Геометрические вариации реальной установки ивзу Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.184.82

В. П. БЕЛОГЛАЗОВ Л. В. БЕЛОГЛАЗОВА

Омский государственный технический университет

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ВАРИАЦИИ РЕАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ИВЗУ

В данной статье сделан анализ и приведены результаты экспериментов по подбору геометрии для работы образца на промышленной станции. Целью статьи является поиск зависимости тех или иных геометрических элементов, у которых велико влияние для придания ИВЗУ высокоэффективного КПД. По окончании работы сделан вывод с готовыми зависимостями и поставлена задача для дальнейшей работы по усовершенствованию установки ИВЗУ. Ключевые слова: золоулавливание, геометрия, моделирование, промышленный образец, зола.

ИВЗУ (инерционно-вакуумный золоуловитель) [1] принят в качестве образца для аппаратов золоулавливания либо в комплексе с электрофильтром или в качестве самостоятельного устройства для обеспечения экологически чистых выбросов из газоходов промышленных котлов для ИНТЕРАО ЕС России. Получив гарантию устойчивой и эффективной работы ИВЗУ, можно, в дальнейшем, избавиться от электрофильтров, что даст существенную экономию материальных средств, особенно в период эксплуатации золоулавливающих установок, т.к., с точки зрения ремонта, ИВЗУ не требует никаких материальных затрат, чего нельзя сказать об эксплуатации электрофильтров.

Предлагается установка данных аппаратов на предприятиях Омского филиала ТГК-11: ТЭЦ-5 и ТЭЦ-4.

На кафедре теплоэнергетики ОмГТУ создана экспериментальная установка ИВЗУ, в которой определяется степень улавливания золы в зависимости от различных факторов[2].

В работе представлены результаты численного эксперимента при протекании запыленного потока через аппарат ИВЗУ. В математическую модель входят:

уравнение неразрывности:

фЦ) , Ф^ , фю) = 0; дх ду дz

уравнения движения:

ди ди ди др

ри--+ pv--+ рю — = —— +

дх ду дz дх

д ди д ди д ди + — —) + — —) + — -),

дх дх ду ду дz дz

дv дv дv др

ри--н рv--н рю — = —— +

дх ду дz ду

+ д | д^ + д | д^ + д ^ ду

дх Е дх ду Е ду дz Е дz

дю дю дю др

ри--+ рv--+ рю — = —— +

дх ду дz дz

+ д | дю д дю д ^ дю ;

дх Е дх ду Е ду дz Е дz

уравнения к-е модели:

д д д ри — (к) + ру — (к) + рю — (к) =

дх ду дz

= д (* дк)+1 (* дк) + дх дх ду ду

д дк + — (+ Ь-Р - Р8-

дz дz

д д д Р"х^( 8) + 8) + Р®^" (8) =

дх ду дz

= (К д±) + А (Ь. д±) +

дх аЕ дх ду аЕ ду

д ь д8, 8 82

+ Т~ ( я ) + Сл у D - С2р — ; дz аг дz к к

уравнение для эффективной вязкости:

к

= Ц + , = Сцр-;

е

уравнение для частиц

Силы, действующие на частицу, которые влияют на её ускорение за счет разницы скоростей между частицей и жидкостью, а также перемещение жидкости с помощью частицы. Уравнение движения для такой частицы было получено Бассетом, Бусси-неском и Озееном для вращающейся системы отсчета:

Мир

РО + РВ + + РУМ + РВА .

Физический смысл сил, находящихся по правую сторону уравнения:

Рс — сила сопротивления, действующая на частицу;

Рв — выталкивающая сила земного притяжения;

РК — силы, возникающие за счет вращения потока (центростремительная и сила Кориолиса).

Силами Р - Ря - РВА — в данной работе пренебрегают из-за очень малого вклада.

В итоге:

dUp

ш„

dt

= г0+гв+гК.

В качестве газодинамической модели течения запыленных газов используется двухпараметриче-ская к-е модель замыкания системы уравнений На-вье — Стокса, алгоритм расчета которой реализован

т

р

Рис. 1. Увеличенный продолговатый корпус, длинный вход ИВЗУ. КПД=47 %

Рис. 2. Продолговатый выход и бункер для золы. КПД=50 %

№

Рис. 3. Более широкий бункер для золы, короткий входной патрубок. КПД=70 %

на хорошо зарекомендовавшем себя программном модуле А^УЗ СБХ.

