Влияние изменения высоты колец на эффективность инерционно-вакуумного золоуловителя Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.184.82

В. П. БЕЛОГЛАЗОВ Л. В. БЕЛОГЛАЗОВА

Омский государственный технический университет

ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ВЫСОТЫ КОЛЕЦ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИНЕРЦИОННО-ВАКУУМНОГО ЗОЛОУЛОВИТЕЛЯ

В данной статье пойдет речь о принципиально новом инерционно-вакуумном золоуловителе. Изменения его параметров приводят к значительным ухудшениям показателя эффективности газоочистного оборудования. Авторами исследуется влияние высоты колец на эффективность инерционно-вакуумного золоуловителя. Результаты и выводы численного эксперимента содержатся в конце статьи. Работа ведется при поддержке фонда «Энергия без границ».

Ключевые слова: золоулавливание, золоуловитель, зола, эффективность, энергетика, вспомогательное оборудование электростанций.

ИВЗ (инерционно-вакуумный золоуловитель) [ 1 ] — это новый вид газоочистного оборудования, который близок по своей конфигурации к циклону, но при этом по принципу своей работы кардинально отличается. ИВЗ оснащён дополнительными конфу-зорными и диффузорными участками, рассекателем и кольцами (которые принято далее называть «сомбреро») (рис. 1).

Одним из принципиальных отличий от циклона является направление потока газов (рис. 2).

При проведении расчетов была выбрана ^е модель турбулентности.

При описании процесса течения использовались классические уравнения гидрогазодинамики: Уравнение неразрывности [2]:

д(ри) | д(ру) | д(рт)

Ду ду Урав нения движения:

дz

0.

ди ди ди

уи--+ уу--+ ут — =

дх Дв ДЯ

Дп Д , Дих Д , Див Д , Ди ^ = - — + — (и —) + — (и —) + — (и —),

дх дх дх Ду Ду Дя Дя

Ду ду Ду

ри--н уу--н ут — =

дх Ду Дя

Дд Д , Ду ^ Д , Дуд Д , Дд = - — + — (и —) + — (и —) + — (и —),

88 8 Ду Дх Дх Дд Дд Дя дя

Дт Дд ДД

уи--+ уу--+ ут-=

Дх Ду Дя

Дд Д , Дд , Д я Дд , Д „ Дд = - — + — (и —) + — (и —) + — (и —).

888 Дя Дх Дх Ду Ду дя дг

Урав нения к-е мудеиИ :

д д д ри— $) + ру — (И) + ра> — (И) =

Дх Ду ня

) ДИ , ) ^ ДИ . ) ( ДИ ^ я = — (М,—)И — (И, —)И~(М <—)И И О - pe, Дх Дх Ду Ду Дя Дя

Рис. 1. Идерц^онно-ва^ум™1я[ золодяов=тель: 1 — входной патрубок, 2 — выходной патрубок, 3 — рассеиатели И — длемент «уши», 5 — кольца, 6 — крхстовини, ) — бункер для золы

= А( И & )н—(И^ & н А(и д0 е нс1еМ, И О- с2ре-.

-л > -Л ^ -л > о ' ' 1 (г -

Дх ае Дх Ду ае Ду Дя а е Дя И И

У^Б^ние Нля эфуективной и суммарное вязкости:

^ И2 в

В численном эксперименте использовалось уравнение, которым о=исывается д+иже+яе частиц [3]. Влияние частиц на поток будет минимальным

с)

с)

залыле ннып по гок уходящих гагоЕ

□»»ценный по гок уходжцшгазоЕ

\7даленне

накопившейся

долы

Рис. 2. Направление движения уходящих газов в ИВЗ

из условия, что поток является слабозапыленным (70 мг/м3 на 150000 м3/ч расхода ухоосщих газов). Силы, влияю щие на ча стицу, описа ны ниже.

Уравнение движения ча стицы было получено Бассетом, Буссинеском и Озееном:

йив ^ ^ ^ ^

йг

Физический смысл сил, находящихся по правую сторону уравнения.

— сила сопротивления, действующая на частицу.

РБ — выталкивающая сила земного притяжения.

Рк — силы, возникающие за счет вращения потока (центростремительная и сила Кориолиса).

^ — виртуальная (или добавочная) массовая сила. Это усилие, необходимое для того, чтобы ускорить виртуальную массу жидкости в объеме, занимаемом частицами. Этот термин имеет важное значение в случае, когда смещенная масса жидкости превышает массу частиц, например, в движении пузырьков. В данном случае равна нулю.

РБА — сила Бассета, или расчет той ее части, на долю которой приходится отклонение в структуре потока от стационарного состояния частицы. Этот термин не применяется в СБХ. Равна нулю в данном расчете.

