Процесс сепарации в высокопроизводительных прямоточных циклонах и методы их расчета тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.08, доктор технических наук Асламова, Вера Сергеевна

• Асламова, Вера Сергеевна
• доктор технических наук
• 2009

Оглавление диссертации доктор технических наук Асламова, Вера Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ.

ИНДЕКСЫ.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

СПИСОК ОСНОВНЫХ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР КОНСТРУКЦИЙ ПРЯМОТОЧНЫХ ЦИКЛОНОВ И МЕТОДОВ РЕШЕНИЯ УРАВНЕНИЙ ДВИЖЕНИЯ ДВУХФАЗНЫХ ПОТОКОВ.

1.1". Преимущества прямоточных циклонов.

1.2. Способы интенсификации процесса сепарации в прямоточных циклонах.

1.3. Классификация методов расчета сепарации частиц и движения транспортирующей среды.

1.3.1. Математическая модель сплошной фазы и силы, действующие на частицу в двухфазном потоке.

1.3.2. Условия выполнимости закона Стокса:.

1.4. Уравнения Навье-Стокса. Подходы к решению.

Выводы и основные результаты по главе 1.

ГЛАВА 2. КРАЕВАЯ ЗАДАЧА ЗАКРУЧЕННОГО ОСЕСИММЕТРИЧНОГО ТЕЧЕНИЯ ПОТОКА В ПРЯМОТОЧНОМ ЦИКЛОНЕ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ОТБОРОМ ПЫЛИ.

2.1. Постановка разностной краевой задачи.

2.2. Доказательство устойчивости и сходимости разностных схем.

2.3. Определение прогоночных коэффициентов.

2.4. Обсуждение результатов численного решения разностной краевой задачи.

Выводы и основные результаты по главе 2.

ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ГАЗОПЫЛЕВОГО ПОТОКА В ПРЯМОТОЧНОМ ЦИКЛОНЕ.

3.1. Учет влияния броуновского движения на вязкость газопылевого потока и эффекта Магнуса на движение частиц в закрученном потоке

3.2. Численное моделирование процесса сепарации в прямоточном циклоне.

3.3. Вероятностно-статистическое моделирование эффективности сепарации частиц пыли в прямоточном циклоне.

Выводы и основные результаты по главе 3.

ГЛАВА 4. ХАРАКТЕР ДВИЖЕНИЯ ЧАСТИЦ ПЫЛИ В ПРЯМОТОЧНОМ ЦИКЛОНЕ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ОТБОРОМ ПЫЛИ.

4.1. Одномерное движение частиц пыли в прямоточном циклоне.

4.2. Скачкообразная модель движения частиц пыли.

4.3. Оценка влияния эффекта Магнуса на эффективность пылеулавливания прямоточного циклона.

Выводы и основные результаты по главе 4.

ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ И РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРЯМОТОЧНОГО ЦИКЛОНА С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ОТБОРОМ ПЫЛИ НА ЕГО ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОЧИСТКИ И ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ.

5.1. Выбор рациональных конструктивных и режимных параметров ПЦПО

5.2. Влияние конструктивных и режимных параметров на гидравлическое сопротивление прямоточного циклона.

5.3. Сравнительные испытания ПЦПО с прямоточным циклоном НВГК и с пылеуловителем со встречными закрученными потоками ВЗП.

5.4. Промышленные испытания прямоточного циклона с эжектированием газа из бункера.

5.4.1. Прямоточный циклон для минераловатного производства.

5.4.2. Групповой прямоточный циклон для минераловатного производства.

5.5. Экспериментальные исследования вентилятора-пылеуловителя.

5.5.1. Исследование вентилятора-пылеуловителя на чистом воздухе

5.5.2. Исследование вентилятора-пылеуловителя на запыленном потоке

5.5.3. Сравнение технических характеристик ротационных пылеуловителей.

5.6. Испытания комбинированного пылеуловителя.

Выводы и основные результаты по главе 5.

ГЛАВА 6. СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ ЦИКЛОНОВ.

6.1. Сопоставление расчета эффективности по методам М.И. Шиляеву с экспериментом.

