旋流加强（精选7篇）
旋流加强 篇1
目前, 高层建筑越来越多, 安装材料更新换代频繁, 建筑排水系统通常采用双立管排水系统, 有效的改善了系统内的水力工况、解决了管道系统内部水流波动问题。但是, 双立管系统占用空间大, 造价高。而旋流加强型 (CHT) 特殊单立管排水系统很好的解决了占用空间大和造价高的问题。
旋流加强型 (CHT) 特殊单立管系统具有优越的中空通气能力。由于节省了排气管系统, 管道井相应缩小, 大量提高了建筑面积的实际使用空间, 住宅楼更可以节省大量成本, 由于立管内水态呈贴壁旋流状, 噪声非常小。能调整管内正负压, 有效解决了卫生间异味现象, 特殊单立管节省一半的原材料可制造出性能更加优越的产品, 能源的消耗减少, 碳排放也大量减少, 与我国推行的低碳经济政策吻合, 安装和维修都更方便简捷, 节省安装费用成本一半以上, 安装辅材减少一半以上。
1工艺优点
旋流加强型 (CHT) 特殊单立管排水系统施工技术, 具有以下几个优点:1) 排水畅通保护水封———由于立管与支管连接处采用的加强型旋流器, 内设有旋流叶片, 做到了气水分离, 水流紧贴管壁作螺旋向下流动迅速排出, 而气体在管道形成气流向屋顶排出, 改善水流工况, 保护水封不被破坏。2) 经济效益突出———本系统采用单立管旋流排水, 不用设专用的排气管, 节约了建造成本, 同时增加了室内的使用空间。尤其在高层住宅工程中, 支出同样的成本, 而获得更大的使用面积, 经济效益更为明显。3) 结实、耐用、抗腐蚀性强———加强型旋流器, 除了具有先进、科学的设计技术外, 本身的铸造工艺系统也很好, 同时拥有严格的质量检测程序, 保证了系统的安全使用功能。本旋流器在车间内统一进行多道工序的防腐处理, 相对于施工现场防腐, 具有更高的抗酸碱腐蚀性能。4) 占用空间小、施工简便、系统重量轻———单立管排水系统与传统双排水系统相比, 达到相同的使用效果, 占用的空间更小。同时, 由于单立管系统省掉了专用的排气管, 减少了系统安装的工程量, 施工更为便捷, 保证了施工工期。优化了整个排水系统, 使整体的重量更轻。
2适用范围
当建筑物设计的秒排水流量大于普通排水立管的最大排水能力、排水横支管管径不大于100 mm、卫生间及管道井面积较小时宜采用旋流加强型 (CHT) 特殊单立管排水系统, 比如:1) 10层及10层以上高层住宅、宾馆、养老院等建筑。2) 建筑标准要求较高的多层住宅。3) 要求降低排水立管水流噪声的建筑。4) 抗震需要使用柔性连接的特殊单立管排水系统的建筑等。
3构件及功能
加强型旋流器单立管排水系统应配置特殊管件, 特殊管件分为上部特殊管件和下部特殊管件, 上部特殊管件包括直通、三通、四通等, 下部特殊管件包括底部整流器等。
加强型旋流器应具备下列主要构件:1) 内置2片~4片旋流叶片。2) 横支管水流与立管水流混合段扩容。3) 排水横支管可正向或切向接入加强型旋流器。加强型旋流器主要功能如下:1) 排水横支管和立管水流均能形成旋流, 且无水舌现象产生。2) 有效降低系统的压力波动, 保护水封不被破坏。CHT三通及应用见图1, 图2。
4工艺流程及操作要点
1) 特殊单立管排水系统施工工艺流程。熟悉图纸→计算工程量→施工交底→施工准备→修补预留洞→管道支架制作安装→预制加工→干管安装→立管安装→支管安装→系统试验。
2) 操作要点。a.技术交底。施工之前, 要进行详细的技术交底, 技术交底要结合图纸、材料的性能、现场条件, 由项目技术负责人对全体施工人员进行交底, 并留有书面资料, 经交底人、被交底人签字确认。b.支架安装。支架的选型要本着“安全、实用、经济、美观”的原则。符合现场条件, 提前预支加工, 并进行除锈刷油。在修补洞口后, 进行管道支架的安装, 待管道安装完毕后进行管道与支架的整体面漆的施工。c.立管安装。干管安装完毕后, 进行立管的安装, 首先复核预留洞口垂直度和支架的位置标高。复核无误后进行立管安装, 安装要自下而上安装, 安装需要两个施工人员配合进行, 注意管道检查口和旋流三通的标高及立管垂直度的随时检测, 符合要求后进行支架U形卡环的安装及预留洞口的临时固定, 等整根立管或阶段性的立管安装完毕及符合技术交底时进行最终固定。d.系统试验。排水管道的系统试验包括闭水试验和通球试验。闭水试验要分层进行, 用皮球封堵在检查口的上部, 进行闭水试验的管道要满水15 min, 水面下降后, 再满水5 min, 管道不渗不漏为合格。通球试验, 用不小于管道直径的2/3的塑料 (木制) 球, 从管道的顶端投入, 塑料 (木制) 球顺利通过试验段为合格。
3) 验收标准。特殊单立管排水系统工程的验收, 主控项目应包括以下内容:a.管道坡度, 其标准要求见表1。b.立管安装允许偏差±3 mm。c.检查口, 立管检查口中心高度距地坪上1 m安装。d.支架间距, 支管支架的标高为1.5 m~1.8 m, 当楼层超过4 m时设两个支架。干管及支管的间距根据管径选择, 但在落水点处要设置相应的支架。e.通气管出不上人的屋面高度为0.8 m。出上人屋面为2.2 m。f.系统的闭水试验和通球试验。
