CC BY
13Вострикова М.А., канд. техн. наук, доц. Краснодарский государственный университет культуры и искусств
БАЗОВАЯ МОДЕЛЬ СХЕМЫ ПРИБОРА ОЧИСТКИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК ОТ СОЕДИНЕНИЙ СЕРЫ
marishavostrikova@yandex.ru
В статье рассматривается актуальная проблема очистки отработавших газов судовых энергетических установок от соединений серы. Приводится организация процессов смешения газовых потоков с водяным паром и последующей конденсации парогазовой смеси. Описана методика проведения опытов по определению коэффициента инжекции.
Ключевые слова: морские суда, выбросы, атмосфера, оксид серы, коэффициент инжекции, струйный аппарат.
ство представляет собой двухступенчатое смешивание газа с жидкостью и используется для очистки газовых потоков [2, 3].
Основная часть. Для организации процессов смешения газовых потоков с водяным паром и последующей конденсации парогазовой смеси был выбран струйный аппарат. Для исследований по определению возможности использования процессов смешения в струйном аппарате как предварительной ступени поглощения газовых выбросов была создана модель струйного аппарата (рис. 1) [2].
Введение. Интенсивное развитие судоходства привело к формированию флота с мощными энергетическими установками, высокими грузоподъемностью и скоростью. Эксплуатация такого флота сопровождается высоким ростом его воздействия на окружающую природную среду [1].
Методика. Одним из эффективных способов очистки продуктов сгорания от выбросов соединений серы с судовых энергетических установок является использование установок пог лощения газовых выбросов (УПГВ). У строй-
Рис. 1. Модельный струйный аппарат: 1, 2 - патрубки; 3 - приемная камера; 4 - камера смешения;
5 - диффузор
Методика проведения опытов по определению коэффициента инжекции заключается в следующем. Модельный газ (воздух) нагнетается в подводящий трубопровод 1 с помощью воздуходувки и инжектирует воздушный поток через патрубок 2 в приемную камеру 3. Далее через камеру смешения 4 и диффузор 5 смешанный поток выходит из струйного аппарата. Расход активного потока воздуха регулируется напряжением, подаваемым на воздуходувку с помощью ЛАТРа. Дроссельные диафрагмы, установленные на линии активного и инжектируемого потоков и снабженные и-образными жидкостными манометрами, позволяют измерять перепад давлений на диафрагме и рассчитать расходы воздуха и коэффициент инжекции
струйного аппарата по разработанной компьютерной программе [3].
Среднеквадратичная погрешность & ср.кв. рассчитанных величин расхода с учетом измерений перепада давления (точность измерения — 0,5 мм вод. ст.), температуры потоков ртутными термометрами (точность — 0,250С), определения плотности потоков по табличным данным и других параметров, составила от 2,3 до 3,8%. Параметры воздуха определяются при соответствующей температуре опыта по [4].
Коэффициент инжекции рассчитывается по формуле:
^инж
Ра
(1)
где °«т, Зинж - объемный расход активного и Полученные данные предотавлены в табл. 1.
3 -1
инжектируемого потоков соответственно, м с .
Таблица 1
№ п/п 1 2 3 4 5
/-\актл г\3 3 -1 Qа 10 , м • с 2,529 3,179 3,583 4,078 4,677
Quoнж 103, м3 • с-1 1,070 1,51 1,853 2,114 2,354
и инж 0,423 0,476 0,517 0,518 0,503
Зависимость коэффициента инжекции от расхода активного потока (рис. 2) дает возможность определения промежуточных значений
и.
и расходы инжектируемых потоков на
экспериментальной лабораторной установке (рис. 3). Среднеквадратичная погрешность рассчитанных значений и инж в зависимости от расхода лежит в пределах 2,5.. .4,1%.
Рис. 2. Зависимость иинж от О Для исследования процессов смешения га- конденсации образующейся смеси создана лабо-зов с насыщенным водяным паром в камере раторная установка (рис. 3). смешения струйного аппарата и последующей
отбор конденсата
Рис. 3. Схема установки для исследования процессов смешения газов с водяным паром: 1,19 - струйный аппарат; 2, 9 - емкость объемом 0,05 м3; 3, 6 - колба; 4 - электронагреватель; 5 - конденсатор;
6 - колба для отбора проб конденсата; 7,18 - воздуходувка; 8 - вакуум насос; 10,11 - вентили; 12 - газоанализатор IMR - 3000; 13 - расходомер газа; 14 - и-образный манометр; 15 - измерительная ячейка; 16 - измерительный прибор; 17 - психрометр; 20 - колба Вюрца; 21 - делительная воронка
В качестве модельного газа используется смесь воздуха с оксидами серы. Методика проведения опытов заключается в следующем: оксид серы получают путем взаимодействия сульфита натрия ), навеску которого помещают в колбу Вюрца 20, и концентрированной
серной кислоты, залитой в делительную цилиндрическую воронку 21. Кислоту из воронки дозируют по каплям. При взаимодействии №2803 с концентрированной Н^04 выделяется 802 по реакции:
Na2SO3 + H2SO4 ^ Na2SO4 + H2O + SO2 t
(1)
После начала химической реакции открывается трехходовой кран в сторону патрубка, соединенного с емкостью с водой. Появившиеся в воде пузырьки газа указывают на выделение диоксида серы. После этого трехходовой кран поворачивают в сторону патрубка, соединенного со струйным аппаратом 19. Оксид серы с помощью воздуходувки 18 и струйного аппарата 19 инжектируется через вентиль 10, регулирующий подачу SO2 из колбы 20 и направляется в активный поток воздуха, нагнетаемого в трубопровод при помощи воздуходувки 7. Смесь воздуха и SO2 проходит через расходомер 13 и направляется в сопло струйного аппарата 1. Активный поток указанной смеси инжектирует насыщенный водяной пар в приемную камеру струйного аппарата из колбы 3, в которой пар генерируется из дистиллированной воды за счет электронагревателя 4.