6.2. Сравнение с вероятностно-энергетическим методом.

6.3. Универсальный метод расчета эффективности циклонов.

6.3.1. Методика расчета циклонов по универсальному методу.

6.4. Эмпирический метод расчета эффективности очистки прямоточных циклонов при масштабном переходе.

Выводы и основные результаты по главе 6.

ГЛАВА 7. РАСЧЕТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРЯМОТОЧНОГО ЦИКЛОНА С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ОТБОРОМ.

7.1. Сопоставление расчетных формул.

7.2. Метод расчета потерь давления в прямоточном циклоне с промежуточным отбором.

7.2.1. Потери на входе в циклон ПЦПО.

7.2.2. Расчет потерь в сепарационной камере циклона.

7.2.2.1. Расчет потерь в кольцевых диффузорах.

7.2.2.2. Расчет по эквивалентным углам.

7.2.2.3. Расчет по характеристикам пограничного слоя.

7.2.2.4. Расчет потерь в кольцевом конфузоре.

7.2.2.5. Расчет потерь в кольцевом канале.

7.2.3. Расчет потерь в выхлопном патрубке.

7.2.3.1. Расчет потерь при входе в конфузорный коллектор.

Выводы и основные результаты по главе 7.

ГЛАВА 8. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ЦИКЛОНОВ.

8.1. Обзор существующего программного обеспечения для экологов.

8.2. Методы расчета эффективности циклонных пылеуловителей.

8.2.1. Эмпирический метод расчета циклонов.

8.2.2. Методика НИИОГАЗ.

8.3. Описание автоматизированной системы расчета циклонов.

8.4. Технология «клиент-сервер».

8.5. Анализ языка программирования и выбор среды разработки.

8.6. Выбор СУБД.

8.7. Проектирование логической модели БД.

8.7.1. Связи таблиц.

8.8. Алгоритмы программы и расчетных модулей.

8.9. Иерархия форм.

8.10. Разработка базы данных.

8.11. Создание клиентского приложения.

8.11.1. Описание главной формы.

8.11.2. Описания расчетных модулей.

8.11.3. Описание вспомогательных форм.

8.12. Системные требования.

8.13. Руководство пользователя.

Выводы и основные результаты по главе 8.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Процесс сепарации в высокопроизводительных прямоточных циклонах и методы их расчета»

Проблема инженерной защиты атмосферного воздуха от техногенных выбросов промышленных предприятий в мире и в России чрезвычайно актуальна. По данным Главного управления природных ресурсов и охраны окружающей среды МПР России в 2006 г. выбросы от стационарных источников загрязняющих веществ в атмосферу городов и населенных пунктов, расположенных на территории Иркутской области, составили 514,583 тыс. т/год, из них твердых - 116,628 тыс. т/год. Основной вклад в суммарный выброс от стационарных источников по области внесли предприятия следующих городов (в %): Ангарска - 28, Братска - 22, Иркутска - 9, Усть-Илимска — 6,6, Усолья-Сибирского - 6,3, Шелехова — 5,7, Саянска — 4,5. По данным ООН ежегодно в атмосферу выбрасывается 2,5 млн т пыли. По прогнозам министерства природных ресурсов РФ [110] с 2030 г. первенство в топливно-энергетическом балансе в России займут уголь и атомная энергетика, что потребует конструктивного и технологического совершенствования пылеочи-стного оборудования.

В отечественной промышленности для очистки газа от пыли в основном используются малопроизводительные противоточные циклоны. Высокую эффективность очистки могут обеспечить высокопроизводительные прямоточные циклоны с промежуточным отбором пыли (ПЦПО), основными преимуществами которых являются: возможность стабильного и эффективного разделения в широком диапазоне варьирования расхода газа и концентрации пыли при сравнительно небольшом гидравлическом сопротивлении.