5安全措施
1) 高空作业的项目, 高空作业人员要系好安全带, 在管廊中作业人员要系好安全带。2) 高梯作业人员要系好安全带, 双面梯上作业, 中间要用钢丝绳拉住。如果是旧梯子使用前要进行检查维修。3) 所有人员进入工地要戴好安全帽。4) 施工用机械要定期检修维护, 查看机械有无防护罩, 传动装置有无松动, 防止切割片飞伤人。5) 施工机械要按“一机一闸一箱一保护”进行设置, 施工临时用电要接线规范, 线皮无破损。6) 在施工中始终贯彻“安全第一、预防为主”的安全生产工作方针, 加强自我防范能力, 杜绝安全事故发生。
6系统的成品保护
成品保护包括施工本身的保护及其他相关工程实体的保护。要做到活完底清, 文明施工。
1) 系统的朝上管口要随安装, 随时用塑料布等物品进行封堵, 以防建筑垃圾等物品进入管道, 造成系统的堵塞。
2) 管道要在坡度、标高、垂直度符合施工验收规范要求后用专用的塑料布进行缠绕保护, 以防止其他工序对已完工程的污染。
3) 不允许在安装完毕的管道及支架上踩踏或作为其他工序的临时支架。
7效益分析
1) 社会效益。旋流加强型 (CHT) 特殊单立管工程加快了交工的工期, 减少了能源的消耗, 碳排放也大量减少, 与我国推行的低碳经济政策吻合, 且节省了排气管系统, 管道井相应缩小, 大量提高了建筑面积的实际使用空间, 住宅楼更可以节省大量成本, 由于立管内水态呈贴壁旋流状, 噪声非常小。
2) 经济效益。安装费用成本节约一半以上, 安装辅材减少一半以上。每套系统每层只需要打一个安装孔, 很大程度上降低了工程的建造成本。
加强型旋流器特殊单立管排水系统采用内置旋流叶片独特结构的加强型旋流器, 使横支管和立管水流快速形成立管附壁螺旋水流, 有效的消除水舌现象, 改善系统水流工况, 降低立管的压力波动和水流噪声, 增大立管排水能力, 节约管材, 减少立管占用面积, 且便于施工, 经工程的实际应用, 效果良好。
摘要：介绍了旋流加强型 (CHT) 特殊单立管排水系统的优点, 针对其适用范围, 分析了该系统的主要构件功能, 着重对其施工工艺及操作要点进行了阐述, 提出了施工的安全与成品保护措施, 并指出该工艺具有良好的经济和社会效益, 值得推广。
关键词：排水系统,旋流加强型,特殊单立管,成品保护
水力旋流器的三维模拟 篇2
水力旋流器作为一种机械式的分离装置广泛应用于采矿、化工、食品、环保、医药等各个行业。它的主要原理是利用工作介质的密度差异, 所受的离心力不同, 形成溢流与底流的分层, 从而使混合的工作介质分离开来。计算流体力学 (CFD) 是通过对物理模型划分网格, 离散封闭的湍流模型, 然后进行迭代计算的一种流体力学的数值计算方法。旋流器作为一种结构复杂、含有强旋流的湍流流动, 利用计算流体力学来研究、设计和改进这种设备一直是国内外研究人员的一个方向。如Dai等采用k-ε湍流模型对旋流器内流场进行了数值模拟[1], He等在k-ε模型中引入Richardson数来修正湍动能耗散率, 从而考虑了旋流器内由于强旋运动而造成的各向异性问题[2];邹宽等利用雷诺应力模型分析旋流器内流场分布, 得到了与试验数据比较接近的结果[3]。
雷诺应力模型 (RSM) 在模型化雷诺应力张量时, 对于非同向雷诺应力张量的乘积并没有如标准k-ε两方程模型一样设为0, 而是通过一系列变换和假设建立方程将整个模型封闭, 因此虽然雷诺应力模型要比标准k-ε两方程模型的方程多, 但是由于考虑了湍流的各向异性, 它是现有湍流模型中比较适合应用于旋流器数值模拟的。文献[3]中邹宽等利用RSM模型计算旋流器流场, 得到了较好的结果, 但是他采用了简化的二维轴对称的物理模型, 而实际旋流器单向入口非对称的结构肯定会对内部流场产生重大影响。因此本文就是采用RSM模型, 对文献[3]中的旋流器进行三维数值模拟计算, 得到的结果与实验数据及文献[3]中的计算数据进行比较, 分析非对称结构对旋流器流场的影响。
2 物理模型
本文的物理模型采用文献[3]中的旋流器:旋流器直径D=76mm;溢流口直径D1=0.34 D;底流口直径D2=0.16 D;进口采用方形进口, 边长根据雷诺相似准则得到α=0.07πD;溢流管壁厚3mm;柱段长度L1=0.67 D;锥段长度L2=4.33 D;溢流管插入深度L3=0.4 D;工作介质为水, 进口流量为0.407kg/s;分流比1∶4 (底流/溢流) ;其他边界条件根据经验公式得到。物理模型的计算网格数为87万网格 (图1) 。
3 计算结果
首先取距离顶部0.18m距离处分析, 与试验数据和文献[3]的计算结果比较如下。
从图2和图3中我们可以看出, 对于轴向速度, 三维模拟计算的结果在峰值部分要更接近实验值, 在轴心位置也是如此。而对于r>0.01m的部分, 无论是切向速度还是轴向速度, 三维模拟结果与实测值吻合得都相当好。这说明采用三维数值计算的结果是可信的。
