автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Исследование процесса сушки микросферы и улавливания летучей золы в технологии комплексной переработки золошлаковых отходов ТЭС

На правах рукописи

0030520ЭБ

Новиков Константин Львович

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СУШКИ МИКРОСФЕРЫ И УЛАВЛИВАНИЯ ЛЕТУЧЕЙ ЗОЛЫ В ТЕХНОЛОГИИ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЗОЛОШЛАКОВЫХ ОТХОДОВ ТЭС

Специальность 05.17.08 - «Процессы и аппараты химических технологий»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 2007

003052096

Работа выполнена на кафедре «Процессы и аппараты химических.технологий» ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Ермаков Анатолий Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, старший

научный сотрудник Давыдов Владимир Иванович кандидат технических наук, доцент Шишкин Алексей Сергеевич

Ведущая организация: Федеральное государственное унитарное

предприятие Уральский научно-исследовательский химический институт с опытным заводом (ФГУП «УНИХИМ с 03»), г. Екатеринбург

Защита состоится «_9_ » апреля 2007г. в 15 часов на заседании диссертационного

совета Д 212.285.09 в ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет -УПИ» по адресу: 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19, ауд. I.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ». Ваш отзыв на автореферат, заверенный печатью предприятия, просим направлять по адресу. 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19, ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ», ученому секретарю диссертационного совета Д 212.285.09.

Автореферат разослан « 7 » марта 2007г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор химических наук, профессор

Васин Б.Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы.

В России несколько десятков тепловых электростанций (ТЭС) малой, средней и большой мощности, работающих на твердом топливе - каменном угле.

Объемы продуктов сгорания твердого топлива в котлах ТЭС - золошлаковых отходов, хранящихся на золоотвалах, составляют сотни миллионов тонн. Ежегодно к ним добавляются десятки миллионов тонн зольных отходов. В состав золошлаковых отходов в небольшом количестве (около 3 %) входит ценный продукт: микросферы - сферические полые частицы, представляющие собой застывшие капли шлакового расплава, содержащие газовые включения. Таким образом, запасы микросферы, содержащиеся в золоотвалах и составляющие сотни тысяч тонн, ежегодно пополняются

Микросфера нашла свое применение как наполнитель в химической и строительной промышленности при производстве бетонов, строительных блоков, различных видов пластмасс, резинотехнических изделий и тд При использовании микросферы в вышеперечисленных областях к ней предъявляются требования, самым важным из которых является отсутствие влаги или содержание ее не более 1 %,

Выполнение данного требования ставит общую комплексную проблему переработки микросферы, состоящую из следующих основных этапов: сбор с поверхности золоотвалов и первичная обработка, сушка с последующим эффективным разделением в пылеулавливающем аппарате, классификация по фракциям и отгрузка готового продукта потребителю.

Наиболее сложным и малоизученным из этих стадий является сушка микросферы и ее улавливание после сушилки

Гидродинамические и термодинамические явления, протекающие при сушке микросферы, малоизученны, и требуют установления влияния технологических и режимных параметров сушильного агента (теплоносителя) на процесс. Прогресс в этой области может быть достигнут путем систематических исследований по влиянию основных технологических и режимных параметров теплоносителя, а так же конструктивных и геометрических факторов сушильных аппаратов на указанный процесс, с целью нахождения их оптимальных и эффективных диапазонов для интенсификации процесса.

Другой актуальной проблемой является эффективное улавливание летучей золы из отходящих газов котлов ТЭС в сухом виде, поскольку летучая зола применяется как компонент в строительных композициях, например, в сухих смесях, цементах и т.д

Решение этой проблемы кроется в применении современных комбинированных золоуловителей. В таких аппаратах используется совместное воздействие на частицы золы нескольких силовых факторов. Одним из наиболее подходящих аппаратов является электроциклон, в котором очистка газа от частиц происходит под действием силы центробежного и электростатического поля.

Поскольку картина физических явлений, происходящих в электроциклоне исключительно сложная, необходимо было исследовать влияние основных режимных и конструктивных параметров на процесс улавливания летучей золы в лабораторных моделях электроциклонов Цель работы.

Исследование закономерностей процессов' сушки микросферы в аэрофонтанной сушилке, улавливания летучей золы и микросферы в моделях электроциклонов различных конструкций, как основных стадий технологии комплексной переработки и утилизации золошлаковых отходов ТЭС Задачи исследования.

1 Определение влияния основных технологических и режимных параметров теплоносителя на кинетические закономерности процесса сушки микросферы, находящейся в неподвижном состоянии.

2 Исследование закономерностей процесса сушки микросферы в лабораторной аэрофонтанной сушилке.