Основными причинами ограниченного использования вихревых аппаратов A.A. Смульский и А.Н. Штым считают отсутствие достоверных методов расчета аэродинамики и происходящих в них процессов, а также критериев масштабного перехода от лабораторных моделей к производственным установкам [47]. Это приводит к тому, что имеется много разработок высокоэффективных циклонов, но их широкое распространение сдерживается отсутствием четких расчетов и рекомендаций для осуществления перехода на необходимую производительность и смену режимов работы.

Экспериментальное измерение компонент скорости потока в прямоточном циклоне с промежуточным отбором трудно реализуемо из-за конструктивных особенностей аппарата, отсутствия доступных и надежных измерительных приборов. Поэтому одной из задач исследования вычислительной гидрогазодинамики является определение полей скоростей и давлений закрученного газопылевого потока в циклонном пылеуловителе. Для конструирования новых и эффективного использования известных аппаратов необходимо совершенствовать методы расчета газодинамики и процесса пылеулавливания в прямоточных циклонах.

Теоретической основой для описания течений реальных жидкостей и газа в технологических аппаратах являются уравнения Навье-Стокса. Однако их полное интегрирование удается произвести в сравнительно редких случаях. Теория решения этих уравнений пошла, главным образом, по линии развития численных методов интегрирования. Наиболее универсальными методами решения дифференциальных уравнений в частных производных являются разностные методы. Большой вклад в теорию разностных методов внесли ученые О.М. Белоцерковский, С.К. Годунов, А.Л. Гончаров, Ю.А. Грязин, Г.И. Марчук, B.C. Рябенький, A.A. Самарский, И. В. Фрязинов, C.B. Шаров, H.H. Яненко и др. Возможности численного моделирования для получения подробной информации о структуре сложных течений являются общепризнанными, а стремительное развитие вычислительной техники превратило его в универсальное средство решения прикладных задач. Благодаря росту производительности компьютерных систем вычислительная гидрогазодинамика становится одной из составляющих процесса проектирования новых технологических аппаратов.

Определяющими характеристиками циклонных пылеуловителей являются эффективность пылеулавливания и гидравлическое сопротивление. Потери давления в циклоне определяют, в основном, экспериментально и представляют в виде регрессионной зависимости от геометрических параметров 6 циклона и критерия Рейнольдса. Сопоставление экспериментальных значений гидравлического сопротивления с расчетными показало, что существующие методики не учитывают особенности конструкций ПТТГТО и сложную газодинамическую обстановку, возникающую в этих аппаратах.

Известные методы расчета эффективности циклонов, основанные на аппроксимации фракционной эффективности циклонных пылеуловителей и дисперсного состава пыли эмпирико-вероятностными функциями, также не отвечают требуемой точности. Кроме того, функции массового распределения частиц по размерам многих промышленных пылей не отвечают логарифмически-нормальному закону из-за действия нескольких механизмов пы-леобразования. Использование некоторых методов [377, 378] затруднительно из-за их многоэтапности, сложности и трудоемкости получения исходных данных для расчета. При этом наиболее важными факторами, нуждающимися в детальном исследовании и уточнении, являются масштабный переход к другому типоразмеру циклона и влияние технологических параметров, таких как размер частиц пыли, ее концентрация и плотность, скорость запыленного потока, на процесс пылеулавливания.

Научная проблема заключается в создании адекватного математического описания газодинамики и процесса сепарации применительно к прямоточным циклонам. В связи с отсутствием таких подходов эта проблема, несомненно, является актуальной. Решение проблемы позволяет разработать конструкции эффективных высокопроизводительных прямоточных пылеуловителей и надежные методы их расчета, что имеет большое народнохозяйственное значение в части повышения эффективности и экологичности многих химико-технологических систем.

Исследования проводились в рамках Государственных бюджетных тем: «Синтез систем разделения жидких гомогенных и гетерогенных смесей» (1996.2000 г.г., номер государственной регистрации НИР: 01.9.70010082); «Исследование термической и гидродинамической неустойчивости пограничных слоев» (2001.2005 г. г., номер государственной регистрации НИР: 01.200.118631).

