CC BY
74
УДК 658.567
УНИВЕРСАЛЬНЫЙ РАЗНОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ
В.В. Черниченко, И.И. Зварыкин, П.А. Солженикин, В.Г. Стогней
Описана установка для очистки воздуха от аэрозольных частиц на основе разнотемпературного конденсационного фильтра, приведены результаты экспериментальных исследований и анализа изменения критериев подобия в зависимости от различных конструкционных параметров фильтра и параметров очищаемого потока
Ключевые слова: фильтр, пересыщение, конденсация, газовый поток
В настоящее время, одновременно с ростом и бурным развитием промышленности, все большее внимание уделяется ее экологической обоснованности, а именно: проблеме очистки и утилизации отходов. На данном этапе, когда безотходная технология находится в периоде становления, основной задачей очистки является доведение
содержания токсичных примесей в отходах, в частности, в газовых смесях, до предельно допустимых концентраций (ПДК),
установленных санитарными нормами [1]. Многие промышленные предприятия еще не оснащены в достаточной степени необходимыми установками,
обеспечивающими требуемое качество очистки газовых потоков, в связи с чем исследования, направленные на решение данной проблемы, являются необходимыми и актуальными.
Исследования по очистке газовых потоков с помощью разнотемпературного
конденсационного фильтра проводились на установке (рис. 1), основными узлами которой являются компрессор 1, увлажнитель сжатого воздуха 4, подогреватель 5,
разнотемпературный конденсационный фильтр 6 (рис. 2), влагоотделитель 7. Фильтр выполнен в виде цилиндрической емкости, внутри которой двумя поверхностями (горячей и холодной стенками) образован канал для прохода газового потока [2]. При этом расстояние между холодной и горячей поверхностями поддерживается равным 80 мм при высоте канала 500 мм. Пространство между неподвижной горячей стенкой 3 и корпусом фильтра 1 заполнено горячей водой, требуемая
Черниченко Владимир Викторович - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, тел. (473) 243-76-62
Зварыкин Илья Иванович - ВГТУ, аспирант, тел. 8 (920) 422-71-02
Солженикин Павел Анатольевич - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, тел. (473) 243-76-62
Стогней Владимир Григорьевич - ВГТУ, Заслуженный работник высшей школы, профессор, тел. (473) 243-76-62
температура которой достигается с помощью электронагревателей. Холодная стенка канала фильтра 5 может перемещаться по
специальным направляющим и фиксироваться в заданном положении, определяющем ширину канала. Необходимая температура холодной поверхности обеспечивается изменением параметров и расхода проточной холодной
водой, проходящей через коробчатую емкость. Коробчатая емкость соединяется с
трубопроводом холодной воды 6 съемным эластичным элементом. Для сбора и измерения количества выделяемого конденсата в нижней части камеры предусматривается система отвода конденсата 7. Сжатый воздух, вырабатываемый поршневым компрессором, подавался в разнотемпературный фильтр, в котором происходила конденсация влаги. Часть конденсата улавливалась в фильтре, а
оставшаяся часть - в расположенном за ним влагоотделителе. Комплект, состоящий из увлажнителей и подогревателя, позволял изменять влажность и температуру воздушного потока в широком диапазоне. Изменение расхода и давления сжатого воздуха осуществлялось с помощью регулирующих задвижек и настройки компрессора.
В процессе экспериментальных исследований изучались закономерности тепломассообмена в фильтре для использования их при разработках промышленных разнотемпературных
конденсационных фильтров для осушения больших количеств газовых потоков или для очистки газообразных промышленных выбросов [3]. Рассматривались
многочисленные варианты изменения влагосодержания, относительной влажности воздуха в фильтре и количество выделяемого конденсата при изменении разности температур, расстояния между холодной и горячей поверхностями и температуры, влажности и давления воздуха на входе в камеру.
і5 9 го з 17 4 го з ю
1 !
