автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Исследование эффективности пылеулавливания и гидравлического сопротивления прямоточных циклонов в единичном и каскадном исполнении

На правах рукописи

Рекунов Виталий Сергеевй

□□ЗОбЭТТВ

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ И ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРЯМОТОЧНЫХ ЦИКЛОНОВ В ЕДИНИЧНОМ И КАСКАДНОМ ИСПОЛНЕНИИ

05.23 03 - Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск 2007

003069776

Работа выполнена в Томском государственном архитектурно-строительном университете

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущая организация

кандидат физико-математических наук, доцент Шиляев Алексей Михайлович

доктор технических наук, профессор

Костин Владимир Иванович

доктор технических наук, профессор

Дворников Николай Алексеевич Томский политехнический университет

Защита состоится « 29 » мая 2007г в 16 часов на заседании диссертационного совета Д21217103в Новосибирском государственном архитектурно-строительном университете по адресу 630008, г Новосибирск, 8 ул Ленинградская, 113

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета

Автореферат разослан « <£/ » апреля 2007г

Ученый секретарь диссертационного совета

Дзюбенко Л Ф

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В связи с большим ростом загрязнения атмосферы пылевыми выбросами различных отраслей промышленности и в большей степени ТЭС, предприятиями промышленной теплоэнергетики, котельными в процессе приготовления пылеугольного топлива, выброса отходящих газов предприятиями строительных материалов, металлургической, химической промышленности и т д , защита окружающей среды является актуальной задачей

Проведенные автором теоретические исследования на основе энергетического принципа, сформулированного на кафедре "Отопление и вентиляция" ТГАСУ, показали, что каскадные системы, состоящие из нескольких низкоэффективных аппаратов, обладающих невысоким гидравлическим сопротивлением, позволяют достигать высокой степени очистки пылевых потоков при удельных энергозатратах значительно меньших, чем в единичном высокоэффективном пылеуловителе К таким аппаратам относятся прямоточные циклоны (ПЦ), как наиболее простые и надежные в эксплуатации, комплексное исследование которых является предметом настоящей диссертационной работы

Работа выполнялась в рамках тематических планов по заданию Министерства Образования РФ по теме 2 3 01 «Исследование процессов взаимодействия высокоэнтальпийных потоков газа с дисперсными частицами при производстве строительных материалов» (2001-2005), а также научно-технической программы Министерства Образования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» подпрограммы 211 «Архитектура и строительство» по теме 06 03 038 «Разработка энергетического принципа сравнения и компоновки пылеулавливающего оборудования» (2001-2002)

Цель работы. Разработка по результатам экспериментальных и теоретических исследований компактных малоэнергоемких каскадных пылеочистных систем на основе прямоточных циклонов и методов их расчета для технологий пылеприготовления и очистки золы уноса и пыли на предприятиях теплоэнергетики и пылящих производств промышленности.

Для достижения поставленной цели в работе решались сл дующие задачи:

- создание экспериментального оборудования для изучения пыле улавливающих и гидравлических характеристик каскадов ПЦ;

- исследование влияния отсоса части газа из пылесборного бункер ПЦ на эффективность улавливания пылей различной дисперсш сти,

- разработка метода расчета прямоточных каскадных пылеуловитс лей, а также нового метода определения фракционного состава пс рошковых материалов по результатам пылеулавливания каскадо трех ПЦ

Научная новизна работы заключается в следующем- на основе экспериментальных исследований впервые получен полные эффективности пылеулавливания прямоточными циклон; ми в каскадной компоновке,

- выявлено и обосновано снижение гидравлического сопротивл( ния прямоточных циклонов при их компоновке в каскадные сист< мы пылегазоочистки;

- получены опытные константы в обобщенной экспоненциально зависимости для фракционного коэффициента проскока ПЦ в ед! ничном и каскадном исполнении от инерционного числа Стокса;

- получена теоретическая зависимость для расчета фракционног коэффициента проскока, учитывающая отсос части газа с частиц; ми через кольцевую щель между корпусом и выхлопным патру( ком ПЦ, и исследовано влияние отбора части газа из пылесборног бункера ПЦ на его эффективность улавливания пылей различно дисперсности;

- разработана методика определения дисперсного состава порон ковых материалов с использованием каскада трех прямоточны циклонов решением обратной коэффициентной задачи.

Достоверность результатов обеспечивается применение стандартных экспериментальных методик и метрологическими х< рактеристиками используемых приборов, а также согласование результатов теории и опытных данных, известных и автора

Практическая значимость работы заключается в следующем определены рациональные режимно-геометрические параметры работы прямоточных циклонов в каскадной компоновке и передана для серийного изготовления на предприятие ООО «Сиб-промвентиляция» разработанная документация по конструкции магистрального ПЦ, разработан каскадный прямоточный пылегазо-очистной комплекс для замены устаревшего пылезолоулавливаю-щего оборудования вагранки ЗАО КЗМИ «Минвата», разработан метод дисперсного анализа порошковых материалов с аппаратурным и программным обеспечением, а также проведено определение фракционных составов ряда промышленных пылей для предприятий теплоэнергетики и промышленности строительных материалов, результаты исследований используются в учебном процессе ТГАСУ при проведении практических и лабораторных занятий со студентами специальности «Теплогазоснабжение и вентиляция» в курсах «Аэродинамика и тепломассообмен газодисперсных потоков» и «Методы расчета и проектирование пылегазоочистного оборудования»

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 научных работ, из них две в журналах с внешним рецензированием («Известия Томского политехнического университета», «Известия вузов Строительство»), девять статей в сборниках материалов международных научно-практических конференций, два тезиса в сборниках докладов международных конференций и получено два патента РФ на изобретение патент № 2273019 от 27 03 2006, патент № 2287375 от 20 11 2006

Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях ТПУ (Томск, 2004-2006г г.), межвузовских, всероссийских и международных научно-практических конференциях (Рыбинск, 2003г , Томск, 20012005гг , Новосибирск, 2004г)

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений Общий объем диссертации составляет 142 страницы, включая 61 рисунок, 33 таблицы

Основное содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели работы, приведены основные положения, выносимые на защиту, отмечена научная новизна полученных результатов и их практическая значимость

Первая глава (Современные системы пылеулавливания и методы их расчета) носит обзорный характер. В ней приведен анализ существующих методов подбора и расчета пыле- и золо-улавливающего оборудования, применяемого в различных отраслях промышленности, а также рассмотрены результаты экспериментальных и опытно-промышленных испытаний прямоточных пылегазоочистных аппаратов.

Экспериментальным и теоретическим исследованием эффективности пылеулавливания прямоточных циклонов занимались Русанов А А, Кирпичев Е Ф , Идельчик И Е., Александров В.П., Коган Э И , Шиляев М.И , Шиляев А М , Страус В., Василевский М.В. Однако, систематического изучения этих аппаратов в каскадном исполнении и влияния их режимных и геометрических параметров (диаметра корпуса циклона, числа лопаток и их угла наклона к оси циклона, влияние отсоса части газа из пылеосадительного бункера) на процесс пылеулавливания не проводилось. Анализ обработанных результатов выявил необходимость всесторонних дополнительных исследований прямоточных циклонов, как в единичном исполнении, так и при их последовательной компоновке с целью разработки эффективных конструкций и методов расчета малоэнергоемких каскадных прямоточных пыле- и золоулавливающих аппаратов для предприятий теплоэнергетики и пылящих производств различных отраслей промышленности.

Вторая глава (Экспериментальные стенды для исследования работы каскадов прямоточных циклонов) посвящена разработке экспериментальных стендов для исследования эффективности пылеулавливания и гидравлического сопротивления ПЦ различных конструкций при их последовательной установке. Схема компоновки оборудования в лабораторный стенд представлена на рис. 1. Представленный лабораторный каскад ПЦ состоит из различных

[

блоков, перестановка или исключение которых из конструкции каскада позволяет проводить опытные изучения пылеуловителей при различных режимах работы аппарата.

