旋流板和螺旋导叶气液分离性能对比研究

通过建立轴流导叶式气液分离器试验系统,采用试验的方法,在相同气液操作工况下对比研究了旋流板和螺旋导叶式气液分离器的压降和分离效率。试验研究结果表明,在550~1220 m^(3)/h的处理气量范围内,旋流板气相压降比螺旋导叶气相压降低13%~35%,能耗相对更低;在不同处理气量和液滴质量浓度下,旋流板分离效率比螺旋导叶分离效率高2%~10%,操作弹性也更大。在试验条件范围内,随着液滴质量浓度的增大,2种导叶最大分离效率对应的处理气量呈现先减小后增大的变化趋势;随着处理气量的增大,旋流板最大分离效率对应的液滴质量浓度呈现先增大后减小的变化趋势,而螺旋导叶最大分离效率对应的液滴质量浓度则呈现先增大后稳定的变化趋势。

螺旋导叶与分离器内壁间隙对分离器内流场及分离性能的影响

依据现有螺旋导叶和气液分离器结构的设计方法,建立筒径300 mm的轴流式螺旋导叶气液分离器模型,在直流和逆流两种排气方式下,对0、1、2、4、6 mm 5组导叶环隙宽度进行数值模拟,研究导叶环隙宽度对内流场的影响,并通过试验对比分析导叶环隙宽度对分离性能的影响。模拟结果表明:导叶环隙宽度增大,压降和切向速度逐渐降低,环隙流量占比逐渐增大;综合考虑压降和离心分离作用,1~2 mm是较适宜的环隙宽度。试验结果表明:相对于无环隙结构,1~2 mm的环隙宽度不但能减小导叶区域的流通阻力,降低设备压降,减小能耗,还有利于疏通贴壁液膜的下行流动,防止液膜汇聚在导叶尾端形成雾沫夹带,从而提高分离效率。

进料位置与风速对旋风分级器颗粒分级效果的影响

根据旋风分级器内气流速度分布特点进行了进料区域划分,运用非稳态离散相模型和分级实验对比了3个代表性进料位置对颗粒运动轨迹及分级精度的影响,分析了1μm和10μm颗粒在不同区域内的受力情况。结果表明,边壁区域进料造成粗组分中细粉夹带现象严重,分级精度差;中部进料区域内流场强度大,粗颗粒受离心力强,细颗粒受轴向气流曳力大,有利于减少颗粒在分级区的停留时间,实现粗、细颗粒的快速分级,对改善分级精度有利;中心位置进料延长了粗颗粒的分级运动路程,增加了粗组分跑损的概率,模拟计算15μm的粗颗粒进入细组分的质量分数达到11.7%。经实验验证,入口气速在10~22 m·s^(-1),中部区域进料时分级后粗、细组分粒度分布曲线重合区面积最小,分级粒径比率值平均提高了25.3%,研究结果为离心气流分级设备的进料位置设计提供了一定的指导。

流场形态对旋风分级器性能的影响

气流分级器性能的优劣很大程度上取决于流场分布,改变常规旋风分级器的切向进风口位置,在分级空间建立不同类型的离心流场,采用数值模拟和分级试验手段分析了分级流场形态对颗粒运动过程和分级性能的影响。结果表明,传统旋风分级器边壁下行流造成粗粉中细颗粒夹带较多,影响分级精度;新型旋风分级器内形成上下两个旋涡,上旋涡均为上行气流,其流量约占总风量的80%,下旋涡携带细颗粒较少,降低了细颗粒进入粗组分的概率;上旋涡可实现对边壁区的细颗粒的轴向淘洗、再分级,提高了分级精度。试验结果表明,入口气速从10m/s增加至22m/s。相较于传统旋风分级器,新型旋风分级器的分级性能明显改善,分级精度指标平均提高27%,压降损失为传统旋风分级器的53%~62%。