С помощью программного модуля АИБУЗ СБХ ранее для расчета были использованы такие граничные условия, как расход уходящих газов с золой 0,0002 кг/с, давление на выходе было принято за атмосферное, рассматривалось поведение частиц диаметром от 5 — 30 мкн, скорость на входе в ИВЗУ равна 20 м/с, температура уходящих газов — 130°С.

Далее было необходимо провести моделирование реальной установки, которая смогла бы встать на котел с определенными параметрами расхода топлива. Целью нового эксперимента является достижение с помощью корректировки геометрических форм установки высоких значений КПД.

Для того чтобы сохранить полученный коэффициент улавливания (99,5 % [3]), были рассчитаны площади на входе в корпус и на выходе из него,

Рис. 4. Модель ИВЗУ, максимально похожая на модельную установку с самым эффективным КПД. КПД=78,7 %

Рис. 5. Короткий входной патрубок. Большой корпус. Большой бункер. КПД=87,44 %

а следовательно, по теории подобия выстроилось отношение расходов (было — 0,0002 кг/с, стало — 130,2 кг/с) и площадей сечения. С помощью этой пропорции были получены размеры двух площадей, соответствующих реальной установке. Однако площади получились настолько большими, что масштабы установки не вписывались в отведенное для нее пространство. Возникла необходимость в адаптации установки под помещение с сохранением ее эффективной работы.

Далее было проведено несколько экспериментов, которые помогли понять, в каком направлении стоит двигаться для развития идеи по улучшению работы с новыми условиями.

На рис. 1 были увеличены входной патрубок по своей длине и корпус установки. Входной диффузор был увеличен для того, чтобы у потока было больше возможности перейти в ламинарное течение, и как раз это свойство, как было видно из предыдущих экспериментов, не раз помогало создать эффективный КПД. Корпус увеличен в высоту, чтобы частицы, залетающие туда под силой собственной тяжести, опускались достаточно низко и не смогли подняться по направлению к выходу. Этот вид установки дал КПД = 47 % (рис. 1).

На рис. 2 были еще больше увеличены корпус установки, бункер для оседания золы и удлинен выходной патрубок. По окончании расчета можно сделать вывод, что чем длиннее входной патрубок в ИВЗУ реального формата, тем больше вероят-

ность, что скорости в 20 м/с на входе не хватает для проталкивания потока между входными сечениями (рис. 2).

На рис. 3 входной патрубок был укорочен, корпус увеличен, а бункер из-за увеличения корпуса стал располагаться ниже и в высоту стал меньше. Уменьшение высоты бункера привело к появлению возвратных потоков на входе в установку. Частицы, которые влетали в корпус установки, не могут глубо осесть в бункере и вылетают обратно либо и вовсе на выход (рис. 3).

На рис. 4 — прототип модельной установки, стоящей в данный момент на кафедре теплоэнергетики ОмГТУ. Установка была уменьшена до тех размеров, которые позволяли бы разместить ее на станции.

Самым удачным вариантом, который получился на сегодняшний день, была установка с КПД = 87,44 %. У нее короткий входной диффузор, на котором поток успевает ламинизироваться, большой корпус и бункер для золы, который частицы под действием сил сопротивления, тяжести и закручивания не могут покинуть (рис. 5).

При этом сопротивление всего тракта ИВЗУ лежит в допустимых пределах и полностью сопоставимо с аэродинамическим сопротивлением циклонов соответствующей мощности порядка 500 — 700 Па.

Дальнейшие эксперименты сопряжены с резко увеличившимся аэродинамическим сопротивлением, что требует нетривиального подхода

к геометрической конструкции ИВЗУ, а это является дальнейшей исследовательской работой.

