三旋單管排塵口返混現(xiàn)象的解決方案

三旋單管排塵口返混現(xiàn)象的解決方案

風(fēng)速檢測(cè)器是在氣阻分離過(guò)程中應(yīng)用最廣泛的裝置。第三級(jí)旋風(fēng)分離器是流化催化裂化反應(yīng)裝置中的關(guān)鍵設(shè)備之一。它的作用是回收昂貴的催化劑,保證整個(gè)裝置的平穩(wěn)運(yùn)行,確保高溫?zé)煔廨啓C(jī)的壽命等。旋風(fēng)分離器內(nèi)部流場(chǎng)是復(fù)雜的三維氣固兩相湍流旋轉(zhuǎn)流場(chǎng),其中固體顆粒的運(yùn)動(dòng)還伴隨有擴(kuò)散與碰撞等過(guò)程。初始條件具有一定的隨機(jī)性,某些邊界條件又有不確定性。所以,到目前為止,還無(wú)法完全從氣固兩相流的基本方程出發(fā),用數(shù)值模擬的方法求解流場(chǎng),只能通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)來(lái)尋求流動(dòng)規(guī)律以提高其各方面的性能。影響第三級(jí)旋風(fēng)分離器分離效率的因素很多。例如在單管排塵口,已被分離出的粉塵很容易又返回潔凈的氣流中,造成分離效率下降,被稱(chēng)為返混夾帶,簡(jiǎn)稱(chēng)返混。大量的研究表明,返混是影響第三級(jí)旋風(fēng)分離器分離效率的主要因素之一。下面將簡(jiǎn)要介紹VAS型旋風(fēng)分離單管在防止返混中的改進(jìn)。1軸向速度沿徑向分布旋風(fēng)分離單管實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1。旋風(fēng)分離單管內(nèi)部流動(dòng)可分為切向、軸向和徑向速度3個(gè)方面進(jìn)行描述。切向速度分布的軸對(duì)稱(chēng)性很好,而且沿軸向的衰減也很小。沿徑向的分布形態(tài)可分為內(nèi)旋流和外旋流。軸向速度沿徑向也呈軸對(duì)稱(chēng)形態(tài)。外旋流為下行流,內(nèi)旋流為上行流。徑向速度比切向速度小一個(gè)數(shù)量級(jí),它的分布較紊亂。除中心渦核很小一部分外,絕大部分是向心氣流?？梢钥闯?旋風(fēng)分離單管內(nèi)部存在很強(qiáng)的旋渦,正是這個(gè)內(nèi)上外下的旋渦起著氣固分離的作用。然而,由于旋渦不會(huì)輕易終止于流場(chǎng)內(nèi)部,所以旋渦會(huì)從排塵口深入到灰斗(集塵器)內(nèi),并在排塵口中心位置形成低壓區(qū)。該旋渦把排塵口和灰斗中的粉塵重新旋起,并使之隨氣流重新由排塵口中心的低壓區(qū)進(jìn)入單管內(nèi)上升的潔凈氣流中,造成分離效率下降。這就是三旋單管在排塵口存在返混現(xiàn)象的根本原因。2排塵口中旋流屏蔽的防返混機(jī)理為了防止返混,提高單管分離效率,人們進(jìn)行了大量的研究工作。早期的防返混措施是加裝各式的泄料盤(pán),典型的泄料盤(pán)形式見(jiàn)圖2a,其雖然能有一定的防返混效果,但使用時(shí)往往存在泄料口堵塞的問(wèn)題,造成單管失效。美國(guó)M殼牌分離單管的排塵口未加任何其它結(jié)構(gòu),見(jiàn)圖2b。其防返混的主要方法是通過(guò)單管各尺寸的優(yōu)化,在排塵口附近形成一種特殊的旋流,產(chǎn)生所謂旋流屏蔽,阻止灰斗內(nèi)細(xì)粉的夾帶返混。但是,由于國(guó)內(nèi)流化催化裂化生產(chǎn)工藝過(guò)程控制不夠理想,氣量不穩(wěn)定,造成旋流屏蔽不易產(chǎn)生或不能保持穩(wěn)定,故防返混效果不夠理想。近幾年發(fā)展起來(lái)的新型分離單管多采用雙錐結(jié)構(gòu)來(lái)抑制返混,見(jiàn)圖2c。其基本原理是在排塵口設(shè)置雙錐結(jié)構(gòu),通過(guò)使排塵口氣流通道突然擴(kuò)大再收縮,再突然擴(kuò)大的辦法擾亂氣流,從而減弱深入灰斗的旋渦強(qiáng)度。