автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Разработка и расчет устройств для разрушения отложений и пылеулавливания с управляемым вихревым потоком

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАГЛЕМП ИНСТИТУТ ХИМИЧЕСКОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

На праоад рукописи

ШЛРЫГИН Михаил Павлошш

РАЗРАБОТКА И РАСЧЕТ УСТРОЙСТВ ДЛЯ

РАЗРУШЕНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ И ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ С УПРАВЛЯЕМЫМ ВИХРЕВЫМ ПОТОКОМ

Специальность 05.17.08 — Процессы п аппарати химической технологии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва — 1992

Работа выполнена в Казахском химико-технологическом институте.

Научный консультант Почетный химик СССР, доктор

технических наук, профессор ЛЗ.С.БАЛАБЕХОВ

. Официальные оппоненты:

Локтор технических наук, профессор В.Н.ЕЛ№1!ЧЕВ

доктор технических наук, профессор Н.Н.К/ЛОВ

доктор технических наук А.Е.ЕА.1Ь,ЦБЕРГ

Ведущая организация:

Казахский государственный проектний и нпу'шо-исслелопятельский • институт фосфорной прокьтленности Кл.тНИИГипрсфосфор

. . Защита состоится Л. 1992 г. в часов

на заседании спе'гуялипировянного сопета Д 063.44.01 при Московском кнституте хиуического машиностроения по адресу: 1(77884, Москва, Б-66, ул. Старая Басмакная, 21/4.

С диссертацией мо*но ознакомиться в библиотеке института.

... 1 Автореферат разослан "¿-У * А "Л* 1992 г..

Ученый секретарь специализированного совета

О.Н.ЕОШАЕВ

?!*'«.

■ ■■ ' ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

(

~^.'^1^ктуяльноеть работы. Сложные процессы, происходящие в стране и »даровом сообществе, связанные с переоценкой сырьевых потенциалов, возможностью создания безотходных и малоотходна технологий требуют комплексных подходов как к вопросам технологи?, так и к аппаратурному оформлению схем, позволяющих многократно повысить производительность и эффективность оборудования, снизить его энерго- и материалоемкость.

В решении это" проблемы доминирующую роль играет способ целенаправленно? передачи энергии в зону активной обработки взаимодействующих фаз.

Широко используемые в настоящее время "аппараты для обработки газов, жидкостей и твердых веществ в основном работают при высоких скоростях потоков. Однако дате при турбулентных режимах имеются неиспользуемые резервы. Это приводит не только к снижению эффективности протекающих процессов, но и к образованию на внутренне? поверхности и контактных устройствах агрегатов трудноудаляемыг отложения, что Вызывает простои, ухудшение качества и безвозвратные потери продукта. Особенно интенсивно аутогезия происходит при переработке сйпучих и пульпообразных материалов в процессах хранения, дозирования, сушки, охлаждения и-пылеулавливания.

Указанные проблемы можно устранить конструированием устройств на основе использования закономерностей образования, движения и взаимодействия вихревых потоков. Поэтому изыскание способов активного воздействия на структуру турбулентных потоков и разработка на их основе высокоэффективных устройств для разрушения отложений и пылеулавливания является актуалья нкм.

Работа вклвч®ип в разработанную АН СССР Программу исследований по важнейшим Фундаментальным проблемам "Разработка научных основ создания новых процессов и аппаратов химической технологии и методов интенсификации существующих процессов" (подраздел Т.2. и 3.2) на Т978-1990 гг., Межведомственный ЮТ - совместных работ организаций Минхимпрома и вузов МВ и ССО КазССР на 7978-т985 гг. (раздел 4), Межведомственный план совместных научно-технических и поисковых работ, выполняемое организациями и предприятиями Минудобрений и институтам! Акадо-

мин наук и Минвуза КазССР в Т986-Т990 гг. (раздел 2.14.45. ТЭ, а также тематически" план научно-исследовательских работ Казахского химико-технологического института Т977-Т991 гг;

Цель работы. Научное обоснование создания высокоэффективных устройств для разрушения отложений и пылеулавливания на основе использования способов управления движением и взаимодействием вихревых потоков, а такие внедрение их в промышленность и разработка технической документации для серийного производства. Для осуществления этой цели потребовалось решить следующие задачи:

- анализ физико-химических свойств пылей и структурно-иеханических характеристик отложений и их классификация;

- изучение закономерностей образования, движения и взаимодействия вихрей, а также особенностей формирования и распространения ударных волн:

- разработка и исследование эффективности устройств для разрушения отложений и пылеулавливания;

- моделирование и расчет процессов разрушения отложений и пылеулавливания;

- технико-экономическая оценка и промышленная проверка эффективности .разработанных устройств.

■Научная новизна. На основе теоретических и экспериментальных исследований научно обоснованы принципы использования организованных вихревых зон для интенсификации гидромеханических (пылеулавливание) и тепловых (горение) процессов. При этом впервые:

- установлена эффективность управляемого воздействия нг^ структуру турбулентного потока, путем изменения геометрических форм, размеров и расположения турбулизаторов;

- разработана модель течения газовоздушной смеси с горением по каналу импульсной камеры, устанавливающая зависимость между давлением ударной волны и коэффициентом повышения скорости сгорания за счет турбулизации смеси вихревыми зонами;

- игуодя из структуры вихревых зон, их размеров и условий взаимодействия определен диапазон оптимального располо-' жения турбулизаторов, обеспечивающи" максимальную интенсивность процессов;

- предложен механизм разрушения отложений под действием нелинейных возмущени" среды и на это? основе разработана мя-

тематическая модель взаимодействия, учитывающая структурно-механические характеристики отложени" и Форму сигнала ударной волны, а такте условия распространения ее внутри аппарата и взаимодействия с поверхностью;

- на основе турбулентно-инерционного механизма улавливания частиц на каплях разработано математическое описание инерционного и диффузионного осаждения в вихревых зонах, базирующееся на предложенных уравнениях для определения: а) размеров контактных ячеек с учетом явление образования, срыва, движения и взаимодействия вихрей; б) среднего размера капель, образующихся в результате распада пленки жидкости под действием возмущающе" силы газового потока; в) коэффициента захвата, учитывающего режим обтекания и Физико-химические свойства аэрозоля; г) коэ-ЗДициента турбулентное диФФуйии частиц с учетом степени увлечения их турбулентными пульсациями;

- установлен" отличительные особенности и общие гидродинамические закономерности эвекционного и форсуночного аппаратов с организованными вихревыми зонами при ггротивоточном

и прямоточном движениях контактирующих фаз;

- получены уравнения для расчета количества вытесняемой

и удерживаемой жидкости, толщины пленки на элементах р!гуляр-но расположенной насадки, гидравлического сопротивления;

- получены уравнения для определения компонент скорости •газа в зависимости от расходных характеристик потока, геометрических параметров циклона и спирального канала;

- разработана и исследована теоретическая модель процесса инерционного разделения в циклонном пылеуловителе;

- получены зависимости для расчета фракционной эффективности и гидравлического сопротивления, учитывающие изменение тангенциально^ скорости по радиусу спирального канаЛа.

Фактическая ценность и реализация работы в промышленности.

Г, На основе единых принципов направленного воздействия на структуру турбулентного потока разработаны высокоэффективные конструкции генераторов ударных волн, мокрых и сухих пылеуловителе", защищенные авторскими свидетельствами СССР.

2. Проведена инвентаризация источников загрязнений предприятий Ьос^орноР промняленности с последующей классификацией пылегазовых выбросов по составу. Определены физико-химические

свойства пылей и структурно-механические характеристики отделений.

