автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Повышение эффективности работы инерционного пылеуловителя

¡21.0 59*

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРОТ1 ' ШЁВСШ'1 Щга31ШР1Ю-СТР0!1ТРЛЬ!ПГ1 ИНСТИТУТ

На правах рукопксп

ГУМ) -МРУК ШРШЩ

пометив эм-шчшостя работы инерционного 'шиеуяовктмя

Оа.ЗЗ.ОЗ - Теплоелпбжвте, газоснабжение, вентадяцяя, концяцпсдарованпе воздута я освещение

АВТОРЕФЕРАТ

фю.сертапт на согтскаиге учено"! степени кандидата . технических наук

Киев . - 1992

Работа выполнена на кафедро "Теплогазоснабжение, венти-лящня и использование тепловик вторэтннх энергоресурсов" Харьковского инженерно-строительного института.

Научный руководитель Официальные оппоненты

Ведущая организация

кандидат технических наук Шуиляков А.В.

доктор технических наук, профессор Успенский В, Л.

кандидат технических наук Задодапшй В.

ШО "Энергосталь" г.Харьков

Защита состоится С\£\ £¿011992 г. в_часов .

на заседают специализированного совета К 068.05.08 в ¡{невском инженерно-строительном институте /.152037, г. 'Киев, Воздухофяотский пр. 31/.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Невского инженерно-строительного института.

Автореферат разослан "__£_"

Учений секретарь специализированного совета

Накорчепская В. ь.

■ о

«УДУ,

ОБЩАЯ ХАРШЕНКЗТШ РАБОТ)!

¿КИМьцодтизаботи. Бурнсэ развитие металлургической, химической и машиностроительной! промииленности, а та!сзе производство электроэнергии обуславливает возрастающее загрязнение атмосферного воздуха. Высокая концентрация пили во многих районах земного шара подтверждает, что обеспыливание технологических и вентиляционных выбросов является важнейшей международной проблемой. Одним из путей решения которой является повышение эффективности работы палеулавливавщего оо'орудоваиия;

Анализ тенденции производства и сбыта пылеулавливающего оборудования на мировом рынке показал, что большим спросом • пользуются высокоэффективные суме пылеуловители.

Данная диссертационная работа посвящена разработке высокоэффективного сухого пылеуловителя вихревого с центральной трубой и подачей криогенной жидкости /П1Щ/. Учитывая важность проблема предотвращения загрязнения атмосферного воздуха за счет улучшения очистки газовых выбросов, мо&но считать, что тема диссертации актуальна.

Цельв работы является повышение эффективности работа инерционного пилеуловителя.

Провести анализ сущеотвувщпх способов и оборудовакгя догя очистки газа и обосновать преимущества прелагаемого способа и конструкции пплеуловителя; исследовать процессы взаимодействия капель криогенной жидкости с дясперсшш потоком,' аэродинашпсу рабочей камера пылеуловителя, эффективность ого работы и энергозатраты; разработать методику инженерного расчета аппарата,

• Нщалая_ШШ1Ш :

предложен новый способ позшения эффективности работы и конструкция пылеуловителя, обзошчивавщая очистку газа с эффективностью более 98 - 99 % при улавливании бентонитовой глины, графитовой, глюкозы, крахмалтя др. видов пили.

Эффективность работы- предложенного пылеуловителя пэ остаточной запыленности выше. существующих вихревых аппаратов .на 50 - 70 %.

Представлена математическая модель, позволяющая исследовать процесс взаимодействия капель диспергируемой криогенной жидкости с газовнм потоком в пылеуловителе.

Предложена математическая модель аэродинамики рабочей камеры пылеуловителя ПВЦК для расчета распределения составляющих скорости при взаимодействия двух встречных закрученных потоков очищаемого газа.

Получены зависимости эффективности работы и затрат энергий от определявших режшно-конотруктнвннх параметров ПЕВД.

Проведены экспериментальные исследования пылеуловителей без подачи и с подачей в аппарат жидкого азота. Полученные результаты подтвердили правильность предложенных математических моделей, высокую эффективность работы ТШЖ.

Практическая ценность. Предложена усовершенствованная конструкция пылеуловителя с использованием жидкого азота, которая может применяться в любых отраслях промышленности* например: ферросплавной, химической, пищевой и т.д. для очистки газа от мелкодисперсной тали.

Йа защиту игаоодтсд : .

Результаты исследования тепломассообмена в система "дисперсный поток - капли криогенной жидкости".

