基于入口分散相重排序的旋流强化分离研究进展

随着工业化进程的飞速前进,适用于分离多相不互溶介质的旋流分离器已广泛应用于石化、环保等重点行业。为了提高旋流分离器在全粒径范围内分散相的分离效率,涌现出了多种旋流分离过程强化技术。其中,对入口分散相进行重排序的旋流强化技术因具有加工成本及运行费用低、易于实施、强化效果明显等优势,展现出了重要的应用价值及推广前景。本文聚焦于入口分散相重排序的旋流强化技术,对基于惯性力场和离心力场进行分散相重排序的旋流强化原理、排序器结构类型及应用于液-液、固-液、气-固两相的分散相重排序强化技术及研究成果进行了系统的分析和总结。在此基础上,从组织构建分散相重排序后的多股液流,选择促进多股液流间协同高效分离的旋流场入射方案,强化分散相移动过程中的聚并长大和/或惯性碰撞等角度出发,总结了分散相重排序的技术路线并进行研究展望,从而指导旋流器的旋流分离过程强化及优化设计,助力于旋流分离效率的深度提升。

长直管道预混气体爆燃波系演化过程研究

为减少工业场所可燃气体生产、运输和储存过程中气体爆炸事故的发生,利用自主搭建的200 mm×200 mm×35 m方形管道和直径为90 mm、长度为10 m的圆形管道,在相同的初始条件下,运用体积分数为9.5%的甲烷/空气预混气体开展爆炸试验,结合压力、火焰传感器对其进行研究。结果表明:2种不同尺度、不同截面的管道中波系演化过程是相同的,点火后火焰由层流向湍流转变,火焰加速导致压缩波相互追赶,最终形成强激波;速度在2种长直管道中的变化趋势相同,都经历了加速—减速—再加速—再减速的过程,方管和圆管中火焰速度最大分别达到69和35.7 m/s,第一道压缩波经壁面反射后压力上升至117%和114%;当反射波与火焰阵面耦合作用时,方管和圆管中火焰速度分别降至73%和93%;体积分数相同的条件下,2种长直管道中第一道压缩波的最大压力值相近,方管中为65.45 kPa,圆管中为67.09 kPa。

降低分散相破碎的低剪切阀技术路线及研发进展

阀门作为应用于石化等行业的关键设备之一,通过调整阀门开度调节液流流量。在多相流分离领域,位于分离器上游的阀门容易造成分散相剪切破碎,形成更加细小的液滴,甚至出现乳化现象,增加了分离难度。文章聚焦于降低分散相破碎的低剪切阀,从影响液滴破碎及最大稳定液滴直径的关键物理因素出发,包括单位质量平均能量耗散率、液流能量耗散体积等,对降低液滴破碎的可行性路径进行总结,具体包括减小流经阀门液流的流场紊乱、增加油滴聚结结构,以及增大液流能量耗散体积。在此基础上,分析了多种典型低剪切阀门的结构特点及实际性能,并总结了低剪切阀的发展趋势,为新型低剪切阀开发及优化设计,以及规模化推广应用提供理论及技术支撑。

LNG高架火炬塔架及排气筒的设计与分析

为保证某高度为115.5 m的LNG火炬塔架和排气筒满足强度和稳定性要求,采用STAAD.Pro软件建立结构三维数值模型,对结构在风载荷、地震载荷、温度载荷作用下的构件内力与变形计算并对排气筒进行振动特性分析。计算结果表明:结构在基本载荷及组合工况下强度和稳定性均满足规范要求。同时,结构前10阶振型对应的雷诺数在亚临界范围之内,说明塔架会产生涡激共振,进而给出相应的减振措施。塔架的第3节段是综合应力最大节点,应用ANSYS有限元分析对该节点进行分析核算,得出最大等效应力点位于塔架柱与横杆连接点根部,σ_(max)=286.09 MPa。该值小于材料的抗拉强度,说明节点具有足够的承载力。

轴流式脱水型旋流器的流场分析与结构优化

以计算流体力学方法为基础,应用Fluent软件对采用轴向螺旋流道入口的脱水型水力旋流器进行了数值模拟。结果表明:溢流口直径较小严重影响溢流的出油效果,且底流口含油较多,即分离效果较差。通过加大溢流口直径,改变底流出口类型为切向出口加油核托举柱的形式,改变溢流口类型为扩口型溢流管,从而改善了油核的排出情况,降低了底流口的含油量,提高了分离器的分离性能。

