分离层数对多层分离结构旋风分离器性能的影响

为提高旋风式油气分离器在变工况下的分离效率,提出了多层分离结构的旋风分离器,对该结构的分离性能进行了数值模拟和实验研究。在入口气速较大时(12～13 m?s?1),三种不同分离结构的旋风分离器分离效率基本相同,但对于出口处直径为2～5μm的小油滴数量,具有三层分离结构的旋风分离器的比单层分离结构的旋风分离器减少了77.2%～51.0%;在入口气速较小时(7～8m?s?1),具有三层分离结构的旋风分离器分离效率比单层分离结构的旋风分离器提高约24.1%。在所有测试工况下,三层分离结构的旋风分离器的压力损失比单层分离结构的旋风分离器降低了35%～45%。上述研究结果表明,三层分离结构的旋风分离器压力损失小,低负荷时分离效率高,高负荷时对较小油滴分离效果好,即三层分离结构的旋风分离器在变工况时均保持较高的分离性能。     

输气站场多管旋风分离器流场分析

为了系统评价输气站场用多管导叶式旋风分离器的分离性能,模拟计算了入口速度7~27 m/s、颗粒密度1000~5000 kg/m3、颗粒浓度2.5~2500 g/m3、操作压力1~5 MPa条件下21管旋风分离器的分离效率和压降. 结果表明,多管旋风分离器的压降主要来自单管压降,约占整个压降的80%~90%,旋风子单独使用和并联使用时其流场分布规律相同,沿轴向对称分布,中心涡核处压力最低;分离效率和压降均随入口速度增大而增加,粒径为1~10 mm的固体颗粒分离效率从30.57%增加到63.86%,压降从9053 Pa增加到116864 Pa,在入口速度7~27 m/s范围内基本能除尽粒径大于6 mm的颗粒;随颗粒密度增加,分离效率增大,压降几乎不变;操作压力增大分离效率降低,而压降略增加. 各单管间进气量波动均不超过5%.     

E型旋风分离器流场的数值模拟和分离性能研究

采用数值模拟方法分析了旋风分离器内的上顶板附近的二次流特性,并与试验结果进行了比较,吻合较好。模拟了旋风分离器内的切向、轴向速度随入口气速变化的特性,并以此说明E型旋风分离器的流场结构特性。采用DPM方法分析了旋风分离器的入口速度、粉尘浓度和排气口直径对其效率的影响,模拟结果与试验测定值变化趋势一致。     

双循环旋风分离器分离性能的实验研究

双循环旋风分离器采用筒锥结构,有2个切向进气口,即主进气口和回流口,分别位于筒体的中部和顶端。排灰口底部设有稳流锥,灰仓侧壁设置了抽气口。通过实验研究了进口位置、进口气速、稳流锥和抽气操作对此新设备分离性能的影响。实验设备直径为0.250 m,实验物料采用粒径0.1—36μm,平均粒径为8.72μm的石英砂。结果表明:主进口进料,风速在12—19 m/s变化时,总分离效率为98.5%—99.17%,可以基本去除大于3μm的颗粒。主进口进料比回流口进料总分离效率大1.5%—3.5%。采用主进气口进料时,稳流锥可以提高总分离效率0.15%—0.2%,抽气操作可以提高总分离效率0.3%—0.4%;回流口进料时,分别提高1.5%—2%和0.6%—1%。     

顺流式旋风分离器的分离性能研究

采用冷态对比实验研究从灰斗引出排气管的新型顺流式旋风分离器的分离性能。试验考察了导流体直径、导流体长度、导流体-排气管口距离、排气口直径等结构因素对分离性能的影响以及不同入口气速条件下的分离性能。研究结果为该类型旋风分离器的优化设计提供了依据。     

旋风分离器芯管结构改进的试验研究

在PV型旋风分离器的基础上对其芯管结构进行了改进,并通过正交试验得到了一种新的斜切芯管结构。性能对比试验结果表明,当入口气速为20m/s时,相对于基准模型,改进结构的压降平均降低10%,跑损率降低15%。     

排气管偏置分离器分离性能的数值模拟

采用雷诺应力模型（Reynolds stress model,RSM）对旋风分离器排气管中置和偏置时的气相流场进行了数值模拟,并用拉格朗日法模拟了分离器内颗粒的运动轨迹。气相流场模拟结果与实验结果吻合得较好。结果表明：排气管偏置后,分离器内沿排气管偏置方向的切向速度有所提高,排气管下部短路流较小,颗粒离心运动更加强烈,提高了分离效率的同时压降变化不大,分离器经济性更好。     

