Модель эффективности пылеулавливания во входной зоне вихревого пылегазоразделителя Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 66.023.2

В. В. Алексеев, И. И. Поникаров

МОДЕЛЬ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ ВО ВХОДНОЙ ЗОНЕ ВИХРЕВОГО

ПЫЛЕГАЗОРАЗДЕЛИТЕЛЯ

Ключевые слова: вихревой пытегазоразделитель, эффективность пытеулавливания.

В статье приведены основные параметры очистки пылегазовых систем во входной зоне вихревого пылегазоразделителя.

Keywords: vortex pylegazorazdelitel, dust-catching efficiency.

The article presents the main parameters of the dust and gas cleaning system in the entrance area of the vortex pylegazorazdelitelya.

В настоящее время для разделения пылегазовых систем нашли применение высокопроизводительные и высокоэффективные противоточные циклоны НИИОГАЗ [1]. Однако из-за сложной аэродинамики закрученного потока в контактной зоне циклонов при нарушении технологических или скоростных режимов и интенсивных турбулентных пульсациях

наблюдается выброс твердой фазы мелкодисперсной, а иногда и среднедисперсной фракции восходящим закрученным потоком в выхлопную трубу и ее удаление в атмосферу. В работе [2] приведен анализ работы противоточных циклонов и показаны пути повышения эффективности центробежного пылеулавливания. Такая организация процесса центробежного пылеулавливания позволяет улавливать

мелкодисперсную фракцию пыли с размерами твердых частиц более 3-5 мкм.

Эффективность очистки пылегазовых систем во входной зоне вихревого пылегазоразделителя (ВПГР) диаметром Б (см. рис.1) зависит от конструктивных, режимных (скорости движения газовой среды во входном патрубке Увх, м/с, фракционного состава пыли, ее начальной концентрации Со, кг/м3) и физико-химических свойств пыли и газа.

Во входной зоне ВПГР происходит превращение поступательного движения потока во входном патрубке (а = а/О,Ъ = Ъ/О- относительные ширина и высота) во вращательно-поступательное в кольцевом канале, где сглаживается неравномерность поля скоростей из-за различий условий входа и увеличивается концентрация пыли вблизи стенки аппарата. Относительная высота входной зоны пылеулавливания

Ь ВХ = Ь ВХ /О определяется при постоянных конструктивных и режимных параметрах требованием необходимой степени пылеочистки и относительно невысокого коэффициента

аэродинамического сопротивления [3].

Высота входной зоны пылеулавливания ЬВХ в ВПГР зависит от распределения тангенциальной Уф и осевой УХ составляющих скорости движения пылегазовой смеси в аппарате [4]. Максимальная тангенциальная составляющая Уфт в аппарате, характеризующая интенсивность вращения потока или уровень центробежных сил, зависит от величины относительного момента скорости Я™ У^/У и относительного диаметра

ВХ ВХ ^т

выхлопной трубы d = Л/О. Для условий безударного входа потока в кольцевой канал должно выполняться условие:

а = а/О < (1 - Л)/2 (1)

Для стационарного процесса осаждения твердых частиц во входной зоне ВПГР кольцевого сечения р = п• О2 • (1 -Л2)/4 с объемной

производительностью

Gy = УХСр • Fk изменение

Рис. 1 - Схема входной зоны ВПГР

массового расхода пыли при изменении ее концентрации на величину ЛС, кг/м3 будет равно Ш=вуЛС, кг/с.

Это изменение массового расхода пыли ЛМ произошло за счет сепарации частиц на стенку канала периметром П=п-О и длиной Лх и равно ЛМ=С-Уцос'П-Лх.

Ухср • Рк • ЛС = -Уц.ос • П • С • Лх (2) Выполнив интегрирование по высоте зоны сепарации от 0 до ИВХ и концентрации пыли от С0 до С1 получим:

С = Со • ехр[-4 • Уцос • Ьвх/(бэ • Ухср )Ъ (3) где Бэ=4^к/П - эквивалентный диаметр кольцевого канала, м; Уцос - скорость центробежного осаждения твердых частиц, м/с; Ух.ср = ву/Рк - среднерасходная скорость движения пылегазовой смеси, м/с.

Выражая в последнем уравнении Ьвх = Ьвх • Б и Бэ = Бэ • Б и определяя степень

пылеулавливания во входной зоне

пылегазоразделителя п через отношение количества осажденных частиц на высоте ЬВХ С1 к начальному количеству С0 на выходе, получим:

П = 1 - С1/С0 = 1 - ехр[-4 • Уц.оС • Ь вх /(Б э • УхСр )|(4) Скорость центробежного осаждения твердых частиц может быть рассчитана по различным моделям, например, по скорости гравитационного осаждения Уос (см. рис.2) и фактору разделения в центробежном поле Кр [5]:

Уц.ос=Уо

;Kn

(5)

где Кр=Уф2/^г), g=9,81 м/с2 - ускорение силы тяжести; г - радиус вращения частицы, м ^<2-г<Б).

При отсутствии информации по распределению скорости Уф=:(г) фактор разделения приближенно может быть выражен через скорость УВХ и средний радиус кольцевого канала аппарата г=Кср=^+Б)/4 по выражению:

K р = 4 • УВХ /[g • (d + D)]

(6)

Рис. 2 - Номограмма для определения скорости осаждения частиц пыли в воздухе

Как следует из уравнения (4), увеличения высоты Ь ВХ при прочих равных условиях увеличивает эффективность пылеулавливания во входной зоне ВПГР. Увеличение скорости центробежного осаждения также увеличивает эффективность пылеулавливания за счет увеличения фактора разделения. Наиболее приемлемые скорости движения газов в ВПГР могут быть рекомендованы аналогично существующим оптимальным скоростям движения пылегазовых потоков в противоточных высокопроизводительных и высокоэффективных циклонах (Ух ср опт

составляет 1,7 м/с для циклона СК-ЦН-34 и 4,5 м/с для ЦН-24) [1].

Литература

1. 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.-М.: Энергоатомиздат., 1983.-312с.

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

3. В.В. Алексеев, И.И. Поникаров. Исследование аэродинамического сопротивления входной зоны пылеулавливания вихревого пылегазоразделителя // Вестник Казан. технол. ун-та. т.17, №4, 2014, с. 220222.

4. В.В. Алексеев, И.И. Поникаров, П.В. Алексеев. Исследование аэродинамических закономерностей вихревого пылегазоразделителя // Вестник Казан. технол. ун-та. т.16, №2, 2013, с. 220-223.

5. Лукин В. Д., Курочкина М.И. Очистка вентиляционных выбросов в химической промышленности. - Л.: Химия, 1980.-232с.

© В. В. Алексеев - канд. техн. наук, доц. каф. машин и аппаратов химических производств КНИТУ, [email protected]; И. И. Поникаров - д-р техн. наук, проф. той же кафедры, советник ректората КНИТУ.

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