旋風(fēng)分離器研究的國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述1.1旋風(fēng)分離器原理旋風(fēng)分離器的典型結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1所示。旋風(fēng)分離器主要部件包括進(jìn)氣管、排氣管、圓筒段、錐體段、排灰口。含塵氣體從入口切線進(jìn)入設(shè)備內(nèi)柱段旋風(fēng)分離區(qū)，沿圓簡內(nèi)壁作旋轉(zhuǎn)流動。密度大的塵粒在離心力作用下被甩向器壁，并在重力作用下，沿內(nèi)壁落入灰斗。氣流在內(nèi)層，氣固得以分離。在圓錐部分，旋轉(zhuǎn)半徑縮小而切向速度增大，氣流與顆粒作下螺旋運動。在圓錐的底部附近，氣流轉(zhuǎn)為上升旋轉(zhuǎn)運動，最后再經(jīng)設(shè)備頂部出口流出[4]。圖2-1旋風(fēng)分離器示意圖1.2入口結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀旋風(fēng)分離器的入口結(jié)構(gòu)主要包括切流式和軸流式、單入口和雙入口等，入口結(jié)構(gòu)的改變對提高旋風(fēng)分離器的分離性能至關(guān)重要，近幾十年來一直在進(jìn)行深入的研究[5-14]。Elsayed等人研究了入口尺寸對旋風(fēng)分離器性能的影響，研究表明增加旋風(fēng)分離器的入口尺寸可減少壓降，且入口寬度比高度對旋風(fēng)分離器分離性能的影響更大，入口高度與入口寬度的最佳比率為1.4~2[5]。袁惠新等人也做了此方面的研究，高寬比為3.5時壓降達(dá)到最大值，高寬比為4.5時分離效率最高[6]。李紅[7]、李強[8]等人也得出來相似的結(jié)論。董思捷等研究了入口位置對旋風(fēng)分離器分離性能的影響，研究結(jié)果表明徑向外側(cè)入口壓降較低，分離效率較高；徑向內(nèi)測入口壓降降低，分離效率大幅降低；最優(yōu)入口位置是徑向外側(cè)、軸向上方[9]。杜慧娟等研究了入口收縮角度對分離器性能的影響，結(jié)果表明入口收縮角度越大，壓降越高，分離效率先增大后逐漸降低。且在此研究中分離器的最優(yōu)收縮角度和縮口速度分別為30°、20m/s[10]。QianFuping等人對入口截面角進(jìn)行了模擬研究，模擬結(jié)果表明當(dāng)入口截面角度為45°時，壓降可降低30％[11]。劉秀林等人在旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)優(yōu)化實驗中采用270°蝸殼矩形入口，并且在入口增加隔板將其分為兩個入口通道，有效抑制了底部的竄流返混，提高了分離效率[12]。YoshidaH、付烜等的研究指出多入口旋風(fēng)分離器在改善顆粒分離性能方面非常有效[13-14]。1.3排氣芯管結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀排氣管是影響旋風(fēng)分離器分離性能的重要部件之一，主要是對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的改變以及改變插入深度來提高分離器的性能。ElsayedK和LacorC通過改變排氣管直徑研究其對旋風(fēng)分離器流場的影響，研究結(jié)果表明隨著排氣管直徑的減小，壓降和最大切向速度都會增大[15]。El-BatshHM研究了排氣管對分離器分離性能的影響，指出增加出口管的直徑會減小通過旋風(fēng)分離器的壓降，并且還會影響收集效率，而出口管的長度不會顯著影響旋風(fēng)分離器的性能[16]。陳建義等在PV-E型旋風(fēng)分離器性能試驗研究中得出特殊分流型排氣結(jié)構(gòu)（縮小排氣管下口直徑，開若干狹縫）可提高分離效率、降低壓降，有效改善頂灰環(huán)、短路流[17]。