进气蜗壳区网格质量对卧轮式分级机内流场模拟的影响分析

为研究进气蜗壳区网格质量对卧轮式分级机内流场模拟结果的影响,基于ICEM CFD前处理软件总结4种关键网格质量评价指标选用原则,对卧轮式分级机网格模型质量进行定量评估,采用数值模拟方法对比分析了3种不同网格质量模型下卧轮式分级机内流场的模拟结果。研究结果表明,选用Orthogonal Quality、Skew指标对卧轮式分级机网格模型进行优化,可有效提高网格整体质量,优化后Grid-3网格模型的Q.avg值为0.98,较Grid-1、Grid-2分别提高36.1%和10.1%;卧轮式分级机进气蜗壳区的网格质量对其仿真计算的稳定性、收敛性、效率及精度具有显著影响,Grid-1发生迭代残差大幅震荡、计算终止且未收敛的情况,Grid-2能够反映分级机内流场特性及颗粒运动特性,但计算精度、效率欠佳;Grid-3避免了上述情况,表现出良好的稳定性、收敛性,更准确地反映了分级机内流场特性及颗粒运动特性,较Grid-2的计算效率提高13.82%,压降相对误差降低13.53%,分级粒径误差减少23.7%,离散相模拟结果与粉煤灰的分级试验结果更为吻合。

卧轮式分级机转子临界转速的计算

为避免卧轮式分级机在运转过程中产生共振,以卧轮式分级机实验机和工业样机转子为研究对象,采用传递矩阵法和基于ANSYS Workbench 16.0的有限元法对其临界转速进行计算,将计算结果与试验测试结果进行比较。结果表明,对于实验机,传递矩阵法与试验测试结果偏差为11.9%,有限元法与试验测试结果偏差为4.1%;对于工业样机,传递矩阵法与试验测试结果偏差为10.5%,有限元法与试验测试结果偏差为3.5%,说明有限元法计算结果准确性更高,认为对于卧轮式分级机转子临界转速的计算,更适合采用有限元法。

竖直涡旋向对卧轮式分级机流场及性能影响

采用数值模拟方法对卧轮式分级机内气相流动特性进行了研究,重点考察了竖直涡旋向对分级机内全流场的影响。模拟结果表明,分级机锥体段以旋转上升的竖直涡为主流型,竖直涡旋向对分级室内流型有重要影响。根据右手定则,竖直涡旋向与转笼旋向满足象限Ⅰ和Ⅲ时,分级室内形成两股旋向相反的水平涡,局部出现二次涡流,转笼外缘气流切向速度接近为0;竖直涡旋向与转笼旋向满足象限Ⅱ或Ⅳ时,分级室内流场分布一致性较好,转笼外缘及叶片间速度分布比较均匀且波动较小。以流化催化裂化(FCC)催化剂为分级物料,处于象限Ⅳ的分级机其分级粒径平均减少5.3?m,分级精度平均提高7.5%;以粉煤灰为物料,分级粒径平均减少2.2?m,分级精度平均提高8.4%,粉料分级试验结果与数值模拟结果吻合。研究结果对卧轮式分级机的结构设计有一定指导作用。

进气方式和气速对卧轮式分级机性能的影响

传统卧轮式分级机内流场分布比较混乱,分级精度普遍不高。本文基于对分级机内气流运动规律的分析,将传统切向进风方式调整为径向进风,分别设计了百叶窗型和多孔型风筛,试验对比了传统切流风筛和上述两种径向进风方式对分级效果的影响。结果表明,径向进风方式对分级流场形成和细颗粒淘洗更有利,不仅可以提高分级机的粗粉产率,同时还可降低粗组分中的细粉夹带量,提高粗、细颗粒分离的程度,改善颗粒分级效果;百叶窗型风筛分级机的分级效果最优,气流经百叶窗风筛可对粗组分进行多层、充分扬析,减少细颗粒误入粗产品的概率,牛顿分级效率较传统切流风筛分级机平均提高约6%;此外,入口气速也对分级精度有较大的影响,但对分级粒径的影响不明显,存在临界入口气速使得综合分级效果最好。为提升涡轮分级机的颗粒分级性能提供了新思路。

卧轮式分级机内流场的“双旋涡”分布特性

卧轮式分级机内流场的分布规律对物料分级效果至关重要。基于RNG k-ε双方程湍流模型与离散相模型(DPM),对进风口风速为18 m/s,转笼转速分别为3000 r/min、6000 r/min、12000 r/min三种工况下的"双旋涡"分布规律进行研究,探讨"双旋涡"分布特性对卧轮式分级机内流场及分级性能的影响。研究发现:1)卧轮式分级机的进气口方位与转笼转速会影响分级室内水平涡旋的气流偏向,使分级机内呈现不同的"双涡旋"分布特征;2)分级机内流场的稳定均布性会影响"双涡旋"流型的旋进方向,且内旋涡的形成及涡核分布受分级室内的水平旋涡约束。以碳酸钙为物料进行分级实验,结果表明:1)不同工况下分级机流场的稳定均布性差异较大,会造成"双涡旋"分布变化;2)随着转笼转速的增加,切割粒径平均减小28.85μm,粗粉产率平均提高33%,分级精度指数平均降低10.5%。物料分级实验结果与数值模拟结果吻合。研究结果对卧轮式分级机的性能优化和结构设计有一定参考意义。

加料方式对卧轮式气流分级机性能的影响

以FCC催化剂为试验物料，通过实验室模型考察了分级机顶部和侧面两种进料方式对卧轮式气流分级机分级性能的影响。结果表明，在不同风量、叶轮转速、载料浓度的条件下，从分级机预部进料可以有效改善物料进入分级室后的分散性，分级性能显著优于从分级机侧面进料，粗粉收率提高15～25％；牛顿分级效率提高约20％。研究结果对卧轮式分级机进料方式的设计及分级机结构优化有一定指导作用。

挡板对卧轮式气流选粉机性能的影响

为了研究卧轮式气流分级机结构对分级性能的影响,在分级室不同位置安装挡板,考察不同进气量与叶轮转速时分级机对流化催化裂化催化剂的分选情况,分析挡板对粗粉收率、粗粉中细粉含量以及分级精度的影响。结果表明,与无挡板及增设下游挡板相比,分级室增设上游挡板可使粗粉收率增大5%~6%,分级精度明显提高,同时进气量消耗减少约50%,有效改善了分级机的分级性能。