3. Разработанные конструкции генераторов ударных волн мокрых и сухих пылеуловителей с организованными вихревыми зонами прошли промышленные, межведомственные испытания и комплексно использованы в следующих производствах:

- фосфора (улавливания пыли кокса при подготовке сырья к электровозгонке, разрушение отложени" в процессе пылеулавливания печных газов и процессе обезвоживания шлака) на ДПО "Химпром" и Новоджамбулском фосфорном заводе с Фактическим экономическим эффектом 39,76 тыс.руб. и ожидаемым эффектом 223,96 тыс.рубле»1;

- монокальцисфосфата (улавливание пыли монокальцийФос-фата после аппаратов кипящего слоя, разрушение отложений в процессе пылеулавливания) на ДПО "Химпром" с фактическим ¡экономически:.- эффектом ь2Ь,7 тыс.рублей;

- диаммонийФосФата (разрушение отложений в процессе пылеулавливания, дозирования и сушки) на ДПО "Химпром" с фактическим экономическим эффектом 8Т2.35 тыс.руб. и ожидаемым эффектом 306,36 тыс.рублей;

- синтетических моющих средств (улавливание пыли СмС) на ЧПО "ФосФор" с фактическим экономическим эФФектом 56?,67 тыс. рублей;

- кормовых обесфтооенных фосфатов (улавливание пыли) на Дкамбулском супер^юсфатном заводе с Фактическим экономическим эффектом 21,Ь тыс.рублей;

- цемента (разрушение отложений в сырьевых бункерах, электрофильтре и газоходах) на Кузнецком цементном заводе с Фактическим экономическим эЗДектом Ь3,25 тыс.рублей;

- алюминия (счистка отходящих газов от электролизеров) на Красноярском алюминиевом заводе.

4. Созданы методы расчета генераторов ударных волн, мокрых и сухих пылеуловителе". Составлены алгоритмы, блок-схемы и программы для ЭВМ, используемые при проектировании отраслевой научно-исследовательской лабораторией ЧПО "ТосФор" и КазНИИГипро'Ъог^ором.

Ь. Полученные экспериментальные цанные, расчетные уравнения и конструктивные решения для мокрых пылеуловителей с организованны»« вихгер^-ми тонями составили основу техничес-4

кой документации разработанного совместно с Запорожским фи- • лиалом НИИОГаз и КаяНИИГипроФосФор типоразмерного ряда прямоточных аппаратов с регулярной подвижной насадкой: АЛ-150, АП-300, А;1-600 (ТУ 26-01-1057-89).

Апробация работы. Результате работы доложены на всесоюзных конференциях: "Современные машины и аппараты химических производств" (г.Чимкент, 1980,1988г.; г.Навои, 1983), "Технология неорганических веществ и минеральных удобрений" (г.Чимкент, 1981), "Пути создания безотходных и малоотходных производств в основной химии (г.Свердловск, 1981), "Хим-реактор-8" (г.Чимкент, 1983), "Технология связанных материалов" (г.Белгород, 1986); Осесоюзных научно-технических совещаниях: "Мокрые системы пылеулавливания" (г.Запорожье, 1978), "Пути совершенствования, интенсификации и повышения надежности аппаратов в основной химии" (г.Сумы, 1982); Всесоюзном семинаре "Новые достижения в области фосфидов и фосфорсодержащих сплавов" (г.Киев, 1983); отраслевых научно-технических конференциях предприятий и организаций фосфорной промышленности (г.Чимкент, 1978, г*.Москва, 1979); республиканских научно-технических конференциях (г.Джамбул, 1980, г.Чимкент, 1980, г.Караганда, 1985, г.Алма-йта, 1990); научно-технических конференциях: Казахского химико-технологического института (г.Чимкент, 1978-1989), Ивановского химико-технологического института (г.Иваново, 1990).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 50 статей и сообщений, получено 18 авторских свидетельств СССР, издана I обзорная информация и I монография.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка использованной литературы (316 наименований) и приложений. Общий объем диссертации 480 страниц, в том числе 390 страниц основного текста,100 рисунков, 90 страниц приложений.

ПОДЕРИАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, определена цель исследования, сформулирована научная новизна и практическая ценность работы.

Глава I. Методы управляемого воздействия на структуру турбулентного потока

Анализ литературных данных чувствительности пристенных турбулентных течений к внешним воздействиям показывает, что наиболее простым и в то же время эффективным средством активного управления являются геометрические параметры. Расположение на поверхности турбулизаторов (выступов или углублений) приводит к образованию отрывных течений и вихревых зон. 11ричеы, важное значение на структуру потока и выработку турбулентности оказывает форма, размеры и располо -*ение турбулизаторов. При 1Г/Ь к 2 ( 1Г , Я. - соответсг -венно шаг расположения и высота выступов) возникает {СХШ, вЛКИпе 1966) три вихря - один большой между турбули-ааторами и два малых в углах. Механизм обмена массой и энергией состоит в периодических выбросах из вихря массы с малым импульсом и равномерной подпитки его через верхнюю границу из основного потока с большим импульсом. Увеличение шага Iг до Ь приводит к распаду (диссипации энергии) основного вихря и образованию нестационарных колебаний. В отличии от прямоугольной формы, для пилообразных турбулизаторов частота смены вихрей в два раза выше и отсутствуют вихри с обратным вращением, фи плавно очерченной формё турбулизатора выработка турбулентности преобладает над диссипацией энергии. В течениях с физико-химическими превращениями, например, в процессе горения, отмечается (В.К.Баев, В.И.Головичев, 19Ь4) увеличение размеров вихревой зоны до 3 и более раз и образование на крупных вихрях турбулентно-^ го слоя ударных волн.

Управление свободными турбулентными течениями также может осуществляться организацией локальных вихревых зон.Типичные, нииболее часто встречающиеся в качестве контактных устройств в тепло- и миссообменной аппаратуре и пылегазо-очистном оборудовании геометрические конфигурации включают: перфорированные или щелепые решетки, обтекаемые тела и вертикальные экрнны. В зависимости от формы и размеров они производят совершенно разное воздействие на поле турбулентности. Известно; что вкраны и спрямляющие решетки разру-ваот движение большого масштаба с последующим очень боль-6

шим расстоянием релаксации. В то же время имеются (ДЛВи-данные, указывающие на возможность возникновения' продольных вихревых структур с помощью спрямляющих решеток. Это достигается для рядов с определенным размером отверстий и шагом расположения. В последнее время разработаны газоочистные аппараты, повышенная эффективность которых основана на обтекании регулярно размещенных насадочных тел различной формы. Установлено (С.С.Серманизов, 1991) наличие двух экстремумов изменения гидравлического сопротивления при обтекании гирлянды призматических тел с различным вертикальным шагом ¿в > соответствующие режиму одновременного вихреобразования.

Изменение геометрической формы обтекаемого тела влияет на частоту срыва вихрей и размеры вихревой зоны. Например, для прямоугольника при увеличении отношения его длинн "С " к высоте до 2,6 число Струхаля уменьшается от 0,125 до 0,05. При 2,6 наблюдается резкий скачок

числа

¿г до 0,16-0,17. "Дальнейшее повышение с/А приводит к уменьшению ос , но более медленному и при С/Л. * 5

ее =о,п. й .

Структура течений в следе за плохообтекаемши телами, помещенными в канал, отличается от обтекания тела неограниченным потоком. Здесь ширина и длина вихревой зоны, кроме формы тела, также зависит от степени стеснения потока

А =(с(/Д)г.

Например, для диска при —-0 длина зоны £ = 2,6Ы. ; при &дш 0,11 - С =. &,85(1\ при Зя-0,54 -£ = /,2а.

В закрученных потоках (в частности в циклонных пылеуловителях) вихревые зоны формируются: в цилиндрической, части мевду выхлопной трубой и стенкой циклона, в конической части, а также на выходе из циклона. На размеры этих зон и по-реток газа между ними оказывают существенное влияние конструктивные параметры циклона: Иц/О^ (л/1)ц., О/Лц. г1ц/В). Однако, до сих пор не существует единой позиции относительно реальных возможностей управления размерами и формами вихревых течени", особенно это относится я пристенной области и при течениях запыленного газа.

