新型旋风分离器的试验研究与流场分析
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新型旋风分离器的试验研究与流场分析 作者：董瑞倩 韩亚楠 刘云飞 王虎
来源：《硅谷》2014年第17期
摘 要 文章针对高温高压的条件对传统旋风分离器入口结构进行改进，提出了圆柱形径向插入、端面加导流板结构的新型旋风分离器结构。由冷态模型下对超细滑石粉和FCC 催化剂颗粒的分离效率-压降对比试验结果表明，新型旋风分离器入口结构强度性能优良，虽然对超细粉料分离性能略有不足，但对大颗粒粉料的分离性能接近传统直切入口旋风分离器，可以满足要求。并且数值流场模拟结果表明，分离器压降与实验结果相一致。
关键词 旋风分离器；结构强度；分离性能；高温高压
中图分类号：TQ051 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）17-0011-01
旋风分离器由于其结构简单、无运动部件、成本低、效率高且阻力适中等优点，已在全国石油催化裂化装置中广泛应用。传统的旋风分离器一般为切向矩形进口的异形结构，不能承受较高的压力与温度，使用的气体操作压力一般小于0.2 MPa。若将旋风分离器推广应用于粉煤流化床气化、石油化工等过程中更高压力的气体净化处理，为保证分离器的设备强度，尚须对现有的旋风分离器结构再作一些修改，以适应高温、高压工况对设备强度的要求。目前常用的处理方法是在角接处进行局部加强，如采用加强筋保护角焊缝，然而这种角焊缝加强的效果难以进行计算，工程上只能凭经验进行设计。这样，矩形入口结构在高温高压条件下存在制造成本高，投资大的问题。对于催化反应过程中所用旋风分离器的性能与设计，国内外许多研究者已经进行了大量的研究，已趋成熟。但对煤气化、煤燃烧所用高温加压旋风分离器的运行性能研究仅停留在常温常压理论和少数实验的水平。
1 新型旋风分离器的结构特征
工业上常用的旋风分离器一般为矩形切向入口，为了加强旋风分离器的结构性能，本文提出了一种新型的旋风分离器结构。由圆形入口代替矩形入口，将入口切向进气改为径向进气，并在端部设一导流板，具体为入口采用径向圆柱形式，将入口圆柱形管路伸入筒体部分沿轴线竖直方向切去一半在端部设置一导流板，使进入的含尘气体沿旋风分离器筒壁旋转，以实现气固分离。
新型入口结构的提出对旋风分离器承压能力的提高起到非常重要的作用。圆形入口结构代替传统的矩形入口，避免了入口结构的尖角，有效减少应力集中的影响。入口位置由传统的边侧移到筒体中部，沿径向插入到筒体内，这使整个筒体部分受力更平衡。在此考察不同入口形式对分离效果的影响，入口分为水平开放式（入口端部与导流板间没有任何约束）、水平约束式（入口上下端部与导流板间附有平板约束气流流向）和倾斜约束式（将水平约束式绕入口中心线旋转10°）三种。