Рис. 1,Экспериментальный стенд: 1 — расходомерное сопло; 2 - наклонный микроманометр ММН-240; 3 -пылевой бункер; 4 - шнеко-вый дозатор; 5 - прямоточный циклон; 6 - и-образные манометры; 7 - пылеприем-ный бункер; 8 - шиберная заслонка; 9 - тягодутьевая установка; 10 - тканевый фильтр

Экспериментальные исследования по пылеулавливанию каскада ПЦ диаметром ¿¡о = 0,125 м проводились при работе аппарата на нагнетание и разряжение. Поток воздуха обеспечивался вентилятором 9, а его расход регулировался шиберной заслонкой 8 и контролировался по перепаду давления на микроманометре с наклонной трубкой 2 с помощью расходомерного сопла 1 диаметром с/с = 0,1 м. ПЦ, входящие в каскад, были выполнены идентичными.

Закрутка запыленного потока газа осуществлялась импеллером, состоящим из 8-ми лопаток с углом наклона 60° к оси циклона. Уловленная пыль собиралась пылеприемными бункерами 7, установленными под каждым прямоточным пылеуловителем, а неуловленная каскадом - задерживалась идеальным тканевым фильтром 10. Для взвешивания пыли, использовались аналитические и стрелочные весы. Погрешность измерений на стрелочных весах составляла ± 5 г, что создавши относительную погрешность измерений менее 1 %, на аналитических весах погрешность измерений ±0,05 г., соответственно, относительная погрешность - 0,01 %.

Для исследования эффективности пылеулавливания и гидравлического сопротивления: ПЦ диаметром с!ц = 0,046 м был создан отдельный экспериментальный стенд. Для создания разряжения в аппаратах использовался пылесос, который подсоединялся к газоходу очищенных газов замыкающего циклона через участок

трубы с шиберной заслонкой. При проведении экспериментов использовались три вида импеллеров с 4-х, 6-ю и 8-ю лопатками с углом их наклона к оси циклона 30°, 45° и 60°, которыми был оснащен каждый ПЦ. Лопатки импеллера перекрывали друг друга. Для плавного ввода запыленного потока газа в циклон и, соответственно, для снижения гидравлического сопротивления тело каждого импеллера имело обтекаемую форму

Для равномерной подачи пыли в каскад прямоточных циклонов использовался пылепитатель, который присоединялся ко входному патрубку первого циклона (см рис 1) и поддерживал входную концентрацию пыли в газовом тракте установки перед первым пылеуловителем в пределах до 15 г/м3

Третья глава (Проведение экспериментальных исследований и обработка полученных результатов) посвящена проведению экспериментальных исследований на каскадах прямоточных циклонов и обработке полученных результатов В ходе опытов использовались различные порошковые материалы, дисперсный состав которых был получен методом жидкостной седиментации (кроме древесной пыли) в лабораторных условиях (табл. 1)

Таблица 1

Параметры порошковых материалов, использованных при проведении экспериментов

Порошок Плотность рт кг/м3 Медианный размер 850, мкм Дисперсия а

Шлифпыль АОЗТ «Томскинструмент» 7860 33,0 2,24

Модельный кварцевый порошок № 1 2650 15,93 1,93

Модельный кварцевый порошок № 2 2650 26,16 1,93

Древесная шлифовочная пыль завода ДСП ОАО «Томлесдрев» 400 50,7 1,15

Измельченный каменный уголь Кузнецкого бассейна 2200 39,3 2,65

Для обработки результатов жидкостной седиментации порошков была разработана программа «Sedimentation», написанная в среде Delphi, которая позволяет по табличным данным результатов опыта строить кривую накопления осадка и ее обработкой восстанавливать интегральную и дифференциальную весовые функции распределения частиц по размерам Программный продукт позво-

ляет также вычислять опытные константы в функции Розина-Раммлера и в логарифмически нормальном законе распределения частиц по размерам

При обработке результатов опытных испытаний прямоточных циклонов эффективность пылеулавливания 1-м циклоном в каскаде т^, определялась из соотношения

=1 (1)

где К^ — суммарный проскок всех фракций пыли в г-м циклоне

Полный проскок пыли в каскаде трех прямоточных циклонов определялся как отношение массы задержанной фильтром пыли ДСопф, равной разности веса фильтра после опыта Сф2 и до опыта Сфь к массе пропущенного через циклон за время опыта порошкового материала, которую можно принять как сумму весов порошка, уловленного каждым циклоном АОт\, АОт2, ЬОтз и фильтром ДС?тф Так что

Авт

^ __чч_

Авт + Авт +Авт +Авт

т | т 2 /Пд /Иф

Полные коэффициенты проскока первого, второго и третьего циклонов установленных в каскаде, определялись по формулам

АОт + Авт + Авт

т 2 тл3 тф

Авт +Авт + Авт + Авт

Юг Шу /Пф

АСт + Авт АСт

К =-—-тЛ-,КЕ =-^-. (3)

АОтг+АСщ+АОт^ дс^+де^

Коэффициенты сопротивления каскада первого ¿¡ь второго С,2 и третьего ¿¡з циклонов вычислялась из соотношений

£г = 2(АР,+АР2 + АР3)/рУ0\ С,=2АР,/рУ02 (4)

где АР, - перепад давления на /-м циклоне, Па, Го - среднерасход-

о

ная скорость газа в пылеуловителе, м/с; р - плотность газа, кг/м .

Для выявления зависимости характера работы пылеуловителей от таких геометрических параметров как диаметр корпуса циклона, количество и угол наклона лопаток импеллера, длина пыле-

вой камеры изготовлены различные по конструкции прямоточные циклоны, на которых были проведены серии экспериментов по измерению эффективности пылеулавливания и гидравлического сопротивления каскада

При работе установки с циклонами диаметром = 0,125 м на разряжение использовался импеллер с 8-ю лопатками и углом их наклона 60° к оси циклона, результаты опытов показали высокую эффективность пылеулавливания каскадом (порядка 97-98%) Следует заметить, что в экспериментах была использована легкая древесная шлифовочная пыль завода ДСП г Томска (рис 2)

Рис 2 Зависимость эффективности улавливания древесной шлифовочной пыли (табл 1) от скорости в плане прямоточных циклонов 1 - эффективность первого циклона, 2 — второго циклона, 3 - третьего циклона, 4 - эффективность пылеулавливания всего каскада

Проведенные исследования пылеулавливания на прямоточном циклоне, изготовленном из прозрачных материалов, с импеллером, имеющим по 4 лопатки, установленные под углами 30°, 45° и 60° к оси аппарата показали, что установка в циклон 4-х лопаточного импеллера не позволяет достичь требуемой степени очистки пылегазового потока. С учетом этого, были проведены опытные дополнительные исследования эффективности пылеулавливания и гидравлического сопротивления ПЦ, диаметром ¿/о = 0,046 м при различном числе лопаток (6 и 8) импеллера с углом их наклона 45° и 60°, как в единичном, так и в каскадном исполнении. Полученные результаты представлены в табл 2 и на рис 3. Анализ результатов проведенных экспериментов показал, что установка ПЦ в каскад оказывает стабилизирующее действие на общую эффективность пылеулавливания Неуловленные первым циклоном частицы улавливаются следующими аппаратами, и происходит выравнивание полной эффективности пылеулавливания каскадом.

