CC BY
27
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ
УДК 679.98:621.928.9
ПЕНЯВСКИЙ ВИТАЛИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ, ст. преподаватель, maloy.pvv@yandex. ru
Томский государственный архитектурно-строительный университет, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2
ПОДБОР ПЫЛЕУЛАВЛИВАЮЩИХ ЦИКЛОНОВ В КАСКАДНЫЕ СИСТЕМЫ С ПОМОЩЬЮ УНИВЕРСАЛЬНОГО МЕТОДА РАСЧЕТА
В настоящей работе проведены сопоставления расчетных данных по эффективности каскадов из разнотипных циклонов, рассчитываемых как с помощью универсальной номограммы, так и по общей зависимости с учетом эмпирических понижающих фракционную эффективность коэффициентов в последующих ступенях каскадов. На основании этих данных даны рекомендации по вводу поправочного коэффициента в расчеты с использованием универсальной номограммы. Показано, что для обеспечения максимального значения эффективности пылеулавливания в каскадах следует рекомендовать к установке на первое место более эффективные аппараты, а с экономической точки зрения устанавливать в каскады не более трех аппаратов.
Ключевые слова: универсальный метод расчета; инерционные пылеуловители; циклоны; эффективность каскадных систем; эффективность пылеулавливания.
VITALIY V. PENYAVSKIY, Senior Teacher,
Maloy.pvv@yandex. ru
Tomsk State University of Architecture and Building,
2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk, Russia
CYCLONE DUST COLLECTORS FOR CASCADE SYSTEMS SELECTED BY THE UNIVERSAL CALCULATION METHOD
The article presents the comparison of calculation data on the efficiency of cascade systems having different types of cyclone collectors designed using both the universal nomogram and general dependence taking into account the empirical factor for fractional efficiency reduction at the following stages of cascades. Thus, it is advisable to introduce a correction factor in calculations using the universal nomogram. Also, to provide maximum efficiency of dust collection, it is feasible to install more efficient devises in the first stage. However, it is economically feasible to install no more than three devices in a cascade system.
© В.В. Пенявский, 2013
Keywords: universal calculation method; inertial dust collectors; cyclones; cascade system efficiency; dust collection efficiency.
В работе [1] предложен универсальный метод расчета инерционных пылеуловителей (УМР), в основу разработки которого положено представление фракционного коэффициента проскока K в виде обобщенной экспоненциальной зависимости от числа Стокса Stk вида
где а и п - постоянные, определяющие пылеулавливающие качества аппарата; Stk=pm52V0/(18цd0); рт и 5 - плотность и диаметр частиц пыли; ц - динамическая вязкость очищаемого газа; У0, й0 - характерные скорость и линейный размер инерционного улавливания пыли аппаратом. Параметры а, п, У0, й0, а также коэффициент гидравлического сопротивления 2, для конкретных пылеуловителей занесены в банк данных (БД) универсального метода [1]. При этом принято, что подлежащие улавливанию пыли подчиняются логарифмически нормальному закону распределения частиц (ЛНР) по размерам:
где 550,0 и о0 - массмедианный размер и среднелогарифмическое квадратичное отклонение ЛНР исходной, подлежащей улавливанию пыли.
Полный коэффициент проскока каскада k последовательно установленных аппаратов (рис.1), рассчитываемых с помощью УМР, определяется как
где К5і - фракционные коэффициенты проскока 7-х аппаратов, характеристики которых а7 и п7 определяются из БД УМР.
С учетом введения в расчет понижающих эффективность коэффициентов С7(5) каскадов последовательно установленных 7-х аппаратов [2] полный коэффициент проскока каскада определится по формуле
размер инерционного улавливания пыли /-ми аппаратами. Индекс «0» соответствует первому аппарату с параметрами а0 и п0 из БД. Аппроксимации опытных данных для многополочных пенных аппаратов [3] для С/ получены в расчетах [2] и имеют вид
K5 = e(-a Stkn),
(1)
V2% -да i = 0
где t =
, V, и di - характерные скорость и линейный
ОД = 1;
С1(5) = 0,2535ln5 + 0,06767; С2(5) = С3(5) = 0,3633ln5-0,307.
gk-1($), §50,к-1 стк-1
Рис. 1. Схема установленных в каскад к циклонов
В работе [4] были представлены результаты сопоставления расчетных данных эффективности каскадов однотипных циклонов НИИОГ АЗ по формулам (1) и (2), которые были получены с использованием УМР, с экспериментальными данными [5]. Показано, что расчетные значения для циклонов НИИОГАЗ по формуле (1) превышают экспериментальные данные не более чем на 6 %, а расчетные значения по формуле (2) имеют незначительные отличия от опытных данных. Были сделаны выводы, что введение коэффициентов С(5) в расчеты и сухих инерционных пылеуловителей, установленных в каскады, является правомерным, эти данные также стали дополнительным доказательством работоспособности УМР.
