【《旋风分离器研究的国内外文献综述》3800字】

旋风分离器研究的国内外文献综述1.1旋风分离器原理旋风分离器的典型结构示意图如图2-1所示。旋风分离器主要部件包括进气管、排气管、圆筒段、锥体段、排灰口。含尘气体从入口切线进入设备内柱段旋风分离区，沿圆简内壁作旋转流动。密度大的尘粒在离心力作用下被甩向器壁，并在重力作用下，沿内壁落入灰斗。气流在内层，气固得以分离。在圆锥部分，旋转半径缩小而切向速度增大，气流与颗粒作下螺旋运动。在圆锥的底部附近，气流转为上升旋转运动，最后再经设备顶部出口流出[4]。图2-1旋风分离器示意图1.2入口结构研究现状旋风分离器的入口结构主要包括切流式和轴流式、单入口和双入口等，入口结构的改变对提高旋风分离器的分离性能至关重要，近几十年来一直在进行深入的研究[5-14]。Elsayed等人研究了入口尺寸对旋风分离器性能的影响，研究表明增加旋风分离器的入口尺寸可减少压降，且入口宽度比高度对旋风分离器分离性能的影响更大，入口高度与入口宽度的最佳比率为1.4~2[5]。袁惠新等人也做了此方面的研究，高宽比为3.5时压降达到最大值，高宽比为4.5时分离效率最高[6]。李红[7]、李强[8]等人也得出来相似的结论。董思捷等研究了入口位置对旋风分离器分离性能的影响，研究结果表明径向外侧入口压降较低，分离效率较高；径向内测入口压降降低，分离效率大幅降低；最优入口位置是径向外侧、轴向上方[9]。杜慧娟等研究了入口收缩角度对分离器性能的影响，结果表明入口收缩角度越大，压降越高，分离效率先增大后逐渐降低。且在此研究中分离器的最优收缩角度和缩口速度分别为30°、20m/s[10]。QianFuping等人对入口截面角进行了模拟研究，模拟结果表明当入口截面角度为45°时，压降可降低30％[11]。刘秀林等人在旋风分离器结构优化实验中采用270°蜗壳矩形入口，并且在入口增加隔板将其分为两个入口通道，有效抑制了底部的窜流返混，提高了分离效率[12]。YoshidaH、付烜等的研究指出多入口旋风分离器在改善颗粒分离性能方面非常有效[13-14]。1.3排气芯管结构研究现状排气管是影响旋风分离器分离性能的重要部件之一，主要是对其进行结构上的改变以及改变插入深度来提高分离器的性能。ElsayedK和LacorC通过改变排气管直径研究其对旋风分离器流场的影响，研究结果表明随着排气管直径的减小，压降和最大切向速度都会增大[15]。El-BatshHM研究了排气管对分离器分离性能的影响，指出增加出口管的直径会减小通过旋风分离器的压降，并且还会影响收集效率，而出口管的长度不会显着影响旋风分离器的性能[16]。陈建义等在PV-E型旋风分离器性能试验研究中得出特殊分流型排气结构（缩小排气管下口直径，开若干狭缝）可提高分离效率、降低压降，有效改善顶灰环、短路流[17]。另外，吴彩金等人也做了同样的研究，通过减小排气管直径，向下的内旋流以及排气管壁的滞流层能够被有效的减小，并且能够提高除尘效率，但是功耗却增加明显[18]。郑建祥、周天鹤通过数值模拟的方法对旋风分离器排气管缩口半径进行优化，得出结论，当排气管半径R与排气管底口半径r的比值为1.7~2时，除尘效率约为97％~98％，压降也比较小[19]。Li等提出了一种带有间隙的新型溢流管，并证明了新设计可以提高除尘效率并降低压降。他还评估了该溢流管的性能，发现旋风分离器的总除尘效率从73％提高到76％[20,21]。杨景轩等人采用实验方法研究物料特性、入口气速、排气管直径、入口截面积4种因素对排气管最佳插入深度的影响。实验结果表明，排气管的最佳插入深度主要受粉料中位粒径和粒径分布的影响，中位粒径越小，包含的小粒径颗粒越多，最佳插入深度越大，而与其他3项参数无关，且最佳插入深度为1.2a（a为入口高度）[22]。另外对排气管的研究还有排气管偏置对旋风分离器性能的影响。如彭雷等人研究了排气管偏置对CFB锅炉旋风分离器性能的影响，研究结果表明相对于排气管不偏置，偏置之后压降最大下降8.5％，分离效率提高5.1％~10.8％[23]。