CC BY
30УДК 553.6.002.5/66.074.2:666.6
Ю.В. КРАСОВИЦКИЙ, д-р техн. наук, Воронежская государственная технологическая академия (ВГТА); В.И. НИКОЛАЕВ, канд. экономич. наук, ОАО «Вагонреммаш»; Н.В. ПИГЛОВСКИЙ, ведущий инженер (piglovsky@vagon.vrn.ru), Воронежский вагоноремонтный завод (ВВРЗ); М.Н. ФЕДОРОВА, инженер-экономист, ОАО «Минудобрения» (г. Россошь, Воронежская обл.)
Конструкции, расчет и аэродинамическая оптимизация вихревых пылеуловителей в производстве строительных материалов
Одним из прогрессивных аэродинамических способов интенсификации и повышения эффективности пылеуловителей является применение закрученного пылегазово-го потока. Аппараты, в которых используют вспомогательный закрученный поток, — вихревые пылеуловители появились сравнительно недавно, но успели получить значительное распространение в производстве строительных материалов и конструкционных огнеупоров [1].
В вихревом аппарате соплового типа (рис. 1, а) запыленный газовый поток закручивается лопаточным за-вихрителем и двигается вверх, подвергаясь при этом воздействию вытекающих из тангенциально расположенных сопел 3 струй вторичного газа (воздуха).
Под действием центробежных сил взвешенные в потоке частицы отбрасываются к периферии, а оттуда в возбуждаемый струями спиральный поток вторичного газа, направляющий их вниз в кольцевое межтрубное пространство. Вторичный газ в ходе спирального обтекания потока очищаемого газа постепенно полностью проникает в него. Кольцевое пространство вокруг входного патрубка оснащено подпорной шайбой 6, обеспечивающей безвозвратный спуск пыли в бункер 7.
Вихревой пылеуловитель лопаточного типа (рис. 1, б) отличается тем, что вторичный газ отбирается с периферии очищенного газа и подается кольцевым направляющим аппаратом с наклонными лопатками 8.
За рубежом вихревые пылеуловители выпускаются производительностью по очищаемым газам от 330 до 30000 м3/ч.
В качестве вторичного газа в вихревых пылеуловителях может быть использован воздух из окружающей среды, периферийная часть потока очищенных газов и запыленные газы. Варианты подвода вторичного газа показаны на рис. 2.
С экономической точки зрения наихудшим является вариант с использованием воздуха из окружающей среды. Однако он представляется оправданным при необходимости охлаждения запыленных газов. Наиболее выгодным в экономическом отношении является использование в качестве вторичного потока запыленных газов. В этом случае производительность аппарата повышается на 40—65% без заметного снижения эффективности очистки.
Установлено, что оптимальный расход вторичного газа должен составлять 30—35% от первичного [4, 5].
Подобно циклонам вихревые пылеуловители могут компоноваться в группы. Это делается с целью увеличения эффективности пылеулавливания за счет уменьшения диаметра аппаратов.
При диаметре частиц пыли dч, лежащем в пределах 4^ч<30 мкм, эффективность пылеулавливания в вихревых аппаратах меняется от 96 до 99,8%. Минимальный
Отбор
вторичного
воздуха
Вторичный воздух
Газы
7,
7
Рис. 1. Конструкции вихревых пылеуловителей: а - соплового типа; б -лопаточного типа; 1 - камера; 2 - выходной патрубок; 3 - сопла; 4 - лопаточный завихритель типа «розетка»; 5 - входной патрубок; 6 - подпорная шайба; 7 - пылевой бункер; 8 - кольцевой лопаточный завихритель
Рис. 2. Варианты подвода вторичного газа к вихревым пылеуловителям [2, 3]: а - подвод внешнего воздуха; б - подвод очищенных газов; в - подвод запыленных газов
V +У
1 2
научно-технический и производственный журнал
Ось вихря
Плоскость
соприкосновения
потоков
Рис. 3. Место пересечения разделяемых потоков
И =И
в ^Стальные полосы Рис. 4. Пылеуловитель «МиШшЫ» [6]
02
в
в -У
Рис. 5. Пылеуловитель «МиШшЫ!» [6]
диаметр частиц, полностью улавливаемых в вихревом пылеуловителе йтЫ, м, рассчитывают по формуле
=
V,
1п Dшн / Dm
Н ■
1
18ц,
(Рч-Р, )
(1)
где Vг — скорость газов в свободном сечении аппарата, м/с; Н — высота пылеулавливающей камеры, м; Бапп, Бщр — диаметры аппарата, м; ю (омега) — угловая скорость, с; рч, р, — плотности пылевой частицы и газовой среды, кг/м3; |х, — динамическая вязкость газа, Пас.