В настоящей работе проведены сопоставления расчетных данных по эффективности разнотипных циклонов НИИОГАЗ по формулам (1) и (2) и соответствующих расчетных данных с учетом их перестановки местами в каскаде. Результаты показали, что расчетные значения эффективности по формуле (1) при (С =1) несколько завышены по сравнению с расчетными значениями, полученными по формуле (2) при (С/ < 1). Разница находится в пределах от 0,2 до 5 % в зависимости от дисперсного состава и диаметра аппаратов, что подтверждает результаты более ранней работы [4].
Результаты расчета эффективности пылеулавливания по формуле (2) с учетом перестановки аппаратов местами в каскаде показало, что порядок установки инерционных пылеуловителей в каскадных системах влияет на полную эффективность улавливания пыли в целом. Так, при использовании для расчетов формулы (1) для каскадных систем порядок установки пылеуловителей не имеет значения. При использовании понижающих коэффициентов, формула (2), полная эффективность улавливания пыли меняется в зависимости от установки более или менее эффективных аппаратов на первое место.
В табл. 1 приведены результаты расчетов эффективностей улавливания пыли в каскадах со следующими исходными данными: рт = 2400 кг/м3, ц = 23-10"6Па-с, р = 1,2 кг/м3. Расчеты проводились при различных диаметрах пылеуловителей и дисперсных составах пылей. Всего было рассчитано 92 ва-
рианта комбинаций порядка и числа установок в каскады циклонов, в табл. 1 для иллюстрации представлено 20. Выражения для оценки различия эффективностей пылеуловителей при различном их порядке установки в каскаде -Апоряд. %, и с учетом понижающего эффективность коэффициента С7(5) - ДС7 % представлены в виде
д (^выс.эф ^низ.эф )
поряд ’
Дс7 =
^выс.эф
(ЛС7 <1 ^Сі=1 )
Л С/=1
где пвыс.эф, Пнизэф - значения эффективностей для высоко- и низкоэффективных аппаратов, установленных в каскаде, соответственно; Пскь ^=1 - значения эффективностей, рассчитанных с учетом понижающего коэффициента С/ < 1 и при С/ = 1 соответственно.
Сопоставление результатов расчетов показало, что при установке в качестве первых ступеней менее эффективных аппаратов полная эффективность улавливания пыли будет ниже (табл. 1, поз. 2, 4, 6, 8 и др.), чем при установке на первое место более эффективных аппаратов (табл. 1, поз. 1, 3, 5, 7 и др.). Разница находится в пределах от 0,15 до 3,5 %, в некоторых случаях до 6 %, в зависимости от дисперсного состава пыли и диаметра аппаратов. Чем грубее дисперсный состав пыли, тем различие меньше. При малых диаметрах аппаратов различие не превышает 3 %, с увеличением диаметра различие в некоторых случаях достигает 6 %.
Исходя из вышесказанного, можно сделать следующие выводы: 1) для практических расчетов эффективности пылеулавливания каскадных систем с применением номограммы УМР можно вводить понижающий поправочный коэффициент от 1 до 3 % в зависимости от дисперсности пыли, чем тоньше пыль, тем поправочный коэффициент к полной эффективности будет выше; 2) для обеспечения максимального значения эффективности в каскаде следует рекомендовать устанавливать на первое место более эффективные аппараты независимо от их геометрических характеристик и параметров пыли; 3) устанавливать более трех ступеней в каскаде нецелесообразно, т. к. при увеличении ступеней существенно возрастает металлоемкость всей конструкции, при этом значительного прироста полной эффективности не наблюдается (табл. 1, поз. 13-16).
При расчете каскадных систем для определения более эффективного аппарата и установки его в качестве первой ступени можно провести оценочный расчет с использованием номограммы УМР, которая позволяет сделать это достаточно оперативно. Например, для каскада из циклонов ЦН-11 и Ван-Тонгерена определим наиболее эффективный аппарат, для этого воспользуемся номограммой УМР при следующих исходных данных: рт = 2400 кг/м3, ц = 23-10"6Па-с, р = 1,2 кг/м3, 550 = 22,2 мкм и о = 2,6, скорость в плане циклонов V = 3,5 м/с, расчетный диаметр циклонов й = 0,6 м.
