ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ УЛАВЛИВАНИЯ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЕЙ НА ВСТРЕЧНЫХ ЗАКРУЧЕННЫХ ПОТОКАХ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Статья поступила в редакцию 20.09.13. Ред. рег. № 1775

The article has entered in publishing office 20.09.13 . Ed. reg. No. 1775

УДК 621.928.93

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ УЛАВЛИВАНИЯ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЕЙ НА ВСТРЕЧНЫХ ЗАКРУЧЕННЫХ ПОТОКАХ

Д.В. Луканин, Е.В. Гладков

Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет Ул. Академическая, 1, г. Волгоград, 400074, Россия Тел.: (8442) 96-98-26, факс (8442) 97-49-33, e-mail: kaf_bgdvt@mail.ru

Заключение совета рецензентов: 25.09.13 Заключение совета экспертов: 30.09.13 Принято к публикации: 05.10.13

В работе приведены результаты экспериментальных исследований эффективности улавливания пылеуловителя со встречными закрученными потоками. Экспериментальные исследования проводились на установке встречных закрученных потоков (ВЗП) и имели цель выявить зависимость эффективности пылеулавливания от длины нижнего входного патрубка. По результатам экспериментов была установлена длина нижнего входного патрубка, при которой наблюдалась максимальная эффективность. Также были проанализированы остальные режимы работы установки.

Ключевые слова: пылеулавливание, пыль, эффективность улавливания.

EXPERIMENTAL STUDY OF DUST COLLECTOR EFFICIENCY AT COUNTER SWIRLING FLOWS

D.V. Lukanin, E.V. Gladkov

Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering 1 Academic St., Volgograd, 400074, Russia Tel.: (8442) 96-98-26, fax (8442) 97-49-33, e-mail: kaf_bgdvt@mail.ru

Referred: 25.09.13 Expertise: 30.09.13 Accepted: 05.10.13

The paper presents results of experimental studies of effectiveness of catching dust collector with counter swirling flows. Experimental studies were made with the VZP and had a goal to reveal the dependence of dust collection efficiency on the length of the lower inlet pipe. According to the results of experiments the length of the lower inlet pipe was set, maximum efficiency of that was observed. Other operation modes were analyzed.

Keywords: dust separation, dust, dust collecting efficiency.

Денис Викторович Луканин

ili'iiSi

Сведения об авторе: аспирант кафедры «Безопасность жизнедеятельности в техносфере» Волгоградского гос. архитектурно-строительного университета.

Образование: Волгоградский гос. архитектурно-строительный университет по специальности «Теплогазоснабжение и вентиляция» (2010).

Область научных интересов: повышение эффективности и снижение энергоемкости систем пылеулавливания с применением аппаратов на встречных закрученных потоках.

Публикации: 9, в том числе 2 патента.

Евгений Владимирович Гладков

Сведения об авторе: президент ООО «Ташлинский горно-обогатительный комбинат», Ульяновская область.

Область научных интересов:

экологическая и производственная безопасность, исследования мелкодисперсных частиц пыли в системе аспирации. Публикации: 5

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 12 (134) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013

Введение

В промышленных системах аспирации в качестве пылеуловителей широкое применение находят аппараты на встречных закрученных потоках, одной из разновидностей которых являются аппараты ВЗП, в которых нижний тангенциальный завихритель вынесен из сепа-рационной камеры на некоторое расстояние.

Такие аппараты характеризуются большей эффективностью улавливания и надежностью работы по сравнению с обычными циклонными пылеуловителями [1].

Таким образом, актуальными являются исследования пылеуловителей ВЗП, направленные на совершенствование конструктивных элементов аппаратов и повышение эффективности улавливания промышленной пыли системами аспирации.

Теоретический анализ

В настоящий момент подробное описание получила зависимость процесса пылеулавливания аппаратами ВЗП от таких факторов, как: общий расход через установку, соотношение расходов через нижний и верхний патрубок, концентрация пыли на входе в пылеуловитель.

