автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Исследование аэродинамики и эффективности работывихревого аппарата с дисперсной насадкой

Ой

Харк1вський державний техн1чний ун1верситет Суд1вництва та арх!тектури

На правах рукопису

Шушляков Дмитро Олександрович

ДОСЛГДЖЕННЯ АЕРОДИНАМГКИ ТА ЕФЕКТИВНОСГГ РОБОТИ ВИХРОВОГО АПАРАТУ 3 ДИСПЕРСНОЮ НАСАДКОЮ

05.23.03 -Теплопостачання, вентиляц!я, кондиц1ювання повл.тря, газопостачання та осв!тлення

Автореферат дисертацИ на здобуття наукового ступеня кандидата техн1чних наук

м. Харкав - 1996

Дисертац1ею е рукопис.

Робота виконана в Харк1вськ1й державн1й академИ м!ського го сподарства.

Науковий кер1вник: кандидат техн1чних наук, доцент

Шульга Микола Олександрович

Оф±ц1йн1 опоненти:

1. Доктор техн1чних наук, професор Губар В.Ф.

2. Кандидат техн±чних наук, старший науковий сп1вроб1тник Коваленко Ю.Л.

Пров1дна установа: Науково-досл1дний 1нститут Кондиц1онер м.Харк!в

Захист в1дбудеться "4й липня 1996 р. об 11 год. на эас1данн! вченоХ ради у Харк1вському державному техн!чному ун1верситет1 буд!вництва та арх1тектури, за адресою: ы. Харк1в, вул. Суыська, 6.40

3 дисертац±ею можна ознайомитися у б!бл1отец! Харк1вськог державного техн1чного ун!верситету буд1вництва та архЛтектури

Автореферат роз!сланий " червня 1996 р.

Вчений секретар спец1ал1зовано! вченоЕ ради.

к.т.н., доцент

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальн!сть проблемы; Бурхливий розвиток промислового виробництва призв±в до эначкого зб1льшення обсяг!в вентиля-ц1йних та технолог!чних викид1в, що з'явилось причиною Лн-тенсивного забруднення б!осфери, тому що разом э вЛдпрацьо-ваними газами до атмосфери надходять змулен! та газопод1бн1 шк1длив! речовини.

Сумарний вплив шкЛдливих речовин створив кризову еколо-г!чну ситуац!ю в багатьох районах земно! кула. До 2000 року к1льк!стъ шк!дливих речовин, як1 викидаються в атмосферу, може зб1льшитись в дек:1лько раз!в, що призведе до еколог1ч-них катастроф планетарного масштабу.

Одним 1з шлях1в запоб1гання забруднення атмосфери е очистка газ1в перед 1х викидом до атмосфери. У зв'язку з цим розробка та досл1дження обладнання для високоефективно! очистки газ!в з м1н!мально можливими затратами енерг11 е актуальною проблемою.

ПЛдвищення ефективност! та зниження витрат енергИ на очистку газу може бути забезпечене за рахунок зам1ни бага-тоступ1нчатих схем очистки новими високоефективними апара-тами та використання додаткових ф1зичних ефект!в у робочз.й камер1 цих апаратав, вибору потр1бних режимних та конструктивных параметр!в, а також за рахунок кондицЛювання газу перед Його очисткою.

На основ1 викладеного вище можна вважати, що тема ди-сертац1йно! роботи актуальна, тому що спрямована на розробку та досл!дження високоефективного пиловловлювача для очистки газу сухим способом за одноступ1нчатою схемою.

Метою дисертацЛЙно! роботи е дослд-дження аеродинам!ки та ефективност1 роботи запропоновано! конструкцИ вихрового апарата з дисперсною насадкою.

Для досягнення поставлено! мети необх1дно було вир1шити так1 завдання:

- провести анал1з 1снуючих конструкц1й пиловловлюючих апа-рат±в, обгрунтувати виб!р апарата для очистки газ1в в!д дс м1шок шкЛдливих речовин, окреслити виэначальн! фактори, як впливають на ефективн!сть роботи, визначити д!апаэон Хх змд.н, при яких забезпечуеться максимальна ефективнд.сть роботи апарата;

- виконати теорегичн1 досл1дження аеродинам!ки робочо! ка-мери апарата при поданн1 до не! дисперсно! насадки та без не!, анал!тичним шляхом визначити ефективн1сть його роботи розрахувати енерговитрати на очистку газу;

- провести експериментальн! досл1дження впливу режимних та конструктивних параметр1в, властивостей дисперсно! насадка газу який очищуеться та дом1шок як1 уловлкються, на ефекти н1сть роботи пиловловлювача при уловлювакн! др1бнодисперс»-дом!шок;

- п1дтвердити експериментальким шляхом розрахунков! значеь затрат енергИ на очистку пов1тря в1д змулених дом!шок;

- розробити методику розрахунку режимних та конструктивни> параметр1в эапропонованого апарата;

- впровадити апарат на виробництв!.

Науковою новизною с те, що вперше теоретично та експ< риментально досл1джена аеродинам!ка робочо! порожнини розробленого автором вихрового апарата з дисперною насадкс (ВАДН), запропонован1 математичн! модел!, що дозволяють розрахувати аеродинам1чн1 параметры поток1в разу, а також взаемодЛю цих поток1в з дисперсною насадкою.

Отриман! теоретичн! залежност1 для розрахунку ефекти! ностЛ роботи та енерговитрат ВАДН.