У0, м/с

Таблица 2

Значение коэффициента сопротивления С ПЦ в и каскадов из них

Тип импеллера Один циклон Каскад двух циклонов Каскад трех циклонов

6 лопаток 45° 7 12 18

8 лопаток 45° 11 19 25

8 лопаток 60° 14 26 50

100 80 60 40 20

е Ё 0 0 0 е

□ -1 д -3

о -2 о -4

о о О

о О

д д д д о д д

8 9 10 11

Г0, м/с

% Рис 3 Зависимость эффектив-

ности улавливания измельченного каменного угля (табл 1) при работе установки на разряжение от скорости в плане прямоточных циклонов диаметром с/0 — 0,046 м с 8-и лопаточным импеллером с углом наклона лопаток 45° к оси циклона 1 — эффективность первого циклона, 2 - второго циклона, 3 -третьего циклона, 4 - эффективность пылеулавливания всего каскада В результате моделирования процессов конвективной диффузии в единичном прямоточном циклоне, когда к радиальной скорости дрейфа частиц в центробежном поле вращающегося внутри циклона газового потока добавляется составляющая за счет радиального движения отсасываемого с периферии аппарата газа, для фракционного коэффициента проскока получена зависимость

*8=ехр[-(4Д £/ + *)/], (5)

где параметр А17 определялся по формуле 1 "-1 п+1

Ш =

48

А

2-п

18-2--Яе . Р т ,

р и рт — плотность газа и частицы соответственно; Яе = ^об/о/у -число Рейнольдса; V - коэффициент кинематической вязкости газа;

о

= тГо/«о - инерционное число Стокса; т = рт8 /18ц. - время динамической релаксации частиц размером 5; ц - динамическая

вязкость очищаемого газа, А и п — константы в законе сопротивления частиц

% = Re£, (7)

Reg — число Рейнольдса обтекания частицы во вращающемся газовом потоке, определяемое из выражения

Reg - — 18-*—Re-Stk , (8)

т — показатель в законе для окружной скорости газа; С, — коэффициент сопротивления ПЦ, Ri = r\/r{) - безразмерный внутренний радиус выхлопного канала прямоточного циклона; го - радиус вихревой камеры прямоточного циклона, 1 = lo/do — относительная длина корпуса циклона; q - доля от общего расхода очищаемого циклоном газа, отбираемая из пылеприемного бункера.

При установке прямоточных циклонов в каскадные системы необходимо учитывать взаимное влияние пылеуловителей на эффективности очистки запыленных газовых потоков. С учетом этого произведен пересчет интегральных значений коэффициентов проскока на фракционные по формуле

оо

= (9)

о

где go(S) - весовая дифференциальная функция распределения частиц по размерам, для описания которой, используется логарифмически нормальный закон (ЛНР), справедливый для многих промышленных пылей

g0 (6) = J- ехр[-(1п8 - In 650 )2 /(2 In2 ст)]. (10) öv2tt In ст

где б и Ö50 - текущий и масс-медианный размер частицы, ст - дисперсия

Работа единичного циклона может быть описана экспоненциальной зависимостью фракционного коэффициента проскока от инерционного числа Стокса

K8=exp{-Ani]StkN), (11)

где A„ц и N— индивидуальные опытные константы пылеуловителя

Коэффициент Ат подбирался из условия равенства расчетного и полученного в опыте интегрального значения коэффициента проскока с последующим осреднением по всем опытным точкам. При этом показатель степени числа Стокса в соответствии с (6) задавался формулой

N = (п +1) /(2(и +1)) (12)

Для условий, характерных для режимов работы ПЦ, согласно соотношению (12), получено значение показателя степени числа Стокса N= 0,75

Коэффициенты Апц в формуле (11) для фракционных проскоков прямоточных циклонов и каскадов из них, полученные по результатам обработки опытных данных, сведены в табл. 3

Таблица 3

Значения коэф( шциентов Лпи в зависимости для фракционного проскока

Тип импеллера Один циклон Каскад двух циклонов Каскад трех циклонов

6 лопаток 45° 3,3 7,2 9,0

8 лопаток 45° 4,8 6,7 7,3

8 лопаток 60° 8,0 17,85 22,0

На рис 4 показаны опытные и расчетные интегральные эффективности пылеулавливания в исследуемых аппаратах. Расчет производился по формуле (9), где фракционный проскок К5 определялся по зависимости (И) с использованием коэффициентов из табл. 3.

Сопоставление в одинаковых условиях эффективности пылеулавливания используемых в опытах единичных прямоточных циклонов показало, что наиболее эффективным является циклон диаметром ¿/о = 0,046 м с 8-и лопаточным импеллером, имеющим угол наклона лопаток 60° к оси аппарата. В таком циклоне расстояние от среза .лопаток импеллера до передней кромки пылевыпускного патрубка равно диаметру корпуса пылеуловителя (на конструкцию каскада состоящего из трех ПЦ получен патент РФ на изобретение № 2287375).

а) б)

Рис 4 Полные эффективности улавливания модельной пыли прямоточным циклоном диаметром с10= 0,046 м а) порошок № 2, табл 1, 8-и лопаточный импеллер, угол наклона лопаток 45° к оси циклона, б) порошок № 1, табл 1, 8-и лопаточный импеллер, угол наклона лопаток 60° к оси циклона 1, 2 — один циклон, 3,4 — каскад двух циклонов, 5, 6 — каскад трех циклонов, точки - эксперимент, линии - расчет

Для увеличения эффективности пылеулавливания единичного циклона, рекомендуется применять принудительный отбор части газа из пылеприемного бункера. Проведенный численный анализ формулы (5), учитывающий отсос части пылегазового потока из пылесборного бункера ПЦ, показал, что наибольший эффект дополнительного пылеулавливания, достигается за счет высокодисперсной пыли, имеющей значение масс-медианного диаметра 650 менее 5 мкм

Для проверки работоспособности процесса пылеулавливания в ПЦ с учетом отсоса части газа из пылесборного бункера (5) были проведены дополнительные эксперименты на циклоне диаметром ¿о = 0,046 м, с 8-и лопаточным импеллером с лопатками, расположенными под углом 45° к его оси. В испытаниях использовалась кварцевая пыль с параметрами: сг=1,921, рт = 2650 кг/м3, 650 = 11,85 мкм. Величина отсоса смеси газа из пылеприемного бункера циклона варьировалась в приделах до 20 % при одновременном изменении расхода пылегазового потока через пылеуловитель от 42 до 60 м3/ч Циклон работал на разряжение. Полученные результаты показали, что отсос 10 % газа из пылеприемного бункера пылеуловителя повышает эффективность очистки газа от 1,5 до 2 %, а при отсосе 20 % газа - от 3 до 4 %.

По результатам расчетов по формуле (9) для пыли с теми же параметрами отсос 10 % газа из пылеприемного бункера повышает

эффективность очистки газа в прямоточном циклоне на 2 %, при отсосе из бункера 20 % газа — на 4 %. Таким образом, проведенные расчет и эксперимент показали близкие значения, что подтвердило правомочность использования зависимости (5) для расчета ПЦ с отсосом части газа из пылесборного бункера при проектировании систем пылегазоочистки на основе таких аппаратов

В работах Русанова А А , Идельчика И Е , Кирпичева Е Ф. и в проведенных исследованиях интегральные эффективности пылеулавливания циклоном были получены при испытаниях циклонов различного диаметра с различными порошками Сравнивать напрямую такие результаты нельзя Необходимо произвести перерасчет эффективности пылеулавливания этими циклонами на одни и те же условия работы.

При известных значениях Апц и N в (11) можно производить расчет полной эффективности пылеулавливания по формуле (9) Эти коэффициенты по результатам опытов Идельчика И Е, Кирпичева Е Ф были определены методом решения коэффициентной обратной задачи Произведен расчет для каждого из описанных Идельчиком И Е. и Кирпичевым Е Ф ПЦ полной эффективности улавливания металлической шлифовочной пыли (табл 1) при которых были проведены опыты в настоящей работе, и построен гра-

Рис 5 Полная эффективность улавливания металлической шлифовочной пыли единичными ПЦ 1 - циклон диаметром корпуса (¿о = 0,125 м (8 лопаток под углом 60° к оси), эксперимент, 2 - расчет по (1), 3 - расчет для циклона Кирпичева Е Ф без отсоса части газа из бункера; 4 - то же с отсосом 7,523 % газа, 5 - расчет для циклона Идельчика И Е без отсоса части газа из бункера, 6 - то же с отсосом 4 % газа, 7 - то же с отсосом 6 % газа, 8 - то же с отсосом 8 % газа, 9 — расчет для циклона Русанова А А с отсосом до 15 % газа из бункера циклона