Таблица 1
Результаты расчетов эффективностей различных компоновок каскадных систем инерционных пылеуловителей
№ п/ п Компоновка циклонов Эффективность %, %
V, м/с а §5(Ъ мкм d = 0,2 м d = 0,6 м d = 2,5 м
С, < 1 С = 1 Апоряд, % Ас % С, < 1 С = 1 Апо- ряд, % Ас % С, < 1 С = 1 Апоряд, % Ас %
1 ЦН-15У+ЦН-24 3,5 2,6 22,2 95,41 97,09 2,49 -1,72 90,53 92,92 3,12 -2,57 79,94 82,66 3,18 -3,29
2 ЦН-24+ЦН-15У 93,10 87,79 77,48
3 ЦН-15У+ЦН-24 3,5 55,2 97,90 98,65 1,07 -0,75 95,72 96,79 1,31 -1,10 90,59 91,82 1,14 -1, 34
4 ЦН-24+ЦН-15У 96,87 94,48 89,57
5 СК-ЦН-34+СДК- ЦН-33 2,5 2,6 22,2 99,01 99,75 0,15 -0,75 97,64 99,15 0,25 -1,52 94,05 96,86 0,34 -2,90
6 СДК-ЦН-33+СК- ЦН-34 98,85 97,40 93,74
7 СК-ЦН-34+СДК- ЦН-33 3,5 55,2 99,50 99,86 0,07 -0,36 98,89 99,58 0,11 -0,69 97,29 98,55 0,15 -1,28
8 СДК-ЦН-33+СК- ЦН-34 99,44 98,78 97,15
9 Ван- Тонгерена+ЦН-11 3,5 2,6 22,2 98,03 99,27 0,66 -1,25 96,02 97,92 1,49 -1,94 91,28 93,79 3,01 -2,68
10 ЦН-11+Ван- Тонгерена 97,39 94,61 88,61
11 Ван- Тонгерена+ЦН-11 3,5 55,2 99,07 99,63 0,30 -0,57 98,18 99,03 0,65 -0,86 96,03 97,14 1,29 -1,15
12 ЦН-11+Ван- Тонгерена 98,77 97,54 94,80
13 ЦН-24 - 2 шт. 2,6 22,2 93,23 96,16 -3,04 87,35 91,10 -4,12 75,70 79,43 -4,69
14 ЦН-24 - 3 шт. 4,5 94,78 98,26 -3,54 90,40 95,33 -5,17 81,28 87,20 -6,80
15 ЦН-24 - 2 шт. 3,5 55,2 96,94 98,24 -1,32 94,27 95,96 -1,76 88,51 90,14 -1,81
16 ЦН-24 - 3 шт. 97,62 99,16 -1,56 95,69 97,87 -2,23 91,40 94,11 -2,88
294 В.В. Пенявский
№ п/ п Компоновка циклонов Эффективность %, %
V, м/с а 850, мкм d = 0,2 м d = 0,6 м d = 2,5 м
С < 1 С = 1 АпорЯД, % Ас % С < 1 С = 1 Апо- ряд, % Ас % С,- < 1 С = 1 Апоряд, % Ас %
17 СК-ЦН-34+ЦН-11+ЦН-24 2,5 2,6 22,2 98,99 99,63 4,44 -0,64 97,54 98,78 6,27 -1,25 93,47 95,65 8,50 -2,27
18 ЦН-24+ЦН-11+СК-ЦН-34 94,78 91,78 86,15
19 СК-ЦН-34+ЦН-11+ЦН-24 3,5 55,2 99,49 99,80 1,95 -0,30 98,85 99,40 2,67 -0,56 97,04 98,01 3,59 -0,99
20 ЦН-24+ЦН-11+СК-ЦН-34 97,59 96,27 93,68
Подбор пылеулавливающих циклонов 295
Определим параметры ^ а и с”, необходимые для расчета по универсальной номограмме (рис. 2):
а = й^к”
С50 ,
Р §2 у
где Stk50 = т 50 —, параметры а и п для расчетных циклонов примем из БД 18ц d
УМР. Результаты расчета приведены в табл. 2.
Таблица 2
Результаты расчета эффективности циклонов с применением номограммы УМР
Циклоны а ” с” Л, %
ЦН-11 22,05 0,45 0,54 1,54 0,1 90,00
Ван-Тонгерена 11,4 0,3 0,52 1,33 0,068 93,20
Ке
10-1
10-2
10-3
0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6 4,0 & а
Рис. 2. Универсальная номограмма для расчета эффективности пылеулавливания в инерционных пылеуловителях
Из табл. 2 видно, что циклон Ван-Тонгерена является более эффективным, чем циклон ЦН-11, и при установке его на первое место в каскад полная суммарная эффективность пылеочистки данного каскада будет выше (табл. 1, поз. 9, 10, 11, 12).