Запропонован! залежност1 для розрахунку ексерг1тично: ефективност1 вихрового апарата э дисперсною насадкою.

Розроблена методика розрахунку режимних та конструктивних параметр1в ВАДН.

Практична ц!нн!сть диссертацИ полягас в тому, що розроблена та дослл.джена нова конструкц1я вихрового пилов.

влювача, який эабезпечуе високу ефективн1сть одноступ1нчато! сухо! очистки газу в1д др1бнодисперсного пилу. При цьому эа-трати enepril на очистку газу у пор1внянн! 1з енергозатра-таыи на очистку газу за допомогою цього апарата менш1, н1ж затрати енергИ при застосуванн! Сагатоступ1нчато1 схеми очистки при р!вних продуктивностях э очищеного газу.

Розроблена методика розрахунку режимних та конструк-тивних параметр1в п1дбору ВЙДН мае практичну ц!нн1сть, тому що дозволяе розраховувати та п1дбирати цей апарат для р1эних умов роботи, що розширюе галузь використання ВАДН.

Отриман! результати теоретичних та експериментальних досл1джень п1дтвердясують в!рог1дн!сть запропоновано! методики розрахунку та доэволяють обгрунтовано п1дбирати та впроваджувати у виробництво ВАДН, що також мае практичну

UiHHiCTb.

Практична ц1нн1сть результат1в диссертац1йно1 роботи п1дтверджена авторськими св1доцтвами № 14 94 94 4 в1д 22 бе-резня 1989 року, }? 1791292 в!д 1 жовтня 1992 року та патентом № 1838077 в±д 13 жовтня 1992 року.

Реал1зац1я досл1джень.' Вихровий апарат з дисперсною насадкою впроваджено у проекта газоочистки на сп!льному украХнсько-угорському п1дприемств! "Титан - Ев1г" по машино-будуванню, на завод1 Кривор1жсталь та на Запор1зьк1й ДРЕС.

Апробац1я роботи. OcHOBHi положения дисертац1йно! роботи допов!далйсь на III Республ1канськ1й конференцИ у м. Донецьку в 1993 р., на м!зярег1ональних наукових конференц!ях Харк±вського державного техн!чного ун1верситету буд1вництва та арх!тектури (колишн1й Харк1вськ1й 1нясенерно-буд1вельний 1нститут) в 1991 та 1995 p.p., на науково-техн!чних конфе-ренц1ях Харк1всько1 державно! академИ м!ського господарства в 1994 i 1996 p.p. (колишн1й Харк1вськ1й 1нститут 1нженер1в MicbKoro господарства).

S

Публ1кац13С. За темою дисертацИ опубл!ковано десять роб!т, отримано два авторських св1доцтва та патент на вина-ходи.

Обсяг роботи. Дисертац1я складаеться 1з вступу, чоти-рьох розд!л!в, списку викорисганих л±тературних джерел, до-датк1в та м1стить 117 стор1нок друкованого тексту, 44 ма-люнки, 9 таблиць, а також список л!тератури, який м1стить 130 найменувань в!тчизняних та закордонних автор!в.

ЗМ1СТ РОБОТИ

У вступ! розглядаеться актуальн!сть, наукова новизна т практична ц1нн1сть проведених досл!джень. Визначена мета ди сертац1йно! роботи та основн1 завдання, як1 необх1дно ви-р1шити для досягнення дано! мети.

В першому розд!л1 проведено анал1з причин викид1в про-ыисловими п!дприсмствами шк±дливих речовин в атмосферу, розглянут1 властивост! змулених дом!шок, що впливають на ефективн!сть 1х уловлювання, проведено пор1вняння основних 1снуючих тип1в мехак1чних пиловловлк>вач!в, виявлен! Хх пере ваги та недол!ки, проанал1эован1 методи розрахунку ефектив-ност1 роботи та енерговитрат при очищенн! газу цими апара-тами.

В результат! анал1зу установлено, що основними причинами викид!в шкЛдливих речовин в атмосферу е недосконал1сть техн!чного обладнання, моральний та ф1зичний энос систем асп1рац1Л та неефективна робота обладнання для очистки газ!в.

Для зменшення забруднення атмосферного пов1тря необ-х1дно удосконалювати конструкцИ м1сцевих в1дсмоктувач1в, систем асп1рац1Х та обладнання для очистки технолог±чних та вентиляц!йних газових викид±в з урахуванням фракц!йного складу та щ±льност1 уловлюваних дом1шок та температури газу який очищуеться.

Пор1вняння д!anaзону эастосовност1 та ефективност! роботи основних тип!в механ1чних пиловловлювач!в показало, що переспективними е вихров1 апарати. Найб1лып ефективними та з найб1лыпим д!апазоном эастосовност1 виявилися апарати типу "Вихрь Э" (розробка НПО Енергосталь, В.С.Гурьев, В.А.Успенський та íh. ), пиловловлювач! вихров1 а центральною трубою (ПВЦ) та ПВЦК (з криогенного р1диною), розроблен1 в Харк1вському державному техн1чному ун1верситет1 буд!вництва та арх1тектури (Гулам Фарук та 1н.).