фик зависимости полной эффективности от среднерасходной скорости в плане циклонов (рис 5). Из рис.5 видно, что экспериментальные данные (точки 1) согласуются с результатами расчета (линия 2) Сопоставление в идентичных условиях разработанных ПЦ показало, что по эффективности пылеулавливания даже без отсоса части газа из пылеосадительного бункера, ПЦ диаметром корпуса с/о = 0,125 м (8 лопаток наклоненных под углом 60° к оси циклона) превосходит пылеуловители, использованные Кирпичевым Е Ф. и Идельчиком И.Е., и его можно рекомендовать к широкому применению в системах пылегазоочистки на предприятиях различного профиля

Для рационального использования твердого топлива необходимо найти решения ряда технических и экологических задач, связанных как с эффективным сжиганием твердых топлив, так и с очисткой дымовых газов до нормативных требований. Известные исследования по плазменному розжигу и стабилизации горения измельченных каменных углей показали, что наиболее эффективный розжиг происходит при коэффициенте избытка воздуха, в розжиговом канале, равном приблизительно 0,3. Однако если воздуха подавать в плазменный муфель надо мало, то смесь должна быть высококонцентрированной Пневмотранспорт на большие расстояния от участка размола топлива до горелок на промышленных предприятиях таких смесей обычно затруднен. Поэтому, для работы вихревой горелки на котле КВТК 100/150 районной котельной г. Прокопьевска разработана схема включения и произведен расчет ПЦ для обеспечения требуемой концентрации (рис 6).

Рис 6 Схема пылепитания вихревой горелки 1 - вихревая горелка, 2 - пылеконцентратор, 3 - мельничный вентилятор, 4 - мельница, 5 - вентилятор для подачи вторичного воздуха

За счет центробежных сил в закрученном внутри циклона потоке воздуха частицы смещаются на периферию и через боковой патрубок с необходимой концентрацией поступают в плазменный модуль. Обедненный угольными частицами воздушный поток через выходной центральный патрубок выводится в кольцевой канал горелки, минуя плазменное устройство.

При равной эффективности пылеулавливания произведено сопоставление каскада прямоточных циклонов с высокоэффективным циклоном НИИОГАЗ, показавшее, что удельные затраты энергии на очистку газа в циклоне СК-ЦН-34 выше, чем в каскаде двух прямоточных циклонов, в 2,5 раза В ряде случаев это отношение может быть еще выше Концентрация пыли на выходе из каскада трех ПЦ снижается на 25 % по сравнению с каскадом двух пылеуловителей Разработанная конструкция пылеулавливающих аппаратов на основе каскадов двух прямоточных циклонов передана для замены устаревшего газоочистного оборудования в системе пылезолоулавливавания вагранки ЗАО КЗМИ «Минвата».

В четвертой главе (Разработка метода определения дисперсного состава порошковых материалов) изложен разработанный автором метод определения дисперсного состава порошковых материалов с использованием последовательно установленных прямоточных циклонов и расшифровкой результатов пылеулавливания решением обратной коэффициентной задачи.

При известных опытных константах в формуле (11) каскад ПЦ может быть использован как устройство для определения фракционного состава пыли. Определение фракционного состава порошка, пропускаемого через каскад трех ПЦ, заключается в нахождении минимума функционала

и> 3 / \ 2

Е(г1р(-Т1£( ->0 , (13)

где м> - число опытов; г)^, - экспериментальные и расчетные

значения эффективностей пылеулавливания циклонами в каскаде.

Расчетная эффективность очистки определялась по формуле

1ой о N

Цр, =1-—|ехрК1п0-1п55о)/(21п2а)]ехр(-Лц Stk^)- (И)

J 2п о

Для описания дисперсного состава исследуемого порошка необходимо знать две константы 850 и ст. Значение этих величин следует подбирать в формуле (14), устремляя функционал (13) к нулю Осуществить это автоматически можно, например, симплексным методом, предложенным Нелдером и Мидом По изложенной методике автором разработана программа «Dispersion», которая подвергалась тестированию на искусственно полученных параметрах пыли. Тестовая погрешность поиска не превышала 0,1 % Разработанная программа была использована для определения параметров JIHP различных пылей, образующихся в технологических условиях промышленных предприятий Эмпирические эффективности пылеулавливания циклонами при соответствующих скоростях движения запыленного потока в каскаде были получены в этих же опытах Пример определения дисперсного состава кварцевого порошка представлен на рис. 7.

Д(5), %

75

50

25

й

л

Рис 7 Распределение (функции проходов) частиц по размерам модельной пыли, полученные методом трех последовательно установленных ПЦ диаметром dQ = 0,046 м с 6-и лопаточным импеллером с углом наклона лопаток к оси циклона 45°, 1 - Ко = 5,6 м/с, 2 - 8,0, 3 - 10,6, 4 - 12,0, 5 - параметры пыли определены методом жидко-10 100 5, мкм стной седиментации

Полученный «разброс» расшифрованных параметров модельной пыли объясняется невысокой стабильностью работы циклонов в лабораторном каскаде Обратная задача, реализованная в программе «Dispersion», относится к классу некорректных задач, для которых условие устойчивости может не выполняться, т е. погрешности в исходных данных могут привести к непропорциональному увеличению ошибки получаемого решения. Однако ре-

зультаты, представленные на рис. 7, показывают, что в интервале скоростей газа в циклонах от 5 до 12 м/с при расшифровке фракционного состава использованного порошка получено устойчивое решение и этой методикой можно пользоваться при определении дисперсности различных промышленных пылей (патент РФ на изобретение № 2273019)

Выводы

1. Разработаны и смонтированы экспериментальные стенды и проведена серия исследований процессов пылеулавливания ПЦ в каскадной компоновке при различных режимных и геометрических параметрах работы циклонных элементов. Экспериментально получены коэффициенты гидравлического сопротивления циклонов в каскаде при различных углах наклона лопаток импеллера

2. Получены опытные коэффициенты в экспоненциальной зависимости для фракционного коэффициента проскока каскадов прямоточных циклонов

3. Теоретически получена зависимость для расчета фракционного коэффициента проскока в ПЦ элементе с учетом отсоса части газа из пылеосадительного бункера Экспериментальные исследования подтвердили результаты расчетов

4. Разработан метод дисперсного анализа порошковых материалов с его программным обеспечением (получен патент РФ на изобретение № 2273019) и проведено определение фракционного состава ряда промышленных пылей для предприятий теплоэнергетики, деревообрабатывающей промышленности и промышленности строительных материалов

5. На основе проведенных исследований найдены оптимальные режимно-геометрические параметры работы прямоточных циклонных пылеуловителей Разработана и передана для серийного изготовления на предприятие ООО «Сибпромвентиляция» конструкция магистрального каскадного прямоточного пылегазоочистного устройства (получен патент РФ на изобретение № 2287375). Разработаны конструкции пылеулавливающих комплексов на основе каскадов прямоточных циклонов с целью замены устаревшего газо-

очистного оборудования для предприятий теплоэнергетики и отрасли строительных материалов

Основной материал диссертации изложен в публикациях 1 Экспериментальная проверка энергетического принципа сравнения и компоновки пылеулавливающего оборудования на каскаде циклонов НИИОГАЗ / Шиляев А.М , Селезнев А Г , Рекунов B.C. и др // Материалы второго международного научно - технического семинара, Томск, ТГАСУ 2001, С 252-254

2. Rekunov V.S. Dust separation by cascade of direct-flow cyclones / A.M Shiljaev, V S Rekunov, A A Kondratyuk // 8th Korea-Russia International Symposium on Science and Technology Proceedings vol 3 Korus 2004 P 72-75

3. Рекунов B.C. Способ определения дисперсного состава порошковых материалов /МИ Шиляев, А.М Шиляев, В С Рекунов и др // Бюл № 9 часть II. 27 03 2006. С. 431-432

4 Рекунов B.C. Сравнение эффективностей пылеулавливания прямоточных циклонных пылеуловителей / Рекунов В С , Топтыгин АН// Труды VII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых "Энергия молодых - экономике России" - Томск. Изд-во ТПУ 2006 - С. 607-608.