Вихревые зоны являются областью интенсивной генерации турбулентности, причем выработка турбулентности также зави-

сиг от формы и размещения турбулизаторов. Максимум распределения турбулентности приходится на сдвиговый слой, окружающий вихревую зону. Имеющиеся в литературе теоретические и экспериментальные данные свидетельствуют о существенной роли вихревых зон для различных процессов. В частности, режим одновременного вихреобразования в мокрых пылеуловителях повышает эффективность турбулентно-инерционного механизма осаждения, а кольцевая вихревая зона формирующаяся ниже среза выхлопной трубы и уходящая в коническую часть циклона, особенно ее верхняя часть, наоборот снижают эффективность сепарации. Огромное влияние вихревые зоны оказывают на процесс ускорения пламени при движении газовоздушных смесей в трубах (камерах). При этом горение может переходить из турбулентного в детонационное.

Таким образом, изложенное позволяет прогнозировать возможность создания высокоэффективных устройств для разрушения отлочений и пылеулавливания на основе управляемого воздействия на структуру турбулентного потока. Рассмотрим это на примере решения основных научно-технических проблем фосфорной промышленности.

Глава 2. Классификация выбросов и физико-химические свойства пылей и отложений предприятий' фосфорной промышленности

Предприятия фосфорной промышленности являются источниками загрязнения окружающей среды большим количеством отходов, многие компоненты которых относятся к чрезвычайно-и высокоопасным. Инвентаризация источников гззопнлевых выбросов с последующей классификацией позволила свести их к трем группам. К первой относятся технологические и аспи-рационные газы, содержащие только пыль сырья или готового продукта. Она охватывает около 50% от общего количества источников. Ко второй группе отнесли технологические газы, содержащие только туман кислот. Их доля около 9%. Третья группа - технологические и аспирационные газы, содержащие шиь и газообраэние компоненты. Особенностью третьей группы является присутствие в выбросе вредных веществ, находящихся в различных агрегатных состояниях.

Эти классификационные признаки били использованы для анализа состояния воздушного бассе"на предприятий и оценки уровня использования газоочистного оборудования.

Результаты исследований физико-химических свойств пылей сведены в паспорта, которые включают: наименование (вид) пыли, сведения о пылеобразующем агрегате, характеристику пыли (морфология частиц, химический и дисперсный состав, удельная поверхность, плотность, статический и динамический углы естественного откоса, коэффициент внутреннего трения, разрывная прочность, краевой угол смачивания и рН-раствора) и характеристику газа-носителя (запыленность, температура).

Размер частиц пыли в большинстве выбросов относится к крупно- и среднедисперсным. Исключение составляют туманы кислот, аэрозоль оксидов высшей валентности фосфора и возгонная пыль, являющиеся мелкодисперсными. Анализ физико-химических свойств показывает, что ряд пылей склонен к сводо-образованию, обладает плохой сыпучестью, способен налипать и образовывать на внутренней поверхности и контактных устройствах различных агрегатов трудноудаляемые отложения. Практически все пнли (исключение составляет пыль кокса) относятся к хоппшо- и среднесмачиввемым. Это позволяет рекомендовать для окончательной очистки высокоэффективные мокрые пылеуловители с минимальной склонностью контактных устройств к забиванию и зарастанию. Применение-мокрых пылеуловителе" позволяет также совмещать процесс пылеулавливания и абсорбции и тем самым упростить аппаратурное оформление стадий очистки.

Разработанный способ очистки газов от сероводорода с использованием водной суспензии пыли и мелочи фосфорита способствует решению проблемы утилизации отходов производства.

Проанализированы условия образования, форма и структура отложений в зависимости от технологического процесса и вида оборудования, .¡редложена классификация отложений по двум показателям: структуре и прочности слоя на разрыв. В соответствии с пергьч" отложения являются слабосвязанными и связанными, а по показателю прочности - средне- и сильно-

СЛИП!!СМ1.'МИ.

Глава 3. Разработка импульсных камер на основе управляемого воздействия на структуру турбулентного потока. Механизм и эффективность разрушения отложений

Используя принципы управляемого воздействия на структуру турбулентного потока для интенсификации процесса горения газовых смесей разработан ряд конструкций импульсных камер, классификация которых представлена на рис.1. Камера зажигания и выхлопная труба заполняются газовоздушной смесью сте-хиометрического состава, которая после воспламенения от источника зажигания с ускорением перемещается к открытому концу. Ускоряющийся фронт пламени формирует впереди себя волны сжатия, слияние которых приводит к образованию в выхлопной камере комплекса - ударная волна и отстающий от нее турбулентный фронт пламени. Таким образом на срезе импульсной камер" периодически генерируются мощные ударные волны. Эффективность разрушения отложений определяется параметрами ударной волны: амплитудой давления или связанной с этой величиной скоростью ударной волны, частотой и временем воздействия.

Зависимость скорости ударной волны от формы и конструктивных параметров турбулизаторов. Обнаружена интересная взаимосвязь'между вихревыми зонами и газодинамикой горения в канале импульсной камеры. Увеличение значения иепохова-тости до О, Т-0,12 пшводит к возрастанию (рис.2) ско-

рости ударно^ волн", что связано с турбулизаццей смеси за счет интенсивной выработки турбулентности в вихревой зоне между выступами спирали. Иричэм, определенная высота выступов обеспечивает максимальную частоту выброса вихря из пристенного слоя в основной поток, что способствует скорейшему формированию ударниц волне. Дальнейшее увеличение приводит к П0ЛНИ"Н1|1е1П1'0 внутги спиральных выступов больших зг-мкну-тых зон цит^ул яши, ксторге снижают частоту ьгОросов. Кроме того рост Л и/ пгия^дит к повышению гидравлического сопротивления "■■»меры и сумм-чрные потери онепгии на диссипации н1чнн"г>т превышать выр'.ботчу турбулентности. ' плученная зпкономегность (Ьис.З) подтверждает особенности нихрпо^ра-

зевания для течений с горением ггз'Л,,-х смесе". Т"" если

к

1 с^есь /

/аэеЯ&зЛ/и,'»ла

1 е/ггееб /

ан

Г г-ц- - \

1 йдай» ,3

м

32-

V

[ смеа /■3

I сл

4

г г

ТТ

1 _X

М

РисЛ. Классификация импульсных камер: I - камера зажигания; 2 - источник зажигания;

3 - выхлопная камер; 4 - турбулизатор

рассматривать виток спирали как цилиндр, то при его обтекании потоком без протекания физико-химических превращений, периодный режим одновременного срыва вихрей должен наблюдаться при шаге в нашем случае максимальное увеличение скорости происходит при {ш = 7о[сп. Это связано с повышением давления внутри вихревой зоны при горении, что приводит к увеличению вихревого следа. При наблюдается распад основного вихря на несколько более мелких что приводит к сникению выработки турбулентности.

О оу 0.2 43 Лш Рис.2. Зависимость скорости ударной волны I) от величин шероховатости Лы (I) и степени стеснения потока £>я (2) для пропановпздуш-ной смеси

Рис.3. Зависимость скорости ударной волны Л от безразмерного шага шероховатости и- безразмерного шега между кольцевыми турбулизатора-ми 4//г (2); 2 О,но; 3 - 0,6; 4 - 0,9

Сопоставление кривых I и 2 (рис.3) показывает, что тур-булизяторы с плавно очерченной геометрической формо» обеспечивают максимальную выработку турбулентности с минимальными потерями энергии на трение и диссипацию. Устойчивость вихря в зоне между кольцевыми туп'.улизсторами выше, чем у камер со спиральной шероховатостью, на что укязывьет гюлее высокое значение оптимального шага их'расположения ¿т =9А . Изменение пережима, т.е. отношения (¿^/Ы,^ та

кже оказывает

интенсивное влияние на возникновение и р»спад вихпеекх структур, а также соотношение между энергией тур'.улизации и потерями на трение. Как только потеги энергии начинают ггоепыпать выработку турбулентности, скорость удчрной волны снижается (ркс.З кривая 4).