В камере смешения поток смеси воздуха, водяного пара и оксида серы, имеющий температуру ниже температуры насыщенного водяного пара, взаимодействует с ним. При смешении потоков в камере смешения происходит конденсация насыщенного пара с поглощением компонентов газового потока. Газожидкостный поток направляется в диффузор струйного аппарата. Давление смеси, а, следовательно, и присутствующего в ней водяного пара при движении в диффузоре повышается, что приводит к конденсации не сконденсировавшегося в камере смешения пара. Затем часть газожидкостного потока отбирается в конденсатор 5, и образовавшийся конденсат с растворившимися в нем газами направляется через вентиль 10 для анализа, в частности, измерения водородного показателя (рН) и проводимости Остальная часть потока по трубопроводу направляется в емкость 9 с установленной в ней измерительной ячейкой 15 для контроля диэлектрической проницаемости е и о остаточной парогазовой смеси. Следует отметить, что диэлькометрические измерения позволяют с высокой точностью (по оценкам проведенных исследований 8 ср.кв= 1,2...1,8 %) контролировать влажность парогазовых смесей в широком диапазоне изменения влагосодержа-ния и параметров состояния [2, 3]. Измерительная ячейка представляет собой экранированный многоцилиндровый коаксиальный конденсатор с высокой начальной емкостью Со. Одновременно с электрофизическими свойствами контролируется относительная влажность парогазовой смеси поступившей в емкость 9 психрометром 17. После измерений температур мокрого и сухого термометра (с точностью — 0,250С) по d-h диа-
грамме определяется относительная влажность Ф (8 ср.кв = 2,6 %) и влагосодержание парогазовой смеси d (8 ср.кв = 1,8 %). Измерение диэлектрической проницаемости производится по величине емкости заполненной парогазовой смеСи
сью ячейки Си
Сп
-. Определение о также
производится в ячейке по величине измеренного сопротивления R парогазовой смеси, о = 1/R. Измерения С и R осуществляются цифровым измерителем импеданса типа MIC 4070D LCR METER (погрешность до 1,0 %). Среднеквадратичная погрешность определения о в зависимости от диапазона изменения расхода, температур и других параметров достигает 1,9 %.
Выводы. В процессе опытов были получены зависимости диэлектрической проницаемости s парогазовой смеси от ее влагосодержа-ния d. С учетом того, что ^ воздуха близка к единице, наличие водяных паров четко контролируется в измерительной ячейке, что позволяет строить калибровочные кривые и определять d по £ .
Расход активного потока определяется по перепаду давлений на дроссельной диафрагме 13 с помощью компьютерной программы [3]. Экспериментально найденный коэффициент инжекции струйного аппарата позволяет рассчитать расход инжектируемого насыщенного водяного пара. Анализ газа выполняется газоанализатором IMR - 3000 (точность измерений концентраций 0,25 мг м-3) в пробах, отобранных из емкостей 2 и 9 соответственно, то есть до и после струйного аппарата. Таким образом, на установке определяется эффект поглощения оксидов, в частности сернистых, в процессе смешения газового потока с водяным паром и последующей конденсацией образующейся парогазовой смеси. Предварительно проведены эксперименты с использованием в качестве модельного газа чистого воздуха и инжектируемого в поток водяного пара. Всего проведено свыше 300 измерений указанных выше величин.
Следует отметить, что начальная емкость ячейки С0 = 0,453 нФ, среднее за серию опытов барометрическое давление В = 756 мм рт. ст., средняя относительная влажность воздуха ф = 60 %, средняя температура окружающего воздуха tc.o.= 18°С.
По экспериментальным данным получены зависимости исходных и конечных концентраций SO2 в газовом потоке при различных значениях расхода активного потока Qакт. Кроме этого определены зависимости рН=f (Спогл) при разных значениях Qакт, 8=ОДакт), 0=ОДакт), d=f(Qакт)
ь =
для чистого воздуха и пара, и для смеси воздуха, водяного пара с SO2.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Туркин, А.В. Снижение загрязнения атмосферы очисткой продуктов сгорания судовых и корабельных энергетических установок. Материалы седьмой региональной научно-технической конференции. Новороссийск: МГА, 2008.
2. Комиссаров, К.Б.Комплексная очистка
дымовых газов теплогенерирующих установок / Комиссаров К.Б., Лутков С.А., Филь А.В. Ростов н/Д.: Филиал МГА имени адмирала Ф.Ф. Ушакова в г. Ростове-на-Дону, 2007. 134 с.
3. Расчет объемного расхода газов и паров с применением компьютерной программы / Комиссаров К.Б., Кучеренко Е.А., Яковлева А.А. и др. Ростов н/Д.: РГУПС, 2001. 12 с.
4. Варгафтик, Н.Б. Справочник по теплофи-зическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972. 720 с.
Vostrikova M.A
THE BASE MODEL OF THE SCHEME OF THE EXHAUST GAS PURIFICATION DEVICE OF SHIP POWER PLANTS FROM SULFUR COMPOUNDS
In the article the issue of the cleaning of exhaust gases of marine power plants from sulfur compounds. Given the organization of the processes of mixing of gas streams with water vapor and the subsequent condensation of vapor-gas mixture. The technique is described experiments on determination of the coefficient of injection.
Key words: marine vessels, emissions, atmosphere, sulfur oxide, injection rate, jet apparatus.
