新型旋风分级器流场特性及颗粒分级性能

针对传统旋风分级器分级效率较低的难题,本文设计了一种中部进风、顶部重力进料式新型旋风分级器,利用数值模拟和试验手段对其流场特征及分级性能进行了研究。模拟结果表明,新型旋风分级器内存在若干旋涡,主气流进入分级器后形成由上、下两个旋涡构成的主分级流场,上部旋涡均为上行气流,下部旋涡为切流返转形式;二次气流形成的细颗粒淘洗旋涡具有近壁面处高转速、中心区快速上升的特点,最大轴向速度达16.5m/s,可强化对边壁处浓集颗粒的剪切分散和淘洗作用,对主分级流场切向速度影响较小,但可使其轴向速度值最大增加100%,这将缩短细颗粒的停留时间;主分级流场与淘洗流场相互作用形成分区流动,具有较明显的动态边界,为粗、细颗粒的定向分离提供了力场基础。试验表明,二次气量占比约20%,主、二次气流气速分别为14m/s和20m/s时,牛顿分级效率可达88%,分级精度指数K值最小为1.84,此时新型旋风分级器具有较高的分级精度。

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%。