李双权等人利用PV型旋风分离器研究排气管偏置对其有何影响，得出了偏心矩9mm时是排气管偏置的最佳位置，排气管偏向最佳为255°[24]。而张定坤等在关于排气管偏置的研究中，得出相对偏置距L=0.191附近，偏置角度为180°附近时，旋风分离器可以获得最佳运行效果[25]。1.4筒锥段结构研究现状含尘烟气的分离从圆筒段开始的，是漩涡的外边界。颗粒受到离心力的作用被收集到分离器的内壁，这部分颗粒在重力的作用下被运送到下部的集尘装置，锥体部分则是将气流排向排气管，进而将其排出。因此，筒锥结构参数以及其结构的改变也是影响分离器性能的重要因素。目前主要研究有袁怡等对不同直径的筒体进行了综合性研究，结果表明旋风分离器按几何相似放大，筒径增大，在入口气体流速相同时，除尘效率下降而压降增大；当处理量相同时，除尘效率和压降都会下降[26]。王乐勤等通过数值模拟研究筒体长度对分离器的影响，得出结论随着筒体长度的增加，切向速度降低，导致分离效率降低；当筒体长度过小时，会导致粒径较小的颗粒进入内涡，从而降低除尘效率。而且发现筒体长度在一定范围内存在最优值[27]。王超在对α型旋风分离器进行研究中，通过放大效应的研究以及对分离器的结构优化，指出随着圆筒直径的逐渐增大，压降也不断增大，当粉尘粒径相同时分离器的除尘效率随圆筒直径的增大反而降低[28]。HamdyO等通过固定锥筒直径或固定锥角研究锥长变化对分离器性能的影响，研究指出当分离器只有锥段部分的情况下，随着锥长的增加，分离器的压降以及轴向速度和切向速度都会增加，直至达到稳定；在保持锥段直径不变时，增加锥段长度会增加排气管下方的回流。在锥段角度不变时，增加锥段长度可以减少回流[29]。DemirS等人研究了分离器柱段和锥段高度对其的影响，结果指出随着柱锥段高度的增加，压降减小。且柱段与锥段高度的最佳比值在0.4~0.6之间[30]。ALSB等同样对旋风分离器的柱锥段高度进行了研究。他们发现，随着通体高度的不断增加，分离器的压降减小，除尘效率降低。当筒体高度分别增加到筒体直径的5.5倍和6.5倍时，压降分别降低约34%、29%，除尘效率分别提高9.5%、11%[31]。沈贤锋等人通过数值模拟对分离器的单双锥进行研究，结果表明双锥分离器要明显优于单锥分离器，前者产生的局部二次涡流较少，且分离效率较单锥更高[32]。李琦等研究了锥度对旋风分离器分离性能的影响，研究结果表明排气管和锥段附近的流场受锥度的变化的影响较大，而分离器筒体部分则受到的影响较小。文中指出锥角的最优质为172°，能更多的减少材料的使用[33]。1.5排尘段结构研究现状旋风分离器主要依靠锥段下方的会都进行排尘，但是当下行的气流将器壁上的颗粒排入灰斗的同时，总是不可避免地有小股气流进入灰斗内，这股气流夹带着已经分离的颗粒重新返回旋风分离器内部，这就是返混现象，它会影响分离器的分离效率。目前有很多关于排尘结构的研究，例如李杰等在对防混圆台对旋风分离器性能性能的研究中表明，增设防混圆台，能够减小灰斗内的轴向速度和切向速度，能够有效抑制返混现象[34]。李冬等通过内置防返混锥的方式探究对二次流的抑制作用，结果同[34]相同，且指出最佳顶角角度为80°[35]。谭慧敏等通过模拟对三种不同的排尘锥（无缝、开对称缝、开阶梯缝）进行研究，结果表明，开缝起到分流作用，开阶梯缝可以减小涡核中心的不对称性[36]。钱付平等人在分离器底部加设一根直管，使底部的气流进一步分离，结果表明，增设直管能够进一步分离粉尘[37]。Kaya等与[37]同样增加了直管，结果表明分离器的分离效率较之前有所提高[38]。孙立强等人在对有无灰斗对旋风分离器内部流场的影响中指出，在有灰斗的情况下会导致排尘口附近的瞬时切向速度产生强烈波动[39]。参考文献[1]郭方兴.我国治理雾霾的法律对策研究[D].四川省社会科学院,2014.[2]陈冬林,吴康,曾稀.燃煤锅炉烟气除尘技术的现状及进展[J].环境工程,2014,32(09):70-73+162.