循环流化床锅炉旋风分离器性能特性数值模拟

针对旋风分离器结构尺寸设计时缺乏数学模型指导以及锅炉实际运行时旋风分离器几何结构无法优化调整等问题,选取江苏某电厂的循环流化床锅炉旋风分离器为研究对象,采用数值模拟与试验相结合的方法对旋风分离器的性能进行研究.结果表明:当锅炉负荷降低时,圆柱体与圆锥体内切向速度与轴向速度均降低,旋风分离器内部旋转流动减弱,减小了在压降中占主要部分的内部旋转损失,总压降也随之减小;锅炉处于低负荷时,正常的入口风速会对分离效率产生较大的影响;在实际运行中,可采用增大引风机阀门开度的方法提高旋风分离器入口风速,达到提高分离效率的目的.     

机车用折角式过滤器特性的数值模拟

研究了不同风速下通道宽度、折角角度及折角个数对机车用折角式过滤器阻力的影响,重点分析了高风速(≥5m/s)下过滤器的性能.结果表明:高风速下,16mm通道宽度过滤器的阻力增加迅速,对16mm和20mm通道宽度的过滤器而言,在6.5m/s风速下,间距增加25%,阻力减少36%.折角角度的改变会显著影响过滤器的阻力,在高风速下这一特征更加明显.在相同通道宽度,通道长度减少29%的情况下,二折角过滤器的阻力较三折角过滤器平均减少40%.在高风速、低阻力使用条件约束下,可依据研究结果设计过滤器几何参数,将折角过滤器作为多级过滤的第一级.     

稳涡内构件对旋风分离器内流场和性能的影响

旋进涡核现象会削弱旋风分离器对细颗粒的捕集效率。利用数值模拟方法研究了在排尘口处安放圆锥型稳涡部件对旋风分离器内流场及性能的影响。首先分析了圆锥对旋风分离器内的速度分布、短路流量、涡核旋转特性的影响,在此基础上统计了分离器对1μm颗粒的捕集效率,随短路流逃逸和因气流夹带而返混逃逸的颗粒比例。结果表明:圆锥的加入既能够降低旋进涡核的频率,又能抑制涡核偏离分离器几何中心的程度,从而减弱了因涡核尾端在排尘口附近的扫壁现象而造成的颗粒返混逃逸。因此,圆锥这一稳涡内构件能够有效提升分离器捕集效率。另外,它对旋风分离器主要分离空间内气流的切向速度、轴向速度和短路流等的影响不大,因而压降没有明显增加。     

蜗壳式旋风分离器的分离性能研究

蜗壳式旋风分离器作为轻烧镁旋流动态煅烧系统中最重要的分离设备,是提高系统分离性能的关键所在.本文建立蜗壳式旋风分离器分离性能试验装置,以粒径48～75?m的轻烧镁粉、菱镁矿浮选粉和氢氧化锂粉为样品,研究了入口风速、颗粒浓度以及颗粒物性等参数对压降和分离效率的影响.研究表明:1)蜗壳式旋风分离器的静压降随入口风速的增大而增大,二者基本呈指数变化关系;入口风速增大能够提高分离效率,但是压力损失也逐渐增大,根据旋流动态煅烧系统的回收指标,得出最佳的风速约为19 m/s,此时的压降为1 100 Pa左右;2)在一定范围内,适当地增加入口颗粒浓度既能降低压力损失又能提高分离效率; 3)当粒径相同时,分离效率随着颗粒密度的增加而增加.     

旋风分离器排气管内气相流场的数值模拟

采用雷诺应力模型对直切式旋风分离器内气相流动的三维流场进行数值模拟,分析了排气管内的气相流场特点及排气管直径对气相流场的影响.结果表明:排气管内气流旋转强度较高,轴向速度呈强剪切流特征,并且存在回流区,这些都是造成能量损失的重要原因;减小排气管直径可以抑制短路流量,使旋风分离器整个空间内的切向速度增大,有利于颗粒分离,但同时压降增大.     

回流式两级分离轴流旋风分离器性能实验研究

为进一步提高电厂湿法脱硫后的烟气除雾效果,设计了一种新型的部分回流式两级分离轴流旋风分离器并为此搭建了旋风分离器性能测试实验台,通过液滴雾化装置产生了不同粒径液滴,采用Malvern激光粒度分析仪对设计的几种结构分离器的进、出口粒径分布进行了测试,对不同结构分离器在不同工况下的分离效率和阻力损失进行了测试。实验结果表明:分离器的分离效率随回流槽数量的增加而提高,内筒顶部回流槽数增加1倍,筒内气流速度为3.9m/s时,分离器效率提高66.78%;回流槽集中分布在分离器顶部比回流槽分布在分离器内筒上、中、下时的效率提高得更加显著,当筒内气流速度为3.94m/s时,分离效率可提高16.9%;中间导流管高度对分离效果也有一定影响,当导流管高度与分离器高度比为0.32时,分离效果最佳。     

催化裂化沉降器粗旋风分离器的工作性能

在直径300 mm的催化裂化沉降器粗旋风分离器冷态实验模型上测试入口气速、质量浓度,考察二者以及料腿末端设置重锤逆止阀对粗旋风分离器工作性能的影响.结果表明:固相加入后降低了气流旋转动能耗散,使粗旋风分离器压降降低,料腿排气率增大;提高入口气速有利于减小料腿泄气率、提高粗旋风分离器分离效率,尤其对细颗粒分离有利;随固相质量浓度增大,粗旋风分离器压降降低,分离效率和料腿排气率均有小幅上升;料腿末端安装重锤逆止阀可令料腿泄气率减小3%以上,并提高粗旋风分离器分离效率;针对粗旋风分离器结构特征提出的压降模型计算粗旋风分离器压降精度较高.     

环流式旋风分离器用于超细颗粒分级的实验研究

将新型环流式旋风分离器用于超细颗粒的分级,根据分离器有内筒的特点,在其内筒加装角度为20度导流板,来分化粗细颗粒的流动特性,用于分级。试验证明,在不同风速的情况下,具有不同的颗粒分级效果,在13.2 m/s的较低风速下,有导流板的分离器使需要产品的含量由53.1%提高到88.7%,取得了较好的分级效果。     

PFBC高温燃气旋风分离器的性能分析

在1 MWt的小型PFBC实验装置中,高温燃气除尘系统采用三级旋风分离器串联,已经成功地累计运行了500 h,净化后的燃气含尘浓度在2×10~4kg/m~3(N)以下,已无大于10μm的颗粒。第二级分离器采用了作者新研制成的φ240 mm PV型高效旋风分离器,其尺寸均经优化设计,实测的切割粒径为1.2μm,阻力系数约为12。第三级多管旋风分离器采用3根φ100 mm EPVC-I型旋风管,其8μm颗粒的捕集效率已达99.5%,这两种高效旋风分离器可供中试放大设计参考。     

一种内置旋流叶片的旋风分离器性能数值研究

提出了一种新的高效旋风分离器构造,在传统分离器的内外涡旋交界面上添加一组与气流旋转方向相同的旋流叶片,来阻挡含尘气流中的颗粒进入内涡旋区.基于计算流体力学(CFD),采用雷诺应力模型和离散相的随机轨道模型来计算分离器的气固两相流,并用试验数据验证了计算模型的正确性;通过数值计算分析、比较了添加旋流叶片前后的分离器性能,对旋流叶片进行了性能优化.结果显示,与传统分离器相比,添加旋流叶片能够使分割粒径减小60%～70%,有效地提高了分离效率,而压降仅增加19.3%,且旋流叶片对于小粒径、小密度颗粒的分离效率提升更为显著.     

渐变截面型入料口夹角对旋流器流场及压降的影响

利用RSM雷诺应力模型和VOF多相流模型,通过数值试验方法考察了渐变截面型入料口夹角对Φ50 mm水力旋流器流场及压降的影响.结果表明,增大入料口夹角,切向速度增加,致使分离效率提高;与此同时,轴向速度和溢流管底端的最大径向速度也随之相应增加,导致沉砂分流比略有降低、短路流量增加,但对湍流结构影响不明显;空气柱直径同样随着夹角的增加而增大,从而有效分选空间减小.旋流器内部的压力损失主要包括主分离区域的损失和入料口区域的损失;增大入料口夹角,总压降增加,导流能力增强,当夹角为20°时,导流性能最优,但能量利用率降低.     

蜗壳式旋风分离器内流场的特点

用五孔探针和热线风速仪测定了蜗壳式旋风分离器内的速度场和压力场,分析了上部入口结构、芯管插入深度和锥体长度对流场的影响.测定表明,蜗壳式旋风分离器内流场是一个非轴对称的三维湍流场.上部环形空间内有明显的顶部二次流存在,因而形成上灰环.芯管末端附近有较大的向心径向速度,呈短路流现象.在锥体下部有较大的偏心流,因而造成排尘口处粉尘返混,降低分离效率.斜底入口结构的旋风分离器可以减少二次流的流量,增加环心空间的径向速度,而对下部流场影响很小.芯管插入深度对芯管末端附近的径向分布有影响,而对短路流量影响很小.     

柱状旋流分离器旋转涡核边界分布特性

采用微分雷诺应力模型对柱状旋流分离器气体单相流场中的旋转涡核边界分布特性进行数值模拟,阐述涡核的衰减形态,考察升气管直径、入口面积以及筒体长度变化对旋转涡核边界分布的影响。结果表明:零轴速包络边界与旋转涡核边界分属不同面,二者分布于升气管投影面的两侧;旋转涡核在分离器中的自然终止形态是涡核尾端弯曲终止于壁面,并沿壁面做圆周运动;涡核边界宽度随升气管直径的减小、入口面积的增大而减小;当筒体较短时,在较大跨度的升气管直径分布内,涡核边界沿轴向近似成柱状分布。筒体长度增加会使切向速度沿轴向产生衰减,涡核边界在升气管入口区域向外扩张,沿轴向向下逐渐收缩。     

带内锥的切向进口扩散式方形分离器内气相流场的数值模拟

设计了一种带内锥的切向进口扩散式方形分离器,利用了考虑各向异性的雷诺应力湍流模型对分离器内的气相流动情况进行了数值模拟研究,分析了其内部气相流场的轴向、切向和径向速度分布以及压力分布情况,并计算了其压降.数值模拟结果显示分离器内呈典型的双层流动结构,方形截面在其拐角处对气流存在扰动,主要影响其切向速度,压力分布在反射锥开口处存在分界,分离器的压降随进口速度增大而增大.     

旋风分离器分离空间流场的理论分析

针对旋风分离器内流场特点，运用代数涡粘模式，给出了描述分离器内流体运动的简化方程。用假设轴向或径向速度分布函数形式的方法，求得了与测量结果较为一致的三维速度半理论解。边壁速度和内外旋流分界面化置分别用入口收缩系数和最小压降原理确定。分析了湍流特征尺度——普朗特混合长度和柯莫格罗夫尺度的分布规律。结果表明，湍流特征尺度的理论计算结果与实验结果吻合较好。     

环缝气垫高效耐磨旋风除尘器的研究

为了经济、有效地提高旋风除尘器的耐磨性能和除尘效率，提出了在旋风除尘器内壁设置环缝套圈的增效防磨新方法，在理论上探讨了高速含尘气流对器壁的磨损机理和二次扬尘现象。在２ｔ燃煤锅炉上不同烟气流速下的对比实验表明，该新型旋风除尘器的除尘效率比普通旋风器提高５％，平均阻力系数比普通旋风除尘器降低１０％。     

PV型旋风分离器流场的研究

用五孔探针和热线风速仪对高效PV型旋风分离器流场进行了全面的测定.依据流场测定结果,运用平均速度场模式简化雷诺方程,并依据热线风速仪测定结果,给出了涡动粘度的经验计算公式.在将分离器分离空间流场简化为轴对称流场的前提下,对简化了的雷诺方程进行数值求解,讨论了切向速度和轴向速度分布与径向速度分布的关系,并给出了与实测结果吻合较好的切向速度、轴向速度和静压的理论计算结果.     

旋风分离器压降数值分析

根据旋风分离器的结构和气流流动特点,在旋风分离器流场和浓度测定的基础上,以旋风分离器切向速度模型为基础,模拟进出口静压、动压,数值模拟结果与压力损失理论解析计算模型基本吻合,验证了旋风分离器内压降基本分布规律。