旋风分离器芯管结构改进的试验研究.pdf
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1、第 3 4卷第 5期 化工机械 2 4 l 旋风分离器芯管结构改进的试验研究 马全 陈建 义 ( 中国石油大学 ) 摘 要在 P V型旋风分 离器的基础上 对其芯 管结构进行 了改进 , 并 通过正 交试验得 到 了一 种新 的斜 切 芯管结构。 生能对 比试验 结果表 明, 当入 口气速为 2 0 m s时, 相对 于基准模 型 , 改进结构 的压 降平均 降低 1 0 , 跑损率降低 1 5 。 关键词 旋风分 离器 芯管 分 离效率 压降 中图分 类号T Q 0 5 1 8 4 文献标识码A 文章编号0 2 5 4 - 6 0 9 4 ( 2 0 0 7 ) 0 5 - 0 2 4 1
2、0 5 近年 来 , 随着 旋 风 分离 器 内气 固两 相流 动 和 分 离过程 研究 的深 入 , 旋 风分 离器结 构 改进 、 性能 计算以及优化设计等方 面都得到了较大 的发展。 目前 , 在 炼油化 工领 域 , 国外有 G E型 、 D u c o n型和 E m t r o l 型 等高性 能 旋 风 分 离 器 , 我 国也 自主 开 发 了高效 P V型旋风分离器 , 且 在全国炼 油催化裂 化 , 丙烯腈反应器 中推广应用 。在高温气 固分离 领域 , 旋风分离器仍然是 目前唯一选用 的气 固分 离设 备 。 蜗壳式 旋风 分离 器环 形空 间 内存 在速 度场 和 静压
3、场的非轴对称现象 , 对分离性能产生 了很大 的影响。而芯管的结构和尺寸更是决定分离器性 能的重要因素, 本文对芯管进行斜切和偏置 , 并通 过正交试验和对 比试验 , 优选合适 的结构 , 以期改 善分离器内部流场 , 提高它的综合性能。 1 试 验装 置与试 验 内容 本试验以蜗壳式 P V型旋风分离器为基准试 验模型, 其结构尺寸如图 1 所示。试验流程图见 图 2 。 本试 验采用 吸风 式 负压 操 作 , 试 验 在 常 温 下 进行 , 气相介质为常温常压空气 , 固相介质为 3 2 5 目滑石粉 , 其密度为 P:2 7 8 6 t m , 粒度 符合对 数正态分布, 中位粒径
4、 1 0 1 m, 均方差 0 3 2 。流量 用毕托管测量 , 风量通过阀 门调节 , 压 降用 u形 管测量; 旋风分离器的分离效率 , 采用定量加尘 , 收尘及 称 重 的方 法 测 定 , 每 次加 料 1 k g 。通 过 定 量 加尘 , 控制 加料 时 间 , 从 而控制 入 口含尘浓 度 为 1 0 g m 。入 12 I 气速 变化 范 围 1 6 2 0 m s 。 图 1 基 准 P V试验 模 型 $ 国家重 点基础研究发展计划 ( 2 0 0 5 C B 2 2 1 2 0 1 ) , 教育部新世纪优秀人才支持计划 ( N C E T 一 0 4 -01 0 8 )
5、。 料马 全 , 男 , 1 9 8 1 年 2月生 , 硕士研究生 。山东省东营市 , 2 5 7 0 6 1 。 维普资讯 http:/ 2 4 2 化工机械 2 0 0 7年 气流 方向 图 2试 验流程 图 1 u形压差计 ; 2 进气 管 ; 3 加料 斗 ; 4 毕托管 ; 5 集气室 ; 6 分离器 ; 7 收料 斗 ; 8 通风管 ; 9 烟 囱; 1 0 风 机 试验中芯管插入深度为 2 0 0 ra m, 芯管的偏置距 离为 ( 为芯管偏置后 的中心 e 与基准位置中心 。 之间的距离, 见图 3 ) 。芯管偏置角 0为 e o与 o ,1 7 之 间的夹 角 , 0 0,
6、方 向为 0 。 偏 置方 向。图 3中粗线 圆 弧 m f n表示芯管切 I : 1 , 其 中心 线 与 e g之间 的夹 角为切 I: 1 方 向 , 与 e g重合 时记 为 0 。 。0和 都按 4 5 。 间隔顺时针旋转。芯管 的切 口方式见 图 4 , 其中固定 h改变 S , 称为切量 S , 且 S , =d 4 , S : = 3 d 4 , S = d ; 另外 , 固定 t = d 2 , 改变 O , 称 为切 量 A, 试验中 O 取 l 5 。 、 3 0 。 和 4 5 。 , 对应结构分别用 A 。 , A 和 A , 表 示 。各因素 的取 值见表 1 。
7、表 1 各 因素取值 因素 取值 L 3 mm,6 mm ,9mm 0 0。 , 4 5 。, 9 0。 , 1 3 5 。, 1 8 0 。, 2 2 5。 , 2 7 0 。, 31 5。 JB 0 。 , 4 5 。 , 9 O 。 , 1 3 5 。 , 1 8 0 。 , 2 2 5 。 , 2 7 0 。 , 3 1 5 。 S d 4,3 d 4,d d 1 5。 。3 O。,4 5 。 由于对本次试验产生影 响的有偏 置距 离、 偏 置方向、 切量和切 口方向 4个因素, 若对每个因素 的各个取值都互相搭配进行全面试验 , 需要做的 试 验 次数就会 很 多 。为 了尽 可能
