CC BY
37
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОСАЖДЕНИЯ ПЫЛЕУЛАВЛИВАЮЩИХ УСТРОЙСТВ МЕТОДОМ АКУСТИЧЕСКОЙ КОАГУЛЯЦИИ
Н.Н. Чернов
Из-за ограничений физического плана большинство пылеулавливающих устройств не способно улавливать частицы размером менее 10 мкм. Повысить эффективность улавливания микронных частиц можно путём их укрупнения в акустическом .
частиц в звуковом поле на его осадительную эффективность.
Для расчета кривой фракционной эффективности конкретного циклона рядом авторов [1] были предложены уравнения, связывающие размер частиц, улавливаемых с эффективностью 50 %, с другими интересующими параметрами. Одно из таких уравнений имеет следующий вид:
^Р,50 '
(1)
2пЫеУ1 (рр-р)
где dp,50 - диаметр частиц, улавливаемых с эффективностью 50 %, ц - вязкость газа,
Wi - ширина входного патрубка циклона,
N - эффективное число оборотов, совершаемых газовым потоком во внешней спирали внутри циклона,
V - скорость газа на входе, рр и р - плотность частиц и газа соответственно.
Исходя из отношения действующих на частицу центробежных сил и сил тре, , . Эффективность улавливания определяется следующим выражением:
Уррр<*Р . (2)
, , -ность улавливания растет при увеличении скорости газа на входе, плотности и диаметра частиц и уменьшается с увеличением вязкости газа-носителя и диаметра цикло-, . (2) , эффективность улавливания малых частиц низка, так как она связана с квадратом диа-.
Рассмотрим конструкцию разработанного нами акустического циклонного
,
с предварительным укрупнением пылевых частиц.
На рис.1 схематично показано устройство акустического пылеуловителя,
[2].
2, -
торого находится коническое днище 6 и потенциальный входной патрубок 1. В верх-
4,
воздуха, и акустический излучатель 3. Внутри корпуса находится цилиндрический стержень 7, заканчивающийся коническим наконечником. В нижней части кониче-6 5.
Запылённый газ поступает через входной патрубок в корпус, где совершает винтообразное движение снизу вверх. При этом взвешенные частицы отбрасываются центробежной силой к внутренней цилиндрической стенке корпуса, за счёт чего про-
исходит очистка запылённого газа. Поток газа постоянно находится в звуковом поле акустического излучателя типа сирены. Сирена озвучивает только кольцевой зазор, образованный корпусом 2 и стержнем 7. Внутри осадителя создаётся стоячая звуко-
,
.
Промышленные испытания циклонного осадителя с акустической коагуляцией показали эффективность улавливания серной пыли со среднемедианным размером частиц равным 10 мкм более 96 % с обработкой пылегазового потока в звуковом поле и 86 % без оз.
Оценку эффективности осаждения пыли в циклонах, как и в других , -водить по величине относительного , -
.
коэффициентом полезного действия аппарата и для её определения обычно используют эмпирические выражения. Воспользуемся одним из таких выра-
,
опытными данными для широкого класса циклонов [3] при монодисперс-
Рис.1. Схема циклонного осадителя с акустической коагуляцией пылегазового потока
ном аэрозоле
Э= 1 - ехр
,П - 2Е -1,49 "
\0,65/ \0,25
4 2КРр
Б 8
V У
(3)
где Эц - эффективность осаждения в циклоне, т.е. доля частиц по весу, осаждаемая в циклоне; ич - скорость газа в подводящей трубе; Бц - максимальный диаметр цикло-.
(3) ,
после аппарата. Обозначим его буквой ^ и будем именовать коэффициентом оста-( ).
[1ц именуют коэффициентом проскока. Для циклона из (3) имеем:
(4)
?0,9РР5
- ехр ^-и-Е
где ц - соответствующая постоянная.
Величины радиуса и действительной плотности агрегатов при акустической коагуляции являются функциями параметров звукового поля и пылегазового потока.
Безразмерной величиной коэффициента остаточной запыленности удобно пользоваться для оценки эффективности пылеулавливания различных осадительных аппаратов. Этот параметр удобно измерять в реальных условиях по отношению запыленностей газа после и до осадительного аппарата. Поэтому в дальнейшем нами в качестве параметра оптимизации используется коэффициент остаточной запыленно-.
