河北工业大学交流-非球形颗粒旋风分离性能实验研究刘丰

1、报报 告告 人：刘人：刘 丰丰指导教师：陈建义（教授）指导教师：陈建义（教授）前言1非球形颗粒旋风分离特性实验2非球形颗粒旋风分离效率分析3提高非球形颗粒分离效率方法4压降对比分析5结论6报告提纲21、前言3气固旋流分离过程中的颗粒通常是不规则的非球形，其形状各异，沉降规律和绕流特性都与球形颗粒存在较大差异。旋风分离器在处理这些非球形颗粒时，会出现许多反常特性，其中油页岩与重油梯级分离中喷雾造粒形成的沥青就是实例。油页岩流化干馏流程示意图重油梯级分离工艺流程示意图1、前言4对比分析旋风分离特性，认识非球形颗粒旋流分离的特殊性及其原因 (a)粉煤灰 (b)硅微粉 (c)沥青(d)油页岩颗粒形貌及

2、基本物性：粉料中位径颗粒密度松堆密度振实密度休止角mkg/m3kg/m3kg/m3粉煤灰13.32300800118043硅微粉13.92600980167048沥青20.811509016048油页岩(筛分74m)21.721001030146041前言1非球形颗粒旋风分离特性实验2非球形颗粒旋风分离效率分析3提高非球形颗粒分离效率方法4压降对比分析5结论6报告提纲562、非球形颗粒旋风分离特性实验入口截面比KA和芯管直径比dr*是旋风分离器最重要的两个结构参数；分离器筒体直径D=300mm；KA=5.50；dr*=0.321012141618202224268284868890929496

3、98 asphalt oil shale silica coal fly ash Efficiency E (%)Inlet velocity Vin (m/s)l油页岩、硅微粉、沥青颗粒分离效率偏低；l油页岩，硅微粉分离效率和预期反差较大。颗粒形状72、非球形颗粒旋风分离特性实验101214161820222426828486889092949698 asphalt oil shale silica coal fly ash Efficiency E (%)Inlet velocity Vin (m/s)特殊性：1、硅微粉粒度和密度均比粉煤灰大，实际分离效率却低于粉煤灰。2、粉煤灰，硅微粉，

4、油页岩三者颗粒密度接近；油页岩粒径最大，分离效率最低。3、入口气速大范围变化时，油页岩分离效率波动不超过0.2%，几乎不随入口气速改变而变化。传统经验：旋风分离器中颗粒所受离心力占主导地位，当颗粒密度或粒径增大时，颗粒所受离心力增大，分离效率升高。前言1非球形颗粒旋风分离特性实验2非球形颗粒旋风分离效率分析3提高非球形颗粒分离效率方法4压降对比分析5结论6报告提纲83、非球形颗粒旋风分离效率分析9分离效率偏低：(将油页岩近似为厚径比为0.1的圆片形颗粒，直径74m，wadell球形度0.47）分离因素推动力阻力10-210-110010110210310410510-210-110010110

5、2103104105Rep=501.000.8200.6700.470.1400.069sphericity CDRep0.03410121416182022242680828486889092949698100 asphalt oil shale silica coal fly ash E (%) Vin (m/s)阻力：颗粒绕流阻力圆片形颗粒球形度较小，相同雷诺数时，圆片绕流阻力比圆球颗粒大。2gr2DDPVFC A推动力：离心力同直径圆片颗粒与圆球颗粒相比，圆片颗粒体积小，质量轻，离心力小。2tCPVFmr10-210-110010110210310410510-210-11001011

6、02103104105Rep=501.000.8200.6700.470.1400.069sphericity CDRep0.03410121416182022242680828486889092949698100 asphalt oil shale silica coal fly ash E (%) Vin (m/s)3、非球形颗粒旋风分离效率分析10分离效率与入口气速的关系：(油页岩分离效率对入口气速变化不敏感分离效率对入口气速变化不敏感)分离器内流场：径向速度Vr可达101m/s；Vr Vin；Vt Vin平衡轨道理论：颗粒径向相对分离器静止；颗粒径向绕流雷诺数Rep50，绕流阻力系数C

7、D基本与Rep无关，趋于常量。绕流阻力离心力分离因素22tinCPVFmVr2gr2in2DDPVFC AV3、非球形颗粒旋风分离效率分析11分离效率与入口气速的关系：(油页岩分离效率随入口气速增大而增大分离效率随入口气速增大而增大)Model A “1+1 Mode B “1+2” 10-210-110010110210310410510-210-1100101102103104105Rep=501.000.8200.6700.470.1400.069sphericity CDRep0.03450060070080090030405060709095100 A-1st A-2nd B-1st

8、 B-2nd Efficiency E (%)Inlet flowrate Qin(m3/h)分离因素绕流阻力离心力2grin2DDPVFC AV22tinCPVFmVr前言1非球形颗粒旋风分离特性实验2非球形颗粒旋风分离效率分析3提高非球形颗粒分离效率方法4压降对比分析5结论6报告提纲1213油页岩分离效率与结构参数、操作参数的关系（入口浓度Cin=0.1kg/m3）121620242832369091929394959697 Efficiency E /%Inlet velocity Vin /ms-1 5.5-0.3 5.5-0.4 7.5-0.3 7.5-0.4 11.0-0.3 11

9、.0-0.44、提高非球形颗粒分离效率方法模型编号：模型编号：第一个数字表示入口截面比KA值；第二个数字表示排气管直径比dr*值1、增大入口截面比KA2、减小芯管直径比dr*以以KA增大增大1倍为例倍为例分离因素绕流阻力离心力12142r22r1=41inAADADD VVAKKFVKFttCVrF，前言1非球形颗粒旋风分离特性实验2非球形颗粒旋风分离效率分析3提高非球形颗粒分离效率方法4压降对比分析5结论6报告提纲14155、压降对比分析121416182022242610002000300040005000600070008000 pure air coal fay ash silica

10、Pressuredrop P (Pa)Inlet velocity Vin (m/s)硅微粉与粉煤灰压降对比l纯气流压降最高；l硅微粉含尘压降低于粉煤灰。5% (4)60% (3)35%l(1) 分离器内摩擦损失l(2) 进、出口局部损失l(3) 分离器旋流损失l(4) 芯管气流动能耗散ESD模型压降组成165、压降对比分析定性分析非球形颗粒在器壁上滚动和滑动更困难：n颗粒层与器壁摩擦作用大，旋流损失增大；n气流旋转强度削弱，芯管动能耗散减小；硅微粉含尘压降低颗粒形状对旋风分离器压降的定量影响有待进一步研究。前言1非球形颗粒旋风分离特性实验2非球形颗粒旋风分离效率分析3提高非球形颗粒分离效率方法4压降对比分析5结论6报告提纲176、结论18(1)硅微粉、沥青、油页岩等非球形颗粒，与粉煤灰为代表的球形颗粒相比，颗粒形状导致它们的旋风分离性能有较大差别；(2)非球形颗粒的分离效率比通常估计要低，另外油页岩分离的特殊性还表现在：对尺度较大的颗粒，分离效率对入口气速的变化不敏感；(3)颗粒越细，形状对分离效率影响越小，当颗粒在分离器内径向绕流雷诺数Rep101时，非球形颗粒分离效率变化规律与球形颗粒趋于一致。(4)非球形颗粒含尘压降比球形颗粒低，定量关系有待进一步研究。结论19n基金支持： 国家自然科学基金课题（21176249） 国家科技计划课题（2