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基于高压气体除尘旋风分离器的结构与性能的研究
[摘 要]近几年，绿色环保的理念不断深入人心，高压气体的除尘工艺是石油化工生产以及清洁煤炭利用中的重要环节，传统的气体分离工艺只能进行
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面的除尘，不能够深层次的清理，而且成本高，成效低。随着科技的进步，旋风分离器由于其造价低，操作简单，不受高温高压环境影响等优势，逐渐被应用到高压气体除尘净化当中。本文研究三种旋风分离器，通过其结构以及性能的对比，找到最适合现代除尘工艺的首选设备。
[关键词]高压气体;除尘净化;旋风分离器;结构;性能
中图分类号:TQ051.8 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)19-0144-01
前言:随着人们生活水平的不断提高，对于石油、化工、煤炭的需求量也就不断增多。工厂企业在进行生产加工过程中产生的气体污染也就越来越严重，传统的清洁设备已经不能满足高压气体清洁除尘的需要，因此为了贯彻绿色环保的理念，旋风分离器投入使用，发挥其工艺流程简单，消耗的成本低等优势，能够较大程度上进行除尘清洁，为生产加工提供了便利的条件，也满足了人们生活的需要。下面主要介绍三种旋风分离器，重点讲述压力容器型旋风分离器。
1 三种旋风分离器的概要
首先是PV型的高效旋风分离器，是石油生产加工中广泛应用的装置。分离器的顶部是结构较为简单的平顶板，筒体的中心位置设置升气管，高
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压含尘的气体从矩形的入口处进入，边角的焊缝处用筋板加固，防止气体漏出。
径向入口型旋风分离器，顶板设置成拱顶，拉长筒体的直径，圆形径向的出入口采用圆弧挡板的构造进行分离，这种分离器的结构简单，操作方便。
最后是本文重点论述的压力容器型旋风分离器，分离器的入口采取长圆的切向型入口，压力容器的筒体扩径[1]。
2 模拟研究
2.1 计算模型以及
方法
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旋风分离器的内部气体流动的方式分为两种，紊流以及湍流，目前为止，雷诺应力模型能够预测出旋风分离器的内部气体流动情况。因此，选用雷诺应力模型来对这三种旋风分离器进行模拟的实验，并规定统一的实验单位，如压力梯度项选用压力插补格式等等。三种旋风分离器模拟进入口的气流统一采用常温、常压下的空气，入口的速度为20m/s，气流的强度按照不同的管流进行计算。三种旋风分离器的入口截面统一为5，筒体内的直径为350mm。出口的边界条件与入口相一致，全部的变量在出口的截面位置，轴向梯度设置为0，在计算的过程中，将旋风分离器的出口路管加长，来确保边界的条件成立。按照无滑移的条件来处理壁面，用壁面函数的近似值来处理近壁网格点，用六面体结构来划分网格点，总计有20万个网格。这种模拟的方法，与激光多普勒速度勘测系统方法基本一致。
2.2 模拟结果
分析
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2.2.1切向速度
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通过模拟实验，能够清晰的了解到，旋风分离器轴向位置的切向速度分布不同，但是三种结构的旋风分离器切向速度都是对称分布的。在分离器的筒体和椎体的部分，三种旋风分离器内外部分的旋流分界，位置基本类似，切向的速度也大致相同，但是在外旋流处，压力容器型旋风分离器的切向速度要高于称径向入口型以及PV型旋风分离器，称径向入口型的切向速度又明显高于PV型。在旋风分离器中，切向速度是占主导地位的，是旋风分离器颗粒分离受到离心力控制的主要提供者，影响到旋风分离器的降压以及分离的效率，从而影响分离器的工作能力，因此，从对比中，我们能明显看出，压力容器型旋风分离器要明显的优于其他两种类型的分离器，有利于颗粒物的分离，从而对工业生产造成影响[2]。
2.2.2轴向速度
通过对比三种旋风分离器在不同空间不同位置的轴向速度分布，可以看出，轴向速度沿着径向处存在一个方向的转变点，转变点处的速度为0，将整体的轴向速度分为中心上行流区以及外部下行流区，通过对比两个流区处速度，可以得出，压力容器旋型风分离器的轴向速度比其他两种结构分离器的速度要低，能够有效的减少颗粒物的夹带，有效的分离颗粒物，达到清洁除尘的目的。因此，从旋风分离器流场的角度来看，压力容器型旋风分离器要优于PV型旋风分离器以及径向入口型旋风分离器。
3 研究实验
3.1 实验方法
为了能够进一步的了解上述三种分离器的结构以及性能，还需要对三种分离器进行冷模性能对比试验。在实验前，确保分离器的尺寸完全相同，
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筒体的直径均为350mm。实验具体采用负压吸风式的操作，分离器入口气体的速度分别为15m/s，22m/s，27m/s，加料的浓度设置为10/m3，试验的粉料采用800目的滑石粉，旋风分离器的效率采用称重方式测量。根据具体的实际操作，能够清晰的得出结论，在相同的气速以及相同的压降条件下，压力容器旋风分离器的效率要明显的高于PV型旋风分离器以及径向入口型旋风分离器[3]。
3.2 实验结论
压力容器型旋风分离器比PV型分离器结构简单，操作更方便，能够有效的减少设备器材的损耗，提高旋风分离器的承压能力;相较于径向入口型旋风分离器，能够避免进入气体中的含尘气流对筒体结构的冲击，提升了装置的使用寿命，减少了成本费用，促进了设备的长期运行。对三种结构的旋风分离器的模拟实验表明，压力容器型旋风分离器的外旋流处的切向速度明显高于其他两种结构的分离器，有利于颗粒的分离，在中心区的轴向速度明显的低于其他两种分离器，能够减少颗粒夹带。通过对比试验结果，在相同的气速以及压降之下，压力容器型旋风分离器的工作效率都要明显的优于其他两种结构的分离器，能够满足高压、高温环境的操作，有利于提升工作效率，降低高压气体中的颗粒，从而达到清洁除尘的目的。
总结:综上所述可知，随着我国的经济不断发展，人们对石油、煤炭以及化工产品的需求不断增多。为了贯彻当前我国低碳环保的科学理念，工厂生产过程中，需要加强除尘设备的引进与更新，传统的清洁除尘科技已经不能满足人们的需求，因此，旋风分离器发挥了其成本低、效率高的优势，为高压除尘工艺技术带来了新的革新。通过上文一系列的比对研究
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发现，压力容器型旋风分离器无论是性能、成本、流程还是工作效率，都要优于其他结构的分离器，能够有效的分离颗粒，达到清洁除尘的目的，为我国的现代化建设带来了技术的保障。
参考文献:
[1]孙帅，董瑞倩，陆元宝，孙国刚. 高压气体除尘旋风分离器的结构与性能研究[J]. 石油化工设备技术，2014，04:6-9+78.
[2]邢超. 回流型动态旋风分离器设计与性能研究[D].大连理工大学，2013.
[3]任印天. 循环回流型动态旋风分离器的设计与性能研究[D].大连理工大学，2014.
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浙公网安备 33021202002483