带入口加速段的方形分离器内气固两相流动数值模拟

分离器是循环流化床锅炉的核心部件之一,其性能对锅炉的物料平衡、传热等有着重要影响。除运行工况外,结构参数决定着分离器的性能。为了研究结构参数对方形分离器性能的影响,采用雷诺应力模型(RSM)计算了不同结构参数的方形分离器内气相流场。结果表明:方形分离器内除外涡旋与内涡旋等主流外,还存在许多局部的二次流,这些二次流是影响分离器的分离效率的主要因素之一;结构参数的变化对二次流的强度及位置产生影响,进而影响分离器的分离效率。在气相流场的基础上,采用随机轨道模型计算了方形分离器内的颗粒运动轨迹,发现颗粒从入口越低的区域进入分离器,越有利于分离。

方形分离器内气固两相流动的数值模拟

本文采用颗粒随机轨道模型，并与ｋ－ε模型及应力代数模型相结合，对方形分离器内的三维气固两相流动进行了数值模拟，气相计算得到了与实验结果基本一致的湍流流场，两相计算得出了与实验基本符合的分离器分离效率曲线。计算结果表明，在方形分离器内的旋风流动计算中，ｋ－ε模型及应力代数模型均得到比较合理的结果，并与实验符合较好；两相流动的计算初步分析了方形分离器的分离性能及分离机理，得到对工程设计有指导意义的结论。

220t/h水冷方形分离器循环流化床锅炉的性能

第一台220 t h水冷方形分离器循环流化床锅炉在山东威海热电厂投入商业运行已3年。最长连续运行时间已超过了5000 h。燃料适应性较好,并在污染物排放上满足了当地环保标准。介绍了该炉的运行性能,如带负荷能力、床温、床压降、主蒸汽参数等,表明该技术和该炉的设计是成功的。

220t/h水冷方形分离器循环流化床锅炉的设计及运行

在数十台75t/h和130t/循环流化床成功运行的基础上, 开发了220t/h采用水冷方形分离器的循环流化床锅炉,2001年底在山东威海热电厂投入商业运行。这是采用中国技术的容量最大的循环流化床锅炉之一。文中介绍了该炉的运行情况。由于水冷方形分离器本身的特点以及全膜式壁结构,锅炉迅速启动以及回灰温度略微下降等特性非常突出。飞灰、循环灰和底渣的粒度分布与燃用相似煤种等当量直径圆旋风筒循环流化床锅炉非常相似。燃烧效率比较理想,污染物排放满足国家标准要求。其燃料适应性、负荷变化率尤其是可靠性非常优越。

方形分离器结构优化试验研究

在冷态试验台上对特征尺寸D=300 mm的入口带加速段的方形分离器进行结构优化研究。结果表明:分离效率随着芯筒直径(d)、芯筒插入深度(s)的增大均呈先增大后减小的趋势;入口高宽比(a/b)与直段高度(h)对分离效率的影响存在交互作用;随着a/b的增大,分离效率先增大后减小;不同入口高宽比时,分离效率随直段高度的变化趋势不同,当a/b>5.92时,随着直段高度的增大,分离效率先减小后增大,在h/D=2.3时最低;当a/b<5.92时,分离效率随着直段高度的增大而减小;分离器阻力随着入口高宽比的增大而增大,随着直段高度的增大而减小。4个参数的最优值分别为:d=0.4D、s=0.6D、a/b=8和h=1.8D,此时对应的分离器阻力为1.22 kPa。

双进口方形分离器内气固两相流动的数值模拟

采用雷诺应力模型对双进口方形分离器的气相流场进行了数值模拟,同时用拉格朗日法模拟了分离器内颗粒的运动轨迹。数值计算的分离器效率和压降与试验结果基本吻合。结果表明,双进口方形分离器的流场具有Rankine涡的特点,但是在边角处出现局部小漩涡。同时采用数值模拟的方法对分离器结构进行优化,研究了中心筒插入深度、入口尺寸、直筒段长度、锥体长度对分离效率的影响。通过结构优化,分离器的切割粒径可在6μm左右。方形分离器内旋流较弱,压降较小,可以认为不是分离器性能的主要影响因素。

