CC BY
31
УДК 697.942.2
В. М. СПИНОВ, ассистент
В. В. АФТАНЮК, д-р техн. наук, проф.
Одесская академия строительства и архитектуры, г. Одесса
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ МОКРОГО ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЯ
Приведены результаты экспериментальных исследовании кинетики мокрого пылеуловителя с вихревой тарелкой. Определены рациональные технологические параметры плотности орошения и очищаемого газа. Доказана эффективность) применения вихревой тарелки для пылеулавливания.
Наведено результати експериментальних досліджень кінетики мокрого пиловловлювача з вихрової тарілкою. Визначенораціональні технологічні параметри щільності зрошення і газу щоочищають. Доведено ефективність застосування вихровий тарілки для пиловловлювання.
Введение
Промышленное производство и другие виды хозяйственной деятельности людей сопровождаются выделением в воздух помещений и в атмосферный воздух различных веществ, загрязняющих воздушную среду. В воздух поступают аэрозольные частицы (пыль, дым, туман ), газы, пары, а также микроорганизмы и радиоактивные вещества.
На современном этапе для большинства промышленных предприятий очистка вентиляционных выбросов от вредных веществ является одним из основных мероприятий по защите воздушного бассейна. Благодаря очистке выбросов перед их поступлением в атмосферу предотвращается загрязнение атмосферного воздуха [1].
Основная часть
Одним из простых и эффективных способов очистки газов является мокрое пылеулавливание. Процесс мокрого пылеулавливания основан на контакте запыленного газового потока с жидкостью, которая захватывает взвешенные частицы и уносит их из аппарата в виде шлама.
Для повышения эффективности мокрого пылеулавливания предложена конструкция пылеуловителя с вихревой тарелкой (рис. 1), для которого на основании математического моделирования определены рациональные параметры поперечного сечения аппарата и концентрации пыли на входе в пылеуловитель [2].
а) б)
Рис. 1. Общий вид (а) и разрез (б) вихревой тарелки [3]: 1 - полотно тарелки; 2 - аксиальный завихритель;
3 - отбойный диск; 4 - канал; 5 - отверстия.
Полученные теоретические результаты позволили выявить качественную картину процесса и оценить характер и степень влияния конструктивных и режимных параметров на условия сепарации пыли.
Однако выбрать оптимальный режим на основе только математического моделирования невозможно, т. к. при создании модели сделан ряд допущений, а некоторые факторы, влияющие на процесс сепарации, не поддаются аналитическому описанию.
Поэтому для уточнения теоретических расчетов необходимо выполнить экспериментальные исследования, для проведения которых была спроектирована и изготовлена лабораторная установка в соответствии с известными требованиями единой методики сравнительных испытаний пылеуловителей [4]. Исследования проводились в несколько этапов.
При эксплуатации пенных аппаратов необходимо добиваться полного смачивания всей поверхности орошаемых элементов. Это условие выполняется лишь в том случае, если локальная плотность орошения в любой точке поверхности элемента превышает некоторое минимально допустимое значение Гш;п. Если же это условие не выполняется, то пленка разрывается, и жидкость течет отдельными струйками, т.е. задача равномерного распределения жидкости по сечению аппарата является сложной задачей, особенно для аппаратов с большой площадью сечения [1].
Поэтому на первом этапе для определения рациональных величин плотности орошения исследовались скорости соответствующие началу вступления вихревой тарелки в работу и переход к струйному (волновому) режиму когда наблюдается проскок воздуха через пенный слой.
Поиск области изменения значений скорости газа V на входе в аппарат и удельного орошения g, в которой эффективность очистки максимальна производился методом Гаусса -Зейделя [5].
Проведенные исследования изменения ц = f (V) (рис.1) показали, что с повышением скорости газа от 5 до 12-15 м/с эффективность очистки заметно увеличивается. В диапазоне 12-15 м/с происходит изгиб кривой эффективности и при дальнейшем повышении скорости темп роста к.п.д. резко уменьшается.
