Устойчивость агрегатов частиц и разрушение пылевых отложений в акустическом поле Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

3. Коренман ЯМ., Калач А.В. Применение искусственных нейронных сетей в мульти-

сенсорных системах "электронный нос" для определения нитроалканов в воздухе

// Сорбционные и хроматограф. процессы. 2002. Т.2. № 2. С. 175 - 179.

4. Korenman Ya.I., KalachA.V. Application of multi-sensor system for nitroethane detec-

tion in the air // Sensors and Actuators B: Chem. 2003. V. 88, № 3. P. 334 - 336.

УСТОЙЧИВОСТЬ АГРЕГАТОВ ЧАСТИЦ И РАЗРУШЕНИЕ ПЫЛЕВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ В АКУСТИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Н.Н. Чернов

Для эффективного использования акустической коагуляции в промышленных схемах осаждения взвешенных частиц дымов необходимо знать, как ведут себя образующиеся в звуковом поле агрегаты частиц в конкретных условиях каждого из , -, -щую эффективность осаждения. Для выяснения всех этих вопросов требуется провести детальное исследование структуры и физических параметров образующихся в звуковом поле агрегатов.

Процесс образования агрегата в звуковом поле начинается с взаимодействия двух близкорасположенных частиц. Общие закономерности дальнейшего роста агрегата (агрегат после озвучивания ттв, = 1 - 2 с содержит несколько сотен и даже тысяч первоначальных частиц) можно найти, используя данные теоретического расчета кинетики процесса акустической коагуляции [1]. Реальную картину можно восстановить только путем эксперимента. Процесс роста агрегатов, образованных в звуковом поле из мелких частиц, можно последовательно проследить на микрофотографиях рис. 1, а - е. Снимки соответствуют данным, полученным на частоте f = 480 Гц при звуковом давлении в коагуляционной камере Р = 900 Н/м2 и времени озвучивания Те. = 1,7 с. Из фотографий видно, что вначале в результате взаимодействия отдельных частиц и зародышей агрегатов образуются вытянутые нитевидные агрегаты, состоящие из примерно одинаковых частиц. Затем начинается их ветвление и парал-, , -рой продолжается рост отдельных ветвей.

Эти ветви соединяются отдельными тонкими мостиками. Густота этих мостиков повышается к центру агрегата. В итоге сформировывается пространственная , . агрегатов незначительно отличаются друг от друга, но намного превосходят перво.

Количественная оценка роста агрегатов может быть получена на основании теоретических и экспериментальных исследований кинетики акустической коагуляции. Из представленных экспериментальных данных по изменению дисперсного состава нетрудно получить статистическую оценку количественных изменений (по размерам и относительному содержанию) отдельных фракций в процессе акустиче-, . 2. , -, , -тоты и рыхлую структуру, хотя их плотность к центру повышается. В силу этих обстоятельств, агрегат не может быть прочным. Его действительная плотность должна быть много меньше плотности исходного материала частиц. В гидродинамическом поле агрегат будет вести себя как единая частица, обладающая соответствующими размерами и малой плотностью.

Пониженная прочность агрегатов может быть причиной их разрушения в конкретных условиях осадительных аппаратов или в сверхмощных звуковых полях.

Ч. _ --; .4 т** 'йкг '¥* ' - - ^ ^

а б

в г

і ъ <г. ' к. *** ‘Ц’ і . . і

д е

Рис. 1. Последовательность процесса роста агрегатов в звуковом поле из мелких частиц

Рис. 2. Дисперсное распределение частиц сталеплавильной пыли по весу (Кривые 1, 2, 3 получены по фотографиям рис. 1 а, б, в)

Для определения действительной плотности агрегатов, образующихся при , . подсчитывали объем и вес каждого агрегата. Вес агрегата определялся по числу и размерам входящих в него частиц исходного аэрозоля. При этом учитывали, что час-

тицы исходного аэрозоля имеют форму шариков и состоят из окислов железа (плотность магнетита р0 =5,2 г/см3).