方形分离器的试验研究与分析

在自制的多功能多相流试验台上对下排气下出料式方形分离器进行了试验研究,结果表明该分离器在正常运行条件下具有较高的分离性能。在对其内部三维流场的分布情况进行了详细分析,以及与圆形分离器对比的基础上得出方形分离器内部造成颗粒与气流分离的机理与圆形分离器基本上一致,均为离心力的作用产生分离效果,但方形分离器在拐角处的分离效果更强,而且方形分离器内部切向速度不再分为涡核区和势流旋转区,径向与轴向速度的规律则仍与下排气圆形分离器大体相同。其分离效果受风速和入口颗粒浓度的影响均存在着一临界值,低于该临界值分离效果随风速和浓度的增加而急剧上升,大于此临界值后则有缓慢下降趋势。

带内锥的切向进口扩散式方形分离器内气相流场的数值模拟

设计了一种带内锥的切向进口扩散式方形分离器,利用了考虑各向异性的雷诺应力湍流模型对分离器内的气相流动情况进行了数值模拟研究,分析了其内部气相流场的轴向、切向和径向速度分布以及压力分布情况,并计算了其压降.数值模拟结果显示分离器内呈典型的双层流动结构,方形截面在其拐角处对气流存在扰动,主要影响其切向速度,压力分布在反射锥开口处存在分界,分离器的压降随进口速度增大而增大.

双进口方形分离器气固流动特性的数值模拟

采用RSM湍流模型对双进口方形分离器的气相流场进行数值模拟,得到了分离器内的速度场和压力分布;同时采用拉格朗日模型对方形分离器内固体颗粒的轨迹进行模拟。结果表明:双进口方形分离器内速度场和压力场的对称性较好但气流旋转强度不大且容易衰减;不同粒径、不同位置入射的颗粒轨迹有较大差异,细颗粒入射时分离器内容易形成气流短路现象,颗粒靠近分离器顶部入射时分离器内容易造成上灰环现象,给方形分离器的分离效率带来了不利的因素。将方形分离器筒体的四角改为切形倒角,可以很好地改善分离器的流场,并能有效提高分离器分离效率。

入口带有加速段方形分离器性能研究

分离器的分级分离效率是循环流化床锅炉性能的主要影响因素之一。在冷态试验的基础上开发了带有加速段的方形分离器，并在热态实验台和工业规模设备上进行了热态测试。测试结果表明：分离器从小尺寸冷态放大到工业规模热态运行分级分离效率变化不大，与相同当量直径的常规圆形旋风筒的分级分离效率相近，设计工况下dc50为42μm，dc99为160μm；阻力约为500Pa。测试结果为其进一步放大提供了可靠的依据。

方形分离器的神经网络运行优化

介绍了处理方形分离器原始数据的一种新方法 ,提出了方形分离器基于改进后的 BP算法的神经网络运行优化模型 ,并借助该模型用相应的优化准则对方形分离器的运行参数进行了优化 ,得出了不同入口颗粒浓度下的优化风速 。

下出烟方形分离器的结构优化

为了优化下出烟方形分离器的结构以提高分离器的分离效率 ,采用了正交实验法安排实验和分析实验结果 ,获得了分离器各影响因素对效率的影响程度 。

干法脱硫工艺中方形分离器的应用

针对方形分离器在循环流化床锅炉干法脱硫工艺应用中存在的灰分逸出率高、脱硫剂用量大、脱硫效率低等问题,采用控制脱硫用石灰石品质、添加位置和输送方式等措施,同时对锅炉运行参数进行优化,解决了方形分离器在循环流化床锅炉干法脱硫工艺中脱硫效率低的问题,实现了SO_2达标排放,为完善方形分离器在干法脱硫技术中的应用提供了借鉴。

卧式热交换式方形分离器分离性能的试验研究

对卧式热交换式方形分离器在不同风速和不同入口浓度下分离效率和阻力进行试验研究 ,并分析了运行工况分离性能。为了进行优化设计 ,对不同的结构方案进行了优化试验。结果表明 ,排气管直径和伸入长度分别为分离器特征尺寸的 1/ 3和 1/ 15的分离器具有高效、低阻等优点 ;对于粒径大于 10 0 μm的固体颗粒 ,其分离效率在 90 %以上 ,阻力小于 15 0 0Pa。

