催化裂化旋分式第三级旋风分离器数值模拟分析
发布时间：2021-03-05 01:00
旋风分离器作为一种重要的气固分离设备,在石油化工、燃煤发电和环境保护等众多行业中得到了广泛应用。旋分式第三级旋风分离器的特点就是将数个结构简单的小旋风分离器悬吊在中心管和集气室上,大大降低了制造、施工和安装的难度,相比多管式三旋,取消了制造精度要求较高的单管和膨胀节。而旋分式三旋的分离效率以及对小粒径的分离能力也能满足烟气轮机的入口粉尘粒度控制指标。为了更好地了解旋分式三旋内部的气固相流动机理,本文利用计算流体力学软件对旋分式三旋进行数值模拟,通过合适的求解模型以及边界条件的设定,得到相应的内部流场。在分析完内部流场规律后,模拟研究了不同工况以及结构下的分离效率与压力损失,希望通过模拟得出更加适合工作条件的低压力损失、高分离效率的优化结构。首先,通过适合旋风分离器的RSM湍流模型对单级小旋分进行气相流场的模拟,模拟结果可以得到相应的速度、压力分布云图、速度矢量分布图、迹线图等都能对旋风分离器内部的气相流场有很深刻的认识,也因此知道旋风分离器内部的双层旋转流,也看到了内旋流在中心摇摆的轨迹。其次,在气相的流场中加入DPM模型,也就是通过流固耦合将稀疏的催化剂颗粒加入旋风分离器气相流场中。...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
旋分式旋第三级旋风分离器
西安石油大学硕士学位论文16第三章旋风分离器内气相流场数值模拟研究3.1引言催化裂化装置中的第三级旋风分离器内部主要是颗粒细小的催化剂粉末和空气的分离。但是由于颗粒含量较少，颗粒的运动受气相流场的影响也较大，根据FLUENT的DPM模型帮助文件，应该先对气相进行模拟使其计算结果收敛后再加入颗粒相。这样模拟出的结果更加精确，所以我们先对气相流动进行研究。本章采用数值计算方法来模拟和研究三旋内部小旋分气相流场，首先对研究模型用SolidWorks进行结构绘制，再用ICEMCFD进行网格划分，绘制出合格的网格后再导入计算流体力学软件Fluent进行第二章所述的设置，以及相关的工作参数设置就可以得到数值模拟的结果。之后对这些计算模拟出的结果进行理论分析。3.2计算模型与计算方法本章选择陕西延长石油某催化裂化装置的第三级旋风分离器中的小旋分为计算模型，其示意图如图3-1所示，结构尺寸如表3-1所示，研究分离器内部的气相流场特性。图3-1旋风分离器模型示意图
第3章风分离器内气相流场数值模拟研究17表3-1旋风分离器模型尺寸（单位：mm）本体直径升气管直径排尘口直径升气管插入深度入口截面高度入口截面宽度总高椎体段高度DDxDdSabHHC114335645758066629638792356首先采用SolidWorks进行三维图的制作（如图3-2），然后使用ANSYS公司的ICEMCFD进行网格划分，制作了网格数目为138718、402174的网格，为了得到更加精确的结果，此处采用402174个网格数目的网格（如图3-3），设置好边界类型后制作成非结构化网格，最后在FLUENT中进行计算。由KBR公司给定的工艺参数可以确定三旋内部温度为743℃，压力为0.17Mpa。再生器的汽提蒸气量为5300kg/h，再生器总主风量为87595kg/h，再生器喷燃烧油为5215kg/h。通过再生后，气相中主要是空气，水蒸气，还有燃烧油燃烧后产生的CO2、SO2等。可以计算出气相密度3ρ0.83=kg/m，动力粘度η4.26*1=05PaS，通过KBR公司设计的水蒸气量，主风量以及所消耗的燃料油，以及管径可以计算出气相入口速度为30m/s。入口水力直径为0.41m，可以得到入口处雷诺数Re=2.396*105，由公式18I0.16Re=可计算出湍流强度I=0.034也就是3.4%。由此可以设定好气体入口为速度进口（velocity-inlet），排气口和排尘口设定为outflow，由于排尘口边界气相基本没有流出，将其流出加权设为0。湍流模型选取雷诺应力模型，数值计算采用SIMPLEC算法，压力插值格式选择PRESTO！格式，差分格式都选择QUICK格式即可。图3-2旋风分离器三维图
【参考文献】：
期刊论文
[1]烟气轮机动叶片断裂原因分析及改善措施[J]. 孔洪斌,苗红霞,孔素霞. 设备管理与维修. 2009(04)
[2]离散型湍流多相流动的研究进展和需求[J]. 周力行. 力学进展. 2008(05)
[3]不同排尘结构旋风分离器的分离特性[J]. 钱付平,章名耀. 燃烧科学与技术. 2006(02)
[4]排气管偏置式旋风分离器的工作特性研究[J]. 张定坤,李军. 锅炉技术. 2005(05)
[5]旋风分离器流场的数值计算方法研究[J]. 魏新利,张海红,王定标. 郑州大学学报(工学版). 2005(01)
[6]旋风分离器进口回转通道气尘分离模型[J]. 沈恒根,张玮. 西安建筑科技大学学报(自然科学版). 1998(01)
[7]催化裂化装置第三级旋风分离器技术的现状、展望及设想[J]. 张荣克,廖仲武. 石油化工设备技术. 1985(03)