新型轴入式脱水型旋流器的入口结构模拟分析

应用Fluent软件,计算分析了螺旋叶片入口型式对脱水型水力旋流器的分离性能和压力特性的影响。对螺旋叶片的出口角度、圈数以及叶片数量进行优选。通过对比分析发现,在一定范围内减小螺旋叶片出口角度有利于溢流口处油核的形成,提高油水分离效率,但螺旋叶片出口角度过小会增加油滴破碎的机会,反而会降低分离效率,压力损失也相应增大;增加螺旋叶片圈数对入口油滴有一定的聚结作用,但圈数过多聚结作用会减弱,压力损失也相应增大;增加叶片数量可以使流体分布更加均匀,有效减小流场内的紊流作用,提高分离效率。

轴流式旋流分离器研究进展

介绍了轴向入口旋流分离技术的研究进展,包括导流叶片的结构形式、数值模拟研究及实验研究等。对轴流式旋流分离器的发展趋势进行了简要分析,并指出今后应从哪些方面开展对轴流式旋流分离器的研究工作。

柱状气液分离器长径比优选及实验研究

应用计算流体动力学软件FLUENT,针对柱状气液旋流分离器(GLCC)进行了气相体积分数和压力损失的分析,得到了GLCC的气相分布特性和压力降分布特性,揭示了分离器的长度和主直径对其分离性能的影响。此外,通过室内实验明确了不同操作参数对分离效果的影响,通过改变长径比的实验研究表明:长径比过大或过小都不利于分离效率的提高,得出了当长径比为10、直径为480mm时,其分离效率最高。

一种新型中心富燃料直流煤粉燃烧器燃烧性能试验研究

为提升直流煤粉燃烧器在促进煤粉着火燃尽及降低NO_(x)生成方面的性能,哈尔滨锅炉厂在某原型燃烧器基础上,通过构建两级煤粉浓缩、设置钝体稳燃板及稳燃齿等点火强化及分级燃烧措施,设计开发一种中心富燃料直流煤粉燃烧器。为研究该燃烧器的综合性能,结合燃烧器冷态流动及热态燃烧试验,对比分析原型燃烧器及新型燃烧器的回流区形成、燃烧及NO_(x)生成特性。研究表明,相比于原型燃烧器,新型燃烧器能够在出口处构建更大的回流区分布,且煤粉气流着火位置由90cm附近大幅缩短至10~20cm,煤粉燃烧稳定性明显改善。新型燃烧器在兼顾115mg/m^(3)(O_(2)=6%)较低NO_(x)排放浓度的同时,能够明显提升煤粉燃尽效果,对应飞灰可燃物含量由6.5~9.5%降低至1.5~3.9%,CO排放浓度由800mg/m^(3)(O_(2)=6%)以上降低至160mg/m^(3)(O_(2)=6%)以内,在综合燃烧性能方面较原型燃烧器显现出了更好的优越性。

脱水型旋流器结构参数模拟分析与研究

通过计算流体力学(CFD)方法,利用FLUENT流体软件,对脱水型旋流器的分离效率、压力场和油相分布进行数值模拟分析,得到各结构参数对脱水型旋流器的分离性能和压力损失的影响规律。通过结构优化对比分析,得到一种结构合理的脱水型旋流器,能对含油体积分数为40%左右的油水混合液进行脱水处理。

入口结构对粒径重构旋流器分离性能影响分析

为提高水力旋流器对细小油滴的分离效率,对旋流器入口结构进行分析,发现弯管形式入口对不同粒径油滴具有重构和聚结的功能,即不同粒径油滴经弯管入口后分布在入口截面的不同位置,结合弯管入口结构设计了一种可实现油滴粒径重构的油水分离旋流器。采用群体平衡模型(Population balance model,PBM)模拟油滴破碎与聚结,对粒径重构旋流器内部流场特性进行数值模拟。对比分析了旋流器在不同角度弯管下的油滴粒度、湍动能、速度、油相体积分数及分离效率变化情况,并开展了室内试验。结果表明:粒径重构旋流器能够提高对细小油滴的分离效率,且180°弯管下分离性能最佳,旋流器总体效率达到97.31%,相对于优化前的旋流器提高了2.85%,内外层入口处油滴粒径分别达到0.36 mm和0.33 mm,呈现出较好的聚结效果。数值模拟结果与试验结果吻合良好,验证了数值模拟的准确性及优化结构的高效性。