Результаты теоретических п экспериментальных исследований аэродинамики рабочей камеры пылеуловителя, полученные зависимости эффективности работы и энергозатрат аппарата от его режимно-конотруктившх параметров.

Результаты численного моделирования характера движения скоагулировавагахся частиц пшш в рабочей камере ПВЦК.

Методика инженерного расчета аппарата.

Апробация работа: результаты работа доложены и обсузде-ш: на семинаре организованном республиканским домом экономической и научно-технической пропаганды, г. Киев, 1990 г. "Пути повышения эффективности использования низкоеортних углей п совераенствование системы пылепоцачи на ТЭЦ"; на семинаре организованном Харьковским домой ученых, 1990 г.; на 45 научно-технической конференции Харьковского инженерно-строительного института, 1991 г.; на республиканской научно-технической конференции "Проблемы и опыт охраны окружающей .

ореад в республике", г. Днепропетровск, 1990 г.

Оу&ШШШЦ: по теме диссертации имеются дне публикации.

Структура и обьем работы: диссертация включает 5 разделов, основные выводи, список использованной литература и приложения. Обьем диссертационной работы составляет 100 отрашщ машинописного текста, 60 рисунков, 3 таблицы. Список использованной литературн включает 89 наименований.

содзралинз РАБОТЫ

На основе анализа преимущества и недостатков различных способов очистки газа к конструкция пылеулавливающего оборудования модно считать, что перспектавииш являются усовершенствованнее конструкции сухих механических пцлеул овит елей, среди которых наибольший интерес представляют вихревые пылеуловители, имеющие более высокую эффективность работы по сравнении с существующим сухими механически!,ш палеуловите-лями.

а Харьковском инженерно-строительном институте разработаны конструкции пылеуловителей вихревих с центральной трубой ШЩ производительностью от 1500 до 60000 а /ч очищаемого газа.

Одним из методов повышения эффективности работы шие-уловителей ПВЦ является дпопоргироваиие криогенной жидкости в межлопаточаои пространстве завихрителя. Это дает возмож-' ность использовать преимущества мокрого способа очистки rasa сохраняя при этом все достоинства сухого способа. В качестве криогенной жидкости выбран^ жидкий азот.

Испарение капель жидкого азота в дисперсии,! потоке значительно усиливает такие эффекты как терло- а диффузиофорез, стефзновское движение средн.

При диспергировании криогенной жидкости в дисперсном пылегазовсм! потоке между каплями жидкости, газом и частицами шли происходят сложные процессы обмена массы, количества движения и энергии.

При составлении математической модели процесса взаимодействия капель зтцкого азота и потока газа, течение в канале принято одномерное п стационарное, капли и частицы шли. равномерно распределены по сечению канала; при рассмотрении уравнения движения капель жидкого азота учитывается только сила аэродинамического сопротивления.

При испарения капли вблизи ^е температура газа понизится до температуры точка росы, что приведет к конденсации паров водн содержащихся в газе. Твердые примеси под действием сил инерции, тер,ю- и щгф^узпофореза будут перемещаться в сторону капель. При полям кслзренпи капель произойдет их коагуляция. После выгода из завихрителя крупные конкреции пыли будут отбрасываться к стенкам аппарата н уноситься вторым потоком в бункер. При этом часть сконденсировавшихся паров воды испаряются и.частицы пили будут уловлены в виде сухого продукта.

При исследовании процесса взаимодействия капель крио--генной жидкости и пылегазового потока сначала рассмотрены процессы тепломассообмена капель жидкого азота с потоком га-■ за /без пыли/, а затем рассчитывается количество пили скоа-гулированноЯ капля жидкого азота.

, Процесс взаимодействия капель криогенной жидкости и .чистого газового потока описан следующей системой безразмерных уравнений :

Л/

Таблица I

ф ! а ! ь 1. С 1 С/

0 1 г* {

Я'Т ъг гг + - с)г ^

Ч-ъГу к £ 1 1 1 С5"к У / 1 0

где Ш - завнярзгшость; > \1,р - осевая , радналь-

нал я тангенциальная составляющие скорости потока газа в рабочей камере, м/с; - козЛ^пциенги соответственно молекулярной и турбулентной кинематической вязкости, м (¿^ - эшшрэтесгаге константы; / - источников«?! член.

