Підвищення енергоекологічної ефективності очищення вентиляційних викидів від пилу в циклонах - Автореферат

Як правило, для очищення вентиляційних викидів від пилу використовуються багатоступінчасті пиловловлювальні установки, у яких першим ступенем очищення застосовуються циклони, що відрізняються надійністю конструкції, простотою обслуговування і мають низьку вартість очищення газів. Основними недоліками циклонів будь-якої конструкції є їх високий гідравлічний опір і порівняно низький ступінь очищення газів від пилу середньої дисперсності, обумовлений знесенням частинок з поверхні стінки циклона у висхідний потік. У звязку з цим, актуальною є розробка циклонів з меншим гідравлічним опором і конструкцією, яка дозволяє уникнути знесення частинок у конічній частині апарата, що підвищить ефективність очищення циклона. Наукова новизна отриманих результатів: - теоретично й експериментально обґрунтовано доцільність застосування циклонів з перфорованою вихлопною трубою, що дозволяє збільшити ефективність апарата і знизити його аеродинамічний опір; запропоновано нову конструкцію циклона для очищення газових викидів, що захищена патентом; застосування цієї конструкції дозволяє у циклонах з перфорованою вихлопною трубою підвищити ефективність очищення від пилу на 4%, а при однакової з циклоном ЦН-11 ефективності знизити аеродинамічний опір пиловловлювача на 7%;Розвязання рівняння руху частки при її уловлюванні в циклоні наведено в роботах Алієва Г.М., Губаря В.Ф., Зінича П.Л., Кадімова М.М., Качана В.М., Пирумова А.І., Ужова В.М., Шиляєва М.І., Davis C.N., Rammer E., Rozin P., Strauss W. і багатьох інших дослідників. Аналіз факторів, що діють на частинку у циклоні, дозволив скласти рівняння руху частинки в апараті: , Н У даному рівнянні m і д - маса і діаметр частинки, кг і м; і - вектор швидкості частинки і потоку відповідно, м/с; t - час руху частинки, с; з - динамічна вязкість потоку, Па•с; , - поправочні коефіцієнти, що враховують інерційні ефекти відносного руху частинок і вплив концентрації частинок на їхній опір у потоці відповідно; - вектор прискорення вільного падіння, м/с2; Fф - аеродинамічна сила, прикладена до частинки, що знаходиться на відстані R від осі апарата, Н. Переходячи від декартових координат до полярних: R - радіус траєкторії руху частки і ц - кут повороту траєкторії частки в циклоні, одержимо систему рівнянь наступного вигляду (2 і 3): Тут Ф - радіальний стік потоку до осі на одиницю висоти циклона, м3/(м•с); - час релаксації з урахуванням виправлення на скрутність руху сусідніми частинками і поправкою, що враховує інерційні ефекти відносного руху часток, с; k - постійна добутку тангенціальної швидкості потоку на радіус його обертання, м2/с. Для розвязання рівняння руху частки процес пиловловлення в циклонах розглядався на трьох ділянках, границі яких обумовлені конструкцією циклона: перша ділянка - від входу в циклон до нижнього зрізу вихлопної труби; друга ділянка - від нижнього зрізу вихлопної труби до входу в конічну частину циклона, його виділення визначене появою нової сторонньої сили для спадного потоку, обумовленої радіальним стоком течії до осі апарата; конічна частина циклона (третя ділянка), характеризується стиском потоку, унаслідок зменшення перетину циклона.На кожній окремо узятій частині циклона обчислювали коефіцієнт місцевого опору, що залежить від конструкції апарата і швидкості руху потоку в ньому. Даний підхід до розрахунку коефіцієнта місцевого опору дозволив визначити опір циклона нової моделі, яка має інші порівняно з циклонами НДІОГАЗ відносні розміри діаметра вихлопної труби і глибини її занурення в пиловловлювач (рис. З аналізу результатів оптимізації випливає, що мінімальне значення приведених витрат відповідає (0,4-0,5)•D1/D2, але при цьому значення ефективності апарата є більшим 85% лише для швидкості потоку більш 16 м/с, що призводить до додаткового зносу устаткування. Така глибина занурення дозволяє уникнути впливу радіального стоку для початкової стадії процесу сепарації частинок у циклоні, коли частинки розташовуються в безпосередній близькості до вихлопної труби, і запобігає великій інтенсивності радіального стоку в конічній частині циклона. Зменшення необхідної тангенціальної швидкості потоку приводить до зниження приведених витрат на 4-5% у порівнянні з циклоном з оптимізованими для конкретних умов керуючими параметрами і до 12% у порівнянні з циклонами НДІОГАЗ типу ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15в і ЦН-24.Теоретично й експериментально обґрунтовано схему організації потоку в циклоні, яка дозволяє розподілити радіальний стік по висоті і зменшити його інтенсивність у конічній частині апарата, і оптимізовано конструкційні і технологічні параметри робочого процесу, що забезпечило підвищення ступеня очищення вентиляційних викидів від пилу в сухих циклонах і зниження енергетичних витрат. Отримані з урахуванням обґрунтованих факторів, що впливають, і аналітично розвязання рівняння, що описують траєкторію пилової частки в циклоні, забезпечили розробку математичної моделі сухої сепарації пилу в циклонах. Розроблено методику визначення ефективності циклона, а також компютерні програм

Основний зміст дисертації