图4是距离顶部0.06m、0.18m、0.37m处圆截面上4个半径上的切向速度。
从图4中我们可以看出, z=-0.18m处, 4个方向的切向速度比较一致, 但是在z=-0.06m处和z=-0.37m处, 切向速度有比较明显的差异, 这是因为在z=-0.18m处, 流场已经充分发展, 对称形状的圆柱段和圆锥段结构使得流场更接近于轴对称;在z=-0.06m处, 非对称结构的单向入口对流场影响还比较大, 因此流场呈现非对称的形态;而在z=-0.37m处, 流场接近出口, 流场的对称形态被破坏, 各个方向的切向速度再次呈现较大的差异。另外值得注意的是在轴心处, 各个高度的切向速度都不为零, 这和轴对称假设是完全矛盾的。
4 结论
通过分析三维模拟计算的结果, 我们可以得到如下结论。
(1) 通过三维数值计算来模拟旋流器的流场具有一定的可信性, 这为产品的开发和改进提供了一种可行的选择;
(2) 对于单向入口非对称结构的旋流器, 利用二维轴对称模型来进行数值计算是值得商榷的, 因为非对称结构对流场具有较大的影响。
摘要：利用RSM模型模拟计算三维水力旋流器模型, 分析了计算结果, 并且与相关文献比较后认为:三维模型模拟水力旋流器具有一定的可行性, 而二维轴对称模型与实际有一定的差距。
关键词：水力旋流器,RSM模型,数值模拟
参考文献
[1]Dai G, Li J M, Chen W M.Numerical Prediction ofthe Liquid Flow Within a Hydrocyclone[J].Chemical Engineering Journal, 1999, 74:217~223.
[2]He P, Salcudean M, Gartshore I S.A Numerical Simula-tion of Hydrocyclones[J].'I1ans.IchemE, 1999, 77 (Part A) :429~439.
三产品旋流器选煤工艺浅析 篇3
1 各粒级煤在大旋流器中的分选效果
对无压三产品重介旋流器进行单机检查时, 同时对原料煤、精煤、中煤和矸石进行了分级浮沉试验, 查明了>13 mm、13～6 mm、6～3 mm、3～0.5 mm分级密度组成情况, 摸清了各粒级的分选效果 (见表1) 。
由表1可知以下几点。
(1) 3～0.05 mm粒级是入选主导粒级之一, 同时还占原料煤的28.55%; (2) 随着灰分的降低, 粒度的减小以及各粒级煤的可选性能的变好, 同时数量和效率上都有明显的增加。而偏差Epm1值也有明显的增加, 但是其保持在0.011～0.038 kg/L之中;分选效果3～0.05 mm粒级是必须关注的。主要是3～0.05 mm粒级在原煤中的可选性不仅由极难选转换为较难选的情况, 精煤的生产率也是很好的, 这就使得该粒级成为精煤生产中的主导粒级。其中产生的偏差Epm为0.038 kg/L, 且数量效率也达到了93.59%, 分选的效果达到了令人满意的程度。
2 煤泥重介旋流器对小于0.75粒级分选效果
主选的精煤脱介筛筛缝为0.75 mm, 精煤脱介后合介分流部分去煤泥重介旋流器进行分选;煤泥重介旋流器的分选下限可达到0.1 mm, 只能说0.25～0.1 mm的物料在煤泥重介旋流器中得到了有效的分选。而粗精煤、矸石高频筛的筛缝为0.25 mm, 即使得到了分选也无法回收。在浮选的环节再次重复分选。且流程又复杂得多, 实在没有采用的必要。
3 大旋流器的分选下限
为了确定大旋流器的分选下限, 对<0.75 mm的入料及精煤、中煤和矸石, 从产品出旋流器后进入弧形筛前的各集料箱中获取<0.75 mm悬浮液进行筛分, 得到0.75～0.25 mm粒级煤样, 经脱介处理后进行小浮沉试验, 结果见表2。
检查结果表明, 此旋流器的分选下限已经达到0.25 mm, 同时也再次证明无压给料三产品重介质旋流器对粗煤泥的分选效果, 没有必要对粗煤泥再次分选。
参考文献
重介质旋流器选煤工艺研究 篇4
随着环境和用户对煤炭质量的要求越来越高, 重介质选煤技术的需求不断增长。重介质选煤技术是我国选煤行业的重要技术, 我国重介质选煤技术也达到了国际先进水平, 相继研究成功并在工程上推广应用三产品重介质旋流器选煤工艺以及无压给料三产品重介质旋流器选煤工艺等。
2 重介质旋流器
分选设备中放入一定密度的悬浮液, 密度大于悬浮液的原煤会下沉, 密度小于悬浮液的原煤会上浮。根据悬浮液的运动形式, 重介质分选设备可以分为重力分选和离心力分选。由于其分选精度很高, 常常用于难选煤分选。
2.1 重介质旋流器分类
重介质旋流器目前广泛使用的主要有:圆柱-圆锥形两种产品重介旋流器三产品重介质旋流器。
圆柱-圆锥形重介质旋流器结构与水力旋流器基本一致, 唯一的区别就是重介质是悬浮液。原理就是根据物料密度分层, 密度小的颗粒聚集到旋流器轴线中心, 从溢流口排出, 密度大的聚集在器壁, 从底流口排出。