Цель работы - разработка способов интенсификации и повышения эффективности пылеулавливания прямоточных циклонов и надежных методов их расчета на основе моделирования и изучения закономерностей гидрогазодинамических и сепарационного процессов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Определить поля окружной и осевой компонент скорости по численному решению краевой задачи закрученного осесимметричного периодического течения вязкой несжимаемой жидкости с переменной закруткой.

2. Установить закономерности движения частиц пыли в ПЦПО, учитывающие влияние эффектов Магнуса и рикошета частиц.

3. Разработать:

•математическую модель движения частиц пыли в ПЦПО и получить регрессионные зависимости пути сепарации уловленных и уносимых частиц;

•вероятностную модель фракционной эффективности ПЦПО, учитывающую стохастический характер движения дисперсной фазы;

•подход к систематизации экспериментальных данных по эффективности пылеулавливания циклонов;

•новые методы прогнозирования эффективности пылеулавливания циклонов;

•новый метод оценки гидравлического сопротивления ПЦПО на основе характеристик пограничного слоя;

•новые промышленные высокоэффективные газоочистные установки на основе оптимизации конструкций циклона ПЦПО и его технологических показателей;

•алгоритмы и автоматизированную систему технологического расчета циклонов.

4. Сопоставить разработанные методы оценок эффективности и гидравлического сопротивления с известными и экспериментальными результатами.

Методы исследования включают теории гидрогазодинамики, численных методов, регрессионного анализа, программирования и системы управления базами данных.

Достоверность полученных результатов основывается на использовании стандартных методик проведения экспериментов и обработки результатов, на сравнении расчетных данных с экспериментальными значениями и результатами других авторов.

Научная новизна выполненных исследований заключается в разработке физико-математической модели движения полидисперсной газопылевой системы в виде многопараметрических регрессионных уравнений с последующей оценкой их адекватности экспериментальным данным для различных технологических условий и конструктивных параметров прямоточного циклона с промежуточным отбором пыли. Получена математическая модель процесса разделения газа и частиц пыли, на основе которой обоснована и рассчитана оптимальная конструкция прямоточного циклона и условия его работы при промышленной эксплуатации. Доказано, что разработанный технологический моделирующий комплекс позволяет не только решать оптимизационные задачи на стадии проектирования, но и прогнозировать показатели работы при промышленной эксплуатации циклонов.

1. Применительно к прямоточному циклону с промежуточным отбором пыли поставлена и решена краевая задача осесимметричного ламинарного периодичного закрученного течения вязкой несжимаемой жидкости в переменных момент импульса, «функция тока-вихрь» в условиях изменяющейся закрутки потока. На основе численного решения рассчитаны поля осевой и тангенциальной компонент скорости, линии тока равного уровня и установлено существование обратных осевых и тангенциальных пристенных потоков.

2. Предложена математическая модель движения частиц пыли в закрученных потоках, учитывающая влияние броуновского движения на вязкость газопылевого потока и влияние эффекта Магнуса на движение частиц. Введено понятие «путь сепарации частицы пыли», которое определяет осевую 9 протяженность траектории частицы до стенки циклона. Установлены многопараметрические регрессионные зависимости пути сепарации уловленных и уносимых частиц и вероятностная модель фракционной эффективности прямоточного циклона, учитывающие технологические и конструктивные параметры.

3. Определен характер движения частицы пыли в прямоточном циклоне с промежуточным отбором под действием центробежной силы и аэродинамического сопротивления газового потока. Получены траектории движения частиц пыли разного диаметра при различных точках входа в циклон и формулы для расчета минимального диаметра частиц, улавливаемых промежуточным и основным отборами пыли. Рассчитаны теоретические эффективности сепарации промежуточного отбора и циклона в целом, которые сопоставлены с экспериментальными значениями. На основе скачкообразной модели движения частиц объяснены причины снижения экспериментальной эффективности пылеулавливания циклона по сравнению с расчетной тем, что не все отраженные от стенки частицы попадают в область отборов пыли. Основной причиной отрыва крупных частиц размером более 40 мкм является их отражение от стенки циклона. Для частиц размером менее 22 мкм, которые слабо увлекаются турбулентными пульсациями, взвешивание частиц обусловлено их закручиванием при ударах о стенку и возникающим в связи с этим эффектом Магнуса.