另外，吳彩金等人也做了同樣的研究，通過減小排氣管直徑，向下的內(nèi)旋流以及排氣管壁的滯流層能夠被有效的減小，并且能夠提高除塵效率，但是功耗卻增加明顯[18]。鄭建祥、周天鶴通過數(shù)值模擬的方法對旋風(fēng)分離器排氣管縮口半徑進(jìn)行優(yōu)化，得出結(jié)論，當(dāng)排氣管半徑R與排氣管底口半徑r的比值為1.7~2時，除塵效率約為97％~98％，壓降也比較小[19]。Li等提出了一種帶有間隙的新型溢流管，并證明了新設(shè)計可以提高除塵效率并降低壓降。他還評估了該溢流管的性能，發(fā)現(xiàn)旋風(fēng)分離器的總除塵效率從73％提高到76％[20,21]。楊景軒等人采用實驗方法研究物料特性、入口氣速、排氣管直徑、入口截面積4種因素對排氣管最佳插入深度的影響。實驗結(jié)果表明，排氣管的最佳插入深度主要受粉料中位粒徑和粒徑分布的影響，中位粒徑越小，包含的小粒徑顆粒越多，最佳插入深度越大，而與其他3項參數(shù)無關(guān)，且最佳插入深度為1.2a（a為入口高度）[22]。另外對排氣管的研究還有排氣管偏置對旋風(fēng)分離器性能的影響。如彭雷等人研究了排氣管偏置對CFB鍋爐旋風(fēng)分離器性能的影響，研究結(jié)果表明相對于排氣管不偏置，偏置之后壓降最大下降8.5％，分離效率提高5.1％~10.8％[23]。李雙權(quán)等人利用PV型旋風(fēng)分離器研究排氣管偏置對其有何影響，得出了偏心矩9mm時是排氣管偏置的最佳位置，排氣管偏向最佳為255°[24]。而張定坤等在關(guān)于排氣管偏置的研究中，得出相對偏置距L=0.191附近，偏置角度為180°附近時，旋風(fēng)分離器可以獲得最佳運行效果[25]。1.4筒錐段結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀含塵煙氣的分離從圓筒段開始的，是漩渦的外邊界。顆粒受到離心力的作用被收集到分離器的內(nèi)壁，這部分顆粒在重力的作用下被運送到下部的集塵裝置，錐體部分則是將氣流排向排氣管，進(jìn)而將其排出。因此，筒錐結(jié)構(gòu)參數(shù)以及其結(jié)構(gòu)的改變也是影響分離器性能的重要因素。目前主要研究有袁怡等對不同直徑的筒體進(jìn)行了綜合性研究，結(jié)果表明旋風(fēng)分離器按幾何相似放大，筒徑增大，在入口氣體流速相同時，除塵效率下降而壓降增大；當(dāng)處理量相同時，除塵效率和壓降都會下降[26]。王樂勤等通過數(shù)值模擬研究筒體長度對分離器的影響，得出結(jié)論隨著筒體長度的增加，切向速度降低，導(dǎo)致分離效率降低；當(dāng)筒體長度過小時，會導(dǎo)致粒徑較小的顆粒進(jìn)入內(nèi)渦，從而降低除塵效率。而且發(fā)現(xiàn)筒體長度在一定范圍內(nèi)存在最優(yōu)值[27]。王超在對α型旋風(fēng)分離器進(jìn)行研究中，通過放大效應(yīng)的研究以及對分離器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，指出隨著圓筒直徑的逐漸增大，壓降也不斷增大，當(dāng)粉塵粒徑相同時分離器的除塵效率隨圓筒直徑的增大反而降低[28]。HamdyO等通過固定錐筒直徑或固定錐角研究錐長變化對分離器性能的影響，研究指出當(dāng)分離器只有錐段部分的情況下，隨著錐長的增加，分離器的壓降以及軸向速度和切向速度都會增加，直至達(dá)到穩(wěn)定；在保持錐段直徑不變時，增加錐段長度會增加排氣管下方的回流。在錐段角度不變時，增加錐段長度可以減少回流[29]。DemirS等人研究了分離器柱段和錐段高度對其的影響，結(jié)果指出隨著柱錐段高度的增加，壓降減小。且柱段與錐段高度的最佳比值在0.4~0.6之間[30]。ALSB等同樣對旋風(fēng)分離器的柱錐段高度進(jìn)行了研究。他們發(fā)現(xiàn)，隨著通體高度的不斷增加，分離器的壓降減小，除塵效率降低。當(dāng)筒體高度分別增加到筒體直徑的5.5倍和6.5倍時，壓降分別降低約34%、29%，除塵效率分別提高9.5%、11%[31]。