紧凑型天然气脱硫技术进展与展望

针对紧凑型天然气脱硫技术,从理论和应用技术层面分析总结了国内外研究工作进展,包括气液混合和传质机理、高效紧凑型气体净化设备等。在此基础上,总结得出实现天然气脱硫设备高效和紧凑型的技术途径——通过将吸收剂雾化成微液滴,促进液滴与天然气间的湍流传质效果等手段,强化快速高效选择性脱硫过程,而后进行气液分离。再进一步分别从雾化技术、气液传质强化、气液分离技术3个方面,系统分析了适用于紧凑型天然气脱硫的各类可行性技术,并对相关研究工作进行了展望,为紧凑型天然气选择性脱硫吸收设备的设计研发,提供一定理论和技术支持。

基于多孔介质燃烧器的氨重整制氢技术分析

[目的]氢能具有来源广、热值高、可储存、无污染、零碳排放等优势,已成为一种极具发展潜力的零碳清洁能源。目前,成熟的制氢技术工艺多基于规模化制氢,难以满足部分重要场合对紧凑型便携制氢设备的需求。[方法]为了满足该需求,文章首先对已有规模化制氢工艺的特点、优劣之处及发展趋势进行分析和总结,同时考虑到氨气具有容易液化储存、氢含量高,是氢气的优良载体等优势,进一步提出了采用微小型绝热火焰温度多孔介质燃烧器的氨重整制氢技术思路,并分别从技术可行性、研究方法及研究内容进行了系统分析。[结果]具体基于已有多孔介质燃烧器研究成果,分析了采用多孔介质燃烧器进行氨重整制氢的可行性,在此基础上,对多孔介质燃烧器氨重整制氢的研究方法、研究内容及技术路线进行了总结和展望。[结论]得出针对多孔介质燃烧器的整体结构、微通道、反应载体结构等的优化设计,并开发性能良好、成本低的非贵金属催化剂材料,将是未来氨重整制氢多孔介质燃烧器的主要研究方向。本研究可以为多孔介质燃烧器氨重整制氢技术的发展提供一定理论及技术支撑。

基于热-结构耦合炉管吊钩结构优化前后的对比分析

管式加热炉的炉管吊钩是用于支撑辐射段炉管的核心部件,材质一般为耐热型不锈钢。为进一步降低其造价成本,对传统炉管吊钩进行了结构优化设计。根据结构受力特点,通过将厚重的腹板优化为镂空设计,将支座分为上下布置,取消传统设计的腹板两侧的筋板,实现经优化后的结构质量是原设计的1/3。进一步应用ANSYS软件对两种吊钩进行热-结构耦合数值模拟对比分析,吊钩材料均选用ZG40Cr25Ni12。研究结果表明:在相同荷载下,新型炉管吊钩的高温区面积、总体变形以及等效应力最大值均小于传统炉管吊钩。应力最大点均位于螺栓孔安装面且大于材料的屈服强度,通过对结构危险点的应力线性化校核,证明了优化后的结构能够满足设计要求,在确保安全稳定的同时,大幅降低了制造成本。

30,000m3全容储罐拱顶结构安全设计与分析

大型全容储罐拱顶多采用空间网壳结构,拱顶结构的强度和稳定性是影响储罐安全的关键因素。本文以某城燃30,000m3储罐拱顶为研究对象,结合现场数据,分别对拱顶钢结构和球壳板在3种最不利载荷工况组合下的强度与变形情况进行数值模拟分析。并依据标准对拱顶钢结构进行安全验算,同时对拱顶板单元进行了强度校核。结果表明,30,000m3全容储罐拱顶结构强度及稳定性均满足要求。

旋流煤粉燃烧器低负荷稳燃技术探讨

随着可再生能源发电比例的不断提高,煤电作为基础调节能源,承担着负荷调节的关键角色。作为燃煤锅炉的关键核心设备,旋流煤粉燃烧器的低负荷稳燃性能直接决定着整体锅炉系统的运行可靠性及经济性。该文在总结常规低负荷稳燃措施及其不足的基础上,系统分析了制约旋流煤粉燃烧器低负荷稳燃性能深度提升的主要因素。在此基础上,分别从强化煤粉高效浓缩及高温烟气回流、优化燃烧器运行参数、构建不同负荷下相似的煤粉燃烧特性,以及低负荷下旋流煤粉燃烧机理研究等方面,探讨了提升旋流煤粉燃烧器低负荷稳燃性能的可行性路径及技术措施,为强稳燃能力旋流煤粉燃烧器设计提供了理论及技术借鉴。