Вихревая зона за плохообтекаемым телом, помещенным в камеру зажигания работает как источник поджигания, передавая тепло вверх против течения газовой смеси к кромке обтекаемого тела. Кроме того периодический срыв вихрей приводит к отрыву горящих молей и сносу их потоком,обхватывая больший объем и ускоряя фронт горения. Существует оптимальное значение (рис.2 кривая 2), обеспечивающее максимальную

величину скорости ударной волны. Значение- * 0,14-0,17 для обтекаемого теЛа (шар) соответствует отношению о[т/(&} = 0,367-0,414. Если учесть, что диаметр вихря (максимальная ширина рециркуляционной зоны) при горении составляет: г,3ит, то ясно, что при &я < 0,14 значительная часть газовоздушной смеси не вовлекается в вихревое движение. Это снижает интенсивность скорости сгопания. *

Значительное влияние на газодинамику горения оказывает координата расположения турбулизатора, поскольку он играет двоякую роль. С одной стороны он является источником вихревого движения и обеспечивает максимальную скорость сгорания смеси. С другой стороны турбулиэатор, являясь препятствием, тормозит распростоанение пламени, снижая тем самым энергию, которая расходуется на турбулизацию. Оптимальное отношение ^т/^-езп - 0|2о, при £ <оЛ кеч и ¿г > ^/^„наблюдается прекращение формирования ударной волны.

Сопоставительная оценка импульсных камер различных конструкций. Анализ результатов исследований показывает (рис.4), что амплитуда давления ударной волны на срезе импульсной камеры с увеличением ее калибра К при ¿хзп ~ МПвй растет. При этом характер темпа роста и достигаемая максимальная величина давления определяется воздействием на структуру турбулентного потока. Необходима определенная длина камер для возникновения и формирования ударной волны. При /С< 10 для камеры с турбулизацней пристенной области наблюдается вибрационный режим горения и формирование ударной волны не происходит. Для камер с турбулизацней ядра потока такой режим наблюдается при К ^ 7, а для камер со смешанной тур-^улизацией при К £ 5. Дополнительная закрутка потока вызывает увеличение мощности выхлопа до 4СЙ при оптимальном значении уровня закрутки = 0,7. Сопоставительная оцен-

ка показывает, что для достижения одинаковой мощности вых-

лопа импульсные камеры с тур-булизацией пристенной области, в сравнении с камерами со смешанной турбулизацией, должны иметь длину в 4 и более раз больше, что естественно вызывает увеличение металлоемкости.

Расчет давления ударной волны на срезе импульсной камеры. Рассмотрена задача распространения пламени по каналу с турбулизатором в виде сферы. На основании уравнения материального баланса поступающей смеси и образующихся продуктов сгорания с учетом коэффициента повышения скорости сгорания Кт за счет турбулизации смеси вихревой зоной получено уравнение

Г К г* 3! К Рис.4. Зависимость давления ударной волны от калибра: I - камера со спиралью; 4,5 - с турбулизатором в виде сферы и кольцевыми турбулизаторами

= 0(4) и ¿з = 0,7(5) 2,3-турбулизатор сфера для расчета амплитуды давления ударной волны на срезе камеры

т

(I)

За*"' £

где: т - масса выброшенных из камеры продуктов сгорания; ^сг'^п/^-"'' полное время сгорания; Ил.с - скорость движения пламени.

Скорость движения выбрасываемых продуктов сгорания рьс-считпвпгтся по уравнению:

п коэффициент ^т для турбулизаторл в виде оЬсры

хам

•Л /,

(2)

А-' - / ■^

гдо

■ Я' /V * У>е ■ ' г. ' г, ' г< \ '

и

А1 А Л/' с,-

средняя-скорость сгорания газо-воздугашП смеси до турбулизато-ра.

Погрешность расчета по уравнению (Г) при коррелирующем коэффициенте А = 0,9975 не прегшает ¿13%.

. Моделирование взаимодействия ударной волны с отложениями. Визуализация процесса •разрушения слоя отложений с помощью скоростной кинокамеры позволила уяснить механизм взаимодействия и представить следующую картину, ilpn падении или скольжении ударной волны под действием импульса давления внутрь слоя распространяется водна напряжения. В результате силового воздействия, т.е. сжатия слоя, наблюдается его перемещение, что вызывает усиление волны напряжения, которая при достижении поверхности стенки отражается и движется к открытой поверхности слоя. Если суммарная величина напряжения превосходит некоторое значение, характерное для конкретного вида отложения, прочность контактов мзгду частицами нарушается, в слое появляются трещины и происходит его разрушение. Возможны два варианта: отлокения расположены на жесткой (недеформируемой) и деформируемой поверхности.

При проектировании действующих на слой сил (рис.5) на

направление радиуса для

(Л^^Уу

Ufa'

Рис.о. Схема действия сил на ело?1 отложений, расположенный

первого варианта получено:

¿Ь plä) fijü&ü« ]П>.Л. =" яг~зе (4)

дх* РЛ Я1

С граничив.!!! УСЛОВИЯМ!:

а) при Х-¿7 5-0

б) при ¿=0

в) при X ОИ-П

дх

Аналитическое рягтение уравнения ( 4 ) было подучено для синусоидальной форт сигнала Р(х,£) на входе в

на цилиндрической поверхности аппчР'1Т

Для форш реального сигнала ударной волны, генерируемой импульсной камерой,, описываемой уравнением

Pfx.ij^Ap^Q (ae +де ),

(5)

решение (4) осуществляли численным методом.

Если слой отложений расположен на деформируемой поверхности при форме сигнала, описываемой уравнением (5), задача решается с использованием следующей системы:

Ш ВьМ дл$ Ру_

дх1' РЛ ' -^Р гфл

Р /С У/1

~л1!Г'ах* + ьг ахг/~ е г

£ f> /-/q /

Fv - ¿j^ +J*G

/I -яег/+$£)

lt>)

с граничными условиями: а) при ¿'О, & 8-0. А'О,

О

7S-U-

Ж:

б, при,—, t0^^

в) при ЛГ'О, о =/1 =D, 01Хщ£ыО J

Уравнения системы (6) решаются численным методом.

Результаты расчетов показывают, что для формы сигнала, описываемой уравнением (5), при прочих равных параметрах деф-рыацяя слоя ¿^ происходит значительнее, чем при ступенчатой или синусоидальной. Причем, чем больше толщина отлокений dor , тем эта разница становится ощутимее, Диакси-иальняя величина б" для формы сигнала генерируемой импульсной камерой на жесткой поверхности слабо зависит от /,$аГ и наблюдается при t «"^б-КГ3 с. Если отлокения расположены на деформируемой поверхности, то величина 3 увеличивается на 20%, а время при котором достигается максимальная деформация слоя составляет околц (3-3,5)-Ю-3 с. 16

Визуализация процесса, разрушения слоя на жесткой поверхности с помощью скоростной киносъемки показывает, что подъем слоя начинается через МО"3 с, а время, при котором "max, совпадает с длительностью фазы сжатия ударной волны.

Напряжение по мере распространения сигнала по длине отложения затухает (рис.б). При этом в слое отложений на деформируемой поверхности оно в 1,3-1,4 раза выпе, а линия максимальных величин напряжений сдвинута по времени в сто- . рону меньших величин.

Разрушение слоя при воздействии на него ударной волны для условия разрыва запишется в виде:

G'CJT. i) > Тр (7)

где: G>0c,ty напряжение в слое, возникающее от силы внешнего воздействия; Тр - прочность слоя на разрыв.