3. Разработка математической модели процесса сушки в аэрофонтанной сушилке.

4. Исследование процесса улавливания летучей золы и микросферы в лабораторных моделях центробежно-электрических пылеуловителей

Научная новизна.

1. Впервые установлены кинетические закономерности сушки микросферы при варьировании гидродинамических факторов. Определено влияние скорости теплоносителя на интенсивность процесса сушки.

2 Разработана полуэмпирическая модель для описания процесса сушки микросферы в аэрофонтанной сушилке. Определены эмпирические коэффициенты для микросферы.

3. На основании экспериментальных исследований в лабораторной модели электроциклона установлены основные закономерности сепарации летучей золы и микросферы под действием центробежной и электрической силы. Показано влияние гидродинамики пылегазового потока и конструктивных параметров электроциклонов на эффективность пылеулавливания. Получено критериальное уравнение для расчета степени очистки воздуха от летучей золы.

Практическая значимость. Получена полуэмпирическая модель, учитывающая влияние термодинамических и гидродинамических параметров теплоносителя на процесс сушки материалов в фонтанирующем слое аэрофонтанной сушилки. С использованием данной модели была рассчитана промышленная аэрофонтанная сушилка. Разработана конструкция и основные узлы опытно-промышленного электроциклона производительность 50 тыс. м3/ч для Красногорской ГРЭС, г. Каменск-Уральский.

Реализация результатов. На основе полуэмпирической модели процесса сушки для ООО «Гранула» была рассчитана промышленная аэрофонтанная сушилка для установки по переработке сырой микросферы производительностью 500 кг/ч (по сухому продукту), состоящая из аэрофонтанной сушилки, циклона для улавливания продукта и узла классификации микросферы по размерам. На защиту выносятся:

• Результаты кинетических закономерностей сушки микросферы в аэрофонтанной сушилке;

• Полуэмпирическая модель процесса сушки в аэрофонтанной сушилке;

• Результаты исследований улавливания летучей золы и микросферы на моделях центробежно-электрических пылеуловителей;

• Критериальное уравнение для расчета степени очистки центробежно-электрического пылеуловителя.

Апробация работы. Основные результаты, изложенные в диссертационной работе, были представлены на- Всероссийской научно-практической конференции (г. Екатеринбург, 1996 г.); Научно-практической конференции (г. Краснотурьинск, 1999 г.); Международной выставке и научно-практической конференции (г. Екатеринбург, 2002 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано восемнадцать работ, в том числе одиннадцать статей, шесть тезисов докладов, один патент на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы, приложения. Содержание диссертации изложено на 165 страницах машинописного текста, содержит 38 рисунков и 15 таблиц. Список литературы содержит 186 наименований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, дана общая характеристика работы, сформулированы цели исследования, кратко изложено содержание глав диссертации.

В первой главе «Современное состояние переработки золошлаковых отходов тепловых электростанций» рассмотрены компоненты, входящие в состав выбросов ТЭС, среди которых наибольший интерес представляют микросферы. Приведены ее основные

физические свойства и химический состав. Представлен объем выбросов микросферы в зависимости от вида и марки сжигаемого угля. На основе литературных данных показано улучшение свойств изделий, в состав которых входит микросфера, и рассмотрены основные направления использования микросферы. Представлены исследования, проведенные в нашей стране по использованию микросферы Предложена технологическая схема утилизации микросферы. Подробно рассмотрена одна из ее стадий - сбор микросферы с поверхности золоотвалов. Рассмотрена конструктивная и технологическая классификация сушильных аппаратов и основы кинетики сушки Рассмотрено применение прямоточных циклонов для улавливания различных полидисперсных материалов Показаны основные стадии очистки отходящих газов ТЭС от золошлаковых материалов. Рассмотрены известные конструкции электроциклонов. На основании анализа современного представления о технологии утилизации микросферы и летучей золы сформулированы основные задачи исследований.

Во второй главе «Исследование кинетики сушки микросферы в лабораторной циркуляционной сушилке» описывается кинетика процесса сушки влажного материала. Подробно описаны экспериментальная установка, методика проведения эксперимента и методика обработки экспериментальных данных.

В качестве параметров, влияющих на процесс сушки, были выбраны скорость воздуха (теплоносителя) Wr и его температура 1Г.

Исходя из представлений о кинетике процесса, изменение скорости воздуха оказывало влияние на коэффициент скорости сушки в уравнении скорости сушки для периода внешней диффузии (I периоде)

^- = Р.р.(Я-рт), (1) дт

2

где Р - поверхность испарения материала, м ; к - упругость насыщенного пара, мм рт. ст; рп - парциальное давление пара, мм рт. ст.