Несмотря на наличие различных исследований в области совершенствования конструктивных параметров аппаратов на ВЗП [6], одной из недостаточно изученных проблем, касающихся влияния геометрических характеристик элементов на эффективность улавливания аппарата ВЗП, являются параметры нижнего входного патрубка вторичного закрученного потока.

С целью оптимизации параметров нижнего ввода пылеуловителей ВЗП была проведена серия экспериментальных исследований.

Методика эксперимента

качестве варьируемых факторов при проведении исследования методами планирования эксперимента были выбраны: Ьобщ - общий расход газа в системе, м3/ч; Ьн /£общ - доля расхода газа, подаваемого в аппарат через нижний ввод 6; С - относительная концентрация поступающей пыли на очистку, отнесенная к 1 г/м3. Был реализован полный факторный эксперимент на трех уровнях при числе факторов - 3, с использованием математической модели в виде полинома второго порядка [5].

Рис. 1. Схема экспериментальной установки (аппарата ВЗП-150): 1 - сепарационная камера 0150 мм; 2 - бункер; 3 - верхний тангенциальный входной патрубок 0100 мм; 4 - улиточный закручиватель; 5 - выходной патрубок; 6 - нижний входной патрубок 050 мм; 7 - выхлоп вентилятора; 8 - отбойная шайба; 9 - штуцер для замеров; 10 - вентилятор; 11 - шибер; 12 - заслонка воздушная 0100 мм; 13 - тангенциальный закручиватель нижнего патрубка; 14 - заслонка воздушная 050 мм

Fig. 1. The experimental setup (device VZP-150): 1 - separation chamber 0150 mm; 2 - bin; 3 - upper tangential inlet 0100 mm; 4 - snail swirl; 5 - outlet; 6 - lower inlet

050 mm; 7 - exhaust fan; 8 - fender washer; 9 - fitting for measurement; 10 - fan; 11 - gate; 12 - air damper 0100 mm; 13 - tangential swirl lower pipe; 14 - valve air 050 mm

Для проведения экспериментальных исследований аппарата на встречных закрученных потоках была спроектирована и смонтирована лабораторная установка, схема которой приведена на рис. 1.

При разработке установки основные размеры были приняты в соответствии с параметрами, характерными для аппаратов ВЗП [6]. При конструировании сепарационной камеры были применены прозрачные материалы для визуального наблюдения процесса пылеулавливания.

Режимы работы установки определялись положениями шибера 11 и заслонок 12, 14. Таким образом варьировались общий расход, соотношение расходов через верхний и нижний вводы. Исследования были направлены на выявление зависимости между длиной нижнего входного патрубка I и эффективностью улавливания пылевидных частиц.

В качестве параметра оптимизации была принята эффективность пылеулавливания аппарата ВЗП. В

В качестве исследуемой пыли был выбран высушенный кварцевый песок из системы аспирации линии пересыпки плотностью р = 2240 кг/м3 и медианным диаметром частиц 53 мкм.

В ходе эксперимента было проведено три серии исследований в отдельности при различной длине I нижнего патрубка 6 по стандартным методикам [4], которая была равна одному, двум и трем диаметрам аппарата ВЗП, соответственно, что обусловлено распространенностью данных значений в промышленных системах [2].

Результаты и обсуждение

Полученные результаты зависимости эффективности улавливания аппарата ВЗП от длины нижнего входного патрубка 6 представлены на рис. 2.