Рис. 1. Зависимость остаточной концентрации пыли К (кривая 1) и эффективности очистки ^ (кривая 2) от скорости газа V.
В результате сравнения величины ц при разных g (рис. 2), установлено, что при значении удельного орошения g, превышающем 0,17 кг/м3, степень очистки практически не повышается как при V <15 м/с, так и при V >15 м/с. Дальнейшее увеличение значений удельного орошения g, при практически неизменной степени очистки приведет к повышению аэродинамического сопротивления и расхода воды (таблица).
П>
%
92 90 88 86 84 82 80
78 ,
0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 кг/м3
Рис. 2. Зависимость эффективности очистки ^ от удельного орошения g:
1 - при V <12 м/с; 2 - при при V <22 м/с
Таблица
Параметры работы вихревой тарелки
Параметры Плотность орошения, g , кг/м3
0,15 0,25 0,35
Коэффициент сопротивления тарелки 1,2-1,4 1,6-1,8 2,2- 2,4
Скорость соответствующая началу вступления в работу (конец провала), м/с 0,2-0,5 0,4-0,7 0,6-0,8
Скорость соответствующая переходу к струйному режиму, м/с 1,2-1,8 1,6-2,5 1,8-2,7
На следующем этапе исследовалось влияние угла установки лопастей завихрителя на эффективность пенообразования и общее сопротивление вихревой тарелки.
На основании математического моделирования [5], был определен рациональный диапазон изменения угла установки, при котором наблюдается минимизация сопротивления завихрителя при высокой степени закрутки потока, и который составляет от 35 до 55 °. Для экспериментальных исследований были изготовлены пять образцов вихревых элементов с углом наклона лопаток завихрителей соответственно 35, 40, 45, 50, 55 °.
При различных углах установки завихрителей установлены неодинаковые эффективности улавливания в зависимости от скорости газа (рис. 3).
Максимальная разница эффективностей наблюдается и сохраняется практически неизменной при скорости газа V <15 м/с. Однако, при скорости V = 15 м/с эффективность очистки и разность эффективностей начинает уменьшаться и практически исчезает при V <23 м/с. Однако гидравлическое сопротивление при увеличении скорости более 25 м/с значительно возрастает, что ограничивает дальнейшее увеличение скорости на входе в аппарат.
Рис. 3. Зависимость эффективности очистки ^ от скорости газа V при различных установках угла лопаток завихрителей:
1 - при 35 ° ; 2 - при 40 ° ; 3 - при 45° ; 4 - при 50° ; 5 - при 55° .
Еще одним важным показателем, который характеризует эффективность работы мокрых пылеуловителей, является унос орошающей жидкости, интенсивность которого зависит от скорости газового потока и способа подвода орошающей жидкости.
Оросители, используемые в тарельчатых скрубберах, образуют крупные капли - 600 -800 мкм и более. Образование капель может также происходить в процессе разрыва пузырей. В этом случае образуются капли которые лежат в двух интервалах 20-30 и 600-1200 мкм. Доля мелких, так называемых капель-спутников, невелика, не превышает 0,30-0,35 % уноса по массе и не может оказывать влияние на общий характер каплеуноса [7].
Поэтому следующий этап исследований был направлен на изучение влияния высоты установки отбойного диска на устойчивость пенного слоя и величину уноса жидкости с вихревой тарелки.
Для обеспечения максимально возможной эффективности пылеулавливания и минимизации уноса жидкости исследованы четыре варианта установки отбойного диска по высоте (рис. 2), которые составляли Нуст = 0,75dз, Нуст = dз, Нуст = 1,25dз, Нуст = 1^3, где dз -диаметр завихрителя, м. Выбранный ряд высот обусловлен устройством аппарата т.к. необходимо обеспечить минимально допустимый слой пены который составляет 0,07-0,1 м. Устойчивость пенного слоя оценивалась визуально.