Температура воздуха 1г влияла на упругость насыщенного пара я.

Коэффициент скорости сушки был найден экспериментально, исходя из уравнения(1).

По результатам каждого эксперимента получались опытные точки зависимости влагосодержания материала X от времени т (рис.1). При помощи математической компьютерной программы Б^йвйса пакета МСЭБ проводилась аппроксимация функцией вида

Х = В-т + Ъ, (2)

представляющая собой прямолинейный закон изменения влагосодержания от времени, где

5Х

В - изменение влагосодержания материала по времени (—, кг/кг-мин). Скорость сушки

д г

была вычислена следующим образом: 81У дХ

-= "Г- ' тс >

дт от

где 171 с - масса сухой пробы материала, кг.

(3)

т. мин

Рис. 1. Изменения влагосодержания микросферы от времени сушки. Скорость воздуха: 1 -\УГ = 0,6 м/с; 2-^Г = 0,65 м/с; 3 -= 0,7 м/с; 4-\УГ = 0,75 м/с.

точки - экспериментальные данные; линия - аппроксимирующая прямая.

Экспериментальная зависимость коэффициента скорости сушки для микросферы при разных значениях скорости воздуха представлена на рис 2

По результатам экспериментов, при помощи математической компьютерной программы в^й^са пакета N088 проведена аппроксимация полиномиальной функцией'

Для микросферы она имела следующий вид' р = -0,1 • ТУ? + ОД 59 • Шг - 0,051

Рис. 2 Зависимость коэффициента скорости сушки для микросферы от скорости

воздуха.

■ экспериментальные данные, — регрессионный анализ.

Из экспериментальных данных видно, что сушка микросферы до влагосодержания около 1 % проходит в периоде внешней диффузии (рис.1).

В третьей главе «Изучение процесса сушки микросферы в лабораторной аэрофонтанной сушилке» приведены критерии выбора сушильного аппарата, в котором материал в процессе сушки находится во взвешенном состоянии. Показано, что для процесса сушки микросферы наиболее целесообразно применить аэрофонтанную сушилку.

Рассмотрено влияние основных геометрических размеров сушилки на режим фонтанирования, следовательно, и на интенсивность процесса. В качестве таких параметров рассматривались: отношение диаметра входного отверстия к диаметру аппарата do/Da и угол раствора конуса у.

Приведена схема лабораторной аэрофонтанной сушилки с основными геометрическими размерами

Рассмотрены основные факторы, влияние которых наибольшим образом сказывается на интенсивности процесса сушки, скорость воздуха во входном отверстии и его температура.

Хк, кг/кг

0,25 -

0,15 -

0,2 -

0,1 -

0,05 -

0

5

6

7

8

9 Wr, м/с

Рис.3. Зависимость конечного влагосодержания микросферы от скорости воздуха Температура воздуха: 1 -120 °С; 2 -150 °С; 3 - 180 "С.

В главе подробно описаны экспериментальная установка, методика проведения эксперимента и обработка экспериментальных данных.

Изучено влияние скорости воздуха во входном отверстии на конечное влагосодержание микросферы при разных температурах теплоносителя (рис.3).

Установлено, что конечное влагосодержание материала Хк увеличивается с повышением скорости воздуха '\УГ, что можно объяснить выносом недосушенных частиц материала из аэрофонтанной сушилки и снижением эффекта перемешивания в аппарате. С увеличением температуры воздуха (:г конечное влагосодержание материала Хк уменьшается, поскольку увеличивается движущая сила процесса сушки.

Четвертая глава «Моделирование процесса сушки в лабораторной аэрофонтанной сушилке»

На основе уравнений материального и теплового баланса, с учетом физической сущности и кинетики процесса сушки материалов, получена полуэмпирическая модель, описывающая процесс изменения влагосодержания микросферы в аэрофонтанной сушилке, с начального до конечного, от гидродинамических, физических и режимных параметров системы

Хн-Хк=р-Р-(р-рП%-А) в.Яег+хО-^+г^.Д (4)

где: А - коэффициент проскока; 8 и К - опытные коэффициенты, учитывающие влияние характеристик материала (дисперсный состав, плотность, линейный размер, форма) на время пребывания. Яег - критерий Рейнольдса для газа; г™3 - время пребывания газа в сушилке, с

Экспериментально определены коэффициенты Б и К, коэффициент скорости сушки для скорости воздуха, соответствующей началу устойчивого фонтанирования микросферы в лабораторной аэрофонтанной сушилке (табл 1 ).