Таким образом, зная структурно-механические свойства отложения» его толщину, вид поверхности, на которой они расположены, рассчитываются для выбранной конструкции импульсной камеры давление ударной волны на срезе и сила воз- 0

Рис.6. Изменение напряжения в слой на жесткой поверхности на различных расстояниях: 1-/»1м;2- 0,75; 3 -0.5; 4 - 0,25; 5 - 0,15; Аг= 0,05 а 1500 кр/М3;

¿As. * Б- Ю5 Н/ы2

Рис.7. Область очистки отложений ударной волной: I - отложения монокаль-цийфосфата; 2 - отложения о.:.с-,аРу.а. = 8,0 Ю5 н/м2, Р*я. = Т-гоРН/м2

17

ЩЬ'РСТвИ'я 'На слоР отложений в любом сеч.;нии аппарата, 'Ъпро'дёляМтся 'размеры области разрушения. По известно!« к 'моменту начала очистки толщине слоя и глубине отлочениР, где 'достигнуто 'равенство иевду и 7р , рассчитыва-

ется Длительность очистки, а по скорости загрязнения - необходимая частота включения. Если область разрушения отло-тсниР геныле кем разметы контактной зоны, где наблюдается образование отлоченнР, то определяется необходимое количество импульсных камер. Экспериконтальпна данные области очистки отлочениР уцерноП волноР приведен'; на рис.7 и достаточно хороао корродируются с расчетнм:л; значениям!.

Глава 4. Разработка мокрта пылеулосятолэй на основе управляемого воздействия на структуру турбулентного потока

Разработанные конструкции аппаратов с организованный! вихроБкми зонами позволяют значительно расширить области применения мокры* пылеулоЕнтелсР. Отсутствие оросительные

устгюГетв, большое свободное сечение крепег-ньтх решеток { ^ 0,9 м^/к^), значительная порозность (£ = 0,90,96 м3Д',3) и колебание насадки позволяют использовать экекционныР вариант аппарата (рис. 8а) при очистке сильно эапь'леннкх газов и необходимости получения висококонцентрированных растворов. Для очистки больших объемов газов (свкео 200 тгс. м3/ч) предпочтительнее использовать форсуночкь:Р вариант аппарата (рис. 86).

¿правляемое воздеР-

а) Т Ц

Агс/п&р(и.'/7^.1т)

Рис.8. Конструкции аппаратов с органиэованжлщ вихревкми зонами: I - корпус, 2 - насадочный олемент, 3 - струна, \ - кре-пзмая решетка; 5 - каплеулови-тель, б - сепарационная зона,-7 - ороситель, 8 - распределительная реизтча

ствие но структуру турбулентного потока осуществляется путем изменения геометрических форм, размеров и шага расположений насадочных элементов на струне.

Рабочим режимом для обоих моделей является прямоточный, обеспечивающий интенсивное взаимодействие фаз с многократным формированием вихревой структуры, дробле;нида и коагуляцией капель жидкости. При этом необходимо отметить, что сопротивление форсуночного варианта при Wr = 16 м/с,т = 1,о л/м3 не превышает 1,4 кПа, это в 3,4-3,7 раза ниже чем у эжекционного аппарата.

Расчет гидравлического сопротивления аппаратов. Представляя гидравлическое сопротивление сухого аппарата как сумму сопротивлений отдельных участков и определяя гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя с учетом величины задержки жидкости в регулярной подвижной насадке и изменения уровня жидкости в узле эжекции, получены следующие уравнения для эжекционного аппарата РПН

AP-fcn* ^^лф-ФШ^) (в)

и форсуночного аппарата РПН

где: fpn,& - коэффициенты сопротивления патрубка, насадки, решетки, узла эжекции; £„ - порозность насадки в ряду; La - шаг по вертикали; - высота насадки; , - коэффициенты. Для $v получено:

= 0,26 exp fo^2f (Ю)

где: 0g,,Br - коэффициенты, характеризующие степень взаимодействия вихрей в вертикальном и горизонтальном направлениях в зависимости от формы насадки, ее размеров и шага расположения насадки.

Погрешность при расчетах по уравнениям (8) и (9) не превышает -11%.

Моделирование турбулентно-инерционного механизма осаждения в вихревых зонах. Турбулентно-инерционный механизм осаждения частиц пыли на каплях моделировался для ячейки (вихревой зоны), размеры которой определялись исходя из условий формирования и устойчивости движения вихрей. При этом проводилась раздельная оценка эффективности инерционного и диффузионного механизмов пылеулавливания, а также суммарная. Эффективность захвата каплями частиц под действием сил инерции равна:

^а=1-ехр(-± ' (И)

Для определения скорости движения частиц 117 и капель С1К с учетом их деформации использовали уравнение движе-. ния одиночной частицы в вязкой среде:

^ си г ■ и,;(/ * г -д ; (12) ■ з)

где:^-У/<Г - параметр инерционности.

Начальные условия для уравнений (12) и

Для коэффициента захвата получено уравнение, учитывающее условия взаимодействия частиц с каплей и физико-хини-ческие свойства пыли:

где:

величина смоченного диаыетра; в - краевой угол смачивания.

Уравнение (14) хорошо описывает экспериментальные данные (рис.9) в диапазоне 0р5<"«£^< 5. Максимальная эффективность при инерционном осаждении частиц наблюдается на каплях диаметром менее I мм, увеличение с(.к резко 7нижа-ет коэффициент захвата. Причем для гидрофобных пылей падение эффективности значительнее, чем для гидрофи.-ьных. Для ■ больших значений влияние краевого угла смачивания

на . незначительно. 20

Для оценки диффузионного механизма осаждения частиц а вихревых зонах использовали систему уравнений:

if (Zi.,. - ■Яс Яс > Ш

решение которой при ¿ = 0 £¿ = , в частности, для двух последовательно расположеншгх элементов насадки (яче««) дает

<¿D -/-ferp(-Ve/i% ¿J/- expf- Va/U-3 £,)¡j (16)

Здесь V¿ "Sg £a - объем вихря; объемная ско-

рость вихря; - средни» путь движущегося вихря, определяли из условия устойчивости ви'.рэвых цепочек, в частности для элементов насадки из пластин £s = é¿ =23 1

А = va/(v¿ К « г%/(г%

Коэффициент скорости пылеулавливания равен Kn=2>T/Cg, где DT - величина коэффициента турбулентной диффузии частиц, определенная с учетом степени увлечения частиц турбулентными пульсациями, для контактной зоны аппг>рата составляет

7> ¿¿ato* mW^Wt fyyisn d* (I7)

Частота пульсаций определяется частотой срыва вихрей с элементов насадки, в частности, для пластинчатой насадки 05 = /,Овв ¿¿^/6 .

Расчеты по уравнению (17) показывают, что для ¿¿е = I мкм величина (0,1-1,0)-10"^ м^/с в зависимости от

режима работы аппарата, что коррелируется с данными

, 1966) по скорости осаждения частиц на стенки из турбулентного потока.

Средний размер капли, генерируемый элементами насадки, определяли исходя из теории локальной изотропной турбулентности :

где 5лл =б£&/1бипл '¿ц', §лл 'дтУ/г/З М/ш - толщина пленки жидкости на пластине, соответственно, для эжекционного и форсуночного аппаратов.

Численное значение коэффициента в уравнении (18) определено в результате статистической обработки экспериментальных данных, полученных методом "лазерного ножа". Погрешность расчета не превышает -21%.

Результаты экспериментальных исследований показывают, что независимо от организации подачи жидкости в контактную зону: эжекция газовым потоком с последующим дроблением или распыление жидкости через ороситель рост эффективности пылеулавливания пропорционален скорости газа в свободном сечении. ¿'зеличение. повышением 1Х/Г вполне закономерно и связано с ростом , а также снижением размера капель, образующихся в Бихреьых зонах аппаратов. Эти факторы, лежащие в основе инерционного механизма осаждения (уравне-

ш е.в$ ¿и е,2 ttfaswtsttf м

Рис.9. Зависимость коэффициента захвата от числа Стокса

0.6 <?<? / 3 4 I/j./hkm

Рис.10. Фракционные коэффициенты очистки: 1,2 • форсуночный аппарат при Wr = 14 м/с и Wr = -1 м/с; 3,4 -эжекционный аппарат при Wr~ 4 м/с и Wr = 10 м/с; о - — скруббер Вентури

ние II), оказывают существенное влияние на осаждение тонкодисперсных аэрозолей (1-10 мкм). С другой стороны с увеличением скорости потока, возрастает скорость турбулентных пульсаций и их частота, которые обеспечивают интенсивш-'" перенос высокодисперсных'аэрозолей (< 1 мкм), т.е. усиливают турбулентный механизм осаждения (уравнения 16 и 17).

