手机知网 App
24小时专家级知识服务
打 开
手机知网|搜索

分级式合成气初步净化系统中旋风分离器的分离机理与结构特性研究

崔洁

  以多喷嘴对置式气流床气化技术为研究背景,合成气初步净化工艺中的关键设备—径向入口旋风分离器为研究对象,采用实验和数值模拟相结合的方法对径向入口旋风分离器内多相流动、分离机理及结构特性进行了系统研究。主要内容和结果如下: 1.搭建液滴撞击实验平台,采用高速摄像仪对液滴撞击板面过程进行了研究。考察了不同物性液滴撞击板面后形成液膜的边缘特性,分析了液滴撞击板面后形成的边缘液滴、指形液滴和卫星液滴的特点,并根据液膜铺展特性得到了铺展直径与时间的关系。 2.采用自行设计的双平行电导探针,对径向入口旋风分离器内筒壁液膜分布进行了研究。发现旋风分离器内液膜沿筒壁呈不对称分布,整体液膜呈螺旋带状下行;随着入口气速的增大,液膜沿筒壁的覆盖范围增加;而随入口液体流量的增大,沿圆周方向上的膜厚呈现先增加后减小的趋势。 3.对径向入口旋风分离器内的颗粒浓度分布进行了实验研究。研究发现,旋风分离器内固体颗粒大部分集中在壁面附近,颗粒浓度沿径向分为近壁面颗粒捕集区和中心的颗粒分离区。捕集区内颗粒群呈螺旋带状向下运动,颗粒浓度较高;分离区内颗粒浓度较低且分布相对均匀,颗粒处于待分离状态。 4.引入了持料量的概念,对径向入口旋风分离器内颗粒的运动特性进行了研究,考察了颗粒在旋风分离器内的平均停留时间。发现持料量随入口气速、颗粒浓度、升气管直径以及入口角度的增加而增大;而颗粒平均停留时间则随升气管直径的增加而增大,随入口角度的增加而减小。 5.对径向入口旋风分离器内的压降进行了实验研究。结果表明,压降随入口气速的增加而升高,随升气管直径和入口角度的增加而降低。与颗粒浓度对压降的影响相比,入口液体浓度对压降影响较大,随入口液体浓度的增加压降降低较明显;液体浓度较低时,压降随气速的增加而升高;当液体浓度高于1.5L/m3时,压降随气速的增加反而降低。 6.通过对径向入口旋风分离器分离效率的研究发现,径向入口旋风分离器存在一临界分离粒径,大于该粒径的颗粒不易在离心力的作用下直接分离,而是在筒体某一截面处贴内壁旋转运动,形成明显的颗粒滞留带,最终在重力作用下落进入灰斗。滞留带的出现将导致筒壁的局部磨损。 模拟研究了影响临界分离粒径大小的因素,发现入口气速越大,临界分离粒径越小;对于不同密度的颗粒,颗粒密度越小,临界分离粒径越大;而在同一入口气速条件下,锥体口径越大,临界分离粒径越大,当锥体口径大于升气管直径时,临界粒径增大的幅度更为明显。 7.采用数值模拟方法,对径向入口旋风分离器的流场及结构特性进行了研究。考察了结构参数和操作条件变化对流场的影响,分析了其分离性能随结构参数的变化规律,提出了有利于旋风分离器高效运行的优化方案。发现径向入口旋风分离器的最优筒锥高度比为1;而入口管位置的选择要兼顾“顶灰环”和短路流现象;小的锥体口径和升气管末端的缩口设计均有利于分离效率的提高。……   
[关键词]:旋风分离器;分离效率;颗粒浓度;压降;液膜分布
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:华东理工大学2011年