Интересно отметить, что сопоставление параметров работы высокоэффективных циклонов и вихревых аппаратов показало, что частицы пыли при с1т > 3 мкм экономичнее улавливать циклонами, а при ^ < 3 мкм — вихревыми пылеуловителями.
Особый интерес представляет вихревой пылеуловитель типа «Multiwir» (Институт изучения окружающей
среды при Техническом университете в Клаустале-Цел-лерфельде (Германия)) [6].
При прохождении потоком мультивихревого аппарата подлежащий очистке газ сепарируется во вращающемся потоке. Вихри создаются при взаимном обмене импульсами, возникающими в местах пересечения тангенциально соприкасающихся пылегазовых потоков, как это показано на рис. 3. Перспективные модификации таких аппаратов — «Ми1^^-1» и «Ми1^^-П» представлены на рис. 4 и 5.
Вихревые пылеуловители типа «Ми1йдаг» состоят из расположенных рядом параллельных каналов, помещенных под углом и к первоначальному направлению потока. Каналы ограничены сверху и снизу стальными полосами. Стенки каналов в аппаратах «Ми1^^-1» плоские, в аппаратах «Ми1^^-П» имеют форму эволь-вентных поверхностей.
Безусловным преимуществом устройств типа «Ми1йдаг» является исключительная простота конструкции, аэродинамическое совершенство, низкое по сравнению с другими инерционными пылеуловителями значение Ар, вполне достаточное для предварительной очистки значение эффективности пылеулавливания п и удобство выгрузки уловленной пыли в транспортеры. Поэтому аппараты «Ми1йдаг» заслуживают внимания специалистов, работающих в производстве строительных материалов, химической и нефтехимической промышленности, черной и цветной металлургии.
Успешно зарекомендовал себя в производстве огнеупоров вихревой пылеуловитель Научно-исследовательского института по охране труда при производстве строительных материалов (НИПИОТСТРОМ), показанный на рис. 6. Этот аппарат состоит из верхнего 1 и нижнего 2 завихрителей, цилиндрического корпуса (се-парационной камеры) 3 и выхлопной трубы 4. Верхний завихритель выполнен в виде спирально-винтообразной улитки. По оси нижнего завихрителя расположен усеченный полый конус 5, препятствующий подсосу воздуха. Основной поток запыленных газов поступает через верхний завихритель, а дополнительный — через нижний. Сепарация пыли и отбрасывание ее к наружной стенке происходят под действием центробежной силы. Дополнительный поток усиливает закручивание основного, что особенно важно в нижней части аппарата, и удаляет из него мелкую пыль. Отсепарированная пыль поступает в бункер 6 и через затвор 7 в сборник 8, откуда попадает в трубчатый цепной конвейер.
Следует отметить, что положительный опыт эксплуатации пылеуловителей со встречными потоками достаточно велик. Важным преимуществом аппаратов этого типа является универсальность их аэродинамических и пылеулавливающих характеристик, позволяющая за счет изменения соотношения расходов основного и дополнительного пылегазового потоков регулировать процесс пылеулавливания. Высокая эффективность этих аппаратов связана с повышением значений тангенциальных составляющих скорости потока до 40—50 м/с, уменьшением радиальной составляющей, образованием устойчивой циркуляционной зоны, удерживающей высокодисперсную пыль в потоке до агрегирования за счет кинематической коагуляции.
Выполненные нами уточненные поэлементные расчеты гидравлического сопротивления вихревого пылеуловителя, представленного на рис. 6, показывают, что сопротивление завихрителей составляет существенную часть суммарного гидравлического сопротивления аппарата — 99,8%, и поэтому их совершенствование — основной путь снижения энергозатрат при использовании закрученного потока.