На процесс пылеулавливания значительное влияние оказывает шаг между элементами насадки. Уменьшение ¿г <26 кроме взаимодействия вихрей друг с другом и сложного влияния на механизм их распада, скорость движения и частоту срыва увеличивает количество удерживаемой жидкости, соответственно поверхность осаждения и степень пылеулавливания. При

¿г>2.6 происходит незначительное падение эффективности, хотя энергозатраты растут, что подтверждает сильное влияние вихревых зон на турбулентный перенос аэрозолей. Минимум энергозатрат достигается при =2. Зависимость сте-

пени пылеулавливания от вертикального лага носит более сложный характер. Максимальное значение достигается при ¿я/3 = 2, второй пик с несколько меньшей эффективностью при £е/6 = т.е., режим одновременного вихре-образования обеспечивает наиболее полное использование выработки турбулентности в вихревой зоне и эффективный перенос частиц к поверхности осаждения. Нарушение указанного режима приводит при к возникновению обратной свя-

зи между вихрями. Длина вихревой зоны в этом случае соизмерима или меньше расстояния между турбулизаторами, что снижает мощность вихря из-за его вынужденного срыва. При =

/6 срыв вихря происходит только со второго элемента, что приводит к /ЯШ . При íв>¿!u вихри перестают взаимодействовать друг с. другом и эффективность турбулентного переноса частиц снижается, что приводит к падению степени пылеулавливания.

Данные по фракционной эффективности эжекционного и форсуночного аппаратов с вихревыми зонами подтверждают теоретические предпосылки турбулентно-инерционного механизма осаждения частиц. Разработанные аппараты по эффективности уступают только скрубберу Вентури (рис.Ю), однако их сопротивление в и более раз ниже,- чем у последнего.

Результаты влияния смачиваемости пыли на степень очист-

ки показывают, что заметное влияние гидрофобности сказывается при улавливании частиц размером 2-10 мкм1

Существует Еерхний и нижний пределы размера частиц, вне которых смачизаем.ость пыли не оказывает существенного влияния на степень пылеулавливания. Величина нижнего предела для среднесмачивс-емог пыли 1,5-2,0 мкм, для плохосмачивае-мой - ^ 1,0 ккм. Величина верхнего предела - ^ 10 мкм.

Глава 5. Разработка сухих пылеуловителей на основе управляемого воздействия на структуру турбулентного потока

Аэродинамические исследования поля скоростей для конструкции циклона СЦП-4Э и циклона с подачей вторичного закрученного потока позволили выявить спектры вихревых зон для характерных сечений: в кольцевом зазоре между стенкой'корпуса и выхлопной трубой, под срезом выхлопной трубы и конической части аппарата. Их анализ показывает, что основным движением является вращательное, в котором тангенциальная скорость с достаточной точностью описывается соотношением и обладает подобием по высоте аппарата, При подаче вторичного воздуха наблюдается повышение интенсивности закрутки, что приводит к увеличению эначенук Щ , хотя характер ее изменения так«;е соответствует распределению Рэнкина. Профиль осевой скорости характеризуется течением расходного потока от входного патрубка через спирально-цилиндрическую часть в выхлопнул трубу, наличием выходной приосевой зоны и перийюрийной циркуляционной зоны, которая формируется в цилиндрической части и охватывает до 40% ее сечения, в конической части она приобретает клиновидную форму. В кольцевой зоне осевая скорость имеет незначительную величину. Подача вторичного воздуха приводит к перестройке осевой скорости как по высоте аппарата, так и по его радиусу. В ее профиле наблюдается: обратный осевой вихрь, который опускаясь внутрь циклона постепенно затухает; приосевой выходной вихрь, имеющий клиновидную форму и незначительную тенденцию к росту ¡¿¿>с п0 мепе приближения к выходному патрубку; периферийный вихрь, прилегающий к стенке циклона. Радиальная скорость в кольцевом зазоре

О

равномерно распределена по радиусу, имеет незначительную величину и направлена по всей толщине от стенки к оси циклона. В этом же сечении, как уже отмечалось отсутствуют восходящие потоки и время пребывания частиц в поле центробежных сил максимально. Это свидетельствует о возможности эффективного использования для процесса инерционного разделения именно этой зоны. На этом положении нами разработан ряд конструкций циклонных аппаратов, в которых расходный поток формируется в виде плоско" спирали с постоянной высотой, движущейся от входного патрубка к выходному (рис.11).

Характер движения потока в спиральном канале циклонной камеры. Движение и закручивание расходного потока определяется геометрической формой и параметрами спирали. Для параболической спирали изменение тангенциальной скорости по радиусу составит:

И/,

а

. г / /су у

а для радиальной скорости имеем:

. щ,

10,5

-а

(19)

(20)

Лг>ш

Рис.II. Конструкция циклона со спиральным каналом: I -входной патрубок; 2 - спиральный канал; 3 - днище; 4 - бункер; 5 - пылевыводная щель; б - сепарационное устройство; '? - выходной патрубок

^ 25Г(г + Уё(?) где: - радиус цилиндрической части спирали; Л -радиус выхлопной трубы; & -ширина входного "патрубка;

/г - число витков спирали.

Расчет по уравнениям (19) и (20) представлен на рис.12.

Моделирование процесса инерционного разделения.

Допустим, что скорость частиц любой фракции на входе в спиральный канал равна скорости газа, частицы всех фракций равномерно распределены по потоку, а на стенку осаждаются части-

х

N |

&

цг OJ а

-oj

иг ол oß ae r ее a* 4s ae *

Рис.12. Распределение тангенциальной (а) и радиальной (б) скорости: — - расчет; » - эксперимент цы, находящиеся на расстоянии , величина которого определяется скоростью центробежного осаждения.- Тогда на основании материального баланса для коэффициента фракционной очистки получено:

'С*

/L сих

... > W

(21)

где Y'Zft«

число Стокса. '

Для оценки точности уравнения (21) проведено для стандартной кварцевой пыли = 8 мкм и ¿п6п = 0,66 исследование общей и фракционной эффективности циклона с различными геометрическими характеристиками спирального канала. Выявлено существенное влияние на степень пылеулавливания отношения а./£>ц , что связано с увеличением параметра закрутки при уменьшении &/2}ц .

Максимальная эффективность при минимальных энергозатратах достигается при О/Иц =0,1; 8/Яц = 0,35; d/2>^ = 0,41; . W&x = 22-24 м/с. Увеличение числа витков спирального канала, при прочих равных параметра*, приводит к' более значительному повышению эффективности для частиц с de<2 мкм, чем для мкм. Сопоставление фракционных коэффициентов отм-

етки показывает (рис.13), что разработанная конструкция по эффективности превосходит лучшие спирально-конические циклоны. Для частиц с ds£ 8 мкм циклона со спиральным каналом 'сопоставима с эффективностью вихревых пылеуловителей. Таким образом, экспериментальные данные подтверждают верность выдвинутого исходного положения о целесообразности проведения процесс^улавливания в раздельных каналах, имитирующих плоский спиральный поток. Полученное уравнение 26

(21) учитывает основные геометрические характеристики циклона и спирального канала и удовлетворительно (-12%>) описывает экспериментальные данные.