В случае реального аэрозоля имеет место определенное распределение частиц по размерам. Если содержание отдельной фракции Q, то
V
^exp(- (■ r0,9p0,25 Ь , (5)
і=1
где Rі и p - соответственно радиус и плотность частиц отдельной фракции.
При акустической коагуляции укрупнение частиц сопровождается уменьшением их действительной плотности. Уменьшение плотности агрегатов должно вести к уменьшению скорости дрейфа частиц к стенке осадительного аппарата. Поэтому следует оценить влияние этих факторов на эффективность осаждения в циклоне скоагулированной в звуковом поле пыли.
[4]
, (5)
можно переписать в следующем виде:
ъ=X exp(. r0’65 ь , (6)
і=1
где Ц1 = Ц ( Р00 R0 Ь .
Как было показано в [4], дисперсия распределения частиц при акустической коагуляции меняется незначительно. Тогда, предполагая дисперсию распределения постоянной, можно рассчитать f^, переходя к параметрам медианного радиуса RM и величине укрупнения Na. Значения коэффициента щ можно определить экспериментально следующим образом: для исходного аэрозоля, поступающего на очистку, находим величину Цц по отношению весового количества пыли перед циклоном и после .
фракционные значения Ri и Qi и рассчитываем величину щ. Зная величину щ, для последовательного ряда кривых распределения с различными медианными размерами частиц (эти кривые соответствуют укрупнению частиц при акустической коагуля-)
.
0,2 0,6 1,0 1,4 1,8 2Ям (по счёту),мкм
Рис. 2. Зависимость коэффициента остаточной запылённости от укрупнения частиц в звуковом поле
На рис. 2 проведена расчетная осадительная характеристика для циклона. Под осадительной характеристикой аппарата понимается зависимость коэффициента остаточной запыленности от укрупнения частиц в звуковом поле N.
Из графика видно, что при укрупнении взвешенных частиц дымов в 10 раз, коэффициент остаточной запыленности снижается со значения 0,7 до величины порядка 0,35 (в два раза).
Полученные значения говорят о существенном влиянии акустической коагуляции на осаждение пылевых частиц.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Тимошенко В.И.,Чернов Н.Н. Осаждение и осадконакопление промышленных дымов. - Ростов-на-Дону: Ростиздат, 2004.
2. Тимошенко В.И.,Чернов Н.Н.,Батлук В.А. Акустический пылеулавливатель. Авт. свид. №1682763, Бюл. 6, 1992.
3. Гардон Г.И.,Пейсахов ИМ. Пылеулавливание и очистка газов в цветной металлур-
гии. - М.: Металлургия, 1977.
4. Тимошенко В.И., Черное НМ. Взаимодействие и диффузия частиц в звуковом поле. - Ростов-на-Дону: Ростиздат, 2003.
ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АНСАМБЛЯ ВЗВЕШЕННЫХ ЧАСТИЦ В ЗВУКОВОМ ПОЛЕ
Н.Н. Чернов
Повышение эффективности очистки дымовых газов промышленных предприятий возможно путём укрупнения взвешенных частиц в акустическом поле перед очисткой. Использование метода акустической коагуляции для различных типов дымов предполагает подбор оптимальных параметров звукового поля и времени озвучивания. Это возможно только на основе изучения элементарных актов взаимодействия частиц в звуковом поле. В связи с этим представляет интерес решение задачи взаимодействия трёх близкорасположенных частиц в звуковом поле и оценки их взаимного влияния на поля обтекания. Проведём решение задачи для случая нецентрального взаимодействия трёх сферических частиц, когда линии, соединяющие цен,
(рис. 1).
и = и0cosм ----0--►
Рис. 1. Схема взаимодействия трёх частиц
Используя условие квазистационарности обтекания [1] и считая, что среда, содержащая частицы, колеблется по закону U(t) = U0 cos ot, а также используя аналитические выражения Стокса для описания поля скоростей, возникающего при дви-
жении шаровой частицы с Re<1 (рассмотрим только вязкий режим обтекания частиц), систему уравнений движения частиц можно запасать в виде
+ V = U + Ya (v -U), (1)
' dt ' j~t A j !
j*i
где aj = 1,5Rj/rj,-; rfi - расстояние между рассматриваемыми частицами.