Таблица 1

Значения опытных коэффициентов для микросферы

Коэффициент Величина

р, кг/кг-с-м^-мм рт. ст 1,53-Ю"4

8 -1,809 10"4

К 5,2

Коэффициент проскока определен из экспериментальных данных по сушке микросферы в лабораторной аэрофонтанной сушилке при темйературе газа 150 °С из уравнения (4).

Зависимость коэффициента проскока от критерия Рейнольдса для газа при температуре 150 °С отражена на рис. 4. Показано увеличение степени отклонения предложенной модели от модели идеального смешения с увеличением критерия Рейнольдса.

Доказана применимость разработанной модели для нахождения конечного влагосодержания микросферы при различных критериях Рейнольдса по газу и его температуры. На рис. 5. представлены графики зависимости конечного влагосодержания от критерия Рейнольдса по газу при разной температуре теплоносителя, рассчитанные с помощью предложенной модели и полученные из эксперимента.

А 0,2 -

0,15 -

ОД -

0,05 -О -

12000 14000 16000 18000 20000 Rer

Рис.4. Зависимость коэффициента проскока от критерия Рейнольдса для воздуха при температуре 150 °С.

Хк, кг/к

0,25

0,2

0,15

0,1

0,05 -

0

10000 12500 15000 17500 20000 22500 Rer

Рис.5. Изменение конечного влагосодержания микросферы от критерия Рейнольдса для воздуха Температура воздуха- 1 - 120 °С; 2 - 150 °С; 3-180 °С.

точки - экспериментальные данные; линии - расчетные данные.

Пятая глава «Исследование процесса улавливания летучей золы и микросферы в экспериментальных моделях электроциклонов»

Рассмотрена конструкция лабораторного вертикального электроциклона ЭЦВ (Рис.6)

Рис. 6 Схема электроциклона ЭЦВ' 1 - корпус; 2 - центральная труба, 3 -коронирующий электрод; 4 - входной патрубок; 5 - выхлопная труба; 6 - бункер, 7 -изолятор

Важнейшими факторами, влияющими на процесс осаждения золы, является скорость движения газового потока и длина активной зоны электроциклона. Указанные факторы влияют как на турбулентность газа, так и на время пребывания аэрозоля в активной зоне аппарата

Для изучения влияния этих факторов на степень очистки была выделена фракция золы с размером частиц менее 40 мкм. Результаты представлены на Рис 7.

0,5 0,7 0,9 1,1 1,3

Рис. 7. Зависимость степени очистки электроциклона ЭЦВ для летучей золы от высоты активной зоны. Входная скорость воздуха: 1 - 7,78 м/с; 2-11,25 м/с, 3-15,6 м/с, 4-19,03 м/с

Анализируя полученные результаты, можно отметить следующее.

1 Степень очистки возрастает с ростом высоты активной зоны Н, т.к при этом

увеличивается время пребывания газа в активной зоне. 2. С увеличением скорости газа W8X на входе в аппарат степень очистки снижается вследствие снижения времени пребывания и возрастания срыва осажденной золы с поверхности осадительного электрода.

3. При высоте активной зоны Н = 1,235 м и скоростях газа во входном патрубке, равных 7,78 и 11,25 м/с, достигается высокая степень очистки, равная 99,6 и 99,9 % соответственно, при улавливании фракции золы < 40 мкм1

4. При работе на полидисперсной золе, имеющей размеры частиц до 500 мкм, следует ожидать высокую степень очистки и при более высоких скоростях газа.

5. При наличии «карманов» у осадительных электродов вторичный унос уменьшится, а степень очистки увеличится

Далее рассматривалась возможность снижения энергозатрат на очистку газа путем разработки рациональной конструкции системы коронирующих электродов с сохранением высокой степени очистки

Рабочая (активная) зона электроциклона образована двумя цилиндрами диаметром 210 и 76 мм, являющимися осадительными электродами, между которыми на высоковольтных изоляторах подвешена система коронирующих электродов.

Испытаны три системы коронирующих электродов: одна содержит 8 стержней, другая -4, третья - 3 с длиной каждого стержня 1,25 м. С двух противоположных сторон стержня расположены иглы с шагом 40 мм; диаметр игл 2 мм, длина 6 мм. Иглы сориентированы параллельно осадительным электродам. Результаты опытов представлены в таблице 2

Рис. 8. Зависимость степени очистки микросферы для электроциклона ЭЦВ от входной скорости воздуха при рабочем напряжении и=170 В (кривая 1) и и=0 В (кривая 2).