Гидравлическое сопротивление спирального канала. Рассматривая спиральный канал циклонной камеры как газоход сложной формы, сопротивление которого в основном связано с потерями энергии на трение

4 $ £ 7 6 ?¿¿ухяАля Л Рок. получено:

4 А*. = 2

изка

(22)

Рис.13. Фракционные коэффициенты очистки: I - циклон со спиральным каналом; 2 -СЦН-40; 3 - СК-ЦН-34; 4 - где: Я = 0,0265 - коэффици-СДК-ЦН-ЗЗ. ент трения;

- длина спирального канала; эквивалент-

ный диаметр; аСж = т/г -¡/Яп)- средняя ширина спирального канала.

Глава 6. Примеры комплексной реализации разработанных устройств и аппаратов в промышленности

Анализ работы основных схем при производстве фосфора и его производных, классификация выбросов по составу, определение физико-химических свойств пылей и структурно-механических характеристик отложений, а также разработанные высокоэффективные конструкции устройств для разрушения отложений и пылеулавливания позволяет решить ряд вопросов их комплексного аппаратурного оформления.

Шоизвоцство фосфора. 1!роведены испытания экекционного аппарата РШ с целью улавливания пыли кокса после сушильных барабанов. Выбор этого аппарата диктуется высокой запыленностью газа (<%,= <\5 г/ы3), а также необходиыостьэ минимального расхода чидкости. Положительные результаты (эффективность пылеулавливания 98-99Я при Аа = +0,03 и и = 810 м/с) позволили сдать аппарат в эксплуатации и рекокен-

27

довать к внедрению еще в 3 схемах.

Для удаления вязких слабосвязанных отложений с электродов электрофильтров смонтирована, прошла испытания и внедрена система импульсной очистки. В результате исключены простои для ручной очистки, стабилизирована работа электрофильтра по улавливанию высокодисперснкх аэрозолей.

Для ликвидации рыхлых слабосзязанных отложений в бункерах обезвоживания шлака после промышленных испытаний рекомендован следующий речсш/ работы импульсной камеры А Р</в -0,6 кЛл, частота генерации ударных волн 0,125-0,142 Гц, продолжительность цикла 30 мин, что полностью исключает остановки бункера для ручной очистки.

производство монокальцийфосфата. Проведена реконструкция полого скруббера в форсуночный аппарат РГ1Н. Испытания показали устойчивость в работе, позволили повысить эффективность пылеулавливания с 70 до 96%.

Для предотвращения зарастания стенок циклона сильносли-паащей пылью монокальцийфосфата смонтирована импульсная камера rfKir,= 169x4,6 км. Результаты испытаний показывают, что включение ударно-золновой очистки и ее работа обеспечивает разрушение прочных связанных отложений толщиной до 250 мм. Енедрение позволило стабилизировать объем газов, поступающих на очистку, гидравлическое сопротивление и эффективность пылеулавливания циклонов.

Гтоизводство циаммонийФосбата. Внедрение систем импульсной очистки проведено для удаления прочных связанных отложений диаммонийфосфата со стенок циклонов и для обрушения сводов в сырьевых бункерах, а также для разрушения липких связанных отложений в сушильном барабане. Для каждой системы отработаны режимы эксплуатации и периодичность включения, обеспечивающие работу технологической схемы производства без ее остановок на очистку.

Производство синтетических моющих средств, lipo ведены опытно-промышленные испытания сухого пылеуловителя и на второй ступени форсуночного аппарата РШ, работающего в режиме прямотока. Реконструкция схемы очистки позволила снизить выбросы пыли в 4-5 раз, при достижении эффективности сухого пылеуловителя до 90-9255, а мокрой ступени до 92-9о^.

Производство кормгчьгх обесфторенных фосфатов. iio результатам промышленных испытаний выполнен проект и проведено

аз

внедрение спирального циклона в схеме очистки отходящих газов от шаровых мельниц. Достигнута эксплуатационная надежность работы пылеуловителя с эффективностью но нике 9о,3?.

Кроме того система импульсной очистки прошла успешно испытания и внедрена в производстве цемента для удаления отлокений в сырьевых бункерах, электрофильтре и газоотходах. Прямоточные форсуночный аппарат РШ смонтирован и испытан на Красноярском алюминиевом заводе для очистки отходящих газов от электролизеров.

¡проведенная технико-экономическая оценка разработанных устройств показывает, что они имеют более низкие приведенные 'затраты, а по'коэффициенту технического уровня превосходят лучшие отечественные и зарубежные образцы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В результате экспериментальных и теоретических исследований решена научно-техническая проблема управляемого воздействия на структуру турбулентного потока в импульсных камерах и аппаратах пылеочистки, с целью повышения их эффективности, путем создания локальных организованных вихревых зон, имеющая ванное народнохозяйственное значение.

2. lia основе проведенной классификации выбросов по составу,, результатов исследования физико-химических свойств основных видов пылеГС и структурно-механических характеристик отло'иений для предприятий фосфорной промышленности разработаны высокоэффективные конструкции устройств для разрушения отлотений и пылеулавливания.

3. Установлено влияние формы, размеров и расположения турбулизаторов, степени стеснения потока на механизм формирования ударной волны при горении гаэовоздушных смесей. Получено уравнение для расчета давления на срезе импульсной камеры.

4. Проведено расчетно-экспериментальное исследование взаимодействия ударной волны со слоем отлокениЛ на жесткой и деформируемой поверхностях. Разработано математическое описание процесса разрушения отложений, учитывающее их структурно-механические характеристики и условия распространения ударной волны внутри аппарата.

Ь. Выявлены отличительные особенности и общие гидродинамические закономерности аукционного и форсуночного аппа-

29'

ратов с организованными вихревыми зонами при противоточном и прямоточном режимах, что позволило на основе 'единого подхода разработать методику, алгоритмы и программы гидродинамического расчета.

6. Разработана математическая модель процесса турбулен-.тно-инерционного осаждения частиц в ячейке аппарата, размеры которой определены с учетом образования и взаимодействия вихрей, что позволило в зависимости от геометрической формы, размеров и расположения турбулизаторов выявить оптимальные конструктивные параметры контактной зоны. Получены уравнение для расчета коэффициента захвата частиц, степени увлечения их турбулентными пульсациями и коэффициента турбулентной диффузии.

7. Предложена конструкция циклона со спиральным каналом, позволяющая решить проблему сноса частиц за счет уменьшения радиальной составляющей скорости и устранения периферийной вихревой зоны в конической части. Получены уравнения для расчета гидравлического сопротивления спирального канала и коэффициента фракционной очистки, учитывающие изменения тангенциальной скорости по радиусу.

8. Проведено теоретическое и экспериментальное исследование процесса инерционного разделения и на основе удельных энергозатрат определены оптимальные режимные и конструктивные параметры циклона и спирального канала.

9. Разработаны научно обоснованные методы расчета устройств для разрушения отложений и пылеулавливания. Полученные расчетные уравнения, результаты лабораторных и промышленных испытаний легли в основу технической документации типоразмерного ряда прямоточных аппаратов с вихревыми зеиши.

10. Комплексное внедрение разработанных-устройств для разрушения отложений, мокрых и сухих пылеуловителей в 13 технологических схемах на Чимкентском 10 "Фосфор", Джамбул-ском ПО "Химпром", Новодкамбулском фосфорном, Джамбулском суперфосфатном, Кузнецком цементном и Красноярском алюминиевом заводах позволило исключить простои агрегатов, снизить выбросы вредных веществ до предельно допустимых юрм, более полно использовать сырье и продукты, повысить технико-экономические показатели производств. Общий эколого-экономи-ческий эффект от внедрения результатов работы в промышленность составил 2,87 млн.рублей.