4. Установлены оптимальные значения конструктивных и режимных параметров прямоточного циклона с промежуточным отбором пыли, при которых достигается максимальная эффективность очистки при меньших энергозатратах и большей пропускной способностью, чем у противоточных циклонов и аппаратов со встречными закрученными потоками.

5. Впервые для процесса сепарации предложен декомпозиционный подход к систематизации экспериментальных данных, на основе которого разработаны методы статистического описания сепарационных характеристик циклонов любых типов и только прямоточных циклонов, обобщающие эмпирические зависимости для относительного уноса пыли от технологических и

10 конструктивных параметров: диаметра циклона, масс-медианного диаметра частиц пыли, концентрации и плотности пыли, скорости газа, пригодные для прогнозирования эффективности сепарации циклонов при масштабном переходе и смене режимов работы.

6. Для конфузорно-диффузорной сепарационной камеры прямоточного циклона с промежуточным отбором пыли на основе характеристик пограничного слоя выполнена теоретическая оценка гидравлического сопротивления.

Практическая значимость

1. Разработан и реализован на практике процесс сепарации с применением прямоточных циклонов с промежуточным отбором пыли, обеспечивающих эффективную очистку запыленных газов промышленных предприятий с меньшими, чем для противоточных циклонов и со встречными закрученными потоками, материальными и энергетическими затратами. Конструкции циклонов защищены A.C. СССР № 1386309 и патентом РФ № 61156 на полезную модель.

2. На основе характеристик пограничного слоя предложен метод оценки гидравлического сопротивления прямоточного циклона с промежуточным отбором пыли, погрешность которого не превышает 10 %.

3. Разработаны универсальный для всех типов циклонов статистический метод (положительное решение на патент РФ) для прогнозирования эффективности пылеулавливания и модель, учитывающая скоростной режим закрученного потока для прямоточных циклонов, при масштабировании конструктивных параметров и смене режимов работы.

4. На базе известных и авторских методов оценок эффективности и гидравлического сопротивления циклонов создана автоматизированная система технологического расчета и прогнозирования сепарационных характеристик циклонов при промышленной эксплуатации, позволяющая оптимизировать выбор наилучшего пылеуловителя для заданных режимов работы (свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 8990).

Реализация результатов исследования

На основе выполненных исследований разработан и внедрен на Ново-мальтинском заводе стройматериалов прямоточный групповой циклон из трех элементов. Положительный эффект от внедрения оценивается большой социальной значимостью охраны окружающей среды.

Разработана и принята к внедрению на ООО «Сибсиликон» компании «НИТОЛ» (г. Усолье-Сибирское) пылеочистная установка, состоящая из прямоточного циклона с промежуточным отбором пыли и барабанного зернистого фильтра, для очистки выбросов от кристаллического кремния после измельчения. Внедрение установки позволит повысить эффективность очистки до 98,5 %, снизить потери кремния, улучшить экологическую обстановку на производстве. Ожидаемый экономический эффект составит свыше 1,5 млн руб. в год.

Автоматизированная система технологического расчета циклонов внедрена в учебный процесс Ангарской государственной технической академии, Томского политехнического университета, Иркутского государственного университета путей сообщений и Восточно-Сибирского технологического университета (г. Улан-Удэ) на кафедрах «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», «Общая химическая технология», «Безопасность жизнедеятельности и экология» и «Промышленная экология и защита в чрезвычайных ситуациях».

Положения, выносимые на защиту:

• краевая задача осесимметричного периодического течения вязкой несжимаемой жидкости в переменных момент импульса, «функция тока-вихрь» с изменяющейся закруткой потока применительно к прямоточному циклону с промежуточным отбором пыли и явление возникновения обратных пристенных осевых и тангенциальных потоков;

• вероятностная модель расчета фракционной эффективности прямоточного циклона;

• количественные оценки влияния эффектов Магнуса и рикошета частиц;

• новый подход к систематизации экспериментальных данных;

• универсальный метод расчета эффективности пылеулавливания циклонов;

• статистический метод прогнозирования эффективности пылеулавливания прямоточных циклонов с учетом режима движения потока;

• метод расчета гидравлического сопротивления прямоточного циклона с промежуточным отбором пыли;

• новые способы интенсификации процесса сепарации в прямоточных циклонах;

• система автоматизированного технологического расчета циклонов.

