旋風分離器錐體局部磨損對內流場及性能的影響

張樂輝, 范軍領, 高 飛, 張 攀, 陳光輝

旋風分離器錐體局部磨損對內流場及性能的影響

張樂輝1, 范軍領1, 高 飛2,3, 張 攀1, 陳光輝2,3

(1. 青島科技大學 機電工程學院, 山東 青島 266061; 2. 青島科技大學 化工學院, 山東 青島 266042;3. 山東省多相流體反應與分離工程重點實驗室, 山東 青島 266042)

為了探究局部磨損對旋風分離器性能的影響，采用Oka磨損方程以及計算流體動力學(CFD)對旋風分離器壁面磨損以及內流場特性進行數值模擬，考察旋風分離器內流場等參數隨磨損厚度增大的變化規律。結果表明，旋風分離器壁在錐體底部排塵口附近壁面局部磨損嚴重，形成螺旋形沖蝕磨損帶。磨損引起設備幾何結構的改變會導致切向速度降低，顆粒所受離心力降低，錐體內局部渦強度及影響范圍增大，渦核旋進(PVC)的影響加大，不利于主流的穩定與固體顆粒的分離。與未磨損時相比，當局部磨損厚度為20 mm時，粒徑為4 μm的顆粒分離效率由100% 降低至93%，分割粒徑由1.3 增大至1.9 μm，設備壓降降低了約40%。研究工作對保障旋風分離器的長期安全穩定運行具有重要理論指導意義。

旋風分離器；兩相流；局部磨損厚度；數值模擬

1 前 言

旋風分離器是一種無運動部件、結構簡單、分離性能較好的重要工業凈化設備，廣泛應用于水泥加工、石油天然氣、頁巖氣凈化以及煤炭發電等行業[1]。旋風分離器內部流場極其復雜，是一種依靠含塵氣體旋轉產生離心力，從而實現氣-固分離的多相流分離設備[2-4]，與其他除塵設備相比，高速運動的流體所攜帶的顆粒極易造成器壁的沖蝕磨損。……