2.2 技术特点
重介质选煤技术是由荷兰煤炭工程师在20世纪40年代提出的, 随着工业化发展, 重介质选煤技术被广泛应用, 尤其是重介质旋流器技术, 具有显著的优势。
处理能力强, 分选精度高:重介质旋流器的容量和适用范围都有很大的改善。重介质旋流器的单位处理能力可以有效的提高选煤效率, 同时分选密度方便调整, 带来更好的灵活性。重介质旋流器可以分选各种原煤, 包括难选煤, 并能与悬浮液控制系统协调工作, 实现复杂的原煤分选。
易于模块化:重介质旋流器技术具有高效率等特性, 根据原煤产量、地域实现模块化管理, 具体表现在分工具体, 管理方便, 某个外界因素不至于干扰全局, 根据不同特征逐层划分系统, 可以大大提高选煤效率, 这是重介质旋流器的一大优势。
投资小, 易于管理:随着重介质选煤技术迅猛发展, 尤其是三产品重介质旋流器的出现, 大大减轻了重介质选煤系统的复杂性和高成本等劣势, 与此同时, 进一步减少成本, 提高效率, 降低管理难度。随着新技术、新工艺的不断发展, 有利于进一步降低成本, 管理难度, 提升效率。
3 重介质旋流器影响因素
重介质旋流器受到许多因素的影响, 最关键的是旋流器结构和进料压力, 实际使用过程中主要通过改变入料压力和底流口直径来调整旋流器运行状态。
入料压力:悬浮液入料压力要特别注意。压力小, 使得分选动力不够, 容易降低分选精度, 甚至会引起堵旋流器事故;相反, 压力越大, 悬浮液入料越快, 处理能力增强, 但随入料压力变大, 加强悬浮液浓缩, 分选密度同时增大, 分选效果反而下降, 增加设备磨损等缺点, 所以在实际生产中入料压力要适中。进料压力的提高将来带来物料进入旋流器的切向速度增加:
V表示入料切向速度, K表示入料口阻力, p是入料压力。
底流口直径:底流口直径变小可以提高分选密度, 根据质量守恒原理分析。节约介质损耗, 但底流口太小会堵塞底流口, 反而损失精煤, 正常情况下, 底流口直径为旋流器的0.26倍。
入料口、溢流口、底流口和中心空气柱半径分别为R, r1, r2, r0, 底流口处速度为v1 (r) , 溢流口处速度为v2 (r) , 切入料平均初速度为v0。可得
ρ0、ρ1、ρ2分别是入料、溢流和底流的平均密度。
悬浮液密度:重介质旋流器按照物料密度分级, 分选出不同密度的物料。高、低密度分别表示高灰和低灰。
入料固液比:入料固液比指的是原煤与悬浮液体积比。入料固液比太高, 原煤无法充分润湿, 容易错配;固液比太低, 影响旋流器处理能力下降, 导致能源浪费, 所以入料固液比要适中。
旋流器结构参数包括筒体长度, 锥角大小, 溢流口直径, 底流口直径, 入料口尺寸等。
4 选煤厂工艺流程及特点
4.1 工艺流程
旋流器中放入0~50mm原煤, 一段旋流器溢流经振动、弧形筛、分级筛处理, 得到-13mm为最终末精煤, +13mm为最终块精煤;通过二段旋流器对一段旋流器底流再次分选, 得到矸石和中煤, 中煤经振动翻、弧形筛、分级筛进一步处理, 得到最终矸石, +13mm为最终末中煤。一段旋流器以一定压力注入重悬浮液, 精煤和中煤振动, 弧形筛下小部分物料进入煤泥合格介质桶, 大部分进入原煤合格介质桶, 再放入煤泥旋流器, 溢流通过精煤磁选机, 底流通过中煤磁选机。精煤脱介筛、中煤一段筛下水、矸石二段筛下水、三段筛下水分别通过矸、中、精磁选机, 精煤脱介筛二段筛下水通过原煤合格介质桶, 磁选尾矿分别进入矸、中、精煤泥桶。
4.2 工艺特点
工艺流程简单:流程结合无压给料三产品重介质旋流器, 原煤放入旋流器就能分选出精煤、中煤和矸石, 分选结果可以达到93%, 完全可用于分选难选煤, 与传统方法相比, 成本更低, 效率更高。
易于煤泥重介分选:通过一段旋流器的浓缩以及分级, 精煤和较细的加重质从溢流口排出, 悬浮液主要是精煤泥的细粒度加重质, 将悬浮液放入小直径煤泥重介旋流器, 单独精选粗精煤泥, 保证选后精煤泥质量。
脱介系统简单:一段旋流器放入低密度重悬浮液, 对一段旋流器浓缩、分级作用自然调节实现二段旋流器分选密度;借助弧形筛提高脱介量;精煤振动筛采取三道喷水;中、矸振动筛采取两道喷水, 最大限度提高脱介系统效率。
摘要：近年来, 旋流器分选技术发展迅猛, 工艺流程不断简化, 以及自动化控制水平不断提升, 使得重介质旋流器技术在选煤行业广泛应用。重介质旋流器具有分选效率高, 分选粒级宽等优点, 但在实际运行中会受到多种因素影响, 可以通过改变入料压力和底流口大小来调节, 但是不论是增大入料压力或是减小底流口大小都应控制在一定范围内, 否则将影响重介质旋流器运行效果。鉴于旋流器具有很好的适应性, 可以分选的煤种也越来越多。
关键词：重介质旋流器,选煤工艺,入料压力,底流口
参考文献
[1]刘峰, 钱爱军, 郭秀军.重介质旋流器选煤技术的研究与发展[J].选煤技术, 2006, 5:1-12.