博士论文
[1]新型循环流化床锅炉结构布置及气固流动特性的研究[D]. 熊斌.重庆大学 2009
硕士论文
[1]六个旋风分离器并联布置循环流化床的实验研究和数值模拟[D]. 廖磊.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2011
[2]燃气轮机旋风分离器性能研究[D]. 黄正明.上海交通大学 2009
[3]旋风分离器的气固两相特性研究与数值模拟[D]. 周韬.上海交通大学 2007
本文编号：3064274
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
旋分式旋第三级旋风分离器
西安石油大学硕士学位论文16第三章旋风分离器内气相流场数值模拟研究3.1引言催化裂化装置中的第三级旋风分离器内部主要是颗粒细小的催化剂粉末和空气的分离。但是由于颗粒含量较少，颗粒的运动受气相流场的影响也较大，根据FLUENT的DPM模型帮助文件，应该先对气相进行模拟使其计算结果收敛后再加入颗粒相。这样模拟出的结果更加精确，所以我们先对气相流动进行研究。本章采用数值计算方法来模拟和研究三旋内部小旋分气相流场，首先对研究模型用SolidWorks进行结构绘制，再用ICEMCFD进行网格划分，绘制出合格的网格后再导入计算流体力学软件Fluent进行第二章所述的设置，以及相关的工作参数设置就可以得到数值模拟的结果。之后对这些计算模拟出的结果进行理论分析。3.2计算模型与计算方法本章选择陕西延长石油某催化裂化装置的第三级旋风分离器中的小旋分为计算模型，其示意图如图3-1所示，结构尺寸如表3-1所示，研究分离器内部的气相流场特性。图3-1旋风分离器模型示意图
第3章风分离器内气相流场数值模拟研究17表3-1旋风分离器模型尺寸（单位：mm）本体直径升气管直径排尘口直径升气管插入深度入口截面高度入口截面宽度总高椎体段高度DDxDdSabHHC114335645758066629638792356首先采用SolidWorks进行三维图的制作（如图3-2），然后使用ANSYS公司的ICEMCFD进行网格划分，制作了网格数目为138718、402174的网格，为了得到更加精确的结果，此处采用402174个网格数目的网格（如图3-3），设置好边界类型后制作成非结构化网格，最后在FLUENT中进行计算。由KBR公司给定的工艺参数可以确定三旋内部温度为743℃，压力为0.17Mpa。再生器的汽提蒸气量为5300kg/h，再生器总主风量为87595kg/h，再生器喷燃烧油为5215kg/h。通过再生后，气相中主要是空气，水蒸气，还有燃烧油燃烧后产生的CO2、SO2等。可以计算出气相密度3ρ0.83=kg/m，动力粘度η4.26*1=05PaS，通过KBR公司设计的水蒸气量，主风量以及所消耗的燃料油，以及管径可以计算出气相入口速度为30m/s。入口水力直径为0.41m，可以得到入口处雷诺数Re=2.396*105，由公式18I0.16Re=可计算出湍流强度I=0.034也就是3.4%。由此可以设定好气体入口为速度进口（velocity-inlet），排气口和排尘口设定为outflow，由于排尘口边界气相基本没有流出，将其流出加权设为0。湍流模型选取雷诺应力模型，数值计算采用SIMPLEC算法，压力插值格式选择PRESTO！格式，差分格式都选择QUICK格式即可。图3-2旋风分离器三维图
【参考文献】：
期刊论文
[1]烟气轮机动叶片断裂原因分析及改善措施[J]. 孔洪斌,苗红霞,孔素霞. 设备管理与维修. 2009(04)
[2]离散型湍流多相流动的研究进展和需求[J]. 周力行. 力学进展. 2008(05)
[3]不同排尘结构旋风分离器的分离特性[J]. 钱付平,章名耀. 燃烧科学与技术. 2006(02)
[4]排气管偏置式旋风分离器的工作特性研究[J]. 张定坤,李军. 锅炉技术. 2005(05)
[5]旋风分离器流场的数值计算方法研究[J]. 魏新利,张海红,王定标. 郑州大学学报(工学版). 2005(01)
[6]旋风分离器进口回转通道气尘分离模型[J]. 沈恒根,张玮. 西安建筑科技大学学报(自然科学版). 1998(01)
[7]催化裂化装置第三级旋风分离器技术的现状、展望及设想[J]. 张荣克,廖仲武. 石油化工设备技术. 1985(03)
博士论文
[1]新型循环流化床锅炉结构布置及气固流动特性的研究[D]. 熊斌.重庆大学 2009
硕士论文
[1]六个旋风分离器并联布置循环流化床的实验研究和数值模拟[D]. 廖磊.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2011
[2]燃气轮机旋风分离器性能研究[D]. 黄正明.上海交通大学 2009
[3]旋风分离器的气固两相特性研究与数值模拟[D]. 周韬.上海交通大学 2007
本文编号：3064274
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