Структура и объем работы. Диссертация включает введение, восемь глав, выводы, список использованной литературы (397 наименований), условные обозначения и 4 приложения. Содержание изложено на 377 страницах, 111 рисунках, 46 таблицах.

Заключение диссертации по теме «Процессы и аппараты химической технологии», Асламова, Вера Сергеевна

Выводы и основные результаты по главе 5

1. В результате детального исследования прямоточного циклона с промежуточным отбором пыли найдены оптимальные значения конструктивных и режимных параметров и разработана конструкция циклона ПЦПО-0,58-32,5-2,ЗБр (A.C. № 1386309), обладающего высокой эффективностью пылеулавливания 98 % хлористого калия с масс-медианным диаметром частиц 26 мкм и гидравлическим сопротивлением 1,43 кПа при среднерасходной скорости 9 м/с. Высокая эффективность пылеулавливания достигается за счет стабилизации закрученного потока при максимальном приближении его к стенке циклона и уменьшения вторичного уноса отсепарированной пыли путем снижения скорости потока в месте промежуточного отбора пыли, достигаемых за счет применения профилированного биконического вытеснителя.

2. Установка спрямляющего аппарата в выхлопном патрубке ПЦПО не вызывает снижения эффективности пылеулавливания и позволяет уменьшить гидравлическое сопротивление на 14,4 % ( с 1,67 до 1,43 кПа). Введение отсоса пыли с частью газа в количестве 5 % от расхода повышает среднюю эффективность пылеулавливания с 98 до 99, 4 % и сопровождается снижением гидравлического сопротивления на 16 % (до 1,2 кПа).

3. Проведены сравнительные испытания равновеликих циклонов ПЦПО с одним из лучших прямоточных циклонов НВГК на одной и той же пыли при одинаковом способе запыления потока. Результаты показали, что эффективность пылеулавливания ПЦПО-0,58-32,5-2,ЗБр на 11,5 % выше, а гидравлические потери ниже в 9,1 раз по сравнению с НВГК при одинаковом расходе воздуха. Кроме того, НВГК имеет узкий диапазон стабильной работы при варьировании запыленности потока.

4. Сопоставление ПЦПО-0,58-32,5-2,ЗБр с результатами испытания циклона ВЗП (£> = 0,115 м) на пыли хлористого калия показало, что эффективность пылеулавливания ВЗП не превышает 98,3 %, что ниже,, чем у ПЦПО (98.99 % и с отсосом 99,7 %), а коэффициент гидравлического сопротивления у ВЗП на 1,3. 1,4 раза больше при одной и той же среднерас-ходной Если сопоставление проводить при одном и том же гидраввличе-ском сопротивлении, то расход очищаемого воздуха в ПЦПО на 30 % больше. Кроме того циклон ВЗП сложен в изготовлении и эксплуатации, подвержены зарастанию пыли.

5. Предложен и экспериментально апробирован следующий путь интенсификации процесса сепарации в прямоточном циклоне: применение перфорации стенки начального участка патрубка очищенного газа, обеспечивающей снижение давления в бункере основного отбора пыли и повышающий эффективность сепарации на 7.9 %.

6. В результате экспериментальных исследований предложенного и известных способов интенсификации процесса сепарации и оптимизации конструктивных и технологических параметров создан высокопроизводительный, эффективный и технологичный прямоточный циклон с промежуточным отбором пыли (патент RU 61156 U1, МПК В04С 3/06), который имеет на 7. 9 % большую эффективность пылеулавливания и гидравлическое сопротивление, меньшее на 34,5 % по сравнению с исходным циклоном ПЦПО.

7. Для проектирования прямоточных циклонов получены следующие рекомендации: оптимