新型旋风分离内颗粒的动动规律

分离效率是判定旋风分离器性能优劣最直接的一个参数,而分离效率的高低微观上由旋风分离器内颗粒的运动规律决定.采用离散颗粒模型研究了新型旋风分离器内颗粒的运动规律并估算了分离效率,结果发现:颗粒从入口不同区域进入该旋风分离器分离空间时有不同的运动轨迹,入口大致可划分为3个区域;被入口导流板碰撞分离的颗粒在发生二次分离时被再次捕集的可能性很大;分离效率实验值和模拟估算值变化趋势一致,但模拟估算值高于实验值.     

旋风分离器内部流场及分离效率的数值仿真

为了研究旋风分离器内部气体和固体的运动状况与其分离机理,采用FLUENT软件对一旋风分离器内部气相流场和颗粒的运动状况进行三维数值仿真模拟.在仿真过程中,采用RNGk-ε方程来模拟其中的气相湍流流动,采用Lagrange方程模拟颗粒的运动.仿真结果表明,分离器内部的流动空间可分为内、外两个流动区域,在不同的流动区域中,气体压力、速度场的分布有较大的差异;固体颗粒的运动较为复杂,且带有一定的随机性;固体颗粒的分离效率与其进入分离器的具体位置有关.     

旋风分离器的颗粒浓度分布的实验研究

用等速抽气采样法测定了旋风分离器内颗粒浓度分布.测定结果表明.由中心到器壁.颗粒浓度逐渐升高.不存在以往分离模型中常用的横向完全返混.沿轴向由排尘口到排气管下口.颗粒浓度逐渐降低.但有一个最低点.它靠近排气管下口.这说明一定的分离空间高度有利于返混颗粒的二次再分离.实验表明.顶灰环、短路流及排尘口返混是影响分离效率的不利因素.改变分离器入口面积及排气管下口直径对分离空间内颗粒浓度分布的影响规律是不同的.利用颗粒浓度分布曲线计算分离效率,其计算值与用称重法所得实测值吻合较好.     

旋风分离器内颗粒浓度场的数值模拟

采用改进的雷诺应力模型和颗粒随机轨道模型对旋风分离器全空间内颗粒浓度分布进行了数值模拟.结果表明,旋风分离器分离空间的浓度场沿径向可划分为中心的颗粒逃逸区、边壁的颗粒捕集区和中间的颗粒分离区.颗粒捕集区的颗粒在器壁表面形成高浓度的灰带螺旋下行,灰带以一定的频率上下波动;颗粒分离区浓度分布均匀,颗粒处于被分离状态;颗粒逃逸区的颗粒浓度很低,颗粒螺旋上升逃逸.旋风分离器的浓度场沿轴向分布比较复杂,在环形空间的上部和灰斗的上部存在顶灰环,浓度分布具有显著的非轴对称性,在升气管入口下方0.25倍筒体直径(Φ)范围内存在短路流造成的高浓度区,在排尘口处存在旋转气流摆动造成的颗粒返混高浓度区.模拟结果与实验数据吻合较好.     

卧管型多管旋风分离器进气室的惯性分离性能研究

结合颗粒运动方程和一些合理的假设,计算了多管旋风分离器的进气室模型内颗粒运动轨迹,从中总结出进气室内颗粒惯性分离的规律,建立了惯性分离模型.提出惯性分离效率的计算方法.用加粉实验对惯性分离效率进行验证。实测值与计算值较为吻合.     

旋风分离器内颗粒浓度场的数值模拟

采用改进的雷诺应力模型和颗粒随机轨道模型对旋风分离器全空间内颗粒浓度分布进行了数值模拟.结果表明,旋风分离器分离空间的浓度场沿径向可划分为中心的颗粒逃逸区、边壁的颗粒捕集区和中间的颗粒分离区.颗粒捕集区的颗粒在器壁表面形成高浓度的灰带螺旋下行,灰带以一定的频率上下波动;颗粒分离区浓度分布均匀,颗粒处于被分离状态;颗粒逃逸区的颗粒浓度很低,颗粒螺旋上升逃逸.旋风分离器的浓度场沿轴向分布比较复杂,在环形空间的上部和灰斗的上部存在顶灰环,浓度分布具有显著的非轴对称性,在升气管入口下方0.25倍筒体直径(Φ)范围内存在短路流造成的高浓度区,在排尘口处存在旋转气流摆动造成的颗粒返混高浓度区.模拟结果与实验数据吻合较好.     