Данная система уравнений решается методам;! численного моделирования с целью расчета составлявших скорости )

ц^р ? по радиусу н. высоте рабочей камери ПЗЦ:!. Сопо-

ставление пробил скоростей общего потока очищаемого газа в рабочей камере ШДК, построенные по результатам численного моделирования и экспериментальных данных указывает на их качественное согласование. Разница численных' значения составляющих скоростей не превышает 20 %, что показывает их удовлетворительное совладение.

Система урашешЯ двияэшя частиц пили в рабочей камере пылеуловителя представлена в следующем виде :

áL - -í_ ( d2h.f+ r Л|,r - irJ* - 2 [di! + ч c'jRj r

de~ г dt ' Jé * fel

где ^ -ускорение свободного падения, и2/с; Cfc, - коэффициент аэроцгаачггческого сопротивления частицы пили.

Решая систему уравнении /3/ на DTÏ.1 рассчитывались траектории движенияч частиц пили в рабочей камере ШЩ от момента их выхода из завихрителя до попадают в бункер, Jado, уноса из рабочей камеры пылеуловителя. При этом значения'.Ü¡tr, iSif.r ^г г' пРШ1Шалцсь 113 решения системы уравнений /2/.

Анализ получешхнх результатов показал, что частицы размером более 2 г.тол могут полностью улавливаться эпщ аппаратом. При размере частиц аeme 2 мш улашпгваотся только те, ■ которые при выходе из завихрителя оказываются от оси рабочей камеры аппарата на расстоянии A¿ ^05(2' Частицы оказав-' ■ ииеся в приосевой зоне ¿05fi. могут выноситься потоком из пылеуловителя. С целью определения правильности выбранных математических моделей путем сравнения результатов, рассчитанных по теоретическим зависимостям и полученных экспершен-тально были проведшш экспериментальные исследования на лабораторной установке, представленной на prie. 3. Установка включает следующие элементы: вентилятор дня подачи первого газового потока и удаления очищенного потока I, вентилятор для подачи второго газового потока 2, дозатор пыли 3, напорная трубка 4, шкроманометр 5, термометр 6, завихритель 7, сосуд йзара 8, вакуушрованная трубка № подачи жидкого азота в аппарат 9, компрессор 10, медная трубка II, гибкий шланг 12, короткий насадок 13, корпус рабочей камеры 14, бункер 15, бункер накопитель 16, эжектор 17, центральная труба 18, сопло для подачи второго газового потока 19, воздуховод для подачи первого 20 и второго потока 22, подставка для сосуда Драра 23, Вентиль для ваккушроватщ трубки 9.

1С

Распределение скорости газового потока в рабочей камере 1ЩК вдоль радиуса в 9 сечения измерялось с помощью термоанемометра. Полученные результаты показывают, что if^ в рабочей камере ПВЦК более равномерно распределена по сравнению с аналогичными аппаратами без центральной трубы. Макси-иальнаяс скорость if^ смещается от оси в области % ~ ~ /0,25 - 0,59/- R и составляет примерно 0,50 - 0,85 от соответствующего максимального значения 1f^ для того же аппарата, но без центральной трубы. Такое перераспределение

ifg вдоль радиуса ПЗ'[К увеличивает время пребывшим частиц в рабочей камере аппарата. В зоне взаимодействия первого и второго потоков при t — Ot8 R. значение = 0 по все! высоте пылеуловителя.

Максимальное значение if^ потоков газа находится в области ^ и OQOß. и не совпадает с координатой,' где

гг2=о

На йормнровашш нройилел общей скорости очищаемого газа в рабочей камере 11ВЦК оказывает влияние 1Гц, , т.к. по абсолютному значению эта составляющая шеет наибольшее значение по сравнению с Ц^ и ' ifz . •

Максимальное значение Ifg совпадает с максимальным значением If^ и находится на расстошпш 0,9 - 0,95-R. . При этом в основном объеме lfz 'направлено от оси к стенкам, а в пристенной области при 0:В5R¿Z й /? - от стен, ки к. оси ГВЦК.

Для анализа влияния режмно-конструктивных параметров на эффективность работы пылеуловителей исследовашш проводились по полному факторному эксперименту. В качестве определяющих факторов были выбраны следующие параметры: расходы первого зСГ1 11 второго JZrj потоков газа ;

высота Н и диаметр рабочей камеры аппарата £) ; диаметр центральной трубы с/4г. и соотношение расходов второго и . первого потоков газа ^г, . При этом значение параметров изменялось в пределах 0,35 .< т ^ 0,8; 1,0 £ Hfo <• 4;,

о ^ d^fa < о.з.