200

\\'вх, м/с

О

10 15 20 25

Рис 9. Зависимость гидравлического сопротивления электроциклона ЭЦВ от входной скорости

Таблица 2

Результаты опытов для электроциклона ЭЦВ

Количество стержней с иглами в системе коронирующих электродов/ общее число игл 8/468 4/228 3/175

Рабочее напряжение ир, В 170 170 170

Сила тока короны, мА 8,84 6,65 4,8

Расстояние (по дуге) между стержнями, мм 56 112 150

Степень очистки Т1 при входной скорости м/с 11,25 99,84 99,93 99,93

15,6 99,87 99,89 99,87

19,03 99,82 99,71 99,47

23,44 99,29 99,56 97,99

Гидравлическое сопротивление ЛР (Па) при входной скорости \УВХ, м/с

11,25 255 235 245

15,6 491 471 490

19,03 736 746 706

23,44 1118 1100 1100

На степень очистки влияет также межэлектродное расстояние, рабочее напряжение и шаг между иглами на коронирующих электродах.

Исследования выполнены на вертикальной модели электроциклона (Рис. б), активная зона в котором образована двумя коаксиальными цилиндрами диаметром 206 и 54 мм. В кольцевом канале, образованном этими цилиндрами, выполняющими роль осадительного электрода, размещена система коронирующих электродов, состоящая из трех стержней. Диаметр окружности, по которой расположены эти стержни, изменяли таким образом, чтобы межэлектродное расстояние равнялось 35, 38 или 41 мм, причем межэлектродное расстояние равное 38 мм соответствовало симметричному расположению системы коронирующих электродов между осадительными. Отклонение на 3 мм приводит к расцентровке электродов. При этом расстояние до одного из осадительных электродов сокращается до 35 мм, а до другого увеличивается до 41 мм.

Результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3

Зависимость л от для различных межэлектродных расстояний электроциклона

ЭЦВ при и = 180 В (17,5 кВ) и 200 В (20 кВ) и шаге игл 40 мм и 60 мм.

№ п/п Показатели Размерность Величина

1 2 3 4

1 Скорость во входном патрубке Швх м/с 10,72 12,81 15,16 17,18

2 Скорость условная \Уо м/с 1,1 1,32 1,56 1,77

3 Время пребывания аэрозоля в активной зоне хпр. с 1,12 0,93 0,79 0,695

4 Гидравлическое сопротивление аппарата ДР Па 264,9 392,4 539,55 715,4

5 Межэлектродное расстояние мм/мм 35/41

6 Рабочее напряжение и В/кВ 200/19

7 Ток короны I мА 0,288

8 Степень очистки т) % 98,8 98,1 97,64 97,07

9 Рабочее напряжение и В/кВ 180/17,5

10 Ток короны I мА 0,262-0,291

11 Степень очистки Т1 % 98,92 98,48 96,73 96,0

12 Межэлектродное расстояние мм/мм 38/38

13 Рабочее напряжение и В/кВ 180/17,5

14 Ток короны I мА 0,175

15 Степень очистки т] % 98,79 [98,60 |97,17 [95,2

16 Рабочее напряжение и В/кВ 200/19

17 Степень очистки г) % 99,09 98,57 97,7 96,5

18 Ток короны I мА 0,22

Продолжение таблицы 3

19 Межэлектродное расстояние мм/мм 41/35

20 Рабочее напряжение и В/кВ 180/17,5

21 Ток короны I мА 0,2

22 Степень очистки т| % 98,51 98,06 96,3 94,9

23 Рабочее напряжение и В/кВ 200/19

24 Ток короны I мА 0,21

25 Степень очистки т] % 98,38 98,39 96,17 95,87

Анализируя результаты, приведенные в табл.2 и на рис.8 и 9, можно сделать следующие выводы:

1 Влияние скорости газа \Увх.

Степень очистки газа от золы т| снижается с ростом входной скорости \УВх вследствие уменьшения времени пребывания газа тпр в активной зоне электроциклона, а также из-за срыва осажденной золы с осадительных электродов. При тпр =1 с. степень очистки достигает 98,5-99,29%, причем в опытах использовалась тонкая фракция золы, в которой 50% частиц имели диаметр меньше 21-24 мкм. При небольшом увеличении времени пребывания степень очистки может достичь 99,5-99,9%, особенно если предотвратить срыв осажденной золы с осадительных электродов, например, используя осадительные электроды "карманного типа", как в пластинчатых электрофильтрах с элементами С-образной формы

2. Влияние расстояния между иглами коронирующих электродов. Сравнение данных из таблицы 2 показывает, что в области невысоких скоростей газа \Vflx шаг между иглами несущественно влияет на степень очистки т] В области же повышенных скоростей (15,16-17,18 м/с) увеличение шага игл с 40 мм до 60 мм приводит к заметному снижению степени очистки. Поэтому следует отдать предпочтение коронирующим электродам с шагом игл 40 мм 3 Влияние расцентровки электродов

Как видно из таблицы 2, опытные данные указывают на более высокую степень очистки при симметричном расположении коронирующих электродов между осадительными (38/38 мм) Отклонение коронирующих электродов от осадительных на 3 мм приводит, как и следовало ожидать, к некоторому снижению степени очистки.