Ц1 апарати уловлкеоть частки пилу крупн1ше 10 мкм з ефективн!стю 96-98 % (мал. 1). При цьому эведений onip апа-рат!в ПВЦ, ПВЦК и "Вихрь Эн у пор1внянн1 ia сухими циклонами вище приблизно на 30%, а ефективн1сть !х роботи, розрахована за эалишковою запилен1стю, в 3-4 рази вище н!ж циклон!в. Од-нак при уловлюванн1 пилу з розм!ром часток менш 5 мкм !х ефективн!сть значно знижуеться, шо п!дтверджуе доц1льн1сть розробки високоефективних механ1чних апарат1в для сухо! очистки газу в1д пилу з розм1ром часток менш 5 мкм з в1днос-но невисокими енерговитратами.

У npoueci розгляду та анал1зу метод1в розрахунку ефективност! роботи та затрат енерг!! сухих механ1чних апарат1в установлено, що едино! методики розрахунку для bcíx апарат!в немае у зв'яку з в1дсутнз.стю едино! достов!рно! теорИ турбулентно! течИ газу. Кр1м того, врахувати bcí фактори, що впливають на ефективн1сть роботи та onip ycix механ!чних апарат!в в единой методиц! розрахунк1в, практично неможливо.

1снуюч1 методики розрахунк1в можуть застосовуватися т1льки для кожного типу апарат1в э урахуванням властивостей уловлюваемих дом!шок, як! уловлюються, та гаэу який очи-щуеться, а також умов роботи апарата. При smíhí початкових умов роботи будь-якого типу апарата необхЛдно проводити до-датков! досл1дження та розробляти нову методику !х розрахунку. Таким чином, п1дтверджуеться необх!дн1сть розробки методики для оц1нки ефективност! п!дбору високоефективних вихро-

Мал.1. Граф1к фракц1йно£ ефективност1 пиловловлюваючих апа-рат±в: 1 - ИЗЕ-ЗЗ; 2 - ВП1; 3 - ВЗП-200; 4 - ВихорбООЕ; 5 -ВП2; 6 - ВПЦ; 7 - ПВЦК; 8 - Ц1клон з1 щЛлинним вЛдбором пи-логазового концентрату; 9 - ц1клон СДК-ЦН-ЭЗ; 10 - ВАДН (запропанован автором).

вих апарат!в.

В другому розд1л! розглянута запропонована. автором кон-струкц!я високоефективного вихрового апарата з дисперсною насадкою (ВАДН). Запропонован1 модел1 руху дисперсних турбу-лентних закручених поток1в в його робоч±й камер! (для розра-хунку аеродинам1чнних параметр!в газу, який очищуеться), взаемод1я цих поток!в з дисперсною насадкою, методика розра-хунку енерговитрат та ексерг!тично! ефективност! роботи цьо-го апарата.

П!двищення ефективност! роботи вихрового пиловловлювача забезпечуеться за рахунок п!дсилення д!1 в1дцентрових сил нведенням в пот!к газу, який очищуеться, дисперсно! насадки.

Вихровий апарат з дисперсною насадкою дозволяе очишу-вати газ в!д пол!дисперсних та др!бнодисперсних дом!шок з високою ефективн!стю та пом±рними затратами енергИ.

Схема ВАДН зображена на мал. 2. ВАДН складаеться з корпуса (робочо! камери) 1, пов1тровода для п1дведення першого 2 та другого 3 поток1в, лопатного завихрювача 4, розпод!ль-но! камери 5, тангенц!альних сопел б, розташованих п!д кутом до корпуса 1, п!дп!рно! шайби 7, бункера уловлених дом!щок 8, патрубка 9 для виведення пилу, ежектора 10, центрально! труби 11, патрубка 12 для подання дисперсно! насадки (ДН), розс1кувача 13, диспергатора 14, пов!тровода чистого газу 15.

Принцип роботи апарата полягае ось в чому: в робочу камеру 1 по патрубках 2 13 подаються зустр!чн! закручен! потоки газу який очищуеться, другий пот!к може бути також газом який очищуеться, очищении газом або атмосферним по-в!трям. Обидва потоки подаються назустр!ч один одному, закручен! в одну сторону - перший за допомогою лопатного завихрювача 4, а другий - за допомогою розпод!льно! камери 5 та похилих сопел б, розташованих тангенц1ально 1 п!д кутом до тв!рних корпуса 1. Для витиснення пилогазового потоку з приосьово! эони установлюеться центральна труба 11. 3 метою

п!двищення ефективност! уловлювання субм±кронного пилу по патрубку 12, з'еднаному з центральною трубою 11, за рахунок розрхдження в апарат1, подаеться дисперсна насадка. Р!вно-м1рне розпод!леиня ДН по перер1эу робочо! камери 1 эд!йсню-«ться розс1кувачем 13. За рахунок !нерц1йного осадження, турбулентно! дифузИ, адгеаН, термо- 1 дифуэ1офорезу та 1н-ших ф1зичних процес!в в1дбуваеться захоплення частками ДН часток змулених дом1шок:.

Частки ДН мають 61льш1 розм1ри та б1льшу масу, вони швидко досягають прист!нноХ зони та разом !з уловленими до-м!шками в!дносяться другим потоком в бункер 8. В бункер! 8 в!дбуваеться осадження ДН 1 дом1шок. Пов!тря, що потрапило до бункера, повертаеться за допомогою ежектора 10 в робочу порожнину ВАД11. Видалення пилу 1 ДН з бункеру 8 зд1йснюеться через патрубок 9.

Для !нтенсиф1кац!1 процесу коагуляцИ змулених часток та осадження 1х на поверхн1, ДН зволожуеться насиченою парою або диспергованою водою гз пристрою 14. При цьому витрачання пари повинно бути таким, щоб вона повн!стю конденсувалася на поверхн! ДН. Для запоб!гання роэвороту другого потоку у верхн!й частин! ВАДН установлюеться п!дп!рна шайба 15.

