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。     

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%.     

天然气净化用旋风分离器气液分离性能

为了系统评价天然气净化用旋风分离器在含液量低时的气液分离性能,利用滤膜采样称重法和Welas在线测量法测量了旋风分离器在入口气速8～24 m·s^-1、入口液体浓度0.1～2 g·m^-3时的分离效率和粒径分布;对比了相同入口浓度下旋风分离器气液分离性能和气固分离性能的异同。实验结果表明,在入口气速为8～24 m·s^-1、入口液体浓度为0.1～2 g·m^-3时,旋风分离器的气液分离效率随着入口气速和入口液体浓度的增加而增大,而出口粒径分布范围变化很小;与气固分离相比,在相同的入口气速和入口浓度下,旋风分离器的气液分离效率要高2%～6%;另外,气液分离时出口液滴粒径不大于4 μm,而气固分离时出口有大于10 μm固体颗粒存在。     

不同出口结构卧式超短快分内部气相流场

采用五孔探针对4种不同出口结构的卧式超短快分的内部流场进行测定。结果表明,在快分入口气速为13.12~20.87 m/s时,靠近中心管的切向气速较高,靠近快分壳体的切向气速较低。快分的出口宽度越大,同一径向位置切向速度越大,径向速度越小。通过气量衡算发现,经由第一条窄缝排出的气量最少,不同出口结构的快分中由中心管下方空间绕转回分离器出口处的循环气量约占分离器内总气量的60%。在同一入口气速下,快分固相出口面积越大的分离器,出口处的切向速度就越大。增大快分入口气速至20.87 m/s,快分入口颗粒浓度为91.81 g/m~3时,无因次出口宽度为0.599型快分的分离效率最高,为81.6%。当无因次出口宽度为0.344时,快分的分离效率显著降低,快分内的压降增大。     

旋风分离器结构优化实验研究

为了在降低旋风分离器压降的同时维持较高的分离效率,设计了一种新型旋风分离器。采用弧形导流板分隔进气的入口结构、渐扩型排气的出口结构、加长型的筒体和锥体的结构,有锥顶过渡段的灰斗结构,并匹配了合理的尺寸。为了验证新型分离器的性能,将新型结构的旋风分离器与基准PV型分离器进行了并联对比实验。以空气为实验介质,实验粉料为滑石粉,在入口气速为14. 2～21. 2 m/s、入口含尘浓度为0. 01 kg/m~3时,同时测量了新型分离器与PV型分离器的效率和压降。对比实验结果表明,相对于基准PV型分离器,新型旋风分离器的平均压降降低了21. 91%,且分离效率基本保持不变。     

不同数量并联微旋风分离器分离性能影响研究

为了考察不同并联旋风分离器的分离性能,运用计算流体力学(CFD)软件对由不同数量、直径为30mm的微旋风元件构成的并联分离器性能特征进行了数值研究。结果表明,当微旋风元件入口气速一致时,增加微旋风元件数量,虽然各并联分离器对5μm以下、中位粒径3.5μm颗粒的总分离效率基本相同,但对3μm以下颗粒的分级效率有所下降;组合分离器灰斗中排尘管间间距减小,微旋风元件内切向速度分布几乎不变,中心轴向速度下降,排尘管尾端气流更加紊乱;随着微旋风元件数量增加,各组合分离器微旋风元件排尘管段旋流稳定性系数S_v沿轴向逐渐增大,微旋风元件内旋流稳定性变差。     

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%。     

IGCC粗煤气除尘用径向进口旋风分离器的性能研究

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,并采用滑石粉和粉煤灰作为试验物料,通过冷态试验考察了其压降和分离性能。结果表明:分离效率随着进口浓度的增加而升高,但当进口气速较大时,分离效率随着进口浓度的增加而降低;当排气管下口直径比为0.375、进口气速为25m/s、进口浓度为10g/m3时,对滑石粉分离效率可达到99%,对粉煤灰分离效率可达到97%。对粒径10μm以上的粉煤灰粉尘颗粒,JLX旋风分离器基本都脱除。     