液-液水力旋流器分离效率深度提升技术探讨

为解决微小粒径分散相分离效率不高,制约水力旋流器分离效率深度提升的问题,本文以液-液水力旋流器为分析对象,在总结已有理论及研究成果基础上,分别从影响旋流分离效率的关键物理因素,包括分散相在旋流场内的停留时间、分散相粒径、分散相距轴心旋转半径、分散相切向旋转速度以及旋流分离工艺系统五个方面出发,首先对已有提升旋流分离效率的水力旋流器串联工艺、分散相粒径聚结器、小直径旋流分离器及增强切向速度的动态水力旋流器等技术措施进行分析总结,并在此基础上提出了促进旋流分离效率深度提升的新型技术方案,为液-液两相以及固-液、气-液、气-液-固等多相混合介质的高效旋流分离器设计及系统优化提供一定理论及技术支撑。

基于油滴粒度测量的螺旋分离器CFD模拟与验证

针对一种叶片导流式螺旋分离器结构特点,设计一种模拟螺旋分离器螺旋流场中流体转速对油滴粒度分布影响的测量实验,并通过马尔文激光粒度仪实验仪器对油水混合液中的分散相粒度及其分布进行测量。研究获得油相体积分数2%情况下,各转速状态下油滴粒径典型频率分布规律,揭示了平均粒径与流体转速近似成幂指数关系。通过基于测量粒度分布开展的CFD数值模拟与实验测得的分离效率数据对比,二者基本一致,表明了该方法在特定转速下的粒度分布可有效用于开展CFD数值模拟计算。研究对于进一步开展螺旋分离器结构、操作等参数优化及油水两相流场分析等数值模拟及分析提供参考。

一种螺旋翅片式相变储热单元的储热优化模拟

列管式换热器在相变储热领域应用广泛,但由于部分相变材料热导率偏低,导致相变换热器的换热性能较差,因此提高相变储热单元的换热效率从而缩短固液相变时间是研究重点之一。本文开展列管式相变储热单元储热过程的三维非稳态模拟工作,研究了翅片型式、螺旋翅片厚度、数目及螺旋周期对储热性能的影响规律,并探讨了相变材料熔化过程中平均温度、液相率以及储热量的变化趋势。模拟结果表明,与平板翅片相比,螺旋翅片储热单元熔化时间可缩短12.21%;随着螺旋翅片的厚度、数目、螺旋周期增加,虽储热量略降,但相变材料的熔化时间缩短,换热性能不断提升。

中心富燃料直流煤粉燃烧器燃烧及NO_(x)生成特性

为了提升直流煤粉燃烧器在促进煤粉着火稳燃及降低NO_(x)生成方面的性能,哈尔滨锅炉厂设计开发了一种中心富燃料直流煤粉燃烧器,通过设置两级煤粉浓缩并结合钝体回流及稳燃齿稳燃,强化煤粉浓淡分级燃烧、稳燃及降低NO_(x)生成效果,利用ANSYS Fluent数值计算方法获得该类型燃烧器的整体燃烧性能,通过调整风量配比系统研究了该燃烧器的气固流动、燃烧特性及NO_(x)生成特性。结果表明:一次风煤粉气流经两级浓缩后,可将大部分煤粉(占总煤粉量的80%~90%)浓缩于中间浓煤粉气流通道,浓煤粉气流喷出速度在12~16 m/s,能在燃烧器出口形成低速、富燃料区,促进煤粉气流的快速升温及着火,着火位置距燃烧器出口约300 mm。同时,稳燃板的设置可在燃烧器出口处形成2处对称高温回流区,对应回流区长度在160 mm附近。减小一次风量并增大二次风量,将降低挥发分的反应速率,延长CO及固定碳的反应时间,火焰高温区长度增大,且不利于抑制NO_(x)生成。而当增大二次风量同时减小燃尽风量时,高速二次风对煤粉气流的引射作用增强,为后续煤粉燃烧持续补氧,促进了后续煤粉的持续燃烧放热,同时由于空气分级燃烧效果进一步减弱,削弱了主燃区还原性效果,使NO_(x)质量浓度保持在237.3 mg/m^(3)(O_(2)体积分数6%)。通过该燃烧器基准工况下的NO_(x)生成特性可知,由于燃烧器出口高温回流区加低速富燃料区的共同作用,燃烧器出口形成贫氧富燃料的强还原性氛围,从而明显抑制NO_(x)生成,使NO_(x)质量浓度降至162.34 mg/m^(3)(O_(2)体积分数6%)。