Граничные условия приняты: на входе — давление в 100000 Па, давление на выходе в 99000 Па [4]. При расчете были учтены силы земного тяготения,

Рис. 3. Эксперимент проведен с установкой без колец

Рис. 4. Эксперимент проведен с наличием «сомбреро»

т

р

Рис. 5. Графическое представление зависимости эффективности установки от изменения высоты колец

Таблица 1

Влияние высоты колец на эффективность улавливания установки

Изменение длины, мм Эффективность улавливания, %

72 (максимальная высота колец) (а) 96

36 (максимальная высота кольца) (б) 99,95

0 (кольца отсутствуют) (в) 75

а также учитывалось слабое влияние частиц на движение потока, частицы диаметром от 1 мкм — 40 мкм. Особенностью этой установки также можно обозначить то, что она может работать при минимальном для циклона аэродинамическом сопротивлении.

Ниже представлены изображения расчета, выполненные в АИБУБ СБХ, без колец (рис. 3) и с кольцами (рис. 4).

Результаты расчетов приведены в табл. 1 и на рис. 5.

Кольца имеют разную высоту. От рассекателя и до стенки золоуловителя можно отметить сначала уменьшение высоты колец, а спустя половину свободной крестовины — ее увеличение. Сделано это для того, чтобы частицы золы двигались вдоль этой изогнутой линии, часть из общей массы подсасывалась в бункер, часть увлекалась в зону пониженного давления — «уши». Из-за потери кинетической энергии в «ушах» частица за счет силы тяжести опускалась в бункер. Недостаточная высота колец может привести к тому, что частицы, проходя входной патрубок, направятся в стенку установки, и лишь часть из них будет подсасываться, как было задумано исследователями. Исходя из этого, можно сделать вывод, что наличие колец необходимо. Далее, после проведения ряда численных эксперимен-

тов [5 — 7], желательно проведение натурного эксперимента, чтобы подтвердить или опровергнуть ряд закономерностей, выявленных путем компьютерного моделирования.

Из проведенных экспериментов можно сделать вывод о том, что наличие колец улучшает качество улавливания золы.

Библиографический список

1. Пат. 93298 Российская Федерация, МПК7 В 01 Б 45/06. Инерционно-вакуумный пылеуловитель / Белогла-зов В. П. ; заявитель и патентообладатель ООО «Вихрь». — № 2009144229/22 ; заявл. 30.11.09 ; опубл. 27.04.10, Бюл. № 12. - 6 с.

2. Влияние скорости дисперсного потока в конфузор-ном сечении инерционно-вакуумного пылеуловителя на степень улавливания частиц / В. П. Белоглазов, М. В. Комаров,

A. С. Мозжегоров, А. А. Петрищев, И. В. Рафальский ; под ред. :

B. В. Шалая, А. С. Ненишева, А. Г. Михайлова, Т. В. Новиковой // Проблемы, перспективы и стратегические инициативы развития теплоэнергетического комплекса : материалы Междунар. науч.-практ. конф., 10 июня. — Омск : Изд-во ОмГТУ, 2011. —

C. 92 — 95.

3. Белоглазов, В. П. Влияние входной скорости в инерционно-вакуумном золоуловителе на степень улавливания золы Экибастузского угля / В. П. Белоглазов, Л. В. Белоглазова // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. — 2014. — № 3 (133). — С. 183—197.

4. Прандтль, Л. Гидроаэромеханика / Л. Прандтль ; пер. с нем. Г. А. Вольберта. — Ижевск : НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2000. — 576 с.

5. Белоглазов, В. П. Геометрические вариации реальной ИВЗУ / В. П. Белоглазов, Л. В. Белоглазова // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. — 2015. — № 1 (137). — С. 128 — 131.

6. Белоглазов, В. П. Влияние осесимметричности «сомбреро» на степень эффективности улавливания инерционно-вакуумного золоуловителя / В. П. Белоглазов, Л. В. Белоглазова, И. Е. Чавриков, Н. Н. Рощин // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. — 2015. — № 3 (143). — С. 230 — 232.

7. Белоглазов, В. П. Влияние элементов геометрии ИВЗ на эффективность улавливания золы / В. П. Белоглазов, Л. В. Белоглазова // Вестник науки и образования. — 2015. — № 7 (9). — С. 5 — 9.

БЕЛОГЛАЗОВ Владимир Петрович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры теплоэнергетики.

Адрес для переписки: [email protected] БЕЛОГЛАЗОВА Любовь Владимировна, аспирантка, ассистент кафедры теплоэнергетики. Адрес для переписки: [email protected]

Статья поступила в редакцию 11.01.2016 г. © В. П. Белоглазов, Л. В. Белоглазова