При використанн! в якост! ДН адсорбенту ВАДН буде за-безпечувати комплексну очистку газу. В процес1 взаемодИ газу з адсорбентом буде в1дбуватися селективна очистка шк!д-ливих газопод!бких (пароподхбних) та уловлювання змулених дом1шок. ДН разом з уловленими дом!шками з бункеру може по-даватись на утил!зац!ю, регенерац!» або на рециркуляц!ю до повного насиченя адсорбенту.

Дозування ДК можна эд±йснювати за допомогою цил1ндрич-ного дозатора з рухомим патрубком. При очищен! газ1в високо! вологост! можливе використання спец!альних вологовбирач!в.

Як додатковий зах1д п1двищення ефективност1 уловления пилу можливо робити електричне зарядження ДН та у пилу який уловлюеться.

Для обгрунтованого вибору режимних та конструктивних параметр1в ВАДН необх!дно провести теоретичн1 та експериме] тальн! досл1дження аеродинамАки робочо! камери апарата та розробити методики розрахунку ефективност! роботи та витра» енергИ на очистку газу за допомогою ВАДН.

Для керування процесом очистки газу за допомогою ВАДН неоСхЛдно эм!нювати аеродинам1чну ситуац1ю в його робоч1й камер1. 3 ц!ею метою повинн! бути вивчен1 законом1рност1 розпод1лення першого та другого поток1в газу який очишуеты в порожнин1 ВАДН.

Для розрахунку складових швидкост! першого потоку, що поступас в вихровий апарат з дисперсною насадкою, запропо» вана математична модель руху вихрового турбулентного пото^ в цил!ндричн1й труб!, при цьому припускаетъся, що процес теплообм!ну в1дсутн1й. Р1вняння руху розглядасмо у форм1 Навье - Стокса в частинких пох1дних, а щ1льн1сть потоку та його в'язк1сть визначасмо через д1йсн! величини. Р1вняння записуемо в иил±ндричних координатах та замикасмо систему р!внянням нерозривност1:

у + (1)

* дг 1 дг г рв дг \дг г дг дг2)

Ш. дЧ. УХУ. п (д 1 дгУср ЯгЛ

г дг ' дг р, дг V дг дг дг2)

+ ,4)

г дг дг

При цьому величини р, та Л, в р1вняннях (1)-(4) можна вира-зити у вигляд!:

Р. - Р,[1 + ^

(! " Я>)Рх.

V 8

;* = 7Г'-^=т- ' -. т (5)

! + РРг*2

О- ~ <Р)Р1.

де р^ та - щ!льн1сть та коеф1ц1ент к1нематично! в'язкост! дисперсного потоку; pi i fo - д1йсна масова щ!льн1сть несу-чого середовища та дисперсно! фази; та V2 - швидкост! не-сучого середовища та дисперсно! фази; Эг - коеф1ц1ент турбулентно!, ефективно! к1нематично! в'язкост!; ф - питомий об'емний вм!ст дисперсно! фази в дисперсному потоц1.

Досл!дження закручених поток±в, як! рухаються в дил!ндричному канал1, показали, що ц1 потоки эбер!гають дов-гий час л!н!йний закон розповсюдження вздовж рад1уса моменту к1лькост1 обертального руху. Враховуючи це та виконуючи ряд перетворень, отримаемо р!шення системи (1)-(4):

V, - -а + кг7) (i s(R2 - г2) + Ь Ш * + cQ, - А.) - ± - г*)), (б)

де a, Ь, с, d - функцИ, залежн1 в!д видатково! швидкост1; а - константа; г - поточне значения рад±усу; R - рад!ус цил!ндричного каналу

э2 — х I т и ±-Н — т ' г

(7)

V, = агг9й - 9а - - crr(1 + *-r2){i a(R2 - г2) + Ъ Ln - +

- °г, |в|

де ю - кутова швидк1сть руху газу.

Отриман! залеясност1 доэволяють розрахувати параметри першого потоку газу, який подаеться у ВАДН. Рух другого потоку в ВАДН будемо розглядати як розповсюдження турбулентного дисперсного струменя на угнутШ поверхн! у вихровому су-путному град1ентному потод!. При цьому будемо вважати, що рух стац1онарний, дисперсний пот1к являе собою в'язку нес-тисливу р!дину, а noTiic будемо розглядати, як двошвидк!сний конт!нуум двох вэаемопроникаючих суц1льних середовищ, одне з яких с несучим, а друге - дисперсним. Р1вняння Навье -Стокса у векторн1й форм! для кожного з середовищ будуть мати вигляд:

(1 - <р)ру^ = -{1 - + (1 - 9))у(г1 + т») - (1 - <р)е12 - (1 - <р)п12

(9)

(рруру2 - -<??Р2 + ^(г, - г„) + + (10)

де 9 - в!дносний вм1ст дисперсно! фаэи в потоц1; "1" 1 "2" - 1ндекси, як1 в1дносяться до суц1льного середовища та дисперсно! фази в1дпов1дно; V, р, Р, 1, - швидк1сть, щ!ль-н!сть, тиск, напруження сил молекулярного та турбулентного тертя, в±дпов1дно; V - оператор Гельмгольца; П П - сили механ1чно! та масообм1нно! взаемодИ двох середовищ.

