化肥厂并联布置的旋风分离器组的优化研究.pdf

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1、第４３卷第４期化工机械４８５化肥厂并联布置的旋风分离器组的优化研究马欣*徐洋（西南石油大学机电工程学院）摘要通过研究旋风分离器的特性，了解筒体直径和压降是影响旋风分离器成本的主要因素，建立了并联布置的旋风分离器组的成本模型。取某一化肥厂的实际参数进行实例计算，得出通过减少旋风分离器的个数、合理增大旋风分离器的筒体直径、改变旋风分离器的局部结构，可在一定程度上降低成本。分析成本模型的特殊性，通过数值计算，可以得到基于总成本最小情况下的最优旋风分离器筒体直径，为旋风分离器组的优化设计提供参考。关键词旋风分离器并联布置成本优化中

2、图分类号ＴＱ０５１.８文献标识码Ａ文章编号０２５４-６０９４（２０１６）０４-０４８５-０５化肥生产属于流程工业，以安全、稳定、均衡、１旋风分离器长周期、满负荷、优质、高产、低耗和减少污染为生１．１分类与基本结构［１］产目标。随着能源形势的紧张和对环境质量一般而言，旋风分离器的种类很多，按入口结要求的提升，对旋风分离器的分离效率要求也随构形式分为圆形入口、矩形入口、环绕式入口和导之提高。使用一台旋风分离器往往不能满足生产向旋流叶片入口；按分离器的本体形状分为筒锥需要，在这种情况，对多个旋风分离器进行组合布组合型和直筒型；按

3、气流进出方向分为逆流式和［２］［８］置显得很有必要。通常采取的方法是对多个直流式。工业上最常见的旋风分离器为矩形旋风分离器进行串并联布置，以达到生产要求。切向入口的筒锥型逆流式旋风分离器，其结构原夏欣等在干馏炉旋风除尘工艺中，旋风分离器采理如图１所示。图１中，ａ是入口截面的高度，ｂ用内置六桶分离器圆形并联结构，分离效率达是入口截面的宽度，Ｂ是排尘口直径，Ｄ是旋风分［３］８０％～９０％。廖磊等针对６个旋风分离器并联离器筒体直径（指分离器筒体截面的直径），Ｄｅ布置方式进行了实验研究和数值模拟，分析了旋［４］风分离器并联布置的分

4、离特性。这些研究侧重于分析旋风分离器组的分离特性，而忽略旋风分离器组的成本问题。Ａｂｄｕｌ-ＷａｈａｂＳＡ等采用成本模型，运用ＧＡＭＳ（通用代数建模系统软件）对旋风分离器的串并联布置进行非线性规划优［５］化，来减少整体成本。目前，已有很多关于旋风分离器分离原理的理论模型和经验公式用来表征旋风分离器内部流体运动规律和气固两相分离［６，７］机理。笔者通过其中筒体直径和压降公式建立成本模型，对化肥厂并联布置的旋风分离器组的优化问题进行研究。图１旋风分离器的结构原理*马欣，男，１９７３年１２月生，副教授。四川省成都市，６１０５００

5、。４８６化工机械２０１６年２１／３是升气管直径，Ｓ是升气管插入深度，ｈ是旋风分ｄｐ（ρｐ－ρ）πＮｓｉＱｉＤ＝（２）ｉ[９ｂ２ａμ]离器筒体高度（从分离器顶板到排尘口），Ｈ是旋ｉ０ｉ０２风分离器总高。１２１ＱΔｐｉ＝２ρＶｉＮＨｉ＝２ρ(ａｂＤ２)ＮＨｉ（３）ｉ０ｉ０ｉ１．２并联布置的旋风分离器组式中ｄ———粉尘的分割粒径；ｐ旋风分离器组并联布置指的是将一定量的物２ａｂ料粉尘通过多个旋风分离器并联连接，进行净化ＮＨ———速位差，ＮＨ＝１１．３(２)＋３．３３；Ｄｅ处理，图２为并联旋风分离器组布置图。目前，工Ｎ———颗粒在旋

6、风分离器内的螺旋圈数；ｓ业上广泛采用的并联形式有两种，即圆形布置和μ———动力粘性系数；［９］八字形布置形式，也有的采用阶梯型布置。并ρ———气体的密度；联布置的旋风分离器组不同于具有多个旋风管的ρ———粉尘的密度。ｐ旋风分离器，最主要的差异在于前者可以分配每２经济成本模型个旋风分离器的不同通气量，而后者由于共用一２．１旋风分离器的成本个进气口、且每个旋风管的位置不同，易造成气流在评价一个方案优劣的时候，成本是一个重量分配不均的现象，有可能发生串气、流场紊乱等要因素。在不考虑人员费用的情况下，旋风分离［１０］情况。器的费用

7、则主要包括动力费用和设备费用。动力费用与压降有关，设备费用与旋风分离器的筒体直径有关。依据Ｍａｒｔｉｎｅｚ-ＢｅｎｅｔＪＭ和ＣａｓａｌＪ提出的公式，动力耗费Ｃ＝ＱΔｐＣ，其中Ｃ为电动力ｅｅ［５］－８力耗费系数，通常为每焦耳１．５×１０美元；而ｆｊ设备的耗费Ｃ＝ｅＤ，其中，ｆ为投资因素，取设备Ｙｔｗ值为４．４；Ｙ为贬值发生年限数，取５；ｔ为年工作ｗ７时间，取２．１６×１０ｓ；ｊ为设备类型考虑因素，通ＣｆｆｆＢＭｐＴ常取１．２；ｅ为设备修正因子，ｅ＝，其中，ｊＤＢ图２并联旋风分离器组布置示意图Ｃ为最小通径下旋风分离器的基本费用

8、，取Ｂ１６４０美元，Ｄ为旋风分离器的最小通径，通常取Ｂ每个旋风分离器处理其中一部分的物料粉０．４ｍ，ｆ为基于材料因素的修正因子，取１，ｆ为Ｍｐ尘。各个物料粉尘的流量之和等于总的粉尘流量基于设计压力的修正因子，ｆ为基于设计温度的ＴＱ，即Ｑ＝Ｑ＋Ｑ＋…＋Ｑ，其中，Ｎ为旋风分离１２Ｎ修正因子，取１。所以总的费