5. Рекунов B.C. Пылеуловитель /МИ Шиляев, А М. Шиляев, В С Рекунов. // Бюл. № 32, часть II. 27 03 06. - С 397-398

6. Рекунов B.C. Сравнение эффективностей пылеулавливания прямоточных циклонных пылеуловителей / Рекунов В С , Топтыгин А Н. // Труды VII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых "Энергия молодых - экономике России" - Томск- Изд-во ТПУ 2006 - С. 607-608

7 Рекунов B.C. Метод определения дисперсного состава порошкового материала каскадом прямоточных циклонов / Рекунов В С

Шиляев А М |, // Известия Томского политехнического университета -2007 -Т 310.-№ 1.-С. 171-175

8. Рекунов B.C. Определение гранулометрических характеристик дисперсных материалов каскадом двух прямоточных циклонов /

Шиляев А М1, Рекунов В.С , / Известия вузов Строительство -

2007 — № 3 -С. 67-73

Новосибирский государственны й архитектурно-строительный университет (С ибстрин) 630008, г.Новосибирск, улЛенинградская, 113 Отпечатано в мастерской оперативной полиграфии НГАСУ (С ибстрин)

Тираж 100 Заказ

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ И МЕТОДЫ

ИХ РАСЧЕТА.

1.1. Классификация пылеуловителей.

1.2. Конструкции циклонов НИИОГАЗ.

1.3. Методы расчета пылеуловителей НИИОГАЗ.

1.3.1. Аналитический метод.

1.3.2. Графоаналитический метод.

1.3.3. Гидравлическое сопротивление циклонов НИИОГАЗ.

1.3.4. Энергетический метод расчета мокрых пылеуловителей.

1.4. Энергетический принцип сравнения пылеуловителей.

1.5. Исследование прямоточных циклонов.

1.6. Постановка задачи.

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТЕНДЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

РАБОТЫ ПРЯМОТОЧНЫХ ЦИКЛОНОВ.

2.1. Описание экспериментальных стендов.

3 ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБРАБОТКА ПОЛУЧЕНННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ.

3.1. Исследование эффективности пылеулавливания и гидравлического сопротивления прямоточных циклонов.

3.2. Вычисление фракционных коэффициентов проскока прямоточных циклонов.

3.3 Влияние отсоса из пылеприемного бункера на эффективность пылеулавливания прямоточным циклоном.

3.4 Сопоставление результатов исследований с данными других авторов.

3.5. Применение прямоточного циклона как пылеконцентратора для теплогенерирующих установок с плазменным розжигом твердых пылевидных топлив.

3.6. Расчет концентрации пыли в выбросах в атмосферу из дымовых труб энергетических установок.

3.7. Использование каскадов прямоточных циклонов для пылящих производств промышленности.

3.8. Расчет металлоемкости циклонов НИИОГАЗ.

4 РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИСПЕРСНОГО

СОСТАВА ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ.

4.1 Определения дисперсного состава порошковых материалов по результатам пылеулавливания каскадом трех прямоточных циклонов.

Актуальность работы.

Ограниченность энергоресурсов и постоянный рост энергопотребления на производственные и бытовые нужды человечества ставят уже в ближайшей перспективе проблему обеспечения в целом жизнедеятельности на нашей планете чрезвычайно острой. Нахождение эффективных путей энерго- и ресурсосбережения является важной и весьма актуальной задачей.

Исчерпаемость высокореакционных качественных видов технического топлива уже в настоящее время заставляет многие предприятия энергетического комплекса переходить на использование более доступных низкореакционных, как правило, высокозольных видов твердого топлива (низкокачественные энергетические угли, твердые бытовые отходы, отходы промышленных предприятий и т.п.), что связано со значительным увеличением золоуноса в атмосферу из топочных устройств теплогенерирующих установок. Это в свою очередь усугубляет и проблему охраны воздушного бассейна. На сегодняшний день, по данным ООН, в атмосферу выбрасывается в млн. т/год: пыли -1,5-103; оксида углерода - 200; сернистого газа -150; оксида азота -1,2. Из этого объема контаминантов на ТЭЦ и ГЭС производится в %: твердых частиц - 20,5; окиси углерода - 2,4; сернистого газа - 73; окиси азота - 4,2, откуда видно, что тепловая энергетика является одним из основных загрязнителей атмосферы, дающая треть суммарных выбросов от стационарных источников.

В работе [1] отмечается, что, по оценкам американских специалистов, количество пыли, образующейся в промышленности, будет увеличиваться ежегодно на 4 % за счет общего роста промышленного производства. Учитывая исчерпаемость нефти и газа в ближайшие десятилетия, основным стратегическим энергоресурсом на достаточно длительную перспективу следует считать каменный уголь [2], запасов которого, по данным различных источников [2-4], должно хватить лет на 400. Изменения топливно-энергетического баланса мира и России в сторону преимущественного использования угля неминуемо дополнительно увеличат количество выбросов вредных газов и пыли в атмосферу, что потребует совершенствования газоочистного и, в частности, пылеулавли4 вающего оборудования. Автор [1] обращает внимание на трудность решения этой проблемы, замечая, что для предотвращения роста загрязнения атмосферы средняя эффективность очистки всех выбросов к 2015 г. должна достигнуть 96%.

Естественно, что уменьшение вредностей в выбросах в атмосферу должно идти по двум направлениям, связанным как с совершенствованием технологических процессов, снижающих (исключающих - безотходные технологии) выбросы, так и с совершенствованием газоочистного оборудования.

По данным [3], в начале настоящего столетия спустя почти тридцать лет происходит возврат к новой угольной волне. Одним из сдерживающих факторов интенсивного развития в современных условиях стратегически стабильной и экономичной угольной теплоэнергетики является значительная энергоемкость для этой отрасли природоохранных технологий. В этой связи, по оценкам [5], в ближайшее время необходимо достичь снижения вредных выбросов - золы в 4-5 раз, окислов серы и азота в 3-4 раза при совместном повышении эффективности основного энергетического оборудования, снижении его металлоемкости на 20-30 % и комплексном использовании отходов в народном хозяйстве: золы -для производства строительных материалов.

В странах Западной Европы расходы на природоохранные мероприятия на 1984 г. составляли 8-12 % всего объема капиталовложений и 6-9 % потребляемой энергии. В США на очистку газов после ТЭС затрачивалось 12-15 %, в Японии 24-25 % от общих расходов на строительство. Эти обстоятельства требуют разработки оборудования, обеспечивающего не только высокую эффективность очистки газов, но и минимально возможные капитальные затраты на его сооружение и удельные энергозатраты на его эксплуатацию. В США, например, уже сейчас как государством, так и частными компаниями широко поддерживается и финансируется разработка различных программ, направленных на использование каменных углей в энергетике и в большей части низкосортных, высокозольных, с обеспечением при этом экологически приемлемых параметров пылевых и газовых выбросов в атмосферу. Т.е. уже в настоящее время интенсивно создаются так называемые экологически чистые угольные технологии (The Clean Coal Technology). Это могут быть эффективные способы сжигания углей, превращения их потенциальной энергии в тепловую без выделения вредных выбросов в окружающую среду. Однако, учитывая кроме теплоэнергетики и другие загрязняющие атмосферу отрасли промышленности, основой охраны воздушного бассейна еще долго будет оставаться совершенствование газоочистных систем и аппаратов в направлении повышения их эффективности и экономичности работы.

В ТГАСУ на кафедре «Отопление и вентиляция» сформулирован энергетический принцип сравнения различных пылеуловителей и каскадов из них, а также получено его математическое выражение, позволяющее выбрать из нескольких сравниваемых пылеуловителей такие, удельные затраты энергии которых, будут наименьшими при равной эффективности пылегазоочистки.