8、地减少 试 验次数 而又不影响试验效果 , 并且希望得到 比较理想 的 结果 , 故采用正交试验方法。 2试验 结果与 分析 2 1 综合指标 的正交分析 芯 f 气流方向 I 。 。 图 3 芯 管位 置 示意 图 置 乱基准结构 b 切量S 1 2 切量A 图 4 芯 管切 口示意 图 衡量旋风分离器性能的指标主要是压降和分 离效率 , 二者具有矛盾性。同一分离器 , 提高分离 效率会消耗更多 的能量, 使压 降增大。本试验希 望选出能同时达 到增效降压 的结构 , 而与基准结 构进行效率或压 降的单指标对 比分析 , 只能确定 各个单指标 的优选结构。为了综合反映压降和分 离效率的变化,
9、 设定一个无量纲综合指标 后 : 后 : ( 1 ) : ( 2 ) Pg i 式中卵分离效率; 阻力 系数 , 入 口气速 ; P 气体密度 ; p旋风分离器的压 降。 由式( 1 ) 和式( 2 ) 可知 , 当分离效率不变 , 压 维普资讯 http:/ 第 3 4卷第 5期 化工 机械 2 4 3 降减小 , 或当压降不变而分离效率提高, 或者分离 效率提高的同时压降又降低等理想情况出现时, 后 值 都是 增大 的 。 表 2是第一系列结构的试验结果的正交分析 表 。表 中 , 、 、 分 别为 3 、 6 、 9 m m; 前 期试 验发 现 : 在 0取 2 2 5 。 、 2 7
10、 0 。 、 3 1 5 。 以及 取 9 0 。 、 1 8 0 。 、 2 7 0 。 时有 较 好 的 试 验 结 果 , 因此 将 0 、 0 、 0 ,取 2 2 5 。 、 2 7 0 。 、 3 1 5 。 ; 3 l 、 2 、 3 取 9 0 。 、 1 8 0 。 、 2 7 0 。 。 由 表 2可见 , 在 因素 偏 置 方 向 这一 列 中得 到 的极 差 值最大( 0 0 2 9) , 这说 明偏置方 向的水平改变对 综合指标的影响最大, 偏置方 向是主要 因素 。它 的 3个水平所对应 的平均值中以第 3水平所对 应的数值 0 1 4 1最大 , 所以取它 的第
11、3水平 最 好。偏置距离 的极差仅次 于因素偏 置方 向, 且 以 第 3个水平 即向 3 1 5 。 偏置时最好。切 口方 向取 它的第 1水平最好。另外 , 因素切量 的极差值最 小 , 它的第 1 水平对应的数值 0 1 2 6最大 , 因此取 Js 。 最好 。 表 2正 交分析数 据表 综上所述 , 各 因素对旋风分离 器综合性能的 影响按照大小次序来说应该是偏置方 向、 偏置距 离、 切口方向和切量。根据各个因素及其水平对 分离性能影响的大小 , 可得到最好 的组合方案是 ( L , , 0 , , S , 卢 。 ) , 称之为 G 。这里得到的最好方案 G 在已经作过的 9次试
12、验 中没有 出现 , 但它 比较 接近试验 9中的组合 G : ( L , , 0 , , S , 。 ) 。G 中的 切量 不是 处在 最 好 水平 , 而 切量 对 综 合 指标 的影 响相 对较 小 。另从 实 际结 果看 , 试 验 9中 的 为 0 1 5 3 , 是 9次试 验 中最 大 的 , 这也 说 明得 到 的最 好方案是符合实际的。按 同样的方法对第 2系列 结构进 行分 析可 以得 到较好 的组合 方 案是 G ( L , , 0 , , A 。 , 卢 。 ) 和 G ( L , , 0 , , A , 卢 。 ) 。 2 2改进 结构 与基 准结 构的性 能对 比
13、为检验优 选 结 构 的性 能 , 将 G, 、 G 、 G ,和 G 与 基 准 结 构 进 行 了全 面 的 对 比 试 验 。 图 5 为试验得到 的各结构 的综合指标 随人 口气速 的变化情况 。由图 5可见 , 通 过正 交分析 得到 的组合 G 、 G 、 G ,和 G 的综合 指标 相对 于 基准分离器的综合指标都有 明显 的增 加 , 与 G 和 G, 相 比 , G 。 和 G 的增 幅较 大 , 其 中 G 的综 合指标 提高最多 。 图 5 综合指 标 与入 口气速 关 系 图 由式 ( 1 ) 可 知 , 旋 风分 离 器 的分 离 效率 提 高 、 阻力系数减小 、
14、或者分离效率提高的同时阻力系 数也减小 , 3种情况都会造成 的增大, 究竟是 由 哪种情况引起的还需要对单性能指标 即分离效率 和总压降进行 比较。 2 2 1 分 离效 率 的对 比 表 3为各结构分离效率随人 口气速 的变化情 况 。由3表可见 , G 和 G ,的分离效率不如基准 结构。G 。 和 G 的分离效率与基准分离器的分离 效率相差不 大, 且在人 口气速 为 2 0 m s 时 G 和 G 的分离效率超过基准分离器的分离效率, 其跑 损率比基准结构的降低了约 1 5 。另外 , 当人 口 气速超过J 1 8 m s时基准分离器 的分离效率下降 较多, 而 G 和 G 分离效率
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- 旋风 分离器 结构 改进 试验 研究
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