旋流风冷冷渣器结构研究 篇5
1 旋流风冷冷渣器的结构模型及工作原理
旋流风冷冷渣器从气固两相流动和传热的特点出发, 寻求合理的气固两相流动方式, 提高气固两相的传热效率, 获得了冷渣器的运行参数, 既满足循环流化床锅炉安全稳定运行要求, 又高效利用锅炉炉渣余热。旋流风冷冷渣器模型采用圆筒形切向供风, 既保证了气流与颗粒相对运动, 又实现了高温灰渣对器壁的辐射传热再到气流的强对流传热, 同时延长了渣粒在冷渣器内的运动时间, 从而实现了对灰渣的良好冷却和对空气的充分加热。
1.1 结构模型 (如下图)
1.2 工作原理
在冷渣器入口, 空气从风口切向吹入, 渣以垂直于风的方向从注渣口注入, 灰渣在高速旋转的气流作用下绕冷渣器内壁运动, 进入冷渣器的炉渣主要和冷渣器内壁进行很强的辐射传热, 而从入口流入的低温空气紧贴着冷渣器内壁, 与冷渣器内壁之间进行很强的对流换热, 从而将以辐射方式传递给冷渣器内壁的热量又以对流方式传递给空气, 实现了灰渣到气流的高效传热[3]。在冷渣器的中段, 热量不仅由高温炉渣传递给冷渣器内壁再传递给运动气流, 而且由于固体的惯性, 颗粒具有切向运动的趋势, 这样不仅造成旋转气流与所带颗粒之间的速度差, 而且造成了颗粒的运动方向与主气流之间运动方向的不同, 使得气体与固体颗粒之间还进行强烈的对流换热。从冷渣器圆筒轴心到冷渣器内壁, 形成了速度逐渐降低的流层, 流层之间气流和灰渣的剪切运动, 更加有利于灰渣和气流之间的对流换热, 此外, 随气流一起旋转的灰渣颗粒在冷渣器内的行程与传统冷渣器内部的直线流相比有数倍甚至数十倍的提高, 使得颗粒与气流的接触时间有了很大提高, 气流可以获得很好的加热效果同时将渣温降到可运输的温度, 从而提高了冷渣器的单位体积的冷却效率。在冷渣器末端, 由于流通截面突然增大使得风渣速度迅速减小, 渣粒在自身重力的作用下从冷渣器下部排渣口排出, 带着细微渣粒的热风从上部出口被回收至炉膛。
2 旋流风冷冷渣器气固两相的流动方式
冷渣器内气体的流动实际上是非常复杂的湍流运动[4]。灰渣在主体冷却段垂直注入, 渣粒进入冷渣器后在冷风的吹动下随气流在冷渣器内做高速旋转运动, 渣粒既有随气流做圆周运动的切向速度又有横向速度。在新型的冷渣器内部风渣做螺旋运动, 换热强度较传统的有较大提高, 冷却效果较好;另外, 风温会随着风渣的强对流换热一直持续升温, 回收价值很大。
3 渣粒在旋转气流中运动的数学描述
在分析颗粒在冷渣器内的运动时我们假设颗粒的存在不影响气体流场, 并把颗粒直径看成为具有当量直径的圆球体:
在圆柱坐标内, 设任意时刻T, 某个颗粒的位置 (r, 准, z) , 它的瞬时速度
则可以写出冷渣器内的颗粒运动方程:
式中:△v为气体流与颗粒间的相对速度, m/s;
vt, vr, vz分别为气体切向, 径向, 轴向分速度, m/s。
4 旋流风冷冷渣器的数值模拟
在初步确定冷渣器结构的基础上对冷渣器结构参数与操作参数进行数值模拟, 应用FLUENT软件模拟计算出温度场、流体场和渣粒运动轨迹, 以判断冷渣器实际运行的可行性。
4.1 冷渣器主冷段连续相流场速度分布
实验表明, 冷风进入后, 在主冷却段形成了很强的旋转气流, 注入的灰渣在高速旋转气流的作用下贴着冷渣器内壁运动, 渣粒具有切向运动的趋势, 不仅造成运动气流与渣粒之间的速度差, 而且造成了渣粒的运动方向与主气流之间运动方向的不同, 从而使气体与固体颗粒之间的对流传热得到强化, 极大地提高了冷渣器内部的换热效率。
4.2 颗粒运动速度研究
通过对典型渣粒沿轨道长度的速度变化分析可以得出:沿冷渣器主体冷却段颗粒速度逐渐增加, 当增加到一定值后减小。颗粒在冷渣器内随气流高速旋转, 速度不断增加, 随着阻力的不断增大, 当颗粒运动到冷渣器尾部, 速度会减小到零, 这时渣粒就在自身重力作用下从出渣口排出。
4.3 温度场分布特点
研究表明整个冷渣器主体冷却段温度场变化分布均匀, 高温区主要集中在注渣口附近, 高温渣粒从注渣口进入冷渣器, 固体颗粒随气流在冷渣器内高速旋转, 使气固两相进行强对流换热, 最终灰渣温度冷却到450K左右, 出口风温达到505~525K, 从而达到余热回收利用的目的。
5 结论
研究表明, 旋流风冷冷渣器的设计构思可行, 具有国内独创性, 数值模拟所得数据为其实际运行可行性提供了理论依据。该种冷渣器可显著强化气固两相的传热效果, 余热回收效率高且占用体积明显小于现有冷渣器, 具有广泛的推广和应用价值。
参考文献
[1]黄素逸.能源与节能技术[M].北京:中国电力出版社, 2004.