Проведенный в [6] анализ на основе энергетического принципа показал, что каскадные системы, состоящие из нескольких низкоэффективных аппаратов, обладающих невысоким гидравлическим сопротивлением, позволяют достигать высокой степени очистки пылегазовых потоков при удельных энергозатратах значительно меньших, чем в единичном высокоэффективном пылеуловителе. При этом обращают на себя внимание результаты испытаний каскада нескольких последовательно установленных прямоточных циклонов, способного эффективно улавливать даже тонкодисперсную легкую пыль (древесная шлифовальная пыль) при относительно больших расходах воздуха (рекомендуемая скорость в плане для них 12 м/с) [7]. Однако, в известной отечественной литературе, например, [8, 9] и зарубежной [10] этим аппаратам уделяется незначительное внимание и только в контексте их использования в одиночном варианте или в качестве ступени предварительной очистки газов от грубодис-персной пыли [8] с последующим доулавливанием мелкодисперсных фракций в аппаратах тонкой очистки.

Необходимость в создании высокоэффективных и, к тому же, малоэнергоемких пылеулавливающих аппаратов требует более детального изучения и разработки эффективных каскадных систем на основе прямоточных циклонов, как наиболее простых и надежных в эксплуатации, комплексное исследование которых является предметом настоящей диссертационной работы.

Работа выполнялась в рамках тематических планов по заданию Минобразования РФ по теме 2.3.01 «Исследование процессов взаимодействия высокоэн-тальпийных потоков газа с дисперсными частицами при производстве строительных материалов» (2001-2005), а также научно-технической программы МО РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» подпрограммы 211 «Архитектура и строительство» по теме «Разработка энергетического принципа сравнения и компоновки пылеулавливающего оборудования» (2001-2002).

Целью работы является разработка на основе экспериментально-теоретических исследований малоэнергоемких конструкций каскадных пылеулавливающих систем, собранных из прямоточных циклонов и метода их расчета для технологий пылеприготовления и очистки от золоуноса и пыли на предприятиях теплоэнергетики и пылящих производств промышленности.

Для достижения этой цели задачами настоящей работы являются:

1. Разработка экспериментального оборудования и методик исследования процессов пылеулавливания прямоточными циклонами в единичном и каскадном исполнении.

2. Экспериментальные и теоретические исследования гидравлического сопротивления и процессов выделения частиц дисперсных материалов из потоков газа в каскадах прямоточных циклонов при различных конструктивных исполнениях их рабочих элементов.

3. Исследование влияния отсоса части газа с частицами из пылесборного бункера прямоточных циклонов на стабильность и эффективность улавливания пылей различной дисперсности.

4. Разработка по результатам исследований эффективных конструкций пыле- и золоулавливающих аппаратов на основе каскадов прямоточных циклонов с низким энергопотреблением для предприятий теплоэнергетики и пылящих производств различных отраслей промышленности.

Научная новизна работы.

В результате выполненных исследований:

- на основе экспериментально-теоретического исследования процессов пылеулавливания в прямоточном циклоне подтверждена обобщенная экспоненциальная зависимость для фракционного коэффициента проскока от инерционного числа Стокса и внесены в банк данных универсальной системы расчета инерционных пылеуловителей;

- найдены опытные коэффициенты в обобщенной зависимости для фракционного коэффициента проскока прямоточных циклонов в единичном и каскадном исполнении;

- выявлено и обосновано снижение гидравлического сопротивления каскада прямоточных циклонов при последовательной компоновки в каскадные системы пылегазоочистки;

- получена зависимость и проведено исследование дисперсности улавливаемой пыли при отсосе части запыленного потока газа из пылеосадительного бункера циклона на эффективность пылеочистки; 1

- на основе теоретического и экспериментального исследования массопереноса в камере прямоточного циклона разработана методика определения фракционного состава порошковых материалов по результатам пылеулавливания каскадом трех аппаратов.

Практическая значимость работы.

1. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили найти оптимальные режимно-геометрические параметры работы каскадных прямоточных циклонных пылеуловителей.

2. Разработана и передана для серийного производства на предприятие ООО «Сибпромвентиляция» конструкция магистрального каскадного прямоточного пылегазоочистного устройства.

3. Разработана конструкция пылеконцентратора для установки в системе пыле-приготовления пылеугольного водогрейного котла КВТК 100/150 районной котельной г. Прокопьевска.

4. Разработана конструкция пылеулавливающего оборудования на основе каскада прямоточных циклонов (получен патент России № 2287375) с целью замены устаревшего газоочистного оборудования для пылящих производств теплоэнергетики и промышленности строительных материалов.

5. Разработано устройство с методическим и программным обеспечением для дисперсного анализа порошковых материалов (получен патент России № 2273019). Проведено определение фракционных составов ряда промышленных пылей для предприятий энергетики и деревообрабатывающей промышленности.

6. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе ТГАСУ для проведения практических и лабораторных занятий со студентами, обучающимися по специальности «Теплогазоснабжение и вентиляция» в курсах «Аэродинамика и тепломассообмен газодисперсных потоков» и «Методы расчета и проектирование пылегазоочистного оборудования».

Основное содержание работы.

Первая глава носит обзорный характер. В ней приведен анализ существующих методов подбора и расчета пыле- и золоулавливающего оборудования применяемого в различных отраслях промышленности, а также рассмотрены результаты экспериментальных и опытно-промышленных испытаний прямоточных пылегазоочистных аппаратов.

Экспериментальным и теоретическим исследованием эффективности пылеулавливания прямоточным циклоном занимались Русанов A.A., Урбах И.И., Анастасиади А.П., Страус В., Шиляев М.И., Шиляев А.М, Кирпичев Е.Ф., Идельчик И.Е., Василевский М.В. Однако, систематического изучения этих аппаратов в каскадном исполнении и влияния их режимных и геометрических параметров (диаметра корпуса циклона, числа лопаток и их угла наклона к оси циклона, влияние отсоса части газа из пылеосадительного бункера) на процесс пылеулавливания не проводилось.

Анализ обработанных результатов выявил необходимость проведения всесторонних дополнительных исследований прямоточных циклонов, как в единичном исполнении, так и при их последовательной компоновке с целью 9 разработки эффективных конструкций и методов расчета малоэнергоемких каскадных прямоточных пыле- и золоулавливающих аппаратов для предприятий теплоэнергетики и пылящих производств различных отраслей промышленности.

Вторая глава посвящена разработке экспериментальных стендов для исследования эффективности пылеулавливания и гидравлического сопротивления прямоточных циклонов различных конструкций при их последовательной установке в каскад.

В третьей главе приведены результаты проведенных исследований. Получены опытные данные для полных эффективностей пылеулавливания отдельными прямоточными циклонами в составе каскада. Проведен анализ влияния на степень очистки газов конструктивных и режимных параметров работы используемых в опытах аппаратов. Выявлено и обосновано снижение гидравлического сопротивления прямоточных циклонов в составе каскада. Разработан метод определения фракционной эффективности пылеулавливания циклонных элементов решением обратной коэффициентной задачи. Получены опытные коэффициенты в обобщенной зависимости фракционного проскока от инерционного числа Стокса для каскадов прямоточных циклонов, оснащенных различными импеллерами-завихрителями.

Исследовано влияние отсоса части газа из пылеосадительного бункера циклона на эффективности пылеулавливания пылей различной дисперсности. Получена формула для расчета фракционного коэффициента проскока прямоточных циклонов при отсосе части газа из бункера пылеуловителя. Представлено сопоставление результатов расчетов с данными проведенных экспериментов. По результатам исследований выработаны рекомендации к практическому использованию прямоточных каскадных пылеуловителей на пылящих производствах.

Четвертая глава посвящена разработке метода определения фракционного состава порошковых материалов с использованием каскадов последовательно установленных трех прямоточных циклонов. Проведено тестирование разработанного метода на материалах, дисперсный состав которых определялся другими хорошо отработанными способами.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на: Втором Международном научно-техническом семинаре «Нетрадиционные технологии в строительстве» (г. Томск, ТГАСУ 2001г.); Международной научно-технической конференции «Архитектура и строительство. Наука, образование, технологии, рынок» «Создание высококачественных строительных материалов и изделий, разработка ресурсосберегающих, экологически безопасных технологий в стройиндустрии» (г. Томск, ТГАСУ, 2002 г.); XIV Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева (г. Рыбинск, 2003); Международной конференции «Устойчивость и турбулентность течений гомогенных и гетерогенных жидкостей» (г. Новосибирск, 2004 г.); 8th Korea-Russia International Symposium on Science and Technology Proceedings (г. Томск, ТПУ, 2004 г.); Пятой Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Энергия молодых - экономике России " (г. Томск, ТПУ, 2004 г.); Одиннадцатой Всероссийской научно-технической конференции «Энергетика: экология, надежность, безопасность» (г. Томск, ТПУ, 2005 г.); Всероссийской конференции - конкурсе инновационных проектов студентов и аспирантов по приоритетному направлению Программы "Энергетика и энергосбережение" (г. Томск, ТПУ, 2006 г.); Седьмой Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых "Энергия молодых - экономике России " (г. Томск, ТПУ, 2006 г.).