Вважаючи, що дисперсне середовише достатньо розр1джене у пор!внянн1 э несучим сереловищем, що Р2 « Рх; ^ « Х2т « XI»г Эгв « 8 1 що Уг/Ух=сопзЬ, шляхом перетворення от-римали р!шення р!внянь (9) та (10):

для пристЛночно! частини струменя:

У» У « 2,211п ^ ; тх - 0,0283 Яв-0-25 ^з"»

Ж

(11)

А

Ив =

для в1льно! частини струменя

и - V, + (ив + {/Д1 - 6т}2 + 87э - З74) (13)

де

(* - *■)

(14)

де в - коеф1ц1ент турбулентност! струменя; 6ц - в1дстань в1д станки до ос1 струменя прист1ночно! частини струменя (товшина струменя); 6 - в!дстань в±д ос! струмен до зовнл.ш-

ноХ меж1 струменя для в1льно! частини струменя (товщина струменя); ип - швидк1сть плину струменя на ос1; ив - швид-к!сть плину у в1льн!й частин! струменя; Яе - число Рейнольд-са на початку струменя; ис - тпвидк!сть вит!кання струменя 1з сопла; Ъ -д!аметр сопла осесиметричного струменя. Формула (11) справедлива, коли Яе > 20000.

Законом1рн1сть затухания вихрових поток1в подаемо таким виразом:

V, - V. (15,

де и<> - початкова швидк1сть зовн1шнього потоку, що зносить; Эо - в'язк1сть цього потоку. Швидк1сть струменя на ос1: А

и = и - &_-_-__Г1____/-а „М ' <16>

-[1 - ехр(-50х)1 '

1 - 2ВВ, + ВгВ2 1 ^ °

де В = 2^1^0,0283 +

гГ 1 - *Т( IV -Вл = | 1п=^у;В, « \ 1п = dy; Не > 20000

о У о ^ У'

Товщина прист1нного шару струменя визначаеться з експе-рименту.

Як дисперсна насадка в ВАДН засгосована деревна тирса. Вибрана ДН е в багатьох випадках оптимальною, тому що мае невелику варт1сть (вл.дходи прац! деревообробних цех1в за-вод1в), тирса являс собою пористий матер1ал з розвинутою по-верхнею та може бути використана як адсорбент. Кр1м того, сум!ш уловленоХ ДН та пилу а доданням в'яжучого та 1нших компонент1в дозволяс вир1шити проблему безв1дходного вироб-ництва шляхом виготовлення блок!в або 1нших буд!вельних ма-тер1ал1в.

Для п!двищення швидкост! процесу коагуляцИ, а також

эапоб1ганнк> утворюванню вибухопожежно! сум!ш1 поверхню тир-состружково! маси доц!льно зволожувати шляхом диспергування води або подання насичено! пари.

Для оц!нки впливу ДН на ефектифн!сть роботи ВАДН запро понована математична модель процесу взаемодИ поток!в газу який очищають э дисперсною насадкою. Форма часток ДН (тирси прийнята пластинчаста. При взаемодИ частки насадки будуть робити обертально-поступальний рух, утвориючи у поперечному nepepisl пористу перегородку, кр!зь яку буде ф1льтруватися газ який очищають. У процес! ф!льтрац1! буде в!дбуватися ма сообм!н м1ж частками насадки та газом який очищають. У зв'яэку з тим, що частки ДН будуть робити обертальний рух, то проекцИ поверхн! на напрям oci прийнят! пост1йними, р!вними певн1й ефективн!й поверхн!. А процес масообм1ну вва жаемэ дифуз1йним.

Зм1нення концентрацИ пилу п!д час обт1кання пилогазо-вим потоком пластин ДН запишемо за аналог1ею э р1внянням енергИ:

v ^ + v . d££ " дх у ду дуг t (17)

Переходячи до безроэм!рних координат в р1внянн± (17) э правилом: х = 1 * х; у = h * у, отримуемо:

с? с до _ дс

—-г- - Re, — ■« Re2 — ду2 1 ду 2 дх

де

V h Vvh

Rex - Jtx = ; Re2 = k2 «= ; Re » 1 f (18j

Розв'язок р!вняння (18) шукаемо у вигляд! добутку двох функц1й:

с - f(*)f(y), {19)

П1дставляючи (19) в (18), п!сля диференц!ювання розд1ляемо члени р!вняння на (19) та отримуемо:

9»' Г

— - ^ — = кг —■ = г

<р (р £

де Л - визначаеться з експирименту.

Записуемо р1вняння (20) у вигляд1 системи:

. о '

кг

фГ-к^ф'+к/р = 0 ,

(21) (22|

Пров1вши ряд перетворювань, отримасмо розв'язок системи:

с =

Л ®хр

+ - и

---у

+ Аг ехр

(23)

де Ах та Аг - константи 1нтегрування, визначаекм межовидо умовами.

Пот1к маси на поверхню пластини пропорц!йний р1зниц! концентрац!й та коеф1ц!енту масовидатност1 в1д потоку до обычно! ст1нки. 3 другого боку у в1дпов!дност1 1з законом Ф1ка пот1к маси пропорц1йний концентрацИ у поверхн1 та коеф1ц1енту дифуэИ речовини у несучому середовищ!:

(24)

-О

Р =

дс ду

У'О = _

ду

у-0

(с0 - С») {Се-Ск)Ъ

(25)

де С0 - початкова концентрац1я пилу; Ск -к1нцева концентрами пилу; р - коеф1ц!ент масовидатност!; Б - коеф!ц1ент дифузИ пилу у потоц1; И -товщина шару газу б1ля пластинки з якого надходять пилини на поверхню.