Процесс улавливания микросферы был изучен на лабораторной модели электроциклона с горизонтальным расположением корпуса (ЭЦГ), схема которого представлена на рис. 10. Результаты экспериментов представлены на рис. ] 1

коронирующий электрод, 4 - бункер, 5 - входной патрубок, 6 - выходной патрубок; 7 -изолятор

По результатам представленных опытных данных получено полуэмпирическое критериальное уравнение для расчета степени очистки воздуха от летучей золы для лабораторного электроциклона ЭЦВ.

[, „. N0.01 / , „, \ -019 , ч 0,087 , ч 0,15 / -. 0 025

Чг1) -НгН -Ш -ш М <5'

Полученные на основе расчетов значения степени очистки хорошо согласуются с экспериментальными данными (рис 12)

Wвx,

5 9 13 17 21

Рис. 11. Зависимость степени очистки электроциклона ЭЦГ для микросферы от входной скорости.

1 - в режиме электроциклона, 2 - в режиме циклона.

100 1

95

90 -

85 -

80 -

75

70

0,5

Н, м

0,7

—I—

0,9

—I—

1,1

1,3

Рис. 12. Зависимость степени очистки электроциклона ЭЦВ от летучей золы при разной высоте активной зоны.

♦ -\Увх= 11,25 м/с; в-АУвх^ 15,6 м/с; • - ЧУВХ= 19,03 м/с

Точки - экспериментальные данные; линии - теоретические данные, рассчитанные по

уравнению 5.

Шестая глава «Разработка конструкций• промышленной аэрофонтанной сушилки и опытно-промышленного электроциклона»

На основе данных, полученных при изучении процесса сушки микросферы в лабораторной аэрофонтанной сушилке, рассчитана и разработана конструкция промышленной аэрофонтанной сушилки Данная сушилка входит в общую схему переработки 500 кг/ч микросферы, представленную на рис. 13.

Обследование установки показало, что конечное влагосодержание микросферы составляет Хк - 0,5-1,0 %, что соответствует техническому регламенту на данный продукт.

Рис 13 Технологическая схема сушки микросферы. 1 - питатель; 2 - топка; 3 -аэрофонтанная сушилка; 4 - циклон, 5 - грохот

По результатам экспериментов, направленных на изучение процесса улавливания летучей золы в лабораторной модели электроциклона ЭЦВ, получены данные для разработки конструкции и основных узлов опытно-промышленного электроциклона ЭЦВ-50 производительностью 50 тыс.м3/ч, схема которого представлена на рис 14.

Сделаны расчеты, диаметра корпуса электроциклона, длины активной зоны, размеров входного патрубка верхней камеры, массы систем коронирующих и осадительных электродов одного поля, общей массы электроциклона, гидравлического сопротивления аппарата и мощности электроагрегатов

Даны рекомендации по эксплуатации электроциклона.

Рис. 14. Схема опытно-промышленного электроциклона ЭЦВ-50. 1 - корпус; 2 -осадительные электроды, 3 - коронирующие электроды; 4 - верхняя камера; 5 - бункер; 6 - устройство для вывода очищенного газа.

25

ВЫВОДЫ

1. Результаты экспериментальных исследований по влиянию основных факторов на кинетику сушки микро сферы в неподвижном состоянии показали протекание процесса в периоде внешней диффузии Идентификация режима осуществлялась построением кривой сушки.

2. Разработана методика обработки экспериментальных данных. Получено уравнение, позволяющие количественно оценить изменение коэффициента скорости сушки от скорости теплоносителя.

3. Экспериментальные исследования процесса сушки микросферы в лабораторной аэрофонтанной сушилке показали' с увеличением скорости воздуха конечное влагосодержание материала увеличивается за счет выноса недосушенных частиц.

4. Получена полуэмпирическая модель, описывающая зависимость конечного влагосодержания микросферы в аэрофонтанной сушилке от основных параметров теплоносителя Определены эмпирические коэффициенты для микросферы

5. Полученная модель одновременно учитывает гидродинамику потока и время пребывания материала.

