基于计算颗粒流体力学的旋风分离器结构优化

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.19178

发电技术 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (5): 637-642.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.19178

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基于计算颗粒流体力学的旋风分离器结构优化

赵峰¹(), 孙明兴¹(), 郝哲峰¹(), 车德勇²^,*()

¹ 华能伊春热电有限公司, 黑龙江省伊春市 153000
² 东北电力大学能源与动力工程学院, 吉林省吉林市 132000

收稿日期:2020-12-20 出版日期:2021-10-31 发布日期:2021-10-13
通讯作者: 车德勇
作者简介:赵峰(1971), 男, 工程师, 主要从事大型火力发电企业生产管理工作, zhaofeng2275@163.com
孙明兴(1973), 男, 硕士, 高级工程师, 主要从事大型火力发电企业生产管理工作, smxstart@163.com
郝哲锋(1976), 男, 工程师, 主要从事电力生产管理工作, 1607637757@qq.com
基金资助:
吉林省科技发展计划项目(20190303025SF)

Structure Optimization of Cyclone Separator Based on Computational Particle Fluid Dynamics

Feng ZHAO¹(), Mingxing SUN¹(), Zhefeng HAO¹(), Deyong CHE²^,*()

¹ Huaneng Yichun Thermal Power Co., Ltd., Yichun 153000, Heilongjiang Province, China
² School of Energy and Power Engineering, Northeast Electric Power University, Jilin 132000, Jilin Province, China

Received:2020-12-20 Published:2021-10-31 Online:2021-10-13
Contact: Deyong CHE
Supported by:
Science and Technology Development Plan Project of Jilin Province(20190303025SF)

摘要/Abstract

摘要：

旋风分离器是火力发电厂颗粒脱除与筛分的主要设备，其内部流动特性直接影响旋风分离器的性能。为研究旋风分离器上部直筒段结构差异对其内部颗粒运动的影响，采用计算颗粒流体力学（computational particle fluid dynamics，CPFD）方法对直线型与螺旋型2种结构分离器内的气固两相耦合运动过程进行数值模拟。结果表明：螺旋型分离器直筒段的平均气流速度高于直线型分离器，同时其出口速度较大，在一定入口流速范围内，螺旋型分离器分离效果略占优势。研究结果为后期实际工程技术改造优化工作提供理论参考。

关键词: 火力发电, 气固两相流, 旋风分离器, 计算颗粒流体力学(CPFD), 数值模拟

Abstract:

Cyclone separator is the main equipment for particle removal and screening in thermal power plants, and its internal flow characteristics directly affect the performance of cyclone separator. In order to study the influence of the structural difference of the upper cylindrical section of the cyclone separator on its internal particle motion, the numerical simulation of gas-solid two-phase coupled motion in a linear and a spiral separator was carried out by using computational particle fluid dynamics (CPFD). The results show that the average air velocity of the straight section of the spiral separator is higher than that of the linear separator. At the same time, the outlet speed is large. Within a certain inlet velocity range, the spiral separator is slightly superior in separation effect. The research results provide a theoretical reference for the optimization of later practical engineering technology transformation.

Key words: thermal power generation, gas-solid two-phase flow, cyclone separator, computational particle fluid dynamics (CPFD), numerical simulation

中图分类号:

赵峰, 孙明兴, 郝哲峰, 车德勇. 基于计算颗粒流体力学的旋风分离器结构优化[J]. 发电技术, 2021, 42(5): 637-642.

Feng ZHAO, Mingxing SUN, Zhefeng HAO, Deyong CHE. Structure Optimization of Cyclone Separator Based on Computational Particle Fluid Dynamics[J]. Power Generation Technology, 2021, 42(5): 637-642.

图/表 8

图1 2种不同结构的旋风分离器

Fig.1 Two different types of cyclone separators

表1 物性参数

Tab. 1 Physical and numerical parameters

参数	颗粒	流体
密度/(kg/m³)	2 400.000	1.225
杨氏模量/MPa	10	—
黏度/[mg/(m∙s)]	—	18
泊松比	0.3	—
弹性恢复系数	0.97	—
摩擦因数	0.1	—

图2 颗粒速度分布情况

Fig.2 Particle velocity distribution

图3 颗粒体积分数分布情况

Fig.3 Particle volume fraction distribution

图4 中心截面上的气相速度分布

Fig.4 Air velocity distribution on the central section

图5 3个水平截面上的气相速度分布

Fig.5 Air velocity distribution on three horizontal sections

图6 直径方向上的气相速度分布曲线

Fig.6 Air velocity distribution curve in diameter

图7 垂直中心线上的气相速度分布曲线

Fig.7 Air velocity distribution curve on vertical centerline

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Structure Optimization of Cyclone Separator Based on Computational Particle Fluid Dynamics

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