[2]吴剑恒.燃用福建无烟煤之GB75/3.82-II型循环流化床锅炉设计特点与优化改进[Z].2004.
[3]姜孝国, 张缦, 杜守国.CFB锅炉冷渣器及渣的热量回收[J].锅炉制造, 2002.
旋流分离技术的现状与应用前景 篇6
1 旋流器的简介与旋流器的原理
1.1 简介
追溯限流分离的发明和发展, 我们将会发现旋流分离的发展是是一个传奇, 是在百年之前就已经开始使用的科学技术。那时候其主要应用在矿业挖掘之中, 其针对领域比较小, 而且发展较慢, 一直到后来才开始在其他行业用作固气分离与液气分离等领域。一直到上个世纪末年人们才正式将旋流分离技术应用在石油化工企业中, 用旋流分离技术来排除石油中的水, 并在这个领域取得了令人非常满意的应用效果。在液液分离研究过程中, 先是轻分散相液体的分离 (比如油污水脱油) , 再是重分散相液体的分离 (如油品脱水) 。
1.2 原理
离心沉降是旋流器的基本原理, 正因为如此旋流器的基本结构虽然简单, 但是能很好里利用这一工作原理, 旋流器在工作的时候正是利用离心沉降原理把不均匀相混合物里面的具有相对不同密度的物质通过离心沉降原理进行分离。旋流分离器在构造的过程中其主要拥有一个分腔口和一个入口以及两个出口。分离腔主要有圆柱形、圆锥形和柱锥形种基本形式。柱锥形又有单锥形和双锥形两种。在旋流分离器中入口设计是其主要的设计选项, 入口一般分为单个入口和多个入口两种。就入口与分离腔的连接形式来分, 入口又有切向入口和渐开线入口两种。靠近进料端的为溢流口, 远离进料端的为底流口。
当然他也有个局限性, 那就是要分离的混合物质, 必须不相容, 而且要有密度差, 才能进行旋流分离。混合物质从入口进入旋流分离器后, 在旋流器制造的离心力场的作用下, 密度大的相首先被甩向四周, 然后开始顺着壁面向下运动, 最后从出口排出;而其他相对密度小的相就在离心力场的作用下开始向中间迁移, 并向上运动, 然后作为溢流从上口排出。
2 组合式旋流器结构形式
(1) 在使用原理的过程中, 旋流分离器是通过离心运动对物质进行施工和分离的过程。从一定意义上上来讲, 被分离物质的主直径相对越小, 具有的分割粒径就越小产生的分离效果也就相对应的越理想了, 在实际生产过程中为了能够满足处理量的基本要求和需要, 一般都采用多跟水力旋流器合并连接的组合方式来进行实际的分离工作, 通过一系列的研究不难发现, 在两种组合式水力旋流器在分离性能方面并无太大的差异, 虽然旋流分离器在运行的过程中能够方便设备处理, 列管组合水力旋流器一般是不采用的, 由于其在设计的过程中设计复杂, 使用工序繁琐。从外观设计习惯和设计规范等角度考虑, 容器式组合结构有较为明显的优势, 容器式设备存在的一个主要问题就是处理量不能灵活方便地根据实际生产需要而进行适度地调节, 由于水力旋流器的最佳工作流量是有一定范围。
(2) 由于容器是设备在生产的过程中有着限量限制, 因此在使用过程中需要衡量当前实际标准, 检测其是否能够满足当前处理的需要。由于水力旋流器的最佳工作流量是有一定范围的, 因此总处理量的大幅度变化会使单体水力旋流器的处理量发生变化, 进而导致水力旋流器整体工作效率的下降, 而分体容器式工艺调节回路设计分腔容器式液压调节式就可以较好的解决这一缺点。
(3) 利用其它可以再旋流器内有效携带油滴这一特性, 可以有效提高分离的效率。因此人们对充气式或称气携式水力旋流器也逐渐开始认识并加以利用。很多学者为此作了较为深入的研究, 尽管对油水分离充气旋流器的应用分析, 虽然还处于初步试验阶段, 而起研究内容也仅限于对旋流器性能的影响因素分析上, 但是无疑也会在这行业得到更为积极的推进。
3 旋流分离技术优点与不足
(1) 水力旋流器在运行的过程中由于长时间受到水流的冲击和侵蚀, 其在使用过程中容易出现腐蚀和磨损的现象, 此现象会严重影响其分离的性能。许多旋流器的失效是由于过度腐蚀和磨损使内壁受到严重损伤所造成的, 旋流器一般不会出现磨损问题, 主要是液体的腐蚀作用, 而固液分离时磨损就成为主要问题, 破坏内部流场分布规律, 影响水力旋流器的分离效果许多新型材料, 如高铬铸铁、工业陶瓷及聚胺酯等, 都具有很好的耐磨和耐腐蚀性能。
(2) 旋流分离技术在使用之中具有结构简单, 占用地面空间小, 质量轻, 不易造成对其他设备的损坏, 维护费用少, 能量消耗低, 使用成本低。安装灵活。在工作的过程中能够灵活, 连续和可靠的进行分离, 且具有自动性和稳定性。
(3) 旋流分离技术的不足之处在于旋流器内流体的流动产生一定的剪切作用, 如果参数设计不当, 容易将液滴打碎乳化而恶化分离过程;实用性较差。处理不同的流体往往需要不同尺寸或不同条件的旋流器。