Сформулированные в [3, 5] принципы создания завихрителей с низким значением коэффициента сопро-
А
Су ■. ■ научно-технический и производственный журнал
Ы' ® май 2010 85"
Очищенный 330 А поток
4
Основной запыленный поток
Вспомогательный запыленный поток
и„.
■ (1,9 + 2,1 )D,
(3)
п = 1 -(1 -П )(1 -П).
(2)
Таким образом, для увеличения эффективности вихревых пылеуловителей целесообразны следующие способы: интенсификация закрутки газового потока на входе, снижение вторичного уноса пыли, организация своевременной и эффективной выгрузки пыли.
В вихревых аппаратах осевая составляющая скорости потока в центральной части меняет свое направление на противоположное, направленное вверх. Поэтому для снижения выбросов целесообразно углубить выхлопной патрубок до зоны, в которой пылегазовый поток в значительной мере уже свободен от высокодисперсной пыли. Можно считать, что для вихревых пылеуловителей со встречными закрученными потоками
где Нпогр — глубина погружения выхлопного патрубка, м; D — диаметр аппарата, м.
Весьма перспективно подавление турбулентности в пристенной области, что уменьшает повторное увлечение высокодисперсных частиц газом и существенно уменьшает выброс частиц при dч < 10 мкм.
Следует рекомендовать и организацию отсоса небольшого количества запыленного газа из бункерной части аппаратов.
Отобранный из бункера газ следует распределять между основным и дополнительным потоками, поступающими в пылеуловитель, сохранив при этом соотношение расходов 1:4.
Достаточно перспективен и щелевой отбор пыли из цилиндрической части вихревого пылеуловителя [3]. При этом оказывается возможным удалить часть пыле-газового концентрата из рабочей зоны аппарата и стабилизировать работу пылевыпускного устройства.
Преимущества вихревых пылеуловителей со щелевым отбором и встречным закрученным потоком рециркуляционного газа объясняются достаточно рациональной схемой движения потоков и уменьшением пылеуно-са со стенок рабочей камеры за счет щелевого отбора концентрированной пылегазовой смеси. Встречный закрученный поток рециркуляционного газа позволяет устранить обмен частицами пыли между центральной и периферийными зонами рабочей камеры. При этом резко уменьшается вынос высокодисперсных фракций пыли.
Известны попытки интенсифицировать работу вихревых аппаратов установкой коронирующих электродов
Рис. 6. Вихревой пылеуловитель: 1, 2 - верхний и нижний завихрители, 3 - корпус, 4 - выхлопная труба, 5 - конус, 6 - бункер, 7 - затвор, 8 - сборник
тивления состоят в следующем: применение совершенных в аэродинамическом плане закручивателей, формирование рациональной структуры потока, выбор оптимальной интенсивности завихрения. На рис. 7 представлены оптимальные в аэродинамическом плане завихрители, обеспечивающие, как показывает анализ [2—7], минимальные энергетические затраты.
По мнению В.П. Приходько [3], общая эффективность вихревого пылеуловителя п определяется в зависимости от эффективности осаждения частиц в цилиндрической части ц' и в завихрителе ц'' , а фракционная эффективность для ;-ой фракции может быть определена по формуле:
10о
30о
/
Рис. 7. Завихрители с минимальными энергозатратами: а - w = const; б - профилирование по винтовой линии; в - ступенчатое изменение угла установки лопаток; г, д - конические; е - параллельное расположение завихрителей; ж - подвод части потока в центр лопаточного завих-рителя; з, и - подвод части потока в завихрители с тангенциальным вводом против вращения приосевого вихря
з
и
научно-технический и производственный журнал
по оси выхлопного патрубка. Однако некоторое повышение эффективности не оправдывается дополнительными затратами.
Ключевые слова: вихревые пылеуловители, скорость потока, размер частиц.
Список литературы
1. Энтин В.И., Красовицкий Ю.В., Анжеуров Н.М., Болдырев А.М., Шраге Ф. Аэродинамические способы повышения эффективности систем и аппаратов пылеулавливания в производстве огнеупоров. Воронеж: Истоки, 1998. 362 с.