Пот1к маси пилу на дисперсне середовище може бути знай-дений за виразом:

^ *г (екрМ1 - ехрМг)Ь , (26;

де

м ** + УНО2 - 4Я „ - >/Ю2 - 4Я = - = ---

Г - площа поверхн1 пластини з одного боку; п - число часто» (пластин), як1 приймають участь у масообм!н1. Р1вняння руху часток ДН буде мати вигляд:

V» = е"*^- ^ |те* - г0е^ - 1 (е*' - е*»^ + де

(27

СуРР

щ

Су - коеф!и1ент лобового опору часткам у иапрям1 ос! ; р - масова щ1льн1сть газу; шх - маса часток ДН; ш - кутова швидк1сть обертання газового потоку.

Швидк1сть дисперсно! частки виэначасться э такого р!в-няння:

'.•-•■^{-»-аду^-'). •

с рр

де Ь, - ———Сх - коеф1ц1снт лобового опору часток в напряы

ос! х; Ухо ~ видаткова швидк1сть у робоч1й порожнин1 апара-та; д - прискорення в1льного пад1ння.

В мАру просування дисперсно! фази уэдовж робочо! поро; нини апарата швидк!сть обт!кання буде зменшуватися у зв'яз] э1 зростанням швидкост1 дисперсно! фази та у к1нцевому п!Д' сумку буде р1вною швидкост! витания Ув, що в!дпов!дас мака мальному насиченню пилогазового потоку дисперсною фазою (х - Ь):

- - -1 (е^ - l)

.2

Ефективн1сть очистки г] газ!в в!д пилу представим© як:

*е С{с - к1нцева концентрац1я пилу п!сля очистки в апарат!; С0 - концентрацЛя пилу перед очисткою в апарат1. А для поточного значения ефективност1 у будь-як1й гочц!:

Р1вняння (23) п!дставимо в (31) та, пров!вши подальш1 перетворювання, отримаемо вираз для визначення ефективност1 /ловлювання пилу за допомогою дисперсно! насадки:

де то - секундна витрата дисперсно! насадки; 5 - товщина пластин дисперсно! насадки; рь - масова щ1льн1сть ДН; Qo - витрачання пилогазового потоку; X, X/h, h/D - пара-

метри, що визначаються експериментально.

Анал1з формули (32) показуе, що з! зростанням питомого BMicTy дисперсно! фази a^)/Qot а також 3i зменшенням сп1вв1д-

ношення 5/R ефективн1сть роботи зб1льшуеться, тому що в!дпо-вЛдно зб1льшуеться ефективна поверхня дисперсно! фази та час перебування дисперсно! фази в апарат!. При зб!льшенн1 р, ефективн!сть знижуеться, тому що зменшуеться час перебування ДН в робоч1й порожнин1 апарата.

Для оц!нки затрат енергИ на очистку газу та визна-

(30)

Т) =

(32)

чення ефективност! роботи ВАДН при очистц! газу в!д дом!шок як1 энаходяться в р1зних агрегатних станах, пропонуеться ек сергетичний метод.

При роэрахунку ексергетично! ефективност! роботи ВАДН розгляд обмежено контрольною поверхнею, до яко! включен1 апарат ВАДН, пов!троводи, обв'язка ВАДН, паров!д, димосос т пиловий вентилятор.

Складемо ексергетичний баланс контрольно! поверхн!.

Прибуваюча ексерг!я, Е*: первинна ексерг!я газу який очищарть, та шк1дливих дом!шок Еп; ексерг!я електроенерг!! (приводи вентилятора 1 димососа) Бэл, ексерг!я дисперсно! насадки Едн; ексерг1я подано! пари ЕПп-

Ексерг!я яка витрачасться, Е": ексерг!я очищених газ1в як! викидають до атмосфери та неуловлених дом1шок Ег; ексер г!я уловлено! насадки та дом1шок шк1дливих речовин Еу.

Дисипируюча ексерг!я, Б: ексерг!я, яка йде на подолан* опору пов1тровод!в та апарата Ев; втрати ексерг1! разом з теплотою кр!зь корпус апарата Ей.

Ексергетична ефективн!сть апарата ВАДН 1), може бути розрахована по формул1:

= (Е° + Е*~ +Е*» + - (Е- + Ег- + £*) я ЕУ

Еп + +Е„ +Еш, = ' (33)

Питом! затрати енергИ при очищенн1 газу в1д домхшок V ВАДН вищ!/ н!ж у циклона СДК-ЦН-33 приблизно у 2,25 раз!в, загальна ефективн!сть роботи у 2,77 раз1в, що в1дпов1дае фа зиц! процесу очистки. Ексергетична ефективн1сть ВАДН значнс вище, н1ж у циклона, що належить пояснити максимальним вике ристаниям енергИ на очистку газу та м!н!мальними I! витра-тами.

У третьему розд!л! викладасться методика експеримен-тальних досл1джень вихрового апарата з дисперсною насадкою, наводиться схема лабораторно! установки, результати експер*

ментальних досл1джень.