Всего было обработано более 120 микроснимков. Исследовали частицы и агрегаты размерами от 0,1 до 10 мкм. Основные результаты исследования плотности

, , . 3.

горизонтальной оси отложены значения размеров агрегатов, по вертикальной - относительная плотность. Для удобства анализа взят логарифмический масштаб по осям.

Экспериментальные данные показывают, что агрегаты с максимальным размером в районе микрона имеют плотность в 10 - 20 раз меньше истинной плотности материала исходных частиц, а для пятимикронных частиц отличие достигает двух .

Образовавшиеся в пылегазовом потоке агрегаты и отдельные крупные частицы за счёт сил гравитации, а также при столкновении с металлическими поверхностями газоходов и осадительных аппаратов образуют слои пыли, повышающие аэродинамическое сопротивление системы пылеочистки и препятствующие процессу эффективной очистки газа от пылей.

Представляет интерес рассмотрение поведения слоя осевшей пыли в звуко-. -рывом лёгких частиц от слоя пыли в такт с биением статического давления газа над поверхностью пыли либо образованием гребней в узлах колебаний стоячей волны. На этой основе был предложен [2] и экспериментально исследован способ разрушения слоя пылегазовых отложений мощным акустическим полем.

0,04 0,06 0,1 0,2 0,4 0,6 1,0 2 4 6 10 2Я, мкм

. 3.

Необходимым условием очистки является равенство акустической силы от, . -, -

, ,

.

Проведённый анализ возможных механизмов очистки поверхностей в акустическом поле показал, что более вероятным механизмом отрыва агрегатов и частиц пыли является поглощение звуковой энергии слоем пыли и возникновение вследствие этого разности давлений между слоем и металлической поверхностью.

Процесс разрушения слоя отложений частиц летучей золы в акустическом поле нами наблюдался на опытно-промышленной установке для низкочастотной акустической коагуляции частиц летучей золы дымовых газов Новочеркасской ГРЭС [2]. Это позволило использовать мощные низкочастотные колебания, создаваемые сиренами коагуляционной установки одновременно для укрупнения дымовых частиц и для очистки поверхностей нагрева регенеративных воздухонагревателей. Постоянное озву-

чивание поверхностей нагрева регенеративных воздухонагревателей (РВВ) мощным низкочастотным акустическим полем, создаваемым сиренами коагуляционной уста,

регенеративных воздухонагревателей и снизить температуру уходящих газов, понизив затраты на ремонт и восстановление набивки регенеративных воздухонагревателей.

Степень загрязнения регенеративных воздухонагревателей определялась по их аэродинамическому сопротивлению дымовым газам, величина которого определялась по перепаду давления с помощью и-образных манометров.

На рис. 4 представлен график изменения аэродинамического регенеративных воздухонагревателей от времени обработки его рабочих пластин мощным звуком давлением 630 Па и частотой 700 Г ц.

Первые 0,5 часа происходит интенсивное разрушение слоя отложений и отрыв частиц от верхней рыхлой части осадка. Это приводит к увеличению запылённости дымовых газов и, как следствие, к незначительному, порядка 5 мм вод. ст, повышению аэродинамического сопротивления воздухонагревателя. Последующие 1,5 часа наблюдается процесс быстрого разрушения более плотных структур слоя пыли, что приводит к уменьшению сопротивления регенеративных воздухонагревателей на 20 . . ,

слабо уменьшается и, примерно через 1 час, наступает равенство удерживающей остаток слоя пыли силы и акустической силы отрыва.

Рис. 4. Изменение аэродинамического сопротивления РВВ

при воздействии мощного звука

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Тимошенко В.И., Чернов НМ. Взаимодействие и диффузия частиц в звуковом поле. Ростов-на-Дону: Ростиздат, 2003.

2. Тимошенко В.И., Чернов НМ., Батлук В.А. Акустический пылеулавливатель. Авт. свид. №1682763, Бюл. 6. 1992.

3. . ., . . -

// . . 1981. . 8.

С.82 - 85.