沈賢鋒等人通過數(shù)值模擬對分離器的單雙錐進(jìn)行研究，結(jié)果表明雙錐分離器要明顯優(yōu)于單錐分離器，前者產(chǎn)生的局部二次渦流較少，且分離效率較單錐更高[32]。李琦等研究了錐度對旋風(fēng)分離器分離性能的影響，研究結(jié)果表明排氣管和錐段附近的流場受錐度的變化的影響較大，而分離器筒體部分則受到的影響較小。文中指出錐角的最優(yōu)質(zhì)為172°，能更多的減少材料的使用[33]。1.5排塵段結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀旋風(fēng)分離器主要依靠錐段下方的會都進(jìn)行排塵，但是當(dāng)下行的氣流將器壁上的顆粒排入灰斗的同時，總是不可避免地有小股氣流進(jìn)入灰斗內(nèi)，這股氣流夾帶著已經(jīng)分離的顆粒重新返回旋風(fēng)分離器內(nèi)部，這就是返混現(xiàn)象，它會影響分離器的分離效率。目前有很多關(guān)于排塵結(jié)構(gòu)的研究，例如李杰等在對防混圓臺對旋風(fēng)分離器性能性能的研究中表明，增設(shè)防混圓臺，能夠減小灰斗內(nèi)的軸向速度和切向速度，能夠有效抑制返混現(xiàn)象[34]。李冬等通過內(nèi)置防返混錐的方式探究對二次流的抑制作用，結(jié)果同[34]相同，且指出最佳頂角角度為80°[35]。譚慧敏等通過模擬對三種不同的排塵錐（無縫、開對稱縫、開階梯縫）進(jìn)行研究，結(jié)果表明，開縫起到分流作用，開階梯縫可以減小渦核中心的不對稱性[36]。錢付平等人在分離器底部加設(shè)一根直管，使底部的氣流進(jìn)一步分離，結(jié)果表明，增設(shè)直管能夠進(jìn)一步分離粉塵[37]。Kaya等與[37]同樣增加了直管，結(jié)果表明分離器的分離效率較之前有所提高[38]。孫立強等人在對有無灰斗對旋風(fēng)分離器內(nèi)部流場的影響中指出，在有灰斗的情況下會導(dǎo)致排塵口附近的瞬時切向速度產(chǎn)生強烈波動[39]。參考文獻(xiàn)[1]郭方興.我國治理霧霾的法律對策研究[D].四川省社會科學(xué)院,2014.[2]陳冬林,吳康,曾稀.燃煤鍋爐煙氣除塵技術(shù)的現(xiàn)狀及進(jìn)展[J].環(huán)境工程,2014,32(09):70-73+162.[3]王青蓮,孫國剛,周發(fā)戚,顏深,楊曉楠.旋風(fēng)-顆粒床組合去除PM2.5的試驗研究[J].過濾與分離,2016,26(03):1-4+12.[4]范軍領(lǐng),王超,馮勝科,陳光輝.α型旋風(fēng)分離器放大效應(yīng)的數(shù)值分析[J].礦山機械,2020,48(06):49-54.[5]KhairyElsayed,ChrisLacor.Theeffectofcycloneinletdimensionsontheflowpatternandperformance[J].AppliedMathematicalModeling,2011,35:1952-1968.[6]袁惠新,石斌磊,付雙成,朱星茼,賈俊賢.旋風(fēng)分離器矩形入口高寬比對流場及性能的影響研究[J].流體機械,2019,47(05):39-43.[7]李紅,熊斌.不同入口高寬比旋風(fēng)分離器內(nèi)氣固流動的數(shù)值模擬[J].動力工程學(xué)報,2010,30(08):567-572.[8]李強,黃榮國,繆正清,衛(wèi)飛飛.入口截面高寬比對旋風(fēng)分離器內(nèi)流場的影響[J].煤氣與熱力,2010,30(12):1-4.[9]董思捷,楊柳,張子慧,王博,姜云超.入口位置對多入口旋風(fēng)分離器性能的影響[J].環(huán)境工程學(xué)報,2021,15(02):618-625.[10]杜慧娟,王川保,馬紅和,崔志剛,王曉煒,馬素霞.入口收縮角度對旋風(fēn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