催化三旋用PDC型旋风管内颗粒浓度场的测试及分析

旋风管是炼油厂催化裂化第三级旋风分离器的核心部件,其中的颗粒浓度分布状况可直接反映其分离性能的优劣。在流场测试的基础上,采用等动采样的原理,对PDC型旋风管内的颗粒浓度,尤其是双锥内及灰斗内的颗粒浓度分布进行了全面系统的测试,得到了旋风管内颗粒浓度分布的一般规律,将旋风管内分为5个区,即：入口环形区,导流锥环形区,下行流区,上行流区,排尘返混区。排尘双锥的下锥内颗粒沿轴向和径向完全返混;控制排尘口处的颗粒返混夹带有利于提高旋风管的分离效率。得出了主要结构参数和操作参数对颗粒浓度分布的影响规律,这为确定旋风管内颗粒的运动轨迹,分析颗粒之间的相互作用关系,研究不同大小颗粒的分离机理奠定了一定的实验和理论基础。     

催化三旋用PDC型旋风管内颗粒浓度场的测试及分析

旋风管是炼油厂催化裂化第三级旋风分离器的核心部件 ,其中的颗粒浓度分布状况可直接反映其分离性能的优劣。在流场测试的基础上 ,采用等动采样的原理 ,对PDC型旋风管内的颗粒浓度 ,尤其是双锥内及灰斗内的颗粒浓度分布进行了全面系统的测试 ,得到了旋风管内颗粒浓度分布的一般规律 ,将旋风管内分为5个区 ,即 :入口环形区 ,导流锥环形区 ,下行流区 ,上行流区 ,排尘返混区。排尘双锥的下锥内颗粒沿轴向和径向完全返混 ;控制排尘口处的颗粒返混夹带有利于提高旋风管的分离效率。得出了主要结构参数与操作参数对颗粒浓度分布的影响规律 ,这为确定旋风管内颗粒的运动轨迹 ,分析颗粒之间的相互作用关系 ,研究不同大小颗粒的分离机理奠定了一定的实验和理论基础     

缝隙式排气管对旋风分离器的性能影响

为降低传统旋风分离器工作时排气管内气流高速旋转造成的大量能量损失,将Lapple型旋风分离器的排气管改进为缝隙式排气管,利用数值模拟和实验的方法分析了缝隙式排气管对旋风分离器的性能影响.采用RSM模型对气相流场的切向速度、静压、流动轨迹、湍流强度以及压降进行数值模拟,采用多相流模型中的DPM模型对分离器的分离效率和颗粒运动轨迹进行仿真分析.仿真分析结果与实验验证结果吻合度较好,有较高的预报精度.最终结果表明,缝隙式排气管可使传统旋风分离器的压降下降6.8%,分离效率提升5.5%;当排气管上缝隙长度或宽度增加至一定数值,分离器的分离效率达到最大.随着排气管上缝隙长度或宽度的增加,旋风分离器的分离效率逐渐趋于稳定,压降持续降低;排气管上的矩形缝隙可使排气管内产生旋进涡核(PVC)现象,随着缝隙长度的增加,旋进涡核现象有所减弱,缝隙宽度的变化对旋进涡核现象影响较小;缝隙式排气管可有效抑制普通排气管中心处回流区的产生,并使普通排气管底部以及外旋流的湍流强度降低,从而减少排气管底部的短路流,提高分离效率.通过观察不同颗粒粒径的电石渣颗粒的运动轨迹,可知Lapple型旋风分离器与新型旋风分离器内部流场呈现出有利于固体颗粒分离的组合涡结构,排气管结构的改变并未影响分离腔的原始涡流结构.     

旋风分离器数值计算及性能实验分析

借助计算流体力学软件Fluent,采用三维贴体坐标网格,基于非稳态雷诺应力湍流模型,对旋风分离器内部流场进行数值计算.研究不同粒径固相颗粒的运动轨迹,揭示颗粒在分离器中的运动机理,得到旋风分离器内部气流切向速度、轴向速度及切面旋转矢量速度的分布规律,并与实验测试值进行比对.结果表明:在相同条件下,数值计算与实验测试结果非常接近,能很好地预测切向速度的"驼峰"结构及轴向速度分布的上行流和下行流;随着颗粒粒径的增加,分离器外壁呈螺旋流分布,内部流夹带随粒径的增加而逐渐减小.