螺旋并联分配管对旋风分离器分离性能的影响

为兼顾高分离精度及大处理量的要求,微小型旋风分离器并联得到越来越多应用。运用离散相模型和实验研究了螺旋并联分配管对旋风分离器分离性能的影响,分析了螺旋分配管分级和改变“序态”特性。结果表明,大颗粒易于从分配管前端出口逸出,依次进入旋风分离器固体颗粒呈现不同粒径分布,总体呈现分级特性;螺旋管对细颗粒物具有改变“序态”作用,进入旋风分离器颗粒粒径呈现外小内大趋势,内部相比外部颗粒浓度更高;内侧大颗粒构成的粒子环促进细小颗粒的去除,从而提高旋风分离器分离效率。实验进一步验证螺旋分配管分级和改变“序态”特性。研究结果对微小型旋风分离器并联设计具有指导意义。     

EII型多管旋风分离器分离性能的试验研究

为了系统评价EII型旋风分离器的分离性能,探究了入口气速为6～20.5m/s,入口颗粒质量浓度为8.6～17.5g/m~3时,多管旋风分离器的分离效率和压降。结果表明:多管旋风分离器的分离效率随入口气速和入口颗粒质量浓度的增大而出现先升高后下降的趋势,多管旋风分离器的压降随入口气速的增大而增大。在相同实验条件下,与单个旋风子相比,多管旋风分离器的压降升高幅度为20%～25%,分离效率下降不大于2%,具有很好的细粉尘捕集能力。     

天然气脱蜡旋风分离器分离效率的模拟

旋风分离器分离效率高,不易堵塞,用于天然气脱蜡效果显著。通过CFD软件Fluent模拟CYG-S型天然气脱蜡旋风分离器的两相流场,得到了旋风分离器内的压力、切向速度、轴向速度分布。对比了不同入口速度下的模拟与理论计算的分割粒径x50,发现具有很好的吻合度,两相模拟有一定的可靠性。结果表明：在旋风分离器锥段底部靠近壁面处的石蜡液滴质量浓度较高;随着进口流量的增加,旋风分离器分离效率提高,当进口流量为1000 m3/h时,x50可以达到5.3 μm;大粒径液滴的分离效果明显,但在所研究的进口流量范围内,进口流量的变化不能明显地影响粒径小于5 μm液滴的分离效率;柱段和锥段长度的增加使得旋风分离器的整体长度增加,延长了液滴在旋风分离器内的停留时间,提高了旋风分离器的分离效率。     

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。     

旋风分离器旋进涡核的数值模拟

采用雷诺应力模型对旋风分离器内三维非稳态流场进行了模拟计算。结果表明,旋风分离器全空间内都存在旋进涡核现象。对旋进涡核现象和旋进涡核中心的运动规律进行了详细的描述,分析了不同轴向位置的旋进涡核区域内不同点的速度波动幅值和频率,得到了旋进涡核影响范围以及速度波动规律;通过分析旋进涡核中心的运动频率,得到了旋进涡核出现的强度。模拟结果与采用热线风速仪以及激光粒子成像技术(PIV)测定的实验结果基本吻合。研究结果可以分析旋进涡核对分离效率和压降的影响。     

不同入口形式的固液分离旋流器壁面磨损研究

基于计算流体力学(CFD)软件Fluent中的颗粒随机轨道模型(DPM),对两种入口形式的固液分离旋流器的壁面磨损进行数值模拟的比较,结果表明:单入口式固液分离旋流器顶板的最大磨损位于方位角140°~210°,环形空间壁面最大磨损位于方位角120°和190°,底流口附近壁面最大磨损在周向方向180°的底流口上方1~2mm位置;双入口式旋流器的壁面磨损呈对称分布,最大磨损在底流口位置,顶板壁面最大磨损在两个入口区域,顶板外层最大磨损位于方位角80°~110°和260°~290°,环形空间壁面最大磨损位于方位角120°和300°;相同条件下,双入口式旋流器顶板和环形空间的壁面磨损小于单入口式旋流器顶板和环形空间的壁面磨损;而对于底流口附近的壁面磨损,双入口式固液分离旋流器底流口附近的壁面磨损略大。     