2. Walter J., Wong Hwo-Chi. Laboratory testing metod for PM-IO samplers: lowered effectiveness from particle looding // Airosol Shei and Technol. 1991. V. 14 - № 1. P. 93-101.
3. Приходько В.П. Каплеуловители общепромышленного назначения и аппараты абсорбционного типа // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 1981. С. 15-16.
4. Сажин Б.С., Гудим Л.И. Пылеуловители со встречными закрученными потоками. Обзорн. информ. Серия: Охрана окруж. среды и рацион. использ. природн. ресурсов. М.: НИИИТЭхим. Вып. 1(38). 1982. 68 с.
6. Kwasniak I. Application of the «Multivir» — Metod to Separation of Droplens and Solid Particles from Gases/ Eng/ Process.,1988, 24, p. 211-215.
7. Горемыкин В.А., Красовицкий Ю.В., Панов С.Ю., Логинов А.В. Энергосберегающее пылеулавливание при производстве керамических пигментов по «сухому» способу. Воронеж: Воронежский государственный университет, 2001. - 296 с.
150 участников • 20 регионов России и ближнего зарубежья Выставочная площадь более 2000 кв.м
СтройЭКСПО. ЖКХ
29 Всероссийская специализированная выставка
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ЭКСПОЗИЦИИ:
СТРОИТЕЛЬСТВО
• Быстровозводимые здания и сооружения
• Строительные и отделочные материалы
• Кровля. Изоляция
• Окна. Двери. Ворота
• Строительное и промышленное оборудование
• Строительная и дорожная техника
СИСТЕМЫ И ИНЖЕНЕРНЫЕ СЕ1И
• Системы очистки воды, водоочистители
• Канализационные системы и оборудование
• Системы вентиляции и кондиционирования
• Системы водоснабжения и отопления
• Котельное оборудование. Насосы
• Трубы. Запорная и регулирующая арматура
УПРАВЛЕНИЕ ЖИЛИЩНЫМ ФОНДОМ
• Реконструкция, ремонт и содержание объектов жилфонда
• Локальный ремонт труб и трубных конструкций
• Материалы и оборудование для диагностики и санации
• Новые формы управления ЖКХ
Организатор Волгоград
% ЭКСПО
Выставочный центр «ВолгоградЭКСПО» Тел/факс: (8442) 55-13-15, 55-13-16 E-mail: stroyka@volgogradexpo.ru www.volgogradexpo.ru
Генеральный ЙйлДот
информационный СПОНСОР гиупги ГАЗЕТ
5-7
ОКТЯБРЯ
ВОЛГОГРАД
СШЕШШАШЗШАЯ ШШШАШРА
Нестерова Л.Л., Лугинина И.Г., Шахова Л.Д.
Микроструктура цементного камня (исследования с применением оптического светового микроскопа)
М. Изд-во АСВ. 104 с.
Приведены результаты микроскопических исследований структуры гидратных новообразований, образующихся при взаимодействии с различными модифицирующими добавками, а также исследования изменения волокон хризотил-асбеста в процессе его службы в изделиях. В книге приводится кристаллооптический экспресс-метод определения свободного диоксида кремния в цементном сырье.
Издание предназначено для научных и инженерно-технических работников цементных заводов, преподавателей, аспирантов, студентов старших курсов вузов.
ТЕХНОЛОГИЯ ПЕНОБЕТОНА
ТЕОРИИ И ПРАКТИКА
Шахова Л.Д.
Технология пенобетона. Теория и практика
М. Изд-во АСВ. 248 с.
Рассмотрены основные физико-химические и механические процессы поризации цементных растворов и закономерности формирования поризованного цементного композиционного материала - пенобетона. Изложены теоретические основы поведения компонентов, входящих в композицию, на границе раздела фаз, свойства ПАВ и пенообразователей различной природы, поведение их в двух- и трехфазных дисперсных системах. Дана сравнительная оценка как общих, так и специфических свойств отечественных и зарубежных пенообразователей для получения пенобетонов.
Книга предназначена для широкого круга специалистов, занимающихся теоретическими вопросами и промышленным выпуском пенобетонов, разработкой пенообразую-щих составов для промышленности строительных материалов.
j'vJ ®
научно-технический и производственный журнал
май 2010
87