Публикации. Основное содержание работы изложено в 15-и публикациях, включая два патента РФ на изобретения и две статьи в журналах по списку ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации составляет 142 страницы, включая 61 рисунок и 33 таблицы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведен анализ современных методов подбора и расчета пыле- и золо-очистных систем для предприятий теплоэнергетики и пылящих производств различных отраслей промышленности.

2. Разработаны и смонтированы экспериментальные стенды для исследования пылеулавливающих и гидравлических характеристик каскадных систем пылеочистки на основе прямоточных циклонов.

3. Проведен комплекс исследований процессов пылеулавливания прямоточными циклонами в каскадной компоновке при различных режимных и геометрических параметрах работы циклонных элементов. Экспериментально установлено, что последовательная компоновка прямоточных циклонов в каскад оказывает стабилизирующее действие на общую эффективность пылеулавливания очистного комплекса. Выявлено и обосновано снижение гидравлического сопротивления прямоточных циклонов при последовательной сборке их в каскад.

4. Разработана методика и проведено обобщение экспериментальных данных по фракционной эффективности пылеулавливания прямоточными циклонами. Получены опытные коэффициенты в экспоненциальной зависимости для фракционного коэффициента проскока каскадов прямоточных циклонов. Экспериментально получены коэффициенты гидравлического сопротивления циклонов в каскаде при различных параметрах завихрите-лей. Данные включены в банк данных универсального метода расчета инерционных пылеуловителей, разработанных на кафедре ОиВ ТГАСУ.

5. Проведено сравнение на основе энергетического принципа по энергозатратам на очистку единицы объема газа в каскаде прямоточных циклонов и в высокоэффективном одиночном противоточном циклоне НИИОГАЗ при равных эффективностях пылеулавливания. Установлено, что энего-затраты при использовании каскада прямоточных циклонов при улавливании золоуноса, образующегося при факельном сжигании измельченного твердого топлива в пылеугольных топках в 2,5 раза ниже, чем в единичном высокоэффективном аппарате.

6. Теоретически получена зависимость для расчета фракционного коэффициента проскока в прямоточном циклоном элементе с учетом отсоса части газа из пылеосадительного бункера. Экспериментальные исследования влияния отсоса части газа из пылеосадительного бункера на полную эффективность пылеулавливания подтвердили результаты расчетов.

7. Результаты теоретического и экспериментального исследования процессов массопереноса в камере прямоточного циклона использованы при разработке метода дисперсного анализа порошковых материалов с его программным обеспечением, чрезвычайно важного для технологии пыле-приготовления (получен патент России). Разработанным методом проведено определение фракционного состава ряда промышленных пылей для предприятий теплоэнергетики, деревообрабатывающей промышленности и промышленности строительных материалов.

8. На основе проведенных исследований найдены оптимальные режимно-геометрические параметры работы прямоточных циклонных пылеуловителей. Разработана и передана для серийного изготовления на предприятие ООО «Сибпромвентиляция» конструкция магистрального каскадного прямоточного пылегазоочистного устройства. Разработаны конструкции пылеулавливающих комплексов на основе каскадов прямоточных циклонов (получено решение о выдаче патента России) с целью замены устаревшего газоочистного оборудования для предприятий теплоэнергетики и отрасли строительных материалов.

9. Материалы диссертации вошли в учебное пособие с грифом УМО М.И. Шиляев, A.M. Шиляев, Е.П. Грищенко «Методы расчета пылеуловителей» - Томск: Изд-во ТГАСУ. - 385 с. и используются в учебном процессе ТГАСУ, КрасГАСА, КазаньГАСУ, ВолГАСУ и ряда других строительных вузов. пб

1. Пирумов А.Й. Обеспыливание воздуха / А.И Пирумов. М.: Стройиздат, 1974.-207 с.

2. Чурашев В.Н. Особенности перспективного развития энергетики Сибири / В.Н. Чурашев // Энергетика в России и мире: Проблемы и перспективы. -М.: МАИК «Наука / Интерпериодика», 2001. С. 122-132.

3. Бушуев В.В. Энергетический сектор системы «природа-общество-человек» / В.В. Бушуев // Энергетика в России и мире: Проблемы и перспективы. М.: МАИК «Наука / Интерпериодика», 2001. - С. 114-121.

4. Ядерная энергетика, человек и окружающая среда / Н.С. Бабаев и др.; под ред. А.П. Александрова. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 312 с.

5. Саломатов В.В. Природоохранные технологии для ТЭС на сибирских углях // Ползуновский вестник. 2004. - № 1. - С. 90-99.

6. Исследование процесса пылеулавливания и гидродинамического сопротивления в каскаде прямоточных циклонов / М.И. Шиляев, A.M. Шиляев, П.В. Афонин и др. // Изв. вузов. Строительство. 1999. - №8. - С. 65-69.

7. Справочник по пыле- и золоулавливанию. / под общ. ред. A.A. Русанова. -М.: Энергия, 1975.-296 с.

8. Русанов A.A. Очистка дымовых газов в промышленной энергетике / A.A. Русанов, И.И. Урбах, А.П. Анастасиади. М.: Энергия, 1969. - 456 с.

9. Страус В. Промышленная очистка газов / В. Страус. М.: Химия, 1961. -616 с.

10. Ефремов Г.И. Пылеочистка / Г.И. Ефремов, Б.П. Лукачевский. М.: Химия, 1990.-72 с.

11. Алиев Г.М. Техника пылеулавливания и очистка промышленных газов. -М.: Металлургия, 1986. 544 с.

12. Коузов П.А. Очистка от пыли газов и воздуха в химической промышленности / П.А. Коузов, А.Д. Мальгин, Г.М. Скрябин. М.: Химия, 1982. - 256 с.

13. Кучерук В.В. Очистка вентиляционного воздуха от пыли / В.В. Кучерук -М.: Машгиз, 1963. -143 с.

14. Батурин В.В. Основы промышленной вентиляции / В.В. Батурин. М.: Про-физдат, 1965. - 527 с.

15. Варум Я.И. Обеспыливание и газоочистка в промышленности строительных материалов / Я.И. Варум, В.В. Дуров, Ю.А. Измоденов. // Промышленность строительных материалов. / ВНИИЭСМ. М. 1985. - Вып. 3. - С. 29.

16. Дубальская Э.Н. Очистка отходящих газов / Э.Н. Дубальская // Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов / ВНТИЦентр М., 1990. - Вып. 14. - С. 45 - 58.

17. Алиев Г.М. Устройство и обслуживание газоочистных и пылеулавливающих установок / Г.М. Алиев. М.: Металлургия, 1983. - 286 с.

18. Банит Ф.Г. Пылеулавливание и очистка газов в промышленности строительных материалов / Ф.Г. Банит, А.Д. Мальгин. М.: Стройиздат, 1979. -351с.

19. Балтренас П.Б. Обеспыливание воздуха на предприятиях стройматериалов. / П.Б. Балтренас. М.: Стройиздат, 1990. - 180 с.

20. Ужов В.Н. Борьба с пылью в промышленности / В.Н. Ужов. М.: Госхим-издат, 1962. - 183 с.

21. Штокман Е.А. Очистка воздуха: учебное пособие / Е.А. Штокман. М.: Изд-во АСВ, 1998.-320 с.