Концентрация капель влаги в потоке очищенного воздуха определялась путем протягивания пробы воздуха через специальное устройство с последующим взвешиванием и отнесением массы уловленных капель к единице объема. Прошедшего через устройство. Отбор проб производился с соблюдением требований [4].
В результате проведенных исследований было выявлено, что наименьшее значение уноса жидкости наблюдается при установке отбойного диска на высоте Нуст = 1,25dз, кроме того в этом случае наблюдался устойчивый пенный слой на всей плоскости тарелки. Поэтому в качестве базового варианта установки отбойного диска, принята высота Нуст = 1,25ёз.
Выводы
Для определения оптимального режима работы и рациональных конструктивных параметров пылеуловителя с вихревой тарелкой разработан, изготовлен и испытан его опытный
образец, что позволяет проектировать пылеулавливающие аппараты для различных отраслей промышленности.
Оптимальным углом установки лопастей завихрителей в вихревой тарелке, обеспечивающей максимальную эффективность пылеулавливания и формирование равномерной аэродинамической нагрузки, соответствует угол наклона лопастей завихрителя 550.
Определена величина рационального значения плотности орошения для вихревой тарелки которое составляет 0,17 кг/м3 .
Установку отбойного диска в вихревой тарелке рационально устанавливать на высоте равной 1,25dз, такое расположение отбойного диска позволяет обеспечить равномерное распределение динамической пены в пылеуловителе, обеспечить эффективную внутреннюю циркуляцию жидкости и минимизировать унос орошающей жидкости.
Минимизация каплеуноса позволяет обеспечить выбор наиболее рациональной конструкции каплеуловителя, что снизит общее сопротивление аппарата, т.е. улучшит его технико-экономические показатели.
Список литературы
1. Ветошкин А. Г. Процессы и аппараты пылеочистки. Учебное пособие/ Ветошкин А. Г. - Пенза : Изд -во Пенз. гос. ун -та, 2005. - 210 с.
2.Спинов В. М. Математическое моделирование пенного слоя в пылеуловителе с вихревой тарелкой / В. М. Спинов // Энергосбережение*Энергетика*Энергоаудит. - 2009. - № 11. - С. 15-20.
3. Афтанюк В. В. Разработка конструкции вихревой тарелки для тепло-массообменных аппаратов/ В. В. Афтанюк, В. М. Спинов // Вісн. Одес. держ. акад. будівництва та архітектури. -Одеса: ОДАБА, 2004. - Вип. № 13. - С. 12-15.
4. Коузов П. А. Единая методика сравнительных испытаний пылеуловителей для очистки вентиляционного воздуха / Коузов П. А. / - Л.: Химия, 1967. - 103 с.
5. Рузинов Л. П. Статистические методы оптимизации химических процессов / Л. П. Рузинов. - М., Химия, 1972, - 199 с.
6. Афтанюк В. В. Моделирование движения газа в вихревой тарелке для пенных аппаратов / В. В. Афтанюк, В. М. Спинов // Вісн. Одес. держ. акад. будівництва та архітектури. - Одеса : ОДАБА, 2004. - Вип. № 16. - С. 10-14.
7. Справочник по пыле- и золоулавливанию / М. И. Биргер, А. Ю. Вальдберг, Б. И. Мягков и др.; под общ. ред. А. А. Русанова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1983. -312 с.
EXPERIMENTAL STUDY OF KINETICS WET SCRUBBER
V M. SPINOV, assist., V V AFTANIUK, Dr. Sci. Tech., Prof.
Odessa State Academy of Civil Engineering and Architecture, Odessa
The results of experimental studies of the kinetics of wet scrubber with a vortex plate. Rational technical parameters of the density of irrigation and the purified gas. The efficiency of the vortex plates for dust removal.
Поступила в редакцию 14.01 2011 г.