它的確起到了一定的防返混效果。但是由于沒(méi)有完全消除排塵口的旋渦,所以防返混效果有限?？傊?為防止旋風(fēng)分離器的返混,人們對(duì)排塵口作了不少的研究,也采取了許多措施,但并未取得非常理想的效果。3單管vas反混合技術(shù)3.1防止返混的關(guān)鍵技術(shù)VAS型三旋單管是由西北工業(yè)大學(xué)、西安三橋機(jī)電設(shè)備廠和錦西煉化總廠聯(lián)合研制的新型三旋分離單管,具有處理量大、分離效率高、壓降損失小和工作壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。它采用了許多新技術(shù),其中在排塵口加止旋器來(lái)防止返混是其關(guān)鍵技術(shù)之一。VAS型三旋單管排塵口止旋器結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3,止旋器由止旋葉片和整流錐構(gòu)成。其基本工作原理:由于葉片的導(dǎo)向作用,使通過(guò)止旋器進(jìn)入灰斗的氣流不再旋轉(zhuǎn)而沿軸向運(yùn)動(dòng)。這樣可以消除排塵口處的旋渦,避免在排塵口中心處產(chǎn)生低壓區(qū),從而避免了排塵口和灰斗中的粉塵再次被吸入。從根本上消除了產(chǎn)生返混的條件,達(dá)到提高分離效率的目的。同時(shí)由于加裝了排塵口止旋器,排塵氣流為軸向運(yùn)動(dòng)(只出不進(jìn)),排塵效率高,不必采用增大泄料氣量的辦法來(lái)提高分離效率,故而加裝排塵口止旋器還可以起到減小泄氣量,增加能量回收的作用。3.2厚度分布設(shè)計(jì)止旋器由整流錐和止旋葉片構(gòu)成。對(duì)整流錐形狀的要求不高,只要是光滑的橢球形即可。止旋葉片的設(shè)計(jì)包括各剖面中弧線設(shè)計(jì)和厚度分布設(shè)計(jì)。取剖面為翼型形狀,中弧線為圓弧,則:圓弧角θ=α1/(1?0.26s/cs????√)θ=α1/(1-0.26s/cs)圓弧半徑R=cs/2tan(θ/2)+bR=cs/2tan(θ/2)+b式中,s為葉片周向間距,α1為葉片入口角度,cs為葉片弦長(zhǎng),b為圓弧中心弧高。取相對(duì)厚度8%～12%的對(duì)稱(chēng)翼型厚度分布。3.3單管冷態(tài)分離效率為了觀察VAS型三旋單管出口的流場(chǎng)情況,證明止旋器的作用,我們進(jìn)行了止旋器作用的流場(chǎng)顯示實(shí)驗(yàn)。具體做法是將集塵器開(kāi)觀察窗和在三旋排塵口加絲線網(wǎng)。由于絲線很輕,對(duì)氣流的跟隨性很好,可以直觀地顯示出低速流場(chǎng)的情況。流場(chǎng)顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。不加止旋器時(shí)排塵口存在強(qiáng)烈的旋渦,而且在排塵口的中心氣流是向內(nèi)流的,會(huì)將粉塵重新帶回單管。加裝止旋器后,排塵口不存在明顯旋渦,而且氣流只出不進(jìn),不可能將粉塵重新帶回單管,止旋器起到了止旋的作用。為了使單管出口向下的氣速增加,減少返混的影響,通常還可以用加大泄料氣量的方法提高分離效率。一般要求泄料氣量為3%～5%,最低不能低于3%。單管冷態(tài)分離效率實(shí)驗(yàn)表明,泄料氣對(duì)VAS型分離單管的分離效率幾乎沒(méi)有影響。典型實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。使用中,泄料氣為2%,甚至1%,說(shuō)明VAS型分離單管仍然保持較高的分離效率。這從另一個(gè)方面證明了止旋器具有既防返混又節(jié)約能源的作用。4多管回混的現(xiàn)代工程中的算法及帶來(lái)的困難理論分析及實(shí)驗(yàn)表明,采用在VAS型三旋分離單管出口處加裝止旋器的方法解決返混問(wèn)題,完全能夠達(dá)到預(yù)期的目的。值得提出的是,返混問(wèn)題在多管組合時(shí)最為嚴(yán)重。