По результатам эксперимента можно сделать вывод, что когда расчеты касаются экспериментальной установки малых размеров, которую необходимо реализовать на промышленных станциях, возникает расхождение с результатами, полученными на модельной установке. Такие отклонения и погрешности появляются за счет эффекта большой модели. Для того чтобы ИВЗУ мог показывать более эффективную работу, необходимо для начала реализовать его в виде промышленного образца, а далее производить доведение результатов до тех, что будут устраивать нормы по очистке газов.

Библиографический список

1. Пат. 93298 РФ, МПК7 В 01 Б 45/06. Инерционно-вакуумный пылеуловитель / Белоглазов В. П. ; заявитель и патентообладатель ООО «Вихрь». - № 2009144229/22 ; заявл. 30.11.09 ; опубл. 27.04.10, Бюл. № 12. - 6 с.

2. Белоглазов, В. П. Влияние скорости дисперсного потока в конфузорном сечении инерционно-вакуумного пылеуловителя на степень улавливания частиц / В. П. Белоглазов,

М. В. Комаров, А. С. Мозжегоров, А. А. Петрищев, И. В. Ра-фальский ; под ред. В. В. Шалая, А. С. Ненишева, А. Г. Михайлова, Т. В. Новиковой // Проблемы, перспективы и стратегические инициативы развития теплоэнергетического комплекса : материалы Междунар. науч.-практ. конф., 10 июня 2011 г. — Омск : ОмГТУ, 2011. — С. 92 — 95.

3. Белоглазов, В. П. Влияние входной скорости в инерционно-вакуумном золоуловителе на степень улавливания золы экибастузского угля / В. П. Белоглазов, Л. В. Белоглазова // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. — 2014. — № 3 (133). — С. 183—197.

БЕЛОГЛАЗОВ Владимир Петрович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры теплоэнергетики.

Адрес для переписки: vpbn@mail.ru БЕЛОГЛАЗОВА Любовь Владимировна, магистр гр. ТПЭ-613, факультет элитного образования и магистратуры.

Адрес для переписки: teploblv@mail.ru

Статья поступила в редакцию 17.12.2014 г. © В. П. Белоглазов, Л. В. Белоглазова

№

уДК 62118482 в. П. БЕЛОГЛАЗОВ

Л. В. БЕЛОГЛАЗОВА

Омский государственный технический университет

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОТОКА ГАЗА НА КАЧЕСТВО УЛАВЛИВАНИЯ ЧАСТИЦ ЗОЛЫ ИВЗУ_

Целью этой статьи является проведение численных экспериментов для определения интервала температур, в котором ИВЗУ мог сохранять КПД, равное 99 % и выше. Для этого была разработана геометрическая модель в SolidWorks и просчитано поведение потока в программе ANSYS CFX. В статье приведены проблема актуальности, граничные условия; визуально видно краевые и математические условия. Выводы прилагаются в конце статьи в виде результатов исследования.

Ключевые слова: инерционно-вакуумный золоуловитель, зола, скорость, высокий КПД.

ИВЗУ (инерционно-вакуумный золоуловитель) [1] принят в качестве образца для аппаратов золоулавливания либо в комплексе с электрофильтром или (в случае достижения устойчивой работы и КПД не ниже 99,5 %) в качестве самостоятельного устройства для обеспечения экологически чистых выбросов из газоходов промышленных котлов для ИНТЕРАО ЕС России.

Получив гарантию устойчивой и эффективной работы ИВЗУ, можно в дальнейшем избавиться от электрофильтров, что даст существенную экономию материальных средств, особенно в период эксплуатации золоулавливающих установок, т.к., с точки зрения ремонта, ИВЗУ не требуют никаких материальных затрат, чего нельзя сказать об эксплуатации электрофильтров.

Предлагается установка данных аппаратов на предприятиях Омского филиала ТГК-11: ТЭЦ-5 и ТЭЦ-4.

На кафедре теплоэнергетики ОмГТУ создана экспериментальная установка ИВЗУ, в которой определяется степень улавливания золы в зависимости от различных факторов. Получены результаты по степени улавливания золы экибастузского угля в ряде случаев не менее 99,5 % [2].

В работе представлены результаты численного эксперимента при протекании запыленного потока через аппарат ИВЗУ. В математическую модель входят: уравнение неразрывности:

Ф^ + фу)+ фю) = 0;

дх

ду

дz

131