旋风分离器是气固分离设备,在石油化工、金属冶炼、粉体工程、燃煤发电和环境保护等诸多行业中被广泛使用。在使用过程中,颗粒会对旋风分离器器壁造成严重的冲蚀磨损,将导致装置非正常周期停工检修,对企业造成不必要的经济损失。为此本文开展以下研究:首先通过实验对直径300 mm PV型旋风分离器,用325目滑石粉、中位粒径为80μm的铁矿粉、中位粒径为100μm的FCC粉料,在5-20 m/s入口气速情况下的颗粒藏量与顶灰环量进行测量与分析。实验结果表明颗粒藏量随入口颗粒种类的不同而发生变化,随入口颗粒浓度和入口气速的增大而增大;旋风分离器顶部空间存在顶灰环,会出现周期性的脱落与重生,其质量占颗粒藏量的比值比较大,对环形空间壁面造成严重的冲蚀磨损。其次分析颗粒藏量与旋风分离器器壁冲蚀磨损之间的关系,发现两者随入口气速与入口颗粒浓度变化的规律相一致。旋风分离器器壁冲蚀磨损的实验测量是非常繁琐和耗时的过程,颗粒藏量测量的难度和耗费远低于冲蚀磨损测量,因此在一定的情况下可通过测量藏量值来间接反映器壁冲蚀磨损整体情况。再次采用数值模拟的方法对PV型旋风分离器器壁冲蚀磨损情况进行研究。数值模拟结果显示,旋风分离器器壁冲蚀磨损外观呈螺旋带形状;颗粒对器壁的冲蚀磨损存在周向不均匀和轴向的差异;严重冲蚀磨损部位位于环形空间靠近顶板处的器壁、筒体中间区域器壁和锥体下方排料口附近器壁,与实验数据相吻合;各个区域的冲蚀磨损随着入口速度的上升而非线性增长,随着入口浓度的增大而线性增长,随颗粒物性的不同而发生变化。最后在旋风分离器的筒体安装螺旋导流叶片进行结构改进。通过数值模拟方法对改进结构后的旋风分离器流场与器壁冲蚀磨损进行分析。结果表明,流体与螺旋叶片发生撞击,出现能量损失,导致内部旋转流动有所削弱;由于螺旋叶片的导流作用边壁颗粒沿叶片螺旋下行的螺旋角度和向下的轴向速度都增大,筒体器壁的冲蚀磨损得到缓解。通过对旋风分离器颗粒藏量和冲蚀磨损情况的定性与定量分析得到基本规律,能为旋风分离器的设计与冲蚀磨损的检测提供指导意见。