22. Белоусов В.В. Теоретические основы процессов газоочистки / В.В. Белоусов. М.: Металлургия, 1988. - 256 с.

23. Шиляев М.И. Методы расчета пылеуловителей: учебное пособие / М.И. Шиляев, A.M. Шиляев, Е.П. Грищенко. Томск: Изд-во Том. гос. ар-хит.-строит. ун-та, 2006. - 385 с.

24. Ужов В.Н. Очистка газов мокрыми фильтрами / В.Н. Ужов, А.Ю. Вальберг. -М: Химия, 1972. -247 с.

25. Отопление и вентиляция: В двух частях. 4.2. Вентиляция. / В.Н. Богословский, В.И. Новожилов, Б.Д. Симаков, В.П. Титов. Под ред. д.т.н. В.Н. Богословского. -М.: Стройиздат, 1976. 439 с.

26. Справочник проектировщика. Вентиляция и кондиционирование воздуха / под ред. И.Г. Староверова. М.: Стройиздат, 1978. - 509 с.

27. Циклоны НИИОГАЗ: руководящие указания по проектированию, изготовлению, монтажу и эксплуатации. / Под руководством Е.П. Теверовского, Ф.А. Широкова. Ярославль, 1970. - 94 с.

28. Карпухович Д.Т. Влияние диаметра циклона на эффективность улавливания пыли // Электрические станции. 1974. - № 4. - С. 20-22.

29. Шиляев М.И. Методы расчета и принципы компоновки пылеулавливающего оборудования: учебное пособие / М.И. Шиляев, А.Р. Дорохов. Томск: Изд-во ТГАСУ, 1999. - 209 с.

30. Шиляев М.И. Принцип сравнения пылеулавливающих систем по удельным энергозатратам на очистку газов / М.И. Шиляев, A.M. Шиляев // Изв. вузов. Строительство. 2002. - №4. - С. 77-81.

31. Кирпичев, Е.Ф. Усовершенствование одиночных и батарейных циклонов и создание золоуловителей с прямоточными циклонными элементами / Е.Ф. Кирпичев // Очистка дымовых газов электростанций от золы. БТИ ОРГРЭС 1962.-С. 100-112.

32. Идельчик И.Е. Исследование прямоточных циклонов систем золоулавливания ГРЭС / И.Е. Идельчик, В.П. Александров, Э.И. Коган // Теплоэнергетика. 1968. -№ 8. -С. 45-48.

33. Кирпичев Е.Ф. Очистка воздушного бассейна промышленных городов / Е.Ф. Кирпичев / Общество по распространению политических и научных знаний РСФСР, 1985. 59 с.

34. Батарейные циклоны: руководящие указания по проектированию, монтажу и эксплуатации. М.: Госхимиздат, 1959. - 104 с.

35. Кропп Л.Д. Эксплуатация батарейных циклонов / Л.Д. Кропп, А.Ш. Бронштейн. М.: Энергия, 1964. - 152 с.

36. Потапов О.П. Батарейные циклоны / О.П. Потапов, Л.Д. Кропп. М.: Энергия 1977.-С. 152.

37. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям /И.Е. Идельчик. -М.: Машиностроение, 1992. 672 с.

38. Залогин Н.Г. Очистка дымовых газов / Н.Г. Залогин, С.М. Шухер. М.: Гос-энергоиздат, 1948.-224 с.

39. Видинеев Ю.Д. Дозаторы непрерывного действия / Ю.Д. Видинеев М.: Энергия, 1978.-184 с.

40. Коузов П.А. Методы определения физико-химических свойств промышленных пылей / П.А. Коузов, Л.Я. Скрябина. JL: Химия, 1983.- 143 с.

41. Rekunov V.S. Dust separation by cascade of direct-flow cyclones. / A.M. Shil-jaev, V.S. Rekunov, A.A. Kondratyuk // 8th Korea-Russia International Symposium on Science and Technology Proceedings. Korus, 2004. - vol. 3. - P. 72-75.

42. Шиляев М.И. Моделирование процессов пылеулавливания в прямоточном циклоне. 2. Расчет фракционного коэффициента проскока / М.И. Шиляев,

43. A.M. Шиляев. // Теплофизика и аэромеханика. 2003. - Т. 10, № 3. -С. 427-437.

44. Шиляев М.И. Влияние отсоса из осадительного бункера на эффективность пылеулавливания прямоточными циклонами / М.И. Шиляев, A.M. Шиляев,

45. B.C. Рекунов // Материалы докладов одиннадцатой всероссийской научно-технической конференции «Энергетика: экология, надежность, безопасность», г. Томск, 7-9 декабря 2005 г. Томск, 2005. - Ч. II. - С. 336-339.

46. Шиляев М.И. Аэродинамика и тепломассообмен газодисперсных потоков: учебное пособие / М.И. Шиляев, A.M. Шиляев. Томск: Изд-во ТГАСУ, 2003. -272 с.

47. Патент 2287375 Российская Федерация, МПК В04С 3/00 В01Д 45/12 Пылеуловитель / М.И. Шиляев, A.M. Шиляев, B.C. Рекунов: заявители и патентообладатели ГОУВПО "ТГАСУ". № 2005119076/15; опубл. 20.11.2006, // Бюл. № 32 (Ч. II).

48. Волокитин Г.Г. Системы плазменного розжига низкосортных топлив для теплоагрегатов малой энергетики / Г.Г. Волокитин, A.M. Шиляев, В.В. Дробчик // Известия ТПУ. 2002. - Т. 305, Вып. 2. - С. 220-223.

49. Хзмалян. Д.М. Теория горения и топочные устройства / Д.М. Хзмалян, Я.А. Каган: учебное пособие для студентов высш. учеб. заведений. М.: Энергия, 1076. - 488 с.

50. Шиляев А.М. Использование прямоточных циклонов в качестве пылекон-центраторов и золоуловителей для теплогенерирующих установок с плазменным розжигом твердых пылевидных топлив. / A.M. Шиляев, B.C. Рекунов // Вестник ТГАСУ 2005. - №1. - С. 173-180.

51. ОНД-86. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. / Под руководством Е.П. Теверовского, Ф.А. Широкова. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 93 с.

52. Рекомендации по оценке допустимых выбросов для групп источников (методика определения нормированных уровней выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. МРН-87). М.: Госкомгидромет. Институт прикладной геофизики, 1987. - 30 с.

53. Коузов. П.А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов. / П.А. Коузов. Л.: Химия, 1974. - 280 с.

54. Коган Э.И. Расчет эффективности пылеотделения в прямоточном циклоне / Э.И. Коган, Я.Л. Гинзбург // Промышленная и санитарная очистка газов. -1978.-№3.-С. 8-9.

55. Шиляев A.M. К методу последовательно установленных циклончиков определения фракционного состава порошков / A.M. Шиляев, B.C. Рекунов,

56. A.Б. Наумкин // Архитектура и строительство. Наука, образование, технологии, рынок: тезисы докладов научно-технической конференции. Томск: Изд-во ТГАСУ, 2002. - С. 87-88.

57. Шиляев. A.M. Определение фракционного состава дисперсных твердых то-плив методом последовательно установленных циклонов. / A.M. Шиляев,

58. B.C. Рекунов // Доклады IV Всероссийской научной конференции. Томск, 57 октября 2004 г. Томск, 2004. - С. 160-161.

59. Рекунов B.C. Метод определения дисперсного состава порошкового материала каскадом прямоточных циклонов. / |А.М. Шиляев|, B.C. Рекунов. // Известия Томского политехнического университета. 2007. - Т. 310. - № 1. -С. 171-175.

60. Зависимость расхода иыли от напряжения в цепи питателя двигателя дозатора

61. С/, В 150 160 170 180 190 200 210 220 230 238пыли, г/мин 5,5 5,1 6,45 7,3 6,85 9,0 11,05 10,1 11,55 9,95g, г/мин1. И 10 9 8 7 6 5160 180 200 220 240 С/,В

62. Рис. П. 2. Тарировочный график производительности пылепитателя: 1 эксперимент; 2 - линейная аппроксимация