а йод&лйоводьйи деть-
Рис. 1. Схема экспериментальной установки для исследования режимов работы разнотемпературного
конденсационного фильтра: 1 - компрессор; 2 - ресивер; 3 - дополнительный увлажнитель; 4 - основной увлажнитель; 5 -подогреватель; 6 - разнотемпературная конденсационная камера; 7 - влагоотделитель; 8 - регулирующий вентиль; 9 -манометр редуктора; 10 - измерительный блок; 11 - холодная стенка; 12 - горячая стенка; 13 - водопроводные шланги; 14 -вентиль; 15 - уровнемер воды; 16 - измеритель-регулятор температуры; 17 - водяной тэн; 18 - автотрансформатор; 19 -вентиль редуктора; 20 - хромель-копелевая термопара; 21 - ротаметр; 22 - термопары; 23 - потенциометр; 24 - образцовый манометр; 25 - водопроводный вентиль; 26,27,28 - сливной вентиль
7
Рис. 2. Разнотемпературный конденсационный фильтр: 1 - корпус; 2 - подвод и отвод горячей воды; 3 - горячая стенка; 4 - поток в камере (канал); 5 - холодная стенка; 6 - подвод и отвод холодной воды; 7 - слив конденсата
Характер изменения критериев Рейнольдса, Прандтля, Нуссельта и других характерных величин при изменении параметров конденсационного фильтра и газового или воздушного потоков показаны на рис. 3, 4, 5. Из них следует, что изменение разности температур горячей и холодной поверхности фильтра приводит к изменению степени пересыщения потока и интенсивности конденсации. Это позволяет осуществлять автоматическую настройку конденсационного фильтра на оптимальный режим работы при изменении параметров осушаемого или очищаемого потока. Зависимости
диффузионного критерия Нуссельта № и
коэффициента массоотдачи Р позволяют определить диапазон разности температур горячей и холодной поверхностей фильтра, при которых обеспечиваются наилучшие условия конденсации. Этот диапазон Л1 равен 35 - 55 °С. Зависимость критерия Рейнольдса от разности температур поверхностей характеризует процесс конденсации водяных паров в потоке. Рост температуры капельной жидкости (воды), содержащейся в воздушном потоке, приводит к существенному уменьшению критерия Прандтля, что позволяют определять интервал температур стенок фильтра, при которых он начинает работать в режиме сушилки [3].
О
X
<0
СО
X
ш
/\ і, 0С
5
4
52 3
X
Ф 2
К 2 1
0
2
" ч-2 —1
-*1
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
/\ і, 0С
Рис. 3. Изменение критериев Ке, Рг, Ыи и коэффициента Р при изменении А1 (высота канала: 1 - 0,6 м; 2 - 0,4 м)
/\ 0С
/\ 1, 0С
1вх, 0С
1вх, 0С
Рис. 4. Изменение критерия Ыид и коэффициента Р при изменении гвх (температура потока на входе в канал)
X
ш
о.
Р, МПа
х
CL
3
X
3
° ? х &
х
ш
се
Q, м3/ч
1
3
Рис. 5. Изменение критериев подобия при изменении давления (а) и расхода газов (б): а) 1 - Ке х 104; 2 - Ыи х103; 3 - Ыид х 102; б) 1 - Ке х 104; 2 - Рг х 10; 3 - Ыи х 103; 4 - Ргд х 10; 5 - Ыид х 102
Анализ экспериментально выявленных зависимостей показывает, что повышение температуры газов на входе в разнотемпературный канал не снижает эффективности работы конденсационного фильтра. Это имеет большое значение для очистки загрязненных высокотемпературных газовых потоков перед их утилизацией.
Характер изменения экспериментальных кривых, приведенных на рис.5, говорит о том, что эффективность процесса очистки в конденсационном фильтре повышается с увеличением расхода и давления газа в разнотемпературном канале. В то же время, при дальнейшем увеличении скорости газового потока в фильтре может наблюдаться значительный унос аэрозольных примесей ввиду того, что они не будут успевать осесть в рабочем канале. Это приведет к резкому снижению эффективности очистки такого
аппарата, поэтому в каждом конкретном случае необходимо определять оптимальные режимы течения очищаемого газового потока.
Литература
1. Амелин А.Г. Теоретические основы образования тумана при конденсации пара, Изд. 3-е, доп. и перераб., М. «Химия», 1972 - 304 с.
2. Ряжских В.И. Математическая модель тепломассообменного процесса в конденсационной камере / В.И. Ряжских, В.Г. Стогней, П.А. Солженикин,
B.В. Черниченко // Системные проблемы надежности,
качества, информационных и электронных технологий в инновационных проектах (Инноватика - 2006):
Материалы Международной конференции и Российской научной школы. Часть 5., т. 2 - М.: Радио и связь, 2006,
C. 74 - 78.
3. Солженикин П.А. Моделирование
тепломассообмена и совершенствование конструкции аппарата для очистки промышленных газов от аэрозольных включений // Дис. канд. техн. наук / ВГТУ. - Воронеж, 2008. 179 с.
Воронежский государственный технический университет
THE MULTIPURPOSE DIFFERENT TEMPERATURE FILTER FOR GAS EMISSIONS
CLEANING
V.V. Chernichenko, I.I. Zvarykin, PA. Solzhenikin, V.G. Stogney
Installation for air clearing of aerosol particles on the basis of the different temperature condensation filter is described, results of an experimental research are resulted, the analysis of change of criteria of similarity depending on various constructional parametres of the filter and parametres of a cleared stream is carried out
Key words: filter, supersaturation, condensation, gas stream