Експериметальн! досл!дження проводилися а використанням стандартного кварцевого пилу щ1льн!стю 2650 кг/мЗ та питомою поверхнею S = 3000; 5600; 8800 та 11000 см2/г. Як дисперсна насадка використовувалась деревина тирса щ!льн!стю 810 кг/мЗ та розм!рами 0,4+1,0 мм.

У процес1 експериментальних досл1джень були вивчен! за-коном!рност! розповсюдження вихрового турбулентного дисперсного потоку, рух турбулентного дисперсного струменя на угнутЛй поверхн! у вихровому супутному град!ентному noToui. Досл1джено процес взаемод!! поток1в газу який очищують з дисперсною насадкою. Експериментально визначено розпод1лекня концентрацИ пилу i ДН в робоч!й порожнин! ВАДН. Перев1рено вплив режимних та конструктивних параметр!в i ДН на ефектив-н1сть роботи апарата. Отриман! дан! про втрати енерг!! на очистку газу в!д змулених дом!шок. Визначена фракц1йна ефек-тивн1сть роботи ВАДН.

Була перев1рена адекватн1сть теоретичних та експериментальних даних. Перев!рка проводилася з використанням кри-тер!ю адекватност1 (критер!ю Ф!шера). В результат! розрахун-к!в були отриман! розрахунков! значеня критер!ю, як! п!д-тверджують адекватн1сть теоретично! та експериментально! частини.

У четвертому розд1л1 розглядаеться галузь застосування апарата з дисперсною насадкою, викладаеться методика його розрахунку та приводяться результати промислових випробувань апарата.

Вихровий апарат з дисперсною насадкою рекомендуеться до застосовування на промислових п1дприемствах для уловлювання др!бнодисперсних змулених дом!шок з розм!рами часток менте 5 мкм.

Запропонована методика розрахунку ВАДН дае можлив!сть обгрунтовано розраховувати та п!дбирати апарат для широкого д1апаэону вих!дних умов його прац1. Для спрощення процесу

роэрахунку на основ1 эапропоновано! методики була роэроблен номограма для визначення режимних та конструктивних пара-метр1в ВДЦН, яка дозволяе за в1домими витратами газу, що по даеться на очистку, а також за його властивостями та влас-тивостями уловлюваних часток змулених дом!шок п!дбирати гео метричн1 роэм!ри апарата та значения складових швидкостей поток!в газу в його робоч1й камер!.

Вихровий апарат з дисперсною насадкою був випробуваний у виробничих умовах та впроваджений у проекти системи газоочистки на Сп1льному украХнсько-угорському п!дприемств! "Титан - Ев!г" по машинобудуванню, на завод! Кривор!жсталь та Запор1зьк!й ДРЕС.

Виробнич! досл!дження ВАДН проводили при концентрац!! пилу в!д 1000 до 3000 мг/м*, з розм!рами часток в!д 1 до 5 мкм з! щ!льн1стю б!льш 3000 кг/мЗ. Ефективн!сть роботи ВАДН складала до 98%, а питом1 втрати тиску - до 1300 Па. Як дис персна насадка використовувалася деревна тирса щ1льн!стю 81 кг/м3.

Експериментальн1 досл1дження п1дтвердили доц1льн1сть впровадження вихрового апарата з дисперсною насадкою на виробничих п1дприсмствах.

ОСНОВН1 ВИСНОВКИ:

1. Проведено анал1з !снуючих конструкц!й апарат!в для очищения газ!в в!д змулених дом1шок та установлено, що розглянут! механ1чн1 пиловловлювач! не можуть застосовува-тися при очищенн1 газ1в в!д змулених дом!шок з мед!анним розм1ром менш 5 мкм. Для поширення д!апазону застосовност! пиловловлювач!в необх1дна розробка та досл!дження механ!чнс го апарата для сухого очищения газу в1д пилу з

< 5 мкм.

2. РозроСлено апарат для механ1чно1 сухо! високоефек-тивно! очистки газ!в в!д др1бнодисперсних дом!шок з розм!рс часток б!льш 0,5 мкм, я кий поеднуе переваги вихрового пило-вловлювача та шарового ф!льтру, що доэволяс поширити галуз1

эастосування механ1чних пиловловлювач1в.

3. Проведен1 теоретичн1 досл1дження взаемодИ дисперс-них поток1в в робоч1й камер1 розробленого апарата та отри-ман! математичн! модел1, що дозволяють розрахувати швидкост1 поток1в у будь-як1й точц1 вздовж рад1уса та по височин! ро-бочо! камери з урахуванням впливу змулених дом1шок та дисперсно! насадки.

4. Отриман! залежност! загально! та ексергетично! ефек-тивност1 в1д режимних та конструктивних параметр!в запропо-нованого апарата, властивостей газу який очищують, уловлю-ваемих дом!шок та дисперсно! насадки. Ц1 залежност1 дозволяють обгрунтовано п1дбирати апарат та виэначати причини не-продуктивних втрат енергИ в процес1 роботи системи газоочистки та шляхи зниження енерговитрат.

5. Проведен! експериментальн1 досл1дження ефективност1 роботи ВАДН у лабораторних та промислових умовах. Отриман1 данх п!дтвердили достов±рн1сть теоретичних залежностей для розрахунку розпод!лу складових швидкостей в робоч!й камерЛ, ефективност! роботи та енерговитрат на очистку газу за допо-могою вихрового апарата з дисперсною насадкою.