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 12 (134) 2013

© Scientific Technical Centre «TATA», 2013

Рис. 2. Зависимость эффективности пылеулавливания аппарата ВЗП от геометрического параметра длины нижнего ввода l при:

I - 1общ = 80, = 0,2, С = 20; 2 - L,^ = 80, U/L,^ = 0,2, С = 40 3 - L.^ = 80, Lн/Lобщ = 0,2, С = 60; 4 - L.^ = 80, Lн/Lобщ = 0,3, С = 20 5 - L„6,4 = 80, Lн/Lобщ = 0,3, С = 40; 6 - L„6,4 = 80, Lн/Lобщ = 0,3, С = 60 7 - L06, = 80, Lн/Lобщ = 0,4, С = 20; 8 - LC6, = 80, Lн/Lобщ = 0,4, С = 40 9 - L06, = 80, Lн/Lобщ = 0,4, С = 60; 10 - Lобщ = 100, Lн/Lобщ = 0,2, С = 20

II - LQ6, = 100, Lн/Lобщ = 0,2, С = 40; 12 - L^ = 100, LJL^ = 0,2, С = 60 13 - LC6, = 100, L^Lt^ = 0,3, С = 20; 14 - Lобщ = 100, Lн/Lобщ = 0,3, С = 40 15 - L06, = 100, Lн/Lобщ = 0,3, С = 60; 16 - LC6, = 100, Lн/Lобщ = 0,4, С = 20 17 - Lrfs, = 100, Lн/Lобщ = 0,4, С = 40; 18 - L„6,4 = 100, LJU, = 0,4, С = 60 19 - Lrfs, = 120, Lн/Lобщ = 0,2, С = 20; 20 - L„6,4 = 120, Lн/Lобщ = 0,2, С = 40 21 - Lrfs, = 120, L.Li, = 0,2, С = 60; 22 - L„6,4 = 120, L.Li, = 0,3, С = 20 23 - LQ6, = 120, Lн/L0бщ = 0,3, С = 40; 24 - L06, = 120, Lн/L0бщ = 0,3, С = 60 25 - Lобщ = 120, Lн/Lобщ = 0,4, С = 20; 26 - Lобщ = 120, L.Li, = 0,4, С = 40

27- Lобщ = 120, LJLe, = 0,4, С = 60 Fig. 2. The dependence of the efficiency of dust collection unit VZP on the geometrical parameter of length l at the lower input: 1 - Lобщ = 80, Lн/Lобщ = 0,2, С = 20; 2 - Lобщ = 80, Lн/Lобщ = 0,2, С = 40; 3 - Lобщ = 80, LJLобщ = 0,2, С = 60; 4 - L^ = 80, Lн/Lобщ = 0,3, С = 20; 5 - Lобщ = 80, L^L«^ = 0,3, С = 40; 6 - Lобщ = 80, Lн/Lобщ = 0,3, С = 60; 7 - Lобщ = 80, L^L«^ = 0,4, С = 20; 8 - Lобщ = 80, Lн/Lобщ = 0,4, С = 40; 9 - Lобщ = 80, Lн/Lобщ = 0,4, С = 60; 10 - Lобщ = 100, Lн/Lобщ = 0,2, С = 20; 11 - Lобщ = 100, L.^, = 0,2, С = 40; 12 - Lобщ = 100, Lн/Lобщ = 0,2, С = 60 13 - Lобщ = 100, Lн/Lобщ = 0,3, С = 20; 14 - Lобщ = 100, Lн/Lобщ = 0,3, С = 40 15 - Lобщ = 100, Lн/Lобщ = 0,3, С = 60; 16 - Lобщ = 100, Lн/Lобщ = 0,4, С = 20 17 - Lобщ = 100, Lн/Lобщ = 0,4, С = 40; 18 - Lобщ = 100, Lн/Lобщ = 0,4, С = 60 19 - Lобщ = 120, Lн/Lобщ = 0,2, С = 20; 20 - Lобщ = 120, Lн/Lобщ = 0,2, С = 40 21 - Lобщ = 120, Lн/Lобщ = 0,2, С = 60; 22 - Lобщ = 120, Lн/Lобщ = 0,3, С = 20 23 - Lобщ = 120, Lн/Lобщ = 0,3, С = 40; 24 - Lобщ = 120, Lн/Lобщ = 0,3, С = 60 25 - Lобщ = 120, Lн/Lобщ = 0,4, С = 20; 26 - Lобщ = 120, Lн/Lобщ = 0,4, С = 40 27- Lобщ = 120, L^, = 0,4, С = 60

Уравнение регрессии будет иметь вид П = 91,09 + 0,000213/.

(1)

Данные, представленные на рис. 3-8, характеризуют зависимость эффективности пылеулавливания аппарата ВЗП от общего расхода газа в системе (¿общ), доли расхода газа, подаваемого в аппарат через нижний ввод (£н/£об1ц), относительной концентрации поступающей на очистку пыли (С).

Рис. 3. Зависимость эффективности улавливания кварцевой пыли аппаратом ВЗП-150 с длиной патрубка нижнего ввода l = 1 D при: С = 20: 1 - Lн/Lобщ = 0,2; 2 - Lн/Lобщ = 0,3; 3 - Lн/Lобщ = 0,4; С = 40: 4 - Lн/Lобщ = 0,2; 5 - Lн/Lобщ = 0,3; 6 - Lн/Lобщ = 0,4; С = 60: 7 - Lн/Lобщ = 0,2; 8 - Lн/Lобщ = 0,3; 9 - Lн/Lобщ =0,4 Fig. 3. The dependence of the separation efficiency of silica dust apparatus vZp -150 with a length of pipe bottom entry l = 1D: С = 20: 1 - Lн/Lобщ = 0,2; 2 - Lн/Lобщ = 0,3; 3 - Lн/Lобщ = 0,4; С = 40: 4 - Lн/Lобщ = 0,2; 5 - Lн/Lобщ = 0,3; 6 - Lн/Lобщ = 0,4; С = 60: 7 - Lн/Lобщ = 0,2; 8 - Lн/Lобщ = 0,3; 9 - Lн/Lобщ = 0,4

Рис. 4. Зависимость эффективности улавливания кварцевой пыли аппаратом ВЗП-150 с длиной патрубка нижнего ввода l = 1 D при: Lобщ = 80: 1 - С = 20; 2 - С = 40; 3 - С = 60; Lобщ =100: 4 - С = 20; 5 - С = 40; 6 - С = 60; L^, = 120: 7 - С = 20; 8 - С = 40; 9 - С = 60 Fig. 4. The dependence of the separation efficiency of silica dust apparatus VZP-150 with a length of pipe bottom entry l = 1D: Lобщ = 80: 1 - С = 20; 2 - С = 40; 3 - С = 60; Lобщ =100: 4 - С = 20; 5 - С = 40; 6 - С = 60; Lобщ = 120: 7 - С = 20; 8 - С = 40; 9 - С = 60

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 12 (134) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013

97

96

95

94,5

9 у

8 ~

5.

2 ^

л

1

___

80

100

м::7ч

120

Рис. 5. Зависимость эффективности улавливания кварцевой пыли аппаратом ВЗП-150 с длиной патрубка нижнего ввода l = 2D при: c = 20: 1 - 1н/10бЩ = 0,2; 2 - 1н/10бЩ = 0,3; 3 - 1н/10бЩ = 0,4; c = 40: 4 - 1н/1общ = 0,2; 5 - 1н/1общ = 0,3; 6 - 1н/1общ = 0,4; c = 60: 7 - 1н/1общ = 0,2; 8 - 1н/1общ = 0,3; 9 - 1н/1общ = 0,4 Fig. 5. The dependence of the separation efficiency of silica dust apparatus VZP-150 with a length of pipe bottom entry l = 2D: c = 20: 1 - 1н/1общ = 0,2; 2 - 1н/1общ = 0,3; 3 - 1н/1общ = 0,4; c = 40: 4 - 1н/1общ = 0,2; 5 - 1н/1общ = 0,3; 6 - 1н/1общ = 0,4; c = 60: 7 - 1н/1общ = 0,2; 8 - 1н/1общ = 0,3; 9 - 1н/1общ = 0,4

Рис. 6. Зависимость эффективности улавливания кварцевой пыли аппаратом ВЗП-150 с длиной патрубка нижнего ввода l = 2 D при: 1общ = 80: 1 - c = 20; 2 - c = 40; 3 - c = 60; 1общ =100: 4 - c = 20; 5 - c = 40; 6 - c = 60; 1общ = 120: 7 - c = 20; 8 - c = 40; 9 - c = 60 Fig. 6. The dependence of the separation efficiency of silica dust apparatus VZP-150 with a length of pipe bottom entry l = 2D: 1общ = 80: 1 - c = 20; 2 - c = 40; 3 - c = 60; 1общ =100: 4 - c = 20; 5 - c = 40; 6 - c = 60; 1общ = 120: 7 - c = 20; 8 - c = 40; 9 - c = 60

Рис. 7. Зависимость эффективности улавливания кварцевой пыли аппаратом ВЗП-150 с длиной патрубка нижнего ввода l = 3 D при: c = 20: 1 - 1н/1общ = 0,2; 2 - 1н/1общ = 0,3; 3 - 1н/1общ = 0,4; c = 40: 4 - 1н/1общ = 0,2; 5 - 1н/1общ = 0,3; 6 - 1н/1общ = 0,4; c = 60: 7 - 1н/1общ = 0,2; 8 - 1н/1общ = 0,3; 9 - 1н/1общ = 0,4 Fig. 7. The dependence of the separation efficiency of silica dust apparatus VZP-150 with a length of pipe bottom entry l = 3D: c = 20: 1 - 1н/1общ = 0,2; 2 - 1н/1общ = 0,3; 3 - 1н/1общ = 0,4; c = 40: 4 - LJL^ = 0,2; 5 - LJL^ = 0,3; 6 - LJL^ = 0,4; c = 60: 7 - Lн/Lобщ = 0,2; 8 - Lн/Lобщ = 0,3; 9 - Lн/Lобщ = 0,4

Рис. 8. Зависимость эффективности улавливания кварцевой пыли аппаратом ВЗП-150 с длиной патрубка нижнего ввода l = 3 D при: Lобщ = 80: 1 - c = 20; 2 - c = 40; 3 - c = 60; Lобщ = 100: 4 - c = 20; 5 - c = 40; 6 - c = 60; Lобщ = 120: 7 - c = 20; 8 - c = 40; 9 - c = 60 Fig. 8. The dependence of the separation efficiency of silica dust apparatus VZP-150 with a length of pipe bottom entry l = 3 D : Lобщ = 80: 1 - c = 20; 2 - c = 40; 3 - c = 60; L^ = 100: 4 - c = 20; 5 - c = 40; 6 - c = 60; L0бщ = 120: 7 - c = 20; 8 - c = 40; 9 - c = 60

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 12 (134) 2013

© Scientific Technical Centre «TATA», 2013

Уравнения регрессии будут иметь вид:

П = 90,75 - 5!о6щ -17,2 Lj¿о6щ - 2с ; (2)

П = 77,17 - 4,995L^ + 49,7 LjL^ -1,999с . (3)

Заключение

Установлено, что наибольшая эффективность наблюдается при значении длины нижнего входного патрубка l = 2D (D - диаметр сепарационной камеры 1 на рис. 1), что связано с тем, что вторичный пылега-зовый поток приобретает оптимальные параметры крутки на входе в пылеуловитель в отличие от режима при длине патрубка l = 3D, где наблюдается затухание крутки вследствие большего аэродинамического сопротивления [7], что сказывается на эффективности улавливания.

- с -

v/цс1

Список литературы

о

1. Азаров В.Н. Пылеуловители со встречными закрученными потоками. Опыт внедрения. Волгоград: РПК «Политехник» ВолгГТУ, 2003.

2. Щукин В.К., Халатов А.А. Теплообмен, массо-обмен и гидродинамика закрученных потоков в осе-симметричных каналах. М.: Машиностроение, 1982.

3. Азаров В.Н., Лукьянсков А.С., Самарская Ю.Г. Результаты испытаний аппаратов ПВ ВЗП с раскру-чивателями в системах обеспыливающей вентиляции // Вестник ВолгГАСУ. Сер.: Строительство и архитектура. 2009. Вып. 14(33). С. 151-153.

4. ГОСТ 17.2.4.07-90. Охрана природы. Атмосфера. Методы определения давления и температуры газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения. М.: Госстандарт, 1991.

5. Дмитриев Л.С., Кузьмина Л.В., Мошкарнев Л.М. Планирование эксперимента в вентиляции и кондиционировании воздуха. Иркутск: Изд-во Ир-кут. ун-та, 1984.

6. Азаров В.Н., Диденко В.Г., Азаров Д.В. Конструктивные решения пылеуловителей со встречными закрученными потоками // Информационный листок № 51-112-03; ЦНТИ. Волгоград. 2003.

7. Азаров В.Н., Боровков Д.П., Скориков Д.А. Об использовании закрученных потоков в воздуховодах систем аспирации на предприятиях строительной индустрии // «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития 2011». Т. 5. Технические науки. Одесса: Черноморье, 2011. С. 32-38.

При длине нижнего горизонтального патрубка I = Ш наблюдается проскок пылевых частиц и низкая эффективность улавливания вследствие недостаточной интенсивности закрутки потока на входе в сепарационную камеру. В ходе визуальных наблюдений было отмечен незакрученный пылегазовый поток со значительной турбулентностью.

Для всех режимов было установлено, что при увеличении расхода и, соответственно, скорости наблюдается увеличение эффективности улавливания;

Наибольшая эффективность улавливания наблюдалась при следующих значениях факторов: I = 2Д ¿общ = 120, ЬЛобщ = 0,3, с = 60.

References

1. Azarov V.N. Pyleuloviteli so vstrecnymi zakrucennymi potokami. Opyt vnedrenia. Volgograd: RPK «Politehnik» VolgGTU, 2003.

2. Sukin V.K., Halatov A.A. Teploobmen, massoobmen i gidrodinamika zakrucennyh potokov v osesimmetricnyh kanalah. M.: Masinostroenie, 1982.

3. Azarov V.N., Luk'anskov A.S., Samarskaa U.G. Rezul'taty ispytanij apparatov PV VZP s raskrucivatelami v sistemah obespylivausej ventilacii // Vestnik VolgGASU. Ser.: Stroitel'stvo i arhitektura. 2009. Vyp. 14(33). S. 151-153.

4. GOST 17.2.4.07-90. Ohrana prirody. Atmosfera. Metody opredelenia davlenia i temperatury gazopylevyh potokov, othodasih ot stacionarnyh istocnikov zagraznenia. M.: Gosstandart, 1991.

5. Dmitriev L.S., Kuz'mina L.V., Moskarnev L.M. Planirovanie eksperimenta v ventilacii i kondicionirovanii vozduha. Irkutsk: Izd-vo Irkut. un-ta, 1984.

6. Azarov V.N., Didenko V.G., Azarov D.V. Konstruktivnye resenia pyleulovitelej so vstrecnymi zakrucennymi potokami // Informacionnyj listok № 51112-03; CNTI. Volgograd. 2003.

7. Azarov V.N., Borovkov D.P., Skorikov D.A. Ob ispol'zovanii zakrucennyh potokov v vozduhovodah sistem aspiracii na predpriatiah stroitel'noj industrii // «Naucnye issledovania i ih prakticeskoe primenenie. Sovremennoe sostoanie i puti razvitia 2011». T. 5. Tehniceskie nauki. Odessa: Cernomor'e, 2011. S. 32-38.

Транслитерация по ISO 9:1995

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 12 (134) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013