带导流叶片的JLX型旋风分离器数值模拟研究

为了确保IGCC燃气轮机长时间平稳运行,IGCC粗煤气需要在进入燃气轮机前将气流中携带的尘粒脱除。文中针对IGCC特定的工艺条件,开发了一种新的JLX型径向进口旋风分离器,并采用Fluent软件进行了数值模拟,研究了相关参数对分离器性能的影响。结果表明:螺旋导流叶片可有效改善流场分布,并实现对粉尘颗粒的预分离;随着导流叶片旋转圈数的增加,压力损失和切向速度随之增加,粒级效率先增加后趋于平缓,1.5圈为最优旋转圈数;随着导流叶片螺旋倾角的增加,环形空间切向速度和压力损失也随之减小,而较小的导流叶片螺旋倾角对提高粒径大于7μm的粉尘颗粒粒级效率是有利的。     

Numerical simulation of effect of inlet configuration on square cyclone separator performance

This paper presents a numerical study of the gas-solid flow in square cyclone separators with three types of inlet configuration. Three-dimensional Reynolds Stress Model (RSM) was used to simulate the turbulent flow of gas phase and a Lagrangian equation was used to simulate the particle motion. The resulting velocity, separation efficiency and pressure drops were verified by comparison with measured data. The effect of inlet configurations on the turbulent dynamics in the cyclone and the separation efficiency and pressure drop was analyzed. Results showed that inlet configurations influenced the turbulent dynamics in the cyclone and led to different pressure drop and separation efficiency. The separator with double declining inlets (DDI) had the minimum pressure drop and similar efficiency to the separator with double normal inlets (DNI). The separator with single normal inlet (SNI) had the best separation efficiency and the maximum pressure drop. When a baffle was installed in the inlet of separator SNI, the pressure drop increased by about 191% and 34% for the separator with a straight (SNI-1) and curved (SNI-2) baffle respectively on the basis of the pressure drop of separator SNI. The cut and critical diameter of particles were 2 μm and 14 μm for separator SNI-1 and 4 μm and 14 μm for separator SNI-2, while they were 8 μm and 30 μm for separator SNI at the same inlet conditions.     

煤化学链燃烧装置中串联分离器的数值模拟与性能优化

由于煤化学链燃烧技术中煤灰对载氧体活性具有较强抑制作用,本文提出了通过双级串联旋风分离器分别对载氧体及煤灰进行分离的新方法,并应用雷诺应力RSM(SSG)湍流模型以及DPM颗粒随机轨道模型,考虑气固两相的相间耦合,对煤化学链燃烧装置中的双级旋风分离器进行了数值模拟,根据模拟结果对一级、二级分离器进口尺寸及结构形式进行了优化,并通过实验对分离性能进行了验证。优化后模型的模拟及实验结果均表明:相比原模型,优化模型中90%以上的CaSO₄载氧体从一级分离器排尘口返回炉膛,降低了载氧体流失率;约50%的煤灰颗粒从二级分离器排尘口分离,仅13%左右的煤灰随气流从其排气口排出,有效降低炉膛返灰率,保持载氧体活性,并实现排气的相对清洁。最后指出本文研究结果对煤化学链燃烧装置的高效运行具有重要的参考价值。     

旋风分离器内颗粒质量浓度分布数值模拟

采用颗粒随机轨道模型和单元内颗粒源法,对旋风分离器内不同粒径颗粒质量浓度分布进行了数值模拟。结果表明,粒径较小的颗粒(dp≤4μm)大部分在旋风分离器分离空间锥段进行分离,而较大颗粒(dp>4μm)大部分在环形空间与分离空间筒段即被分离。随着颗粒粒径增加,分离器外壁的颗粒质量浓度逐渐呈螺旋灰带分布,内旋流夹带减小,环形空间顶板下方出现顶灰环。升气管入口0.25D(筒体直径)附近的短路流对小颗粒的影响较大。在分离空间下部排尘口附近0.5D有明显的颗粒返混,返混量随着颗粒粒径增大而减少。     

直流降膜式旋风除雾器的性能与工业应用

研究开发设计出了一种新型高效的除雾设备———直流降膜式旋风除雾器,实验测定了其压降、除雾效果及液膜在器壁上的成膜情况,并在实验基础上进行了工业放大,工厂应用表明该除雾器具有压降低、除雾效率高、防器壁结壳的特点。