4 旋流分离技术的应用状况与前景
4.1 在油污水的处理方面
在进入大工业应用阶段以后, 旋流分离器开始成为一种高效节能的新技术, 应用到了含油污水处理的实际应用阶段。通过由三相分离器、火炬捕集器和电脱水器等组合配套设施, 来处理含油废水等工作, 在经过废水预治理装置初步分离后, 采用加压泵加压处理后, 再转由旋流器二级串联处理的流量经底流排出达到分离效果。
4.2 在液液分离方面的应用前景
双旋流燃烧器的研发和应用 篇7
为解决无烟煤, 尤其是低热值无烟煤在水泥熟料烧成系统中使用的问题, 中材装备集团推出拥有两条旋流风通道的Sinoswirl双旋流结构燃烧器。该燃烧器利用大推力轴流风、高旋流度旋流风实现对二次风的充分卷吸和煤粉的高度扩散, 形成粗壮有力的火焰, 提高了无烟煤的燃尽率, 强化了火焰的燃烧强度, 在中材萍乡5500t/d、广东油坑5000t/d、福建金牛2500t/d生产线都取得了较好的使用效果。
1 无烟煤燃烧特性
国内某单位曾对我国各煤种进行实验, 各细度的烟煤着火温度大多在410～430℃, 其燃烧延续时间约10min, 在600～650℃左右燃尽, 而无烟煤着火温度为510～550℃, 燃尽温度为680～820℃, 燃尽时间约14min, 无烟煤较烟煤的着火温度和燃尽温度分别提高了130℃和200℃, 燃尽时间延长了4min[1]。
以中材萍乡所用的无烟煤为例, 其工业分析数据如表1。
以热重实验结果为基准, 对比无烟煤与烟煤的燃烧特性指数如表2。
与烟煤燃烧特性结果对比可见, 无烟煤的放热起始温度提高约320℃, 放热终止温度提高约130℃, 由此判断, 该煤种起燃极难, 而一旦开始放热则放热迅速。从燃尽时间来看, 中材萍乡煤的燃尽时间较烟煤延长了17min, 属于极难燃尽的煤粉。
2 燃烧器设计原理
双旋流燃烧器, 顾名思义, 拥有两层旋流通道, Sinoswirl燃烧器 (见图1) 由外向内各风道布置分别为:高速轴流风、小角度外旋流风、送煤风、大角度内旋流风, 中心为点火油枪, 不另设中心风。使用时各风道相互配合, 依据现场的煤质情况调节各风道风量大小, 以达到最佳的火焰燃烧效果。
该燃烧器的开发针对无烟煤的燃烧特性, 以增大二次风卷吸、增强煤粉的扩散为目的, 加强燃烧器的火焰调节作用, 其设计理念旨在从燃烧器冲量与旋流度两方面加强燃烧器性能。
2.1 燃烧器的冲量
国外某公司习惯的计算方式是:
式中:
M——冲量, %m/s
A——一次空气百分数量, %
V——轴向风喷速, m/s
从热工制度的角度来看, 一次风量越大则冷空气越多, 热耗增加, 不利于烧成系统工作。因此, 只能从轴向风速角度来考虑增大燃烧器冲量。
空气是具有可压缩性的流体, 尤其是在高压状态下, 空气压力与速度并不是简单地成二次关系, 根据多变过程气体状态方程可以推导出压力与速度关系式[2]:
Ts, Ps为罗茨风机出口处气体温度和压力;Pa, Ta, wa为管道出口处的压力、温度和速度;γ是空气的绝热指数, 一般为1.4。
根据空气动力学的计算, 空气压缩后经管道喷出的极限速度为当地音速, 按0.1MPa, 20℃常温计算, 当地音速约340m/s为极限风速, 对应此时的临界压力为91091Pa, 即风机出口压力达到临界压力时, 管道出口处空气为常温常压, 风速为常温常压下音速。如继续增大压缩空气的压力, 则出口处的空气密度大于常温常压状态下的空气密度, 压力大于当地大气压, 风速仍为空气高速压缩后的当地音速, 这样虽然风速在空气压力释放的过程中继续增大, 但所耗费的功耗远大于所产生的性能提升。因而, 选取98000Pa压头的轴流风机, 可以满足在不同状态下均可达到最高风速的要求, 同时不会造成能量浪费。
以轴流风速340m/s计算, 双旋流燃烧器的轴流风冲量可达约1000%m/s, 旋流风冲量可达800%m/s, 总冲量大于1600%m/s, 可形成有
图1 Sinoswirl双旋流燃烧器
力火焰, 控制煤粉燃烧效果。
一次总风量也不能过小, 过小不能有效形成火焰形状。对二次风的卷吸能力有一次风量和风速两个影响因素, 即可认为与冲量相关, 如果一味地降低一次风量, 则导致二次风卷吸不够、火焰不集中、温度降低, 反而会消耗更多的煤粉、更高的热耗。笔者认为燃烧器的总冲量下限应在1200%m/s, 否则会导致煤粉燃烧效果下降。
2.2 旋流数的计算
旋流风的旋流强度即代表该旋流风径向风强弱的参数, 水泥窑燃烧器的旋流风通常为轴向通道接旋流叶片产生径向速度的旋流风, 这一类旋流产生结构可以用统一的旋流数计算方法来表示不同结构旋流叶片所产生旋流的强度。