6 Полуэмпирическая модель применима для описания реального процесса сушки в аэрофонтанной сушилке Абсолютная погрешность теоретически рассчитанных значений конечного влагосодержания по сравнению с эмпирическими не превышала 10 %.

7. На основе модели выполнен расчет и проектирование промышленной аэрофонтанной сушилки для установки переработки влажной микросферы на предприятии ООО «Гранула» г. Асбест.

В При изучении процесса улавливания летучей золы и микросферы на моделях центробежно-электрических пылеуловителей ЭЦВ и ЭЦГ установлено: наложение электрического поля на центробежное увеличивает скорость осаждения частиц, что сказывается на увеличении эффективности пылеулавливания; с увеличением скорости потока эффективность пылеулавливания под действием электрической силы понижается, поскольку уменьшается время пребывания частиц.

9. Получено полуэмпирическое критериальное уравнение для расчета степени очистки лабораторного электроциклона ЭЦВ от летучей золы.

10. Разработана конструкция опытно-промышленного электроциклона для улавливания летучей золы производительность 50 тыс.м3/ ч по очищаемому газу и его основных узлов для Красногорской ГРЭС, г. Каменск-Уральский

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

Буквенные обозначения: dW

--скорость сушки, кг/с,

dr

F, FMaT - поверхность материала, м2;

р - коэффициент скорости сушки, м/с, кг/с-м2-мм рт.ст,

к - упругость пара, мм рт.ст;

Рп - парциальное давление, мм рт.ст;

Wr - скорость воздуха (теплоносителя), м/с;

цг - динамическая вязкость газа (воздуха), Па-с

рг - плотность газа (воздуха), кг/м3;

Х„ - начальное влагосодержание материала, кг/кг;

Х„ - конечное влагосодержание материала, кг/кг;

Хкр - критическое влагосодержание материала, кг/кг;

Хр - равновесное влагосодержание материала, кг/кг;

tr - температура газа (воздуха), °С;

W - количество испаряемой влаги, кг/с,

г| - степень очистки (эффективность пылеулавливания), %;

d4 - диаметр частиц, м;

WBV - скорость газа на входе в электроциклон (входная скорость), м/с, ДР - гидравлическое сопротивление, Па, тс - масса сухой пробы материала, кг; d0 - диаметр входного отверстия, м; D„ - диаметр аппарата, м;

GM - производительность по сухому материалу, кг/с; А - степень проскока,

тпр' тйр >r _ время пребывания газа (воздуха), с

г„7 - время пребывания материала, с;

Gr - производительность по газу, кг/с;

Drop - диаметр горловины, м;

V„ - объем аэрофонтанной сушилки, м3;

У г - объемная производительность по газу, м3/с;

Up - рабочее напряжение, В;

Ъ, - коэффициент гидравлического сопротивления;

W0 - условная скорость газа, м/с;

I - ток короны, сила тока, А; 1 - межэлектродное расстояние, м; Н - высота активной зоны, м;

А„ - напряжение сушилки по испаряемой влаге, кг/м3-ч; Rer - критерий Рейнольдса для воздуха.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Инюшкин Н.В., Новиков К.Л., Новиков Л.М. / Исследование процесса очистки газов от пыли в центробежно-электрическом пылеуловителе с перфорированной вставкой // Экономическая реформа в России: проблемы, дискуссии, пути развития. Тезисы докладов Всероссийской научн,-практ. конф УГЭУ. Екатеринбург. 1996.

2. Новиков JI.M., Инюшкин Н.В., Новиков К.Л., Ермаков А А. / Прямоточные электроциклоны ЭНВГК и их преимущества перед электрофильтрами // «Алюминий Урала-99». Тезисы докладов 4-ой региональной научн -практ конф ОАО «БАЗ» Краснотурьинск 1999 с. 102-103

3 Патент № 2142853 РФ. Электроциклон / Новиков К.Л., Инюшкин HB., Новиков Л.М.. Ермаков A.A. // 1999.

4 Новиков Л.М , Инюшкин Н.В., Шамриков В М, Новиков К.Л., Ермаков A.A. / Эффективный пылеуловитель // Металлы Евразии. № 5.1999. с.84-85.

5 Новиков К.Л., Инюшкин Н.В., Ермаков A.A., Новиков Л.М. / Центробежно-электрический пылеуловитель // Экологические проблемы промышленных регионов. Тезисы научно-технической конференции «Уралэкология-Техноген 2000». Екатеринбург. 2000. с.91.