[3]王青莲,孙国刚,周发戚,颜深,杨晓楠.旋风-颗粒床组合去除PM2.5的试验研究[J].过滤与分离,2016,26(03):1-4+12.[4]范军领,王超,冯胜科,陈光辉.α型旋风分离器放大效应的数值分析[J].矿山机械,2020,48(06):49-54.[5]KhairyElsayed,ChrisLacor.Theeffectofcycloneinletdimensionsontheflowpatternandperformance[J].AppliedMathematicalModeling,2011,35:1952-1968.[6]袁惠新,石斌磊,付双成,朱星茼,贾俊贤.旋风分离器矩形入口高宽比对流场及性能的影响研究[J].流体机械,2019,47(05):39-43.[7]李红,熊斌.不同入口高宽比旋风分离器内气固流动的数值模拟[J].动力工程学报,2010,30(08):567-572.[8]李强,黄荣国,缪正清,卫飞飞.入口截面高宽比对旋风分离器内流场的影响[J].煤气与热力,2010,30(12):1-4.[9]董思捷,杨柳,张子慧,王博,姜云超.入口位置对多入口旋风分离器性能的影响[J].环境工程学报,2021,15(02):618-625.[10]杜慧娟,王川保,马红和,崔志刚,王晓炜,马素霞.入口收缩角度对旋风分离器分离性能的影响[J].热力发电,2019,48(11):43-48+72.[11]QianFuping,ZhangMingyao.Effectsoftheinletsectionangleontheflowfieldofacyclone[J].ChemicalEngineering&Technology,2007,30(11):1521-4125.[12]刘秀林,陈建义,姜淑凤,陈淑鑫,王兴国.旋风分离器结构优化实验研究[J].现代化工,2019,39(12):205-209.[13]YoshidaH,YoshikawaS,FukuiK,etal.Effectofmulti-inletflowonparticleclassificationperformanceofhydro-cyclones[J].PowderTechnology,2008,184(3):352-360.[14]付烜,孙国刚,刘书贤,马小静,时铭显.单、双入口旋风分离器环形空间流场的数值模拟[J].炼油技术与工程,2010,40(08):26-30.[15]ElsayedK,LacorC.Theeffectofvortexfinderdiameteroncycloneseparatorperformanceandflowfield[C]//FifthEuropeanConferenceonComputationalFluidDynamics(ECCOMASCFD2010).2010.[16]El-BatshHM.Improvingcycloneperformancebyproperselectionoftheexitpipe[J].AppliedMathematicalModelling,2013,37(7):5286-5303.[17]陈建义,罗晓兰,时铭显.PV-E型旋风分离器性能试验研究[J].流体机械,2004(03):1-4+43.[18]吴彩金,马正飞,韩虹.排气管尺寸对旋风分离器流场影响的数值模拟[J].南京工业大学学报(自然科学版),2010,32(04):11-17.[19]郑建祥,周天鹤.旋风分离器排气管缩口半径优化的数值模拟[J].流体机械,2015,43(12):28-32.[20]B.Pei,L.Yang,K.Dong,Y.Jiang,X.Du,B.Wang,Theeffectofcross-shapedvortexfinderontheperformanceofcycloneseparator,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