不同进口形式方形分离器的试验研究

通过改变分离器进气形式,对方形分离器的性能进行了试验研究。结果表明:各分离器的切割粒径,随进口风速的增大而减小(见图5),随进口颗粒浓度的增大先减小后增大(见图7、图9);各分离器的阻力,随进口风速的增大而增大(见图6),随进口颗粒浓度的增大而减小(见图8、图10)。在分离特性方面,正切向单进口形式优于正切向双进口,在斜切向双进口形式优于斜切向单进口,正切向进气形式优于斜切向进气。在阻力方面,正切向双进口形式优于正切向单进口,斜切向单进口形式优于斜切向双进口,斜切向进气形式优于正切向进气。研究结果为方形分离器结构的优化设计提供了依据。

方形分离器入口高宽比及直段高度对分离性能的影响

为了研究结构参数对方形分离器性能的影响,设计了15个不同入口高宽比(a/b)和直段高度(h)的入口带加速段的方形分离器,每一个分离器都具有相同的直段边长(D),入口高宽比的变化范围为3.8~10.6,直段高度的变化范围为1.8D^2.8D。在大型冷态试验台上相同的运行工况下,测试了它们的分离器效率及阻力。结果表明:随着入口高宽比的增大,分离效率先增大后减小,在a/b=8时分离效率最高;随着直段高度的增大,分离效率先减小后增大,在h=2.3D时效率最低。分离器阻力随着入口高宽比增大而增大,随着直段高度的减小而减小。二者优化值为a/b=8和h=1.8D,对应的分离器阻力为1.22 kPa。

扩散式方形分离器数值模拟湍流模型的比较研究

利用考虑各向异性的雷诺应力湍流模型(RSM)和Realizable k-ε湍流模型对扩散式方形分离器内的流动情况进行了数值模拟研究,比较了两种湍流模型下分离器内部气相流场的轴向、切向和径向速度分布。数值模拟计算结果表明考虑各向异性的雷诺应力湍流模型(RSM)比Realizable k-ε模型更好地反应了分离器内部的流动情况,其计算结果更为合理。

不同进口形式方形分离器气固两相流动的数值模拟

利用CFD计算软件Fluent6.3,采用雷诺应力模型(RSM)计算了4种不同进口形式方形分离器的气相流场及阻力,采用颗粒离散模型计算了不同粒径颗粒的运动轨迹及方形分离器的分离效率等参数。模拟预测结果表明:方形分离器内部除外旋流和内旋流主流外,还存在一些对分离效率有重要影响的局部二次流,如:分离器内排气管高度空间内的纵向涡流、排气管附近进气口侧的短路流及排灰口附近的回流区等。对分离器分离效率的数值模拟预测结果与试验测试结果取得较好的一致,模拟计算所采用的模型和算法具有较高的计算精度,对进一步的数值研究有一定的参考价值。

方形旋风分离器内部两相流场的PDA实验研究

应用三维颗粒动态分析仪 (3D PDA)对方形下排气分离器内的气固两相流场进行了测试 ,得到了几种工况条件下的流场矢量分布。研究发现分离器方腔内的流场偏离其几何中心 ,并呈中间为强旋流动和边壁附近为弱旋的准自由涡区的特点 ,且在边角处存在局部小旋涡。不等温流场比等温流场要均匀一些 ,但旋流强度减弱 ,分离效率降低。研究结果对于分析分离器的分离机理和结构优化有一定的指导意义。

不同结构因素下方形旋风分离器分离性能的实验研究

通过改变分离器进气形式、排气芯管形状、管径及布置方式,对方形分离器的分离性能进行了实验研究。结果表明:正切向进气形式优于斜切式;排气管直径是重要的结构参数,且方排气管的分离性能要优于同等排气面积的圆排气管。研究结果为方形分离器结构的优化设计提供了依据。