6. Новиков Л.М., Инюшкин Н.В., Новиков К.Л, Ермаков А.А / Циклон ДПЦ для грубо-средней и частично тонкой очистки газа (воздуха) в системах пылеулавливания И Экологическая безопасность Урала Тезисы докладов научно-технической конференции в рамках международной выставки «Уралэкология, Техноген - 2002». Екатеринбург. 2002 с.99

7. Новиков К.Л., Инюшкин Н.В., Ермаков А А., Родин В.Н., Новиков Л М / Влияние высоты активной зоны электроциклона и скорости газа на эффективность пылеулавливания // Актуальные проблемы современной энергетики. Труды всероссийской научно-технической конференции, посвященной 70-летию кафедры тепловых электрических станций. Вестник УГТУ-УПИ. № 3 (18). Екатеринбург 2002. с 229-232.

8. Новиков K.JI, Родин В.Н., Инюшкин Н.В., Ермаков A.A., Берг Б.В / Исследование процесса улавливания золы в поле центробежно-электрических сил // Актуальные проблемы современной энергетики. Всероссийская научн. - техн. конф. к 70-летию кафедры ТЭС. Вестник УГТУ-УПИ. № 3 (18). Екатеринбург. 2002. с.233-236.

9. Новиков K.JI, Инюшкин Н.В., Родин В.Н., Берг Б.В., Ермаков A.A., Новиков Л М. / Экспериментальные исследования процесса очистки газов от золы в горизонтальном электроциклоне и разработка опытно-промышленного золоуловителя производительностью 100 тыс. м3/ч газа для Красногорской ТЭС // Теплоэнергетика. Вестник УГТУ-УПИ № 3(33). Екатеринбург: ГОУ УГТУ-УПИ. 2004. с.213-219.

Ю.Новиков К.Л, Ермаков A.A., Ермаков С А. / Влияние температуры на кинетику сушки летучей золы // Теплоэнергетика. Вестник УГТУ-УПИ № 3(33). Екатеринбург: ГОУ УГТУ-УПИ. 2004. с.234-235.

П.Новиков К.Л, Ермаков A.A. / Влияние температуры на кинетику сушки формовочного песка // Серия химическая. Вестник УГТУ-УПИ № 7(37). Екатеринбург: ГОУ УГТУ-УПИ. 2004. с.163-164

12. Новиков К.Л, Ермаков A.A. / Кинетика сушки алюмосиликатных полых микросфер // Научные труды V отчетной конференции молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ Сборник статей. В 2 ч. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. 2003. ч 1. с. 402-404

13. Новиков Л.М., Инюшкин Н.В., Новиков К.Л, Ермаков А.А / Применение циклонов ДПЦ для усовершенствования систем аспирации от дробильно-сортировочного оборудования горнопромышленных предприятий // Химия и металлургия Научно-технические разработки для промышленного производства. Научно-практическая конференция. Екатеринбург. 2004 с 76.

14. Инюшкин Н.В., Новиков К.Л, Родин В.Н., Берг Б.В., Новиков Л.М. / Очистка дымовых газов ТЭС от летучей золы экибастузского угля в горизонтальном электроциклоне // Экологические проблемы промышленных регионов. Всероссийская научно-техническая конференция. Екатеринбург. 2004. с.243-244.

15. Новиков К.Л., Ермаков A.A. / Исследование кинетики сушки алюмосиликатных полых микросфер на аэрофонтанной сушилке II Уральск, гос. техн. ун-т. Екатеринбург. 2005. с.9: ил. - Библиогр.: 3 назв. - Рус - Деп. В ВИНИТИ 09.08.2005, № 1128-В2005.

16. Новиков К.Л., Ермаков A.A. / Улавливание золы и микросферы в центробежно-электрическом пылеуловителе // Уральск, гос. техн. ун-т Екатеринбург, 2005. с.9: ил. -Библиогр.: 1 назв. - Рус. - Деп. В ВИНИТИ 09.08.2005, № 1129-В2005.

17. Новиков Л М., Новиков К.Л, Ермаков А.А. / Некоторые аспекты развития теории пылеулавливания применительно к центробежно-электрическим аппаратам // Флагману прикладной химии на Урале - 75 лет Сборник трудов. Екатеринбург 2005. с 172-179.

18. Новиков Л.М., Новиков К.Л, Ермаков А.А., Инюшкин Н.В / Применение циклонов НВГ и ДПЦ в системах пылеулавливания и разработка высокопроизводительных электроциклонов ЭНВГ // Флагману прикладной химии на Урале - 75 лет. Сборник трудов. Екатеринбург 2005. с 182-189.

Подписано в печать Плоская печать

Формат 60 х 84 1/16 Бумага писчая

Тираж 100 Заказ № 19

Ризография НИЧ ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира 19