回流型动态旋风分离器设计与性能研究

发布时间：2017-04-06 03:13

  本文关键词：回流型动态旋风分离器设计与性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤层气是与煤伴生、共生的非常规天然气资源,我国煤层气储量丰富。随着我国对天然气需求的高速增长,开发煤层气资源可有效补充天然气产量,改善我国能源结构。 煤层气开采过程中不可避免的含有砂岩颗粒,这些颗粒的存在提高了煤层气的输送成本,也难以满足下游用户的生产条件,因此煤层气地面集输工艺中对除尘效率提出了较高的要求,煤层气内的粉尘粒径细小,开采压力低,流量波动较大,现有分离技术难以很好地有针对性地解决,因此需研制适用于煤层气除尘的高效分离设备。 本文主要通过分析传统气固分离设备的特点,总结提高分离器性能的措施,并在以往研究的基础上,结合煤层气工况特点,以旋风分离技术为基础,设计出了新型高效气固分离设备——回流型动态旋风分离器,介绍了其结构原理、性能指标。 利用Fluent软件,采用雷诺应力模型(RSM)对分离器内流场进行了模拟,并结合离散相模型(DPM)模拟了颗粒轨迹和分离效率。模拟分析了叶轮结构、排气管结构、回流管结构等结构参数和处理量、叶轮转速等操作参数对流场和分离效率的影响规律,为设计优化提供依据。 加工实验样机,搭建实验平台,测定分离效率。通过实验研究了叶轮结构、排气管结构、回流管结构等结构参数和处理量、叶轮转速、含尘浓度等操作参数对压力性能和分离性能的影响,并测定了经优化后的整机性能。 经过数值模拟和实验研究得出：回流型动态旋风分离器有效消除了传统旋风分离器内存在的二次涡流,流场对称分布,利于分离；分离器对5μm以上颗粒分级效率均在95%以上,对平均粒径10μm的含尘气体分离效率高达99.5%；回流管有效地起到了稳定流场、提高效率、减小压力损失的作用,通过设置回流管,对微细粉尘分离效率最大提高了10%,压力损失减少了100Pa以上；排气管直径减小,分离效率提高,但是压力损失显著增加；叶轮直径增加,分离效率先提高后减小,压力损失一直增大,应设计适当直径；处理量波动,对压力损失有较大影响,但是对分离效率影响较小,处理量变化50%时,分离效率变化不足2%,且效率均在98%以上,分离器有较好的抗流量波动能力；叶轮转速不宜过大,否则不但增大压力损失和能耗,效率反而降低。 综合模拟和实验研究结果,获得了最优的设备结构与操作条件。
【关键词】：气固分离 动态旋风分离器 结构设计 数值模拟 性能研究
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ051.8
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 引言10-11
• 1 文献综述11-31
• 1.1 课题背景11-12
• 1.2 典型除尘设备对比12-16
• 1.2.1 机械式除尘12-14
• 1.2.2 过滤式除尘14-15
• 1.2.3 湿式除尘15
• 1.2.4 静电除尘15
• 1.2.5 各除尘设备的对比15-16
• 1.2.6 除尘设备的选择16
• 1.3 旋风分离器研究概况16-29
• 1.3.1 旋风分离器分类16-17
• 1.3.2 旋风分离器内流场分析17-19
• 1.3.3 旋风分离器性能评价指标19-21
• 1.3.4 旋风分离器性能影响因素21-22
• 1.3.5 旋风分离器尺寸设计方法及对比22-26
• 1.3.6 加强旋风分离器性能研究进展26-29
• 1.4 本文研究目的与主要工作内容29-31
• 1.4.1 研究目的29-30
• 1.4.2 主要工作内容30-31
• 2 回流型动态旋风分离器工作原理及结构特点31-41
• 2.1 回流型动态旋风分离器设计思想31-32
• 2.2 回流型动态旋风分离器结构设计32-37
• 2.2.1 整体结构设计32-33
• 2.2.2 进口结构33
• 2.2.3 分离器筒体33
• 2.2.4 旋转叶轮33-34
• 2.2.5 排气管34-35
• 2.2.6 中心回流管35-36
• 2.2.7 机械密封36-37
• 2.3 回流型动态旋风分离器性能理论核算37-39
• 2.4 回流型动态旋风分离器工作原理39-40
• 2.5 本章小结40-41
• 3 回流型动态旋风分离器数值模拟41-74
• 3.1 数学模型的选择41-43
• 3.1.1 基本控制方程41-42
• 3.1.2 湍流模型选取42
• 3.1.3 可动区域模型42
• 3.1.4 离散相模型DPM42-43
• 3.1.5 控制方程离散方法43
• 3.2 模型建立与网格划分43-45
• 3.3 边界条件设定45-46
• 3.3.1 连续相边界条件设定45
• 3.3.2 MRF模型边界条件设定45-46
• 3.3.3 DPM模型边界条件设定46
• 3.4 分离器内连续相流场分析46-62
• 3.4.1 旋风分离器内流场分布47-49
• 3.4.2 叶轮结构对流场的影响49-53
• 3.4.3 叶轮转速对流场的影响53-56
• 3.4.4 回流管结构对流场的影响56-59
• 3.4.5 排气管结构对流场影响59-61
• 3.4.6 处理量对压降的影响61-62
• 3.5 分离器内气固两相流动分析62-66
• 3.5.1 颗粒运动轨迹方程62-63
• 3.5.2 颗粒运动轨迹研究63-66
• 3.6 分离器分离效率分析66-70
• 3.6.1 叶轮结构对分离效率的影响67-68
• 3.6.2 排气管对分离效率的影响68-69
• 3.6.3 回流管对分离效率的影响69-70
• 3.6.4 操作参数对分离效率的影响70
• 3.7 优化结构性能分析70-73
• 3.8 本章小结73-74
• 4 实验平台搭建及实验流程74-83
• 4.1 实验流程74-75
• 4.2 实验装置系统单元75-79
• 4.2.1 喷雾造粒单元75-76
• 4.2.2 粒度测量系统PDPA76-77
• 4.2.3 状态测量系统77-78
• 4.2.4 动力及转速控制系统78-79
• 4.3 实验参数说明79-80
• 4.3.1 实验操作参数79-80
• 4.3.2 设备结构参数80
• 4.4 实验方案规划80-82
• 4.4.1 实验规划80-81
• 4.4.2 压力性能实验方法及评价方法81-82
• 4.4.3 分离性能实验方法及评价方法82
• 4.5 本章小结82-83
• 5 回流型动态旋风分离器性能实验研究及结果分析83-92
• 5.1 雾化系统实验研究83-87
• 5.1.1 实验流程83-84
• 5.1.2 液滴粒径评价指标84-86
• 5.1.3 实验结果分析86-87
• 5.2 分离器整机性能实验研究与结果分析87-91
• 5.2.1 基本结构性能实验结果分析87-88
• 5.2.2 结构参数对性能的影响88-90
• 5.2.3 操作参数对性能的影响90-91
• 5.3 本章小结91-92
• 结论92-93
• 参考文献93-98
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况98-99
• 致谢99-100

