径大于250μtm时,前3级的分离效率不再受液滴粒径的影响.     

粗糙壁面流道内颗粒趋壁沉积特性的数值研究

采用欧拉-拉格朗日方法分别对光滑壁面和布置有横肋粗糙元结构粗糙壁面流道内颗粒趋壁沉积特性进行了模拟。分析了气相速度变化范围在3~7m/s,颗粒粒径在3~40mm范围内的颗粒沉积速率和流道内不同位置的颗粒沉积率变化。结果表明,粗糙元的存在使得粗糙元位置处边界层厚度增加,漩涡捕捉卷吸作用增强;粗糙元结构迎风面是颗粒沉积的主要壁面,沉积率随气相速度的增大而减小,颗粒粒径的增大而增大;粗糙元底面间隙是颗粒沉积到次要壁面,底面间隙颗粒沉积率随气相速度的增大而减小,当颗粒粒径d_p达到10mm时,底面间隙沉积率达到最大值;粗糙元的存在使得颗粒的沉积速率增大,粗糙壁面、光滑壁面颗粒沉积速率均随驰豫时间的增加而增大。     

固阀塔板对煤气化飞灰洗涤净化性能的实验研究

以煤气化飞灰、空气、水为实验介质,研究了固阀塔板的洗涤特性。通过改变洗涤塔入口和塔内操作条件观察其对洗涤效率的影响规律。实验结果表明气量、液量、颗粒浓度以及塔板数对不同粒径飞灰颗粒的洗涤效率均有较大的影响;固阀塔板对大于10μm的飞灰颗粒洗涤效率可以达到90%以上,随着粒径的降低洗涤效率逐渐降低,颗粒粒径在1～3μm之间洗涤效率最低为52%左右;低于1μm的颗粒,随着粒径的降低洗涤效率逐渐升高。不同粒径飞灰颗粒的洗涤效率随气量增加呈现不同的变化趋势,其中3μm以上颗粒的洗涤效率随气量的增加而增大;而1μm以下颗粒的洗涤效率随着气量的增加,洗涤效率逐渐降低;介于1～3μm间的颗粒洗涤效率受气量变化影响较小。不同粒径颗粒的洗涤效率随液量的增加均增大;随入口颗粒浓度增加,5μm以上颗粒洗涤效率略有增加,但3μm以下颗粒随入口颗粒浓度的增加洗涤效率却显著降低,介于3～5μm之间的颗粒洗涤效率变化不大。各层塔板对飞灰颗粒洗涤效率的贡献不同,且在不同层塔板上洗涤效率随粒径变化的趋势也有较大的差异。利用实验结果拟合出预测板式塔洗涤效率的公式,该公式预测值与实验值相符程度较好。     

粒径对旋叶分离器结构敏感性的影响

在不同液滴粒径工况下,对等比例旋叶分离器的旋叶倾角和上升通道高度进行结构敏感性分析。建立基于欧拉法和Realizable K-Epsilon湍流模型的空气-液滴两相流动的数学模型,通过计算流体力学软件对冷态工况下5种不同结构的旋叶分离器流场进行数值模拟,得到了不同液滴粒径下的分离效率变化曲线和液滴质量流量径向分布曲线,同时还通过冷态试验验证数值计算模型。结果表明:当液滴粒径等于5μm或大于100μm时,旋叶分离器效率对旋叶倾角和上升通道高度结构不敏感;当液滴粒径在5～100μm时,18°旋叶的旋叶分离器分离效率大于30°旋叶,上升通道高度等于其一倍直径时旋叶分离器分离效率最优;其中当液滴粒径等于30μm时,旋叶分离器分离效率差值最大,结构敏感性最为显著。     

