Исследование общей эффективности пылеулавливания вихревого пылегазоразделителя Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.01(06)

В. В. Алексеев, И. И. Поникаров

ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЩЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ ВИХРЕВОГО ПЫЛЕГАЗОРАЗДЕЛИТЕЛЯ

Ключевые слова: вихревой пылегазоразделитель, пыль, аппарат, циклон.

Исследовано влияние режимных и конструктивных параметров на общую эффективность пылеулавливания вихревого пылегазоразделителя и проведены сравнения его эффективности с эффективностью других аппаратов вихревого типа.

Keywords: vortex dust gas separator, dust, apparatus, cyclone.

Investigated the effects of operating and design parameters on the overall efficiency dedusting VDGS and compared its performance with that of other vehicles vortex.

Очистка пылегазовых смесей традиционным отечественным оборудованием типа циклонов ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15У, ЦН-24, ВЦНИИОТ, СИОТ, ЛИОТ не удовлетворяет возросшим экологическим требованиям и создает проблемы охраны окружающей среды.

Одной из приоритетных задач современной промышленности является разработка современного эффективного высокопроизводительного оборудования, сочетающего в себе решение экологических проблем производства.

На кафедре машин и аппаратов химических производств КНИТУ разработан вихревой пылегазоразделитель (ВПГР), который лишен недостатков, присущих противоточным циклонам [1, 2].

Высокая эффективность пылеулавливания аппарата достигалась за счет раздельной организации движения закрученного нисходящего очищаемого потока в винтовом канале и очищенного восходящего в выходной трубе.

Сепарация пыли осуществлялась последовательно во входной зоне и двух зонах винтового канала. Окончательное разделение пыли происходило в бункере (сборнике пыли).

Целью данной работы являлось исследование влияния режимных и конструктивных параметров на общую эффективность пылеулавливания ВПГР и проведение сравнения его эффективности с эффективностью других аппаратов вихревого типа.

Общая эффективность пылеулавливания П определялась по уравнению [3]:

П = (Свх - Свых)/Свх, (1)

где Свх, Свых - объемные концентрации соответственно на входе в аппарат и выходе из него, кг/м3.

Исследования эффективности аппарата по улавливанию пыли были проведены на установке, где воздух подавался вентилятором по газовой линии, расход воздуха регулировался задвижкой и измерялся по перепаду давления, создаваемому остроугольной диафрагмой.

В качестве модельной пыли использовался тальк, дисперсный состав которого приведен в таблице 1.

Для подачи пыли в газовый поток использовалось запыливающее устройство (ЗУ), схематично изображенное на рис. 1. Использованный дозатор ЗУ пыли позволял создавать запыленность газа (воздуха) до 5 мг/см3 (1 мг/см3 = 1кг/м3).

Концентрация пыли на входе в аппарат Свх определялась по формуле:

Свх=т-|/(т-Су), (2)

где т-| - масса пыли, помещенная в дозатор, кг;т -время полного истечения пыли из дозатора, ч; Су -объемный расход воздуха, м3/ч.

Таблица 1 - Дисперсный состав пыли талька

Диа- 1 1-3 3-5 5-8 8-12

метр мкм мкм мкм мкм мкм

час-

тиц

Коли- 0,041 0,453 5,57 7,195 11,56

чест- 2

во, %

Диа- 12-20 20-32 32- 50-60 более

метр мкм мкм 50 мкм 70

час- мкм мкм

тиц

Коли- 19,88 36,624 14,01 4,451 0,213

чест- 1

во, %

На выходе из аппарата запыленность воздуха определялась с помощью отбора проб на прямом участке газохода.

Рис. 1 - Схема запыливающего устройства: 1 газоход; 2 - сосуд; 3 - ЗУ; 4 - вентиль

Зная массу пыли, уловленной в циклончике 3 гпэ, кг и фильтре 4 гщ, кг концентрация пыли на выходе из аппарата Свых определялась по формуле:

Свых=т2/(т-Су), (3)

где т2 = тз + т4 - масса уловленной пыли на выходе из аппарата, кг.

Исследования влияния режимных параметров на эффективность пылеулавливания проводились в аппарате с постоянными конструктивными параметрами 0вх, приведенными в работе [4].

Результаты исследований по эффективности пылеулавливания ВПГР представлены на рис. 2. На этом же графике приведены результаты исследований эффективности пылеулавливания высокопроизводительных циклонов: ЦН-11, ЦН-15, ВЦНИИОТ, СИОТ, ЛИОТ, ЦН-15У и ЦН-24.

Как показали исследования, эффективность высокопроизводительных циклонов и ВПГР возрастает с увеличением расхода газа (аэродинамического сопротивления АР), но эффективность последнего существенно выше эффективности других аппаратов вихревого типа.

Л

0,94 09 086 082 0,78 074 070 0,66 0,62 0,58 0,4

1 2

0,6 0,8 1,0 1,2 4 16 18 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 АР 10 Па

Рис. 2 - Зависимость степени очистки в одинаковых по расходу воздуха циклонах от гидравлического сопротивления: 1 - ЦН-11; 2 - ЦН-15; 3 -ВЦНИИОТ; 4 - СИОТ; 5 - ЛИОТ; 6 - ЦН-15У; 7 - ЦН-24; 8 - ВПГР

На рис. 3 представлены результаты исследований эффективности пылеулавливания высокоэффективных циклонов по литературным данным: Огавы-2, циклонного сепаратора - 3, СК-ЦН-34 - 4, Гумбольда - 5 и высокопроизводительных ЦН-15 и ЦН-24 в зависимости от скорости движения пылегазовой смеси в контактных зонах пылеулавливания

На этом же графике показана эффективность ВПГР, изображенная кривой 1. Наибольшей эффективностью обладает циклон Огавы (кривая 2), но эффективность ВПГР при увеличении скорости Уг выше 5-6 м/с приближается к эффективности циклона Огава.

Эффективность других циклонов (кривые 5-8) уменьшается при скоростях движения пылегазовой смеси выше 4 м/с. Эффективность циклонного сепаратора (3) и циклона СК-ЦН-34 (4) оказались ниже эффективности экспериментального аппарата, что объясняется его малым диаметром.

Рис. 3 - Зависимость П от м/с для циклонов: ВПГР - 1; Огавы - 2; циклонного сепаратора - 3; СК-ЦН-34 - 4; Гумбольдта - 5; ЦНС-8 - 6; ЦН-15 - 7; ЦН-24 - 8

Результаты исследований по влиянию конструктивных параметров 0вх на эффективность пылеулавливания при расходах газа, изменяющихся в пределах от 50 до 250 м3/ч, приведены на рис. 4.

При постоянной крутке потока увеличение расхода пылегазовой смеси постоянной концентрации пыли приводит к увеличению эффективности пылеулавливания, а увеличение значений Кт в пределах от 0,08 до 0,16 приводит к снижению величины П.

П,%

Су=50 мЗ/ч -■- Су= 100 мЗ/ч -Д- Су= 150 мЗ/ч Су=200 мЗ/ч Су=250 мЗ/ч

/У

жУ''' ^

10

12

Рис.

4

Зависимость эффективности

пылеулавливания от входного параметра крутки

0вх

Увеличение значений 0вх (см. рис. 4) при постоянных расходах приводит к увеличению эффективности пылеулавливания П и тем выше, чем выше значения расхода Су.

Выводы

Результаты проведенных исследований и сравнение эффективности пылеулавливания ВПГР с эффективностью пылеулавливания

высокоэффективными и высокопроизводительными циклонами показали, что:

- в качестве параметра, определяющего эффективность пылеулавливания, может быть использован параметр 0вх;

8

0

2

4

6

8

0

г,\

- эффективность ВПГР может быть приближена к эффективности пылеулавливания высокоэффективных циклонов.

Литература

1. В.В. Алексеев, И.И. Поникаров. Расчет и применение вихревого пылегазоразделителя в производстве синтетических моющих средств //Вестник Казан. технол. унта, т. 17, № 14, 2014, с. 428-430.

2. В.В. Алексеев, П. В. Алексеев, И.И. Поникаров. Совершенствование технологической схемы производства

сухой молочной сыворотки //Вестник Казан. технол. унта, т. 16, № 21, 2013, с. 218-220.

3. Коузов П.А. Очистка от пыли газов и воздуха в химической промышленности /П.А. Коузов, А.Д. Мальгин, Г.М. Скрябин.- Л.: Химия, 1982.- 256 с.

4. В.В. Алексеев, И.И. Поникаров, П.В. Алексеев. Анализ гидравлического сопротивления и расчет противо-точных циклонов и вихревых камер //Вестник Казан. технол. ун-та, т. 17, № 2, 2014, с. 132-134.

5. Устименко Б. П. Процессы турбулентного переноса во вращающихся течениях. Алма-Ата: Наука Каз ССР, 1977. -228 с.

© В. В. Алексеев - к.т.н., доцент кафедры машин и аппаратов химических производств КНИТУ, [email protected], И. И. Поникаров - д.т.н., профессор той же кафедры; советник ректората.

© V. V. Alekseev - Candidate of Technical Sciences, the associate professor of machines and devices of chemical productions of KNRTU, [email protected]; 1 1 Ponikarov - the Doctor of Technical Sciences, Professor of the same chair, the adviser of administration.