При проектировании новых систем пылегазоочистки, исходя из экономических соображений, целесообразно устанавливать в каскады пылеуловители одного типа, хотя на практике применяется и установка в каскады аппаратов разного типа. Например, на предприятии ООО «Томлесдрев» при реконструкции пылегазоочистной системы в качестве первой ступени были оставлены, по условиям заказчика, циклоны УЦ-38, в качестве второй ступени
нами были подобраны с помощью УМР описанным выше способом циклоны ЦН-11 [6]. Данная каскадная система из двух разных типов циклонов обеспечила требуемые параметры ПДК выбросов в атмосферу, что подтверждается измерениями, проведенными Центром лабораторного анализа и технических измерений по Томской области.
Библиографический список
1. Шиляев, М.И. Методы расчета пылеуловителей / М.И. Шиляев, А.М. Шиляев, Е.П. Грищенко. - Томск : Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2006. - 385 с.
2. Шиляев, М.И. К расчету каскадных систем пылеуловителей / М.И. Шиляев, В.В. Пеняв-ский // XVII Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» : Сборник трудов: в 3 т. Т.3. -Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2011. - 247 с.
3. Русанов, А.А. Очистка дымовых газов в промышленной энергетике / А.А. Русанов, И.И. Урбах, А.П. Анастасиади. - М. : Энергия, 1969. - 456 с.
4. Шиляев, М.И. Влияние компоновки пылеуловителей на эффективность каскадных систем / М.И. Шиляев, В.В. Пенявский // Семнадцатая Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Энергетика: эффективность, надежность, безопасность». - Томск : Томский политехнический университет, 2011. - 351 с.
5. Карпухович, Д.Т. Последовательная установка циклонов / Д.Т. Карпухович, Б.К. Смирнов, А.М. Белевицкий // Водоснабжение и санитарная техника. - 1975. - № 6. - С. 23.
6. Шиляев, М.И. Опыт использования универсального метода расчета инерционных пылеуловителей при организации двухступенчатой воздухоочистки на предприятии ООО «Томлесдрев» / М.И. Шиляев, В.В. Пенявский // VII Всероссийский семинар вузов по теплофизике и энергетике. - Кемерово : Изд-во КузГТУ, 2011. - 121 с.
References
1. Shilyayev, M.I. Grishchenko, Ye.P. Metody rascheta pyleuloviteley [Dust collector design methods]. Tomsk : Izd-vo Tom. gos. arkhit.-stroit. un-ta [TGASU Publishing House], 2006. 385 p. (rus)
2. Shilyayev, M.I., Penyavskiy, V.V. K raschetu kaskadnykh sistem pyleuloviteley [Design of cascade systems of dust collectors]. XVIIMezhdunarodnaya nauchno-prakticheskaya konferentsi-ya studentov, aspirantov i molodykh uchenykh «Sovremennyye tekhnika i tekhnologii» : Proc. Sci. Conf. : V. 3. Tomsk : Izd-vo Tomskogo politekhnicheskogo universiteta [TPU Publishing House], 2011. 247 p. (rus)
3. Rusanov, A.A., Urbakh, I.I., Anastasiadi, A.P. Ochistka dymovykh gazov v promyshlennoy energetike [Stack gas cleaning in industrial power engineering]. Moscow : Energiya, 1969. 456 p. (rus)
4. Shilyayev, M.I., Penyavskiy, V.V. Vliyaniye komponovki pyleuloviteley na effektivnost kaskadnykh sistem [Dust collector configuration affecting the efficiency of cascade systems] // Semnadtsataya Vserossiyskaya nauchno-tekhnicheskaya konferentsiya s mezhdunarodnym uchastiyem «Energetika: effektivnost, nadezhnost, bezopasnost». Tomsk : Tomskiy politekhnicheskiy universitet [TPU Publishing House], 2011. 351 p. (rus)
5. Karpukhovich, D.T., Smirnov, B.K., Belevitskiy, A.M. Posledovatelnaya ustanovka tsiklonov [Sequential assembly of cyclone collectors]. Vodosnabzheniye i sanitarnaya tekhnika. 1975. No 6. P. 23. (rus)
6. Shilyayev, M.I., Penyavskiy, V.V. Opyt ispolzovaniya universalnogo metoda rascheta inert-sionnykh pyleuloviteley pri organizatsii dvukhstupenchatoy vozdukhoochistki na predpriyatii
000 «Tomlesdrev» [Design method-use experience in inertial dust collectors in two-step air cleaning at OOO ‘Tomlesdrev’]. 7th Vserossiyskiy seminar vuzov po teplofizike
1 energetike. Kemerovo : Izd-vo KuzGTU [Kuzbass State Technical University], 2011. 121 p. (rus)