定义旋流叶片的内半径为Rn, 外半径为Rw, 螺旋角度为α, 旋流数为S, 则可以得到:
由式 (3) 可以明显看出, 随着旋流角度的增大, 旋流数增大, 实际旋流强度增强, 旋流叶片内外半径比值增大, 则旋流数增大。
根据式 (3) 计算可得, 双旋流结构燃烧器外层旋流风的旋流数为0.315, 内层旋流风的旋流数为1.124, 其合值可达1.439, 较普通燃烧器1.3左右的旋流数更大, 由此可知双旋流结构可以形成更大旋流度的旋流风。
目前, 国内外厂商均在燃烧器的旋流风设置上进行了探索和开发, 对于无烟煤等难燃燃料的应用, 各厂商在旋流风设置上都增大了旋流强度、加大了煤粉扩散, 更有利于无烟煤的着火、集中燃烧和燃尽。TCNB-S燃烧器依据这一理念, 在送煤风道的两侧均设置了旋流风, 通过两股旋流风分别作用于裹挟煤粉的煤风, 形成二次扩散, 大大增强了煤粉的扩散作用。无烟煤在局部燃烧时更容易受氧扩散和反应速率的制约, 这就阻碍了煤粉的完全燃烧, 而二次扩散有效地在径向上扩大了燃烧区域, 增大了煤粉燃烧速度和燃尽度, 能够有效解决使用无烟煤时易出现的火焰温度不够、窑尾结圈、烟室结皮等问题。实际上双层旋流的混合效果不仅仅是简单的叠加, 双旋流的使用效果强于旋流数计算所体现出的旋流度增大的效果。
3 现场应用
TCNB-S型燃烧器已在广东油坑、中材萍乡等多个现场投入使用, 目前使用效果理想。其中, 中材萍乡所使用的无烟煤参数较差, 其现场使用情况介绍如下:
3.1 原燃料分析
中材萍乡5500t/d所使用的无烟煤参数及燃烧特性见第一节, 其熟料分析结果见表3。
正常生产初期, 原料配料出现波动, 熟料KH值略偏高, 对f CaO合格率略有影响, 综合来看, 燃烧器的使用能满足0.92左右饱和比熟料的煅烧。
3.2 工况设置
正常生产期间根据现场情况, 进行四种不同工况燃烧器的生产调试, 每种工况生产24h, 统计调试期间的熟料质量、产量及相关烧成系统运行参数, 并对窑尾烟室气体成分进行测量。
工况设置依据轴流风大小及内旋流风大小为调试对象, 调节的依据为现场压力表头示数, 通过各风道压力, 按第一节速度与压力关系计算出口风速, 最后综合测试结果, 对不同工况燃烧器运行优劣情况进行判断。
调节的四种工况如表4所示。
3.3 调试结果
2月17日至20日分别对四种工况进行调试, 每次调节燃烧器参数8h后对窑尾烟室气体成分及温度等参数进行测量, 结果如表5。
19～20日测量时正值生料辊压机开启, 因此窑内出现短暂的通风不足, O2含量偏低, 但CO含量仍能控制在很好的范围内, 窑内后燃烧现象不明显, 现场观察烟室结皮较慢, 平均每个班只需要1～2次清理结皮, 每次约半小时。
四种工况下的NO含量变化较大, 基本规律为:轴流风增大则NO增大, 内旋流风增大也会提高NO含量。根据NO生成机理可以判断, NO含量越大则火焰温度越高, 普通烟室NO含量在1000ppm以上时则表明火焰温度较高, 足以满足熟料煅烧。
烧成系统相关参数如表6所示。
调整内旋流风后, 窑头火焰明显变明亮, 飞砂减小, 二次风温得到提升, 在高产量下二次风温可维持在1100℃;同时从筒体扫描来看, 窑内高温区开始前移, 一挡托轮附近最高温度达到280℃, 可以判断窑前温度得到明显提升。加大轴流风后, 高温区域略有后移, 但从烟室测量结果可判断最高温度得到了进一步提升。窑尾筒扫显示始终没有出现明显结圈现象, 窑尾端平均温度较低且温度分布均匀。
由于火焰长度适中, 熟料结粒始终较好, 加大内旋流风后, 飞砂减少, 细粉料的比例有所较低, 熟料质量对比见表7。
熟料烧成状况与其他测量结果判断相一致, 火焰温度提升后熟料煅烧状况明显好转, 在高轴流风高内旋流风工况下, 火焰温度最高, 熟料合格率也最高, 升重明显提升。前期低风速工况条件时, 恰好熟料配料率值较高, 导致合格率偏低, 熟料配料回归正常后, 合格率趋于正常。总的来说, 高风速工况完全可以满足无烟煤使用下的熟料煅烧。
4结语
(1) 针对无烟煤燃烧特性开发的Sinoswirl燃烧器, 采用双旋流结构形式, 能很好地提高无烟煤的燃烧强度和燃尽度。
(2) 保持一定燃烧器结构的总冲量能加强火焰强度, 提升熟料煅烧效果, 从而达到节能降耗的目的。
(3) 轴流风速越高则火焰温度越高, 旋流风速越高则二次风温越高, 高温区域前移。
参考文献
[1]刘连胜.燃烧理论与技术[M].北京工业出版社, 2008.
[2]孙晋涛.硅酸盐工业热工基础[M].武汉理工大学出版社, 2004.
[3]Lafarge.Burner_characteristics.2009.