新一代PX型高效旋風分離器的試驗研究

報告人：孫國剛中國石油大學（北京）過程裝備實驗室無錫市石油化工設備有限公司１、研究背景及目標

２、PX型新結構的理論依據

３、實驗室Φ300mm模型試驗研究４、PX與ＰＶ型的大冷模對比試驗

５、結論

匯報內容、研究背景及目標

ＰＶ型研究開發成功（1989年）

頂替國外產品（GE、Emtrol）大面積推廣應用：

催化裂化、石油化工、燃煤循環流化床、煤氣化...十幾年，產生了很好的社會經濟效益

ＰＶ型有很好的理論研究基礎和一套完整的設計方法并且已經過了工程實踐的考驗。

旋風分離器的各部分尺寸都可根據裝置工藝要求進行調整，靈活設計、精細設計。

ＰＶ型旋風分離器是一項國內領先的成熟可靠的技術石油工業的形勢發展

產品需求日益增加、產品質量要求日益提高、環保日漸嚴格。

增產提效、節能降耗成為催化裝置的一個主題

新的形勢對旋風分離器提出了新的要求

(1)降壓降，增加處理量

(2)對細粉的捕集效率能再稍稍提高一些

(3)適應更苛刻的運行環境二、PX型新結構的理論依據及特點2.1LDV測試PV型旋分器內全空間三維強旋湍流場a、入口截面上的氣量分配量是上小下大，很不均勻;由于入口下部離升氣管下口很近，易走短路。

矩形蝸殼入口截面上切向速度沿徑向的分布曲線b、升氣管下口附近對效率有明顯不利的向心徑向速度沿周向分布是很不均勻的，向心的短路流氣體以270o～0o間為多,180o方位處最少。升氣管下口附近的徑向速度沿圓周方位的分布圖

c、灰斗頂部有一小段空間出現外側上行軸向速度；說明該處可能有灰環形成，使灰斗氣體向上返回排塵口時，易導致細灰返混，不利于分離。灰斗頂部空間軸向速度分布圖x－dr=79mm，o－dr=110mm2.2旋風分離器結構改進設想a、入口向上斜一個角度→粉料分布均勻；b、升氣管下口沿周向長度可變或適度偏心放置→升氣管下口氣量沿周向分布盡量均勻；c、排塵口處采用擴錐段結構→消除灰斗內頂灰環。

PX型旋風分離器簡圖

2.3結構改進實驗方法及步驟本研究采用與標準PV型旋風分離器在相同試驗條件下進行冷模試驗對比的方法進行研究。實驗步驟：a、小模型單個結構改進實驗，選出能夠抑制不同不利因素的結構；b、小模型組合結構實驗，將選出的好的結構進行優化組合；c、將組合結構放大，近似工業尺寸的對比試驗

三、實驗室Φ300mm模型試驗研究3.1實驗裝置及實驗流程

基準實驗模型:?300mm、180o渦殼PV型旋風器

主要結構參數:Ka=5.5，=0.4實驗粉料:450目滑石粉密度為2700kg/m3

中位粒徑12μm實驗流程圖

3.2單個結構改進試驗3.2.1入口上斜

目的：入口粉料上下分布均勻；消除頂灰環3.2.2排氣管下口半切目的：使升氣管下口氣量沿周向分布盡量均勻；減少短路流3.2.3排塵口加倒錐

目的：消除灰斗內頂灰環；減弱灰斗反混3.3組合結構試驗3.4實驗室Φ300mm模型冷態對比試驗結論

①入口上傾一定角度，可以削弱頂灰環的不利影響，能夠改善旋風分離器的分離性能。它能使旋分器的效率升高的同時，壓降有所降低。②芯管半切(約120度方位)能夠使旋風分離器環形空間流場更加對稱，能減少短路流，從而提高旋風分離器效率，但對壓降影響不大。③排塵口加倒錐能夠削弱灰斗返混，從而提高旋風分離器效率，并使壓降有所降低。④PX型旋風分離器(即傾斜入口、半切芯管及排塵口倒錐的組合結構)的分離性能要優于PV型旋分器，同時也優于改進單個結構時的分離效果，表明其具有組合效應。為下一步放大試驗確定了結構模型。

四、新型PX高效旋風分離器冷態放大試驗

鑒于旋風分離器性能與其直徑大小有密切關系，所以實驗室成果必須進行一次尺寸放大試驗以驗證它的放大效應。4.1PX型旋風分離器放大試驗裝置的設計

指導思想－參照附件[旋風分離器性能評價的基本原理與基本方法]

基準模型－PV型高效旋風分離器（FCC裝置中的第二級分離器），主要參數Φ800mm,Ka=5.5,

＝0.4。對比試驗用PX型和PV型旋風分離器結構圖

大型冷態試驗裝置平面布置示意圖

大型冷態試驗裝置立面布置示意圖

(1)試驗工況

試驗系統完全對等，模型尺寸完全一樣，同時同地同工況進行對比試驗:

1、常溫常壓環境2、吸風式負壓操作3、試驗用325目滑石粉4、入口濃度取10g/m3

5、每次加滑石粉量50kg6、入口氣速在16～28m/s之間4.2試驗方案與試驗內容

(2)測試方法

a.溫度及濕度試驗時大氣的溫度和濕度用干濕球溫度計測定。b.入口氣量本試驗用標準畢托管在入口管道上測定進入旋風分離器的流量。c.壓力與壓降所有測壓點的靜壓以及旋風分離器的壓降均用U形管壓差計測定。d.分離效率

收料罐的收料量及入口加料量均用電子磅秤稱量。本試驗采用大電子磅秤，其最大量程為150Kg，其最小刻度50g。稱量誤差可控制在0.1%之內。e.粉料取樣及分析對旋風分離器入口粉料及各旋風分離器所捕集的粉料，均用隨機取樣法采集樣品。樣品的粒度分布用Coulter粒度分析儀測定。f.入口濃度采用加料量Gi(kg)及加料時間τ(s)來調整

式中：Qi─入口氣量，m3/s

。本次試驗的入口氣量在5250m3/h～8260m3/h間變化，每次試驗加料量Gi為50kg，故每次加料時間大約在36～57分鐘之間。(3)試驗方法與步驟

每次試驗的基本步驟為：①對原始粉料取樣、稱重，裝入位于該層平臺的加料斗內。②檢查各收料罐的蝶閥是否關緊、各處連接密封是否嚴密。③啟動風機，調節氣量至試驗需要值，并保證兩類旋風分離器在相同的流量下進行試驗。氣量調好后，取出畢托管；測定各處靜壓及壓降。④啟動星形加料器，開始加料并用秒表記錄加料時間。加料完畢后風機繼續運行5～10分鐘，并首先敲擊入口管道直至管道內無沉積的粉塵，然后依次繼續敲擊旋風分離器、料腿、收料罐等以防粉塵沉積、粘附，最后關停風機。每次敲擊力度與時間要大體相似。⑤逐個收集旋風分離器捕集的粉料，并將收集的粉料分別稱重、取樣。⑥每個工況要重復3次，三次試驗結果的平均值作為該工況下的取值。若發現各次結果差別較大，則要仔細檢查裝置及粉料，重新試驗，直到數據穩定為止。⑦一個工況完成后，再重復上述操作，調整氣量到另一個工況進行同樣的試驗。⑧全部工況試驗完成之后處理數據，繪制成對比曲線，進行性能評價與分析。4.3冷態放大對比試驗結果及分析

4.3.1兩類旋風分離器效率及壓降對比

①在任一入口氣速下，PX型的效率總比PV型高,高約0.3～1.1個百分點。②PX型的壓降比PV型的壓降低，而且隨著入口氣速的增加，差值隨之增大，約為10%～17%。4.3.2同壓降下兩類旋風分離器效率及流量的對比①在相同壓降下，PX型的效率始終比PV型效率高,高約有0.65～1個百分點

。②在相同壓降下，PX型旋風分離器的處理氣量始終比PV型旋風分離器的高，約高17～20%。

4.3.3兩類旋風分離器逃逸率的比較

分離效率是從分離器所捕集的粉量的角度來評價分離器性能的，也可以用未被捕集而從排氣管中逃逸的粉量來表示。未被捕集的粉量占進入分離器總粉量的百分數稱為逃逸率P，P=1-η。

左圖是PX型與PV型兩類旋風分離器逃逸率的對比。從圖中可以看出，PX型的逃逸率比PV的下降了大約10%～20%,差異是很明顯的。4.3.4兩類旋風分離器粉料的粒度比較

入口氣速為19m/s時兩類旋分器入口及捕集粉料粒度分布對比圖

入口氣速為22m/s時兩類旋分器入口及捕集粉料粒度分布對比圖

從上面兩副圖可以看出，兩類旋風分離器試驗所用的粉料粒徑幾乎一樣；而PX型旋風分離器所捕集粉料的粒徑比PV型旋風分離器所捕集粉料的粒徑要細，由此我們可以證明PX型旋分器比PV型旋分器的捕集效率要高，同時還可以證明本次試驗數據的準確性，說明上述試驗所得結論是可信的。

結論：

綜合以上分析，我們認為本次大尺寸旋風分離器的冷模對比試驗是成功的，試驗達到了預期的目標。我們成功的在第一代PV型高效旋風分離器的基礎上開發成了第二代PV型旋風分離器—PX型高效旋風分離器。新開發的PX型旋風分離器和現有的PV型旋風分離器相比，效率更高、壓降更低，具有更好的分離性能。在相同壓降下，新開發的PX型旋風分離器的效率始終高于PV型旋風分離器的效率；隨著壓降由低到高，PX型的效率比PV型的效率提高了約