30

Основные обозначения: Ct - ширина входного патрубка ци- _ клона, м (коэффициент) \2)ц ,d - диаметр., м; I) - скорость ударной волны, м/с; JDT ■ - коэффициент турбулентной диффузии частиц, м^/с; £ - модуль упругости, H/v ; К "/.им/d.кап -калибр; L,6- длина, м; Р„ - давление (разрежение) в аппарате, iia\йР- гидравлическое сопротивление, 1!а;Д,Л- радиус, м; Sj - уровень закрутки; U - истинная скорости, м/с; W -скорость отнесенная к сечению, м/с;- коэффициент Пуассона; £ - деформация слоя отложений, u\ 'J? - плотность, кг/м3; - газосодержание, м3/м3.

Индексы: а - аппарат; & - вихрь; вход; Г1- газ; к - капля; хзм - -камера; н - насадка; с л - спираль; т -турбулизатяр; и/ - шероховатость; э - эжекция;

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

1. Шарыгин М. П. , Балабеков О.С. Очистка газов Производства монокальцийфосфата в аппарате с колеблющейся насадкой/' Оосфорная промышленность. - М. :НШГЭХИМ, I979i- №5. -С. 7-10.

2. Шарыгин №.П,, Мусин H.A. Анализ эффективности пылеулавливающего оборудования производств фосфора и фосфорных удобрений//Технология неорганических веществ и минеральных удобрений. Тез.докл. ХЛ Всесоюзн.конференции: - Чимкент, 1981, Т.2. - С.299-303.

З; Шарыгин M.Ii., Балабеков О.С., Быков В.И. Исследоважз физических свойств пылей- фосфорных производств//Оосфорная промышленность. - М. :НИИТЭХШ,. 1981.№ 3. - С.15-18.

4. Шарыгин М.П., Балабеков О.С., Рожичнер В.М. Классификация основных источников пылегазовыделений предприятий фосфорной промышленности. - Черкассы, 1981. - 15 с. - Деп. г ВИНИТИ. - № 940.

5. Шарыгин ta.ll., Мусин H.A., Балабеков О.С. Математическое описание процесса улавливания частиц с учетом турбулентной диффузии//Современные аппараты для обработки гетерогенных сред: - Л.: ЛТИ им.Ленсовета, 1982. - С.73-79.

6. Шарыгин М.П..Балабеков О.С. Гидродинамические зако-мерности работы пылеуловителя с циркулирующей насадкой.Изв. вузов СССР//Химия и хим.технология, 1982, Т.25. - Вып.8. -C.I0I2-I0I5. . _ •

7. Шарыгин М.П., Оспанов А., Ивалов H.H. Опыт эксплуатации схемы очистки газов в производстве синтетических моющих средств -31

//Современные машины и аппараты химических производств.Тез. докл. Ш Всесокззн.конф.: - Ташкент, 1933. - Т.7. - С.24-26.

8. Шарыгин л.;!., Балабеков О.С., ¡»1усин H.A. Модель инерционного осаждения частиц пыли в слое подвижной насадки// йекБуз.сб.трудов Современные машины и аппараты для обработки гетерогенных сред: - JI. :ЛТИ им.Ленсовета, 1964. -С.69-70.

9. Шарыгин ¿',.11. , Бондаренко Б. il. .йлшкасаров У.Iii. Образование отлокени"' и их характеристика при производстве фосфора и его производных. - Алма-Ата, 1985.-12с.-Деп.КазН/ЩТК,

№ 1023.

'Э. Шарыгин id. U. .Бондаренко В. 11. .мынкасаров У.Iii.Удаление отложений в циклонах с помощью систем импульсной очистки// Пром. и с2н» очисткс! г£30в. — ш» :Цинтихиммаш,1985. -№5.-С.4-5.

11. Шарыгин М. П. .Бондаренко В. П. ,.'.1ын час аров У.И. Способ предупреждения сводообразования и улучшения дозирования связанных материалов/Дехнология связанных материалов.Тез.докл. Есесоюзн.конф.: - Белгород, 1986. - Ч.З. - С.75-76.

12. Шарыгин М.П..Балабеков О.С. Гидродинамический расчет пылеуловителей с подвижной насадкой и внутренней циркуляцией «идкости. /.зв. вузов СССР/Димия и хим.технология, 1986.-Т.29. - Вып. 5. - С.Пб-ПЬ.

13. Шарыгин 1.1.П., Горбунов В.А. Влияние физико-химических свойств пыли на степень пылеулавливания//Современные аппараты для обработки гетерогенных сред: - Л.:ЛТИ им.Ленсовета, 1986. - С.33-43.

14. Оспанов A.M., Шарыгин ¡¿.а. Новые конструкции высокоаффективных циклонов//Современные машины и аппараты химических производств.Тез.докл.Всесоюзн.конф.: - Чимкент, 1988. -4.1. - С.76-7А

15. Шарыгин 1.1.П., Бондаренко В.П., Макаров В. 11. Исследование и внедрение импульсной камеры в производстве цемента// Интенсификация процессов химических производств.Межвуз.сб. трудов: - Алма-Ата, 1988. - 4.2. - C.I55-I58.

16. Шарыгин Jä.ll. Структурно-поэлементный подход к описанию процесса пылеулавливания//Современные аппараты для обработки гетерогенных сред.Метвуз.сб.трудов: - Л. :ЛТ»1 им.Ленсовета, 1988. - С. 145-150.

17. Булатов Н.Я., Шарыгин М. П. .Бондаренко В. П. ВзаимодеР-ствие скользящей ударьюй волны со слоем отложений.Изв.вузов СССР/Димия и хим.технология, 1989. - № 3. - C.II2-II5.

18. ühpwvtH Л.П., Бондаренко В.П., Мдажаеаров'У.Ш. Промъп-зенное освоение систем ударно-волновой очистки на предприятиях по. производству минеральных удобрений. Изв.вузоа СССР // Энергетика, 1989. - У 9. - C.II7-II9.

19. Эаркгин Г4.П.. Бондаренко З.П., Мынтасаров У.Ш. Влияние калибра камерч на скорость ударной волнм и сопоставительная опенка камер различите конструкция /ЛСата.титич'йские и электрохимические процессы в химической технологии. Межвуэ.сб.трудов:-Чиукент, I99C. - C.I57-I6C.

ГО. Зярыгин У.П., Бондаренко В.П.; Мынчдсаров У.^//Интенсификация технологических процессов импульсными системаки на предприятиях фосфорной лромюленности,- Атма-Ата: КазН/JtiT/, 1990.- з; с. ' "

.?!. Ссгтанов A.M., Ичрыгин М.Л. Улавливание пь'.ли из газов, "тходягих от rapoFKX метьнт; производства корновух обесфторен-ных £со'атов П Каталитические и алектрохкмическж пронесен в химической технологии. Метвуэ.сб.трудов: - Чиукент, 1990.-

с.ге-гс.

. Царчгкн 5Í.Í1., Горбунов З.А. Сопоставительная оценка тффечтивности глпеу лав.тивания в прямоточном и аукционном аппаратам. В хн.: Лробтеигк промч'лленноЯ экологии,- Чимкент, 1990. -

. i

- о.*-»- .

<3. ¡Гяркгин V.Í!., Бондаренко"* В.ГьТехнико-гжоном/ческая oveifta -»¡фек-даности различных методов счистки /^Интенсивная механическая технология скпучих материалов. Уе» вуз. сб. трудов:

- Иваново, I99C.- С.92-9С.

24. Булатов Н. Л., Тлрьтин М.П., Молдабекзв 'Дпульсная аэродинамическая очистка поверхностей в химической технологии.-Алма-Ата: Наука, 1990.- 104 с.

25. !Паръггин М.П. Влияние вихревых зон .на интенсивность процессов пылеулавливания и горения // ТСХТ, 1992. Т.26.

* 3.- С.347-353.

Новые технические реления зачтены авторскими свидетельствами: И I020149, 1128440, II304I0, I2I745I, I23I979, I279I05, 1287372, 1288800, 1407521, 1456702, 1492857, 1506393, 1567858, 1574990, I581333, I595I40, 1626778.