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。     

入口粉尘浓度对新型旋流-颗粒床耦合分离器特性的影响

通过大型冷模实验,考察了入口粉尘浓度对某连续操作新型旋流-颗粒床耦合分离器压降和除尘效率的影响特性。结果表明,入口粉尘浓度越大,达到平衡时分离器的压降越大,压降增速越快,入口粉尘浓度为59.13 g/m3时,分离器平衡压降最大为1.2 kPa;入口粉尘浓度越低,分离器分离效率越高。分离器颗粒床层内捕集颗粒含尘量与再生效率有关,再生尘源浓度越小,分离器压降达到平衡越快。当再生尘源浓度由58.18%降至23.67%,装置压降由1.5 kPa降至1.2 kPa;随着再生尘源浓度降低,分离器除尘效率略微下降。入口粉尘浓度和再生尘源浓度对分离器压降影响的结果一致,对分离器效率影响的结果不同。     

Experimental investigations on a cyclone separator performance at an extremely low particle concentration

In order to evaluate the influence of extremely low particle concentration on separation performance of cyclone separator, the overall collection efficiencies and grade efficiencies of a cyclone separator with particle concentrations of 5-2000 mg/m³ and inlet velocities of 6-30 m/s have been investigated under ambient temperature and atmospheric pressure conditions. Aerosol spectrometer based on measuring particle number is used to measure the particle concentrations and particle size distributions of the inlet and outlet of the cyclone separator. The overall efficiency is equal to the ratio of the particle concentration difference between the inlet and outlet of the cyclone separator to the inlet particle concentration. The grade efficiency is obtained by comparing the particle size distributions of the inlet and outlet of the cyclone separator. The effects of particle concentration on separation performance are predicted by Smolik empirical model. Particle agglomeration, which has been found in the inlet and outlet of the cyclone separator, has a very important influence on the collection efficiencies and grade efficiencies of the cyclone separator at the particle concentration of 5-2000 mg/m³. The cut sizes for different inlet gas velocity with extremely low particle concentration can be quantitatively calculated by Barth model, Mothes and Loffer model and Muschelknautz model, respectively. Experimental results show that the overall collection efficiencies and grade efficiencies increased with the increasing particle concentrations and inlet velocities, and most of the particles with the diameter bigger than 10 μm can be removed by cyclone separator.     

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%。     

颗粒床-旋流耦合分离器不同操作模式下的性能分析

通过实验分别考察了满床/空床操作模式对内置颗粒床-旋流耦合分离器分离性能的影响,获得了两种操作模式下的设备压降和捕集效率。通过改变入口粉尘浓度、入口气速和粉尘颗粒种类,发现满床操作条件下的分离效率比空床操作条件下的分离效率高,且前者压降较低。通过对出口粉尘粒径的分析,含有捕集颗粒的内置颗粒床可有效提高5 μm以下的粉尘颗粒的捕集效率,弥补了离心分离的短板。引入性能指数对不同操作模式进行定量分析,验证了满床操作条件下的耦合分离设备具有更好的综合分离性能。     

防返混锥对双循环旋风器性能的影响研究

前面的研究表明,双循环旋风分离器的设计使得大于3μm颗粒的分离效率接近100%。本文通过CFD模拟软件Fluent 6.2对带有防返混锥的双循环旋风分离器内的压力场和颗粒轨迹进行了数值模拟,并与实验结果进行了比较,模拟结果和实验结果基本一致。模拟得出防返混锥可使分离器的阻力系数增加12%,并减小灰仓内3μm以下颗粒的返混量。实验结果表明,进口气速在8～21m/s时,防返混锥可使主进口和回流口的阻力系数分别增加14.6%和11.8%;当进口平均气速在15～19m/s时,若采用主进口进料,防返混锥可使总分离效率提高0.15%～0.2%;若采用回流口进料,可提高1.5%～2%。     

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。     

双循环旋风分离器阻力性能的实验研究

双循环旋风分离器通过将主进气口设于简体中部,将顶部进气口设为回流口,消除了传统旋风分离器顶部进气口存在的二次流和短路流,进而使大于3μm颗粒的分离效率接近100%.基于工程设计理论的需求,研究了该新设备的阻力性能.利用直径为0.250 m的实验设备,测定了其压降与进口气速的关系,考察了不同结构和操作条件对其阻力性能的影...     

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.