Анализ полученных результатов показывает,.что эфиектив-- ность работы вихревого пылеуловителя м в основном зави-

сит от соотношения расходов ьп. . При ууь 0,35 улавливаются только крупные частицы и частици оказавшиеся в пристенном пограничном потоке вблизи входа в бункер. При увеличении пь эффективность работы пылеуловителей увеличивается и при т- =0,5 для ПВШ( достигла максимального значения.

Зависимость - -Р ( ^/$>) также увеличивается с увеличением высоты рабочей камеры (-1 . Тал при увеличении в пределах -У(0£> ^ Н $ 20& значение ^ увеличивается примерно на I - 1,5 % через каждые 0,51£) . Но начиная с скорость увеличения резко снижается и составляет менее 0,5 %.

На ^ работы аппарата оказывает влияние соотношение с/^т/^з . Наименьшая эффективность работы соответствует аппарату с с/цТ¡£>-0 , т.е. пылеуловитель без централь-нон трубн и увеличивается с ростом диаметра центральной трубы до с(и,т/£> =0,(2 • Дальнейшее увеличение приводит к снпжегаго ^ вследсТЕИи роста осевой составляющей скорости и выноса частиц пыли из аппарата.

Исследования фракционной эффективности работы аппарата ПЗЦ и ПВЦК показали, что диспергирование жидкого азота в меж-лопагочном канале зэвихрителл целесообразно при ¿¿^ глкм. Экспериментальным путем установлено, что эффективность работы 1ШЩ{ с подачей жидкого азота в иеидопагочные каналы завихри-теля увеличивается на 50 - 70 % /по остаточной запалепносгсг/ при очистке воздуха от лшпп лразмача, глюкозы, муки, л других видов пили.

Влияние т, на приведенные потери давления в аппарате Д РИр следует объяснять тем, что с увеличением расхода второго потока рост А Р практически пропорционально росту расхода второго потока при - Сои5^ • Вшяе-

шю кзменегай И¡-¡^ т л Р имеет вид наклонных кривых, что свидетельствует о нелинейности зависимости АР от Н/^ , По'абсолптпым значениям ДРпр' составляет от ,

0,97 кПз /при Ьгь = 0,35 и И/р = I/ ДО 1,46 кПа '/при пи = 0,0 и Н /•£> = 3/. При оптимальных значениях ПЬ = 0,5 и Н/о =2, дР„р составляла 1,16 -

1,19 кЯа. Результаты исследований показывают, что максимальное значение эффективности может быть достигнуто при т- = = 0,5 и . ЛРпр = 1,2 к11а, Н/ф, = 2, ¿чгД, = 0,2. Уменьшение,' либо увеличение вышеуказанных режимн о-к о не трук-тивных параметров приводит к снижения - из-за ухудшения аэродинамической ситуации в рабочей камере пылеуловителя.

ОСНОВНЫЕ ШВОШ

1. Предложены способ повышения эффективности работы и конструкция инерционного пылеуловителя с эффективностью работы на 50 - 70 $ /по остаточной запыленности/ выше чем существующие аналогичные аппараты.

2. Предложены теоретические зависимости, позволяющие определить параметры капель яищеого азота и потока газа при их взаимодействии в межлопаточных каналах завихрителя.

3. Установлены закономерности распределения скоростей потока газа в рабочей камере экспериментальным путем и методом чяслешюго моцелировашш. Доказана удовлетворительная сходимость полученных результатов.

4. Получены зависимости для расчета эффективности работы и энергозатрат при очистке газа от пыли с подачей и баз подачи жидкого азота в пылеуловитель.

5. Установлен характер распределения функдай тока и траектории движения частиц пшш в рабочей камере ПВЦК.

6. Разработаны методика расчета ПВЦК и схема промышленной установки.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах :

1. Щушлякои A.B., Гулам. Ф. Г,I. Использование криогенной жидкости для очистки газа от примесей, - Депонир. в- ШИИНТПИ Госстрой СССГ. Библиограф, указатель депонир. рук. М., 1990, выпуск №4. ,

2. Щушляков Л.П.. Гулам Ф.Ы. Очистка газа от вэрыво- и пожароопасной Ныли. - Б кн.: Проблемы и опыт охраны окружавшей среды в республике. Тез. докл. Ресиубл. таучно-техи.конф. - Днепропетровск, 1990, вып. I. С. 36 - 37.