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 钱付平,章名耀;旋风分离器分离性能的经验模型与数值预测[J];东南大学学报(自然科学版);2005年01期

2 余战英,奚金祥,徐通模,惠思恩;下排气旋风分离器流场的测定及数值模拟[J];动力工程;2002年05期

3 吴淑虹 ,斯东波 ,池作和 ,蒋啸 ,周昊 ,岑可法;中储式制粉系统分离超细煤粉试验研究[J];电站系统工程;2004年02期

4 龚安龙;王连泽;;旋风分离器减阻杆减阻的PIV实验研究[J];工程力学;2006年01期

5 魏凤,张军营,郑楚光,陈俊;燃煤超细颗粒团聚模拟研究[J];工程热物理学报;2005年03期

6 王乐勤;郝宗睿;王循明;焦磊;;简体长度对旋风分离器内流场影响的数值模拟[J];工程热物理学报;2009年02期

7 吴冉;;旋风分离器进出口结构改进的研究进展[J];广东化工;2011年06期

8 殷建平;黄辉;;我国天然气供求分析和未来消费政策选择[J];改革与战略;2010年04期

9 金小峰;王恩禄;王长普;;各种除尘技术性能比较及袋式除尘器在我国的应用前景[J];锅炉技术;2007年01期

10 朱劲松;过滤除尘技术[J];过滤与分离;2003年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 马艳杰;导叶式旋风管内气固两相流动控制与分离性能计算方法的研究[D];中国石油大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 陈君龙;瓦斯抽采钻孔除尘技术与装置研究[D];河南理工大学;2011年

2 卢泽;直筒导叶直流式三相旋流器气相流场实验研究与数值模拟[D];天津大学;2004年

3 姚常亮;涡流板式动态水力旋流器的性能研究[D];大连理工大学;2007年

4 马全;旋风分离器芯管结构改进试验研究[D];中国石油大学;2007年

5 刘向升;综放工作面支架喷雾降尘装置的选择及优化[D];山东科技大学;2007年

6 李强;旋风除尘器优化设计及分离特性研究[D];中南大学;2008年

7 朱少林;轴入式旋风分离器气粒分离特性的数值模拟与试验[D];湖南大学;2009年

8 张晟;自循环式动态水力旋流器压力性能和分离性能研究[D];大连理工大学;2010年

9 许峰;惯性分离器小尺度颗粒气固流动的实验研究和数值模拟[D];上海交通大学;2010年

10 黄元龙;波分离器的综合性能分析与实验研究[D];大连理工大学;2012年

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