П1дтверджена доц1льн1сть широкого застосування цих апа-рат!в при очищенн! газу, який м!стить частки з розм!рами менте 5 мкм, видаляемого в!д обладнання металург1йно1, буд!вельно1, х±м1чно1, машинобуд!вельно! промсловост1 та на об'ектах енерге^гичних комплекс1в.

6. Розроблена достов!рна методика розрахунку режимних та конструктивних параметр1в та п1дбору вихрового апарата з дисперсною насадкою.

Основний зм1сгг роботи в!дображено у таких публ!кац1ях: 1. Шушляков Д.А. Определение эффективности и энергозатрат комплексной очистки газа. Повышение эффективности и надежности системы городского хозяйства. Сб.науч.трудов.-Киев, 1994,- с. 105-108.

2. Щуюпяков Д.А., Шушляков A.B. Вихревой аппарат с ди< персной насадкой. Информационна листок.- Харьков: ХАРПНТЭР 1995.

3. Шушляков Д.А., Шушляков A.B. Комбинированный пылеуловитель. Информационный листок.- Харьков: ХАРПНТЭИ, 1995.

4. A.c. № 1494 94 4 (СССР) Аппарат для очистки газов от примесей. Шушляков Д.А., Шушляков A.B., Радвинская З.П., Ти мошин К.Н., опубл. в В.И. »27, 1989.

5. A.c. № 1791292 (СССР) Установка пневматического транспортирования сыпучих материалов. Шушляков Д.А., Шушляков A.B., опубл. в В.И. »4, 1993.

6. Пат. № 1838074 (СССР) Устройство для удаления продуктов из зоны резания. Шушляков Д.А., Шушляков A.B., Соболев Н.Б., Ивасишин B.C., оЛубл. в Б.И. »32, 1993.

7. Шушляков Д.А.Очистка газов, удаляемых от электроста леплавильных печей. Тезисы докл. III Республиканской студен ческой конференции.- Донецк, 1993, с. 23.

8. Шушляков Д.А. Кольцевая система пневмотранспорта гопливоподачи. Теэ.студ.НТК.- Харьков: ХИСИ, 1991,- с. 120.

9. Шушляков Д.А., Ким С.А. Производственные исследования очистки газов от электросталеплавильных печей. Тезисы докл.межрегион.НТК.- Харьков: ХИСИ, 1993, с.

10. Успенский В.А., Шушляков Д.А. Взаимодействие дисперсной насадки с закрученным потоком очищенного газа в ВАДН. Тез. XXVII НТК. ХИИГХ,- Харьков,- 1994,- с. 56

11. Шушляков Д.А. Турбулентная дисперсная струя на вогнутой поверхности в вихревом спутном градиентном потоке в аппарате ВАДН. Тез. XXVII НТК. ХИИГХ, Харьков,- 1994,- с. 56-57

12. Шушляков A.B., Шушляков Д.А. Выбор аппарата для комплексной очистки газа. Тезисы докл. 50-й НТК ХГТУСА, 1995,- с. 90-92

13. ЦЬтпляков Д.А. Внедрение вихревого аппарата с дис-

персной насадкой. Тез. XXVIII НТК. ХГАГХ, Харьков,- 1996,-с. 59

14. Шушляков Д.А., Шульга H.A. Определение скорости турбулентной струи, распространяющейся по вогнутой поверхности рабочей камеры вихревого аппарата с дисперсной насадкой. Тез. XXVIII НТК. ХГАГХ, Харьков,- 1996,- с. 60

Пошляков Д.А. Исследование аэродинамики и эффективности работы вихревого аппарата с дисперсной насадкой.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.03 - Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение. Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры. Харьков 1996.

На защиту выносятся результаты исследования: конструкция вихревого аппарата с дисперсной насадкой; математические модели движения потоков газа в рабочей полости аппарата и взаимодействие этих потоков с дисперсной насадкой; зависимости для расчета эффективности и энергозатрат на очистку газа с помощью разработанного аппарата; зависимости для расчета эксергетической эффективности его работы; методика расчета режимных и конструктивных параметров аппарата. Установлено, что предложенный аппарат имеет эффективность работы при улавливании пыли с размерами менее 5 ыкм не менее 97%, а энергозатраты, сравнимы с существующими видами оборудования для сухой очистки газов от пыли. Осуществлено промышленное внедрение аппарата, доказавшее его высокую эффективность. Результаты диссертации изложены в 14 научных трудах.

Shyshlyakov D.A. Research on aerodynamics and efficiency of work of the vartical apparatus with dispersical nozzle.

Thesis submitted for a degree of Candidate of technical science on speciality 05.23.03 - heat supply, air' conditioning, gas supply and lighting. The Kharkov State

Technical University of building and architecture. Kharkov, 1996.

The results of research to be presented for the defen include research of: the construction of the vartical appa' ratus with dispersical nozzle; the mathematical models of movement of the gas flow at working cavity of apparatus am interaction these flow with dispersical nozzle; dependenci for calculation of efficiency and power for gas cleaning with the help of designed apparatus; dependencies for calc Jation of exergetie yield of its work; technique of calcul tion of and constructive parameters of the apparatus. The proposed apparatus is established to have effectiveness of work by catching dust with dimension smaller 5 mem not smaller than 97%, and power imputs comparable with existi kinds of equipment for dry gas cleaning from dust. The industrial introduction of apparatus, proving its high efficiency, has been realised. The thesis results have coverec in 14 scientific publications.

Кллючов! слова: вихровий апарат з дисперсною насадко) вловлювання пилу; п1двищення ефективност1; захист навколш нього середовища.