双进口方形分离器内气固两相流动的数值模拟

采用雷诺应力模型对双进口方形分离器的气相流场进行了数值模拟,同时用拉格朗日法模拟了分离器内颗粒的运动轨迹。数值计算的分离器效率和压降与试验结果基本吻合。结果表明,双进口方形分离器的流场具有Rankine涡的特点,但是在边角处出现局部小漩涡。同时采用数值模拟的方法对分离器结构进行优化,研究了中心筒插入深度、入口尺寸、直筒段长度、锥体长度对分离效率的影响。通过结构优化,分离器的切割粒径可在6μm左右。方形分离器内旋流较弱,压降较小,可以认为不是分离器性能的主要影响因素。     

动车组支柱绝缘子伞裙不同部位积污特性的仿真研究

为研究动车组支柱绝缘子伞裙不同部位积污特性,将动车组支柱绝缘子伞裙分为迎风面、背风面和侧风面,建立了积污特性的流场计算模型,以质量沉积率为表征积污特性的参数,分析了不同部位质量沉积率与污秽颗粒粒径、气流速度之间的关系,比较了不同部位质量沉积率的差异性。仿真结果表明:迎风面和侧风面质量沉积率随污秽颗粒粒径的增大而增大,背风面质量沉积率随污秽颗粒粒径的增大而减小;不同部位质量沉积率与气流速度的关系受污秽颗粒粒径的影响,当污秽颗粒的粒径大于10μm时,随着气流速度增大,迎风面和侧风面质量沉积率增大,背风面质量沉积率保持为0,在相同污秽颗粒粒径和气流速度条件下,迎风面质量沉积率大于侧风面,而当污秽颗粒的粒径小于10μm时无上述规律。     

入口收缩角度对旋风分离器分离性能的影响

入口收缩角度对旋风分离器内流场及分离性能有着重要影响,从而影响循环流化床(CFB)机组的运行性能。本文以临清三和280 t/h CFB锅炉的旋风分离器为例,采用数值模拟的方法对入口收缩角度a为14°、20°、25°、30°、34°这5种旋风分离器进行研究。结果表明:当烟气流量恒定时,入口收缩角度越大,切向速度越大,颗粒所受到的离心力也越大;轴向速度的下行流速度也越来越大而上行流速度越来越小;分离器的压降越来越高,而分离效率先逐渐升高后逐渐下降。进一步研究收缩角度和缩口速度对分离效率的影响,收缩角度和缩口速度都存在优化值,在本研究范围内,该型旋风分离器收缩角度和缩口速度的优化值分别为30°、20 m/s。     

水力旋流器中水沙两相流动三维数值模拟

运用基于颗粒动力学理论的欧拉-欧拉液固多相湍流模型,对水力旋流器内的高浓度水沙两相三维流动进行了数值模拟研究.研究内容包括水力旋流器内的水相和颗粒相速度分布、不同粒径颗粒浓度分布和分离效率等.模拟结果表明,水力旋流器内颗粒浓度分布是不均匀的,对于粒径5μm、15μm的泥沙颗粒,主要分布在内旋流区域;而对于30μm的泥沙颗粒,主要分布在外旋流区域.在旋流器锥体空间,颗粒相与水相的切向和轴向速度分布曲线基本重合,而径向速度分布曲线有明显的差值.最后与混合模型颗粒分离效率的计算结果进行了比较.     

旋风分离器入口上侧收缩角对流场影响研究

为了改善旋风分离器内部流场的不对称性并提高分离效率,提出在旋风分离器的入口上侧设置收缩角,并采用Fluent软件的雷诺应力模型（RSM）对入口上侧带收缩角的旋风分离器进行数值模拟。结果表明:设置入口上侧的收缩角,可使旋风分离器近壁面区域的静压明显增加,中心轴线上的静压波动减小,并且排尘口附近的负压值变大,有利于改善颗粒返混现象;入口收缩角使入口截面逐渐变小,入口气流逐渐加速,而压降大致与入口速度的平方成正比,导致压降升高;入口收缩角没有改变短路流发生的区域,积分截面都在排气管末端下方15 mm处,但是改进后的旋风分离器短路流量减少,切向速度变大,有利于颗粒分离。     

循环流化床锅炉旋风分离器分离特性的研究

通过对220 t/ h 循环流化床锅炉高温旋风分离器进行的试验研究,得出了旋风分离器的分离效率、分级分离效率及一些因素如入口风速、飞灰浓度、粒径大小、烟气温度等对分离器性能的影响;以及分离性能对循环倍率、炉内燃烧等锅炉运行特性的影响。试验结果表明:烟气温度升高会减少分离效率; 分离器的分离效率随进口烟速的增大而增大、随飞灰浓度的增加而增大、随飞灰粒径的增加而增大;循环倍率越高,要求的分离效率越高; 燃料中灰分越高,所要求的循环倍率越大。     

排气口与排尘口直径对旋风分离器性能影响的对比分析

针对排气口与排尘口直径对旋风分离器流场及分离性能的影响,通过数值模拟,分析缩小排气口与增大排尘口直径下不同旋风分离器的切向速度、轴向速度、压降、分离效率的变化情况。研究结果表明：缩小排气口直径,旋风分离器内部切向速度和轴向速度整体增大,内部涡流直径缩减,显著提升旋风分离器的分离能力,且对于颗粒粒径越小的颗粒分离效率提升越显著,但旋风分离器内部压降损失也会随着排气口直径的缩小而急剧增加。增大排尘口直径,当出口直径增大为0.5D时,整体切向速度会略微减小,外旋流部分轴向速度增大,旋风分离器的总分离效率会得到提升,内部压降损失会降低。继续增大排尘口直径到0.625D,对旋风分离器内部流场及分离性能影响不大。     

低风速环境下光伏组件积灰特性模拟研究

以YL250P-29b光伏组件为研究对象,利用COMSOL软件对其在低风速环境下的积灰特性进行了数值模拟;模拟与实验的对比结果表明,两者数量级相同且变化趋势一致,验证了数值模拟方法的合理性.分析了风速、粒径、安装倾角对光伏组件表面积灰特性的影响,结果表明,低风速环境中,同一安装倾角下对于20和25μm颗粒,积灰密度随风速增加而增加;风速不变且安装倾角大于30°后,积灰密度随安装倾角增加而降低;当风速和安装倾角相同时,20μm粒径的积灰密度大于其它粒径的;安装倾角为30°时,颗粒各粒径下的积灰密度均达到峰值,此后随安装倾角增加而下降;一定条件下,可结合灰尘粒度分析结果考虑适当增加安装倾角以减小颗粒沉积.     

高温线管式静电除尘过程三维模拟

为了分析高温线管式静电除尘器中的除尘过程与颗粒运动情况,建立了颗粒动力学与颗粒收集的三维理论模型,并利用商业CFD软件Fluent对模型进行模拟计算。结果表明:高温线管式静电除尘系统的除尘效率、颗粒运动情况与实验研究较符合;增大端口电压是提高除尘效率的有效方法;当粒径减小时,颗粒的沉积高度会迅速增大,从而变得难以收集,以620℃、端口电压17 310 V的工况为例,粒径大于6μm颗粒的收集效率接近100%,而亚微米颗粒(0.1~1.0μm)的收集效率只有40%左右;颗粒进入除尘空间的初始位置对颗粒运动轨迹有很大影响,以粒径为10μm的颗粒为例,颗粒的初始位置越靠近阳极管,颗粒沉积高度就越低,收尘所需时间越短。     

冷凝除雾器分级除尘效率影响因素模拟研究

冷凝式除雾器协同除尘作用可进一步降低燃煤烟尘排放浓度。该文建立描述冷凝除雾器内三相运动的数学模型和计算方法,对除雾器协同除尘过程进行数值模拟,分析吸收塔入口烟气速度、相对温差、相对湿度及除雾器的换热面积影响对颗粒粒径增长和脱除的影响规律。结果表明:初始粒径小于2.05μm的颗粒以热泳捕集为主;初始粒径小于1.03μm的颗粒捕集效率受烟气湿度影响明显;初始粒径大于2.05μm的颗粒以惯性捕集为主;除雾器换热面积越大,颗粒的捕集效率越高。可知,在入口处烟气温度保持在50℃以上,烟气相对湿度在95%以上,除雾器壁面温度在25℃以下,烟气流速大于3.14m/s,除雾器通道间隙保持在20mm以内,通道长度在350mm以上,峰的数量大于或等于2时,有利于提升冷凝除雾器协同除尘性能。研究结果可为冷凝式除雾器装置结构优化和工程应用提供理论指导。     

旋风分离器的入口烟道布置对性能的影响

大型循环流化床锅炉都采用多个旋风分离器并联布置在炉膛出口,这些旋风分离器的入口烟道受锅炉空间的限制都是短入口烟道,不同的入口烟道布置方式会直接影响旋风分离器的性能。在筒体直径为1 m的旋风分离器实验台上设计了内侧式与外侧式2种短入口烟道,对比研究入口烟道布置方式对旋风分离器性能的影响。实验结果表明,入口烟道布置方式显著影响旋风分离器的性能;在相同条件下,内侧式入口烟道的旋风分离器的分离效率比外侧式的高,压降也比外侧式略高。数值模拟结果显示,入口烟道布置方式对颗粒在短入口烟道中的分布有直接的影响;采用外侧式入口烟道时,颗粒流股在短入口烟道内无法贴向外壁,部分颗粒直接冲击排气管,导致分离效率降低。     

粗糙流道微细颗粒物沉积特性的数值研究

应用Weierstrass-Mandelbrot(W-M)分形方程构建了均方根粗糙度为0.5mm的壁面,采用欧拉-拉格朗日双向耦合方法,对粒径范围为0.1~20μm的球形固体颗粒在风速范围为3~7m/s的粗糙流道内的沉积行为进行了数值模拟,研究了粗糙流道内的颗粒沉积特性。结果表明:粗糙结构在近壁区间生成一系列湍流涡,可大幅提高微小颗粒(无量纲弛豫时间τ+1)的沉积速度,但粗糙结构对较大颗粒(τ~+1)的沉积速度影响较小;风速的提高增大了近壁区间内的湍流涡速度及湍动能,可增大d_p≤5μm的颗粒的沉积率,但对于d_p≥10μm的颗粒,提高风速会使其沉积率下降;减小壁面粗糙度可作为减弱PM2.5沉积速度的有效手段。     

基于改进MED模型的循环流化床壁面磨损数值模拟

采用商业软件Fluent 6.3.26中的双流体模型研究了不同操作条件和颗粒物性对流化床内壁面磨损速率的影响。基于颗粒动力学理论(KTGF)对单层能量耗散(MED)磨损模型进行改进,并对比验证了改进模型的准确性。采用该模型研究了表观流速、固体负载量、颗粒粒径和密度等不同操作条件对壁面磨损速率的影响。结果表明:壁面磨损速率随着表观流速和固体负载量的增加而增大;在相同的操作条件下,粒径较小和质量较轻的颗粒磨损速率较快,发生磨损的区域面积也相对较大。     

基于空气深度分级燃烧的循环流化床旋风分离器改造数值模拟

基于空气深度分级NO_x减排原理,将旋风分离器的中心筒改为套筒形式,在套筒内通入顶部风作为补燃风,并模拟研究了顶部风通入后对旋风分离器分离效率的影响。结果表明:顶部风通入之后,进出口压差上升;在最佳顶部风速下,对于粒径小于1.5μm的颗粒,旋风分离器分离效率最多可上升10%左右;套筒插入深度由10mm增至45mm,颗粒分离效率先上升后下降,最佳顶部风速由30 m/s降低至10～20 m/s;减小套筒尺寸至1 mm可使进出口压差降低57%左右,且套筒尺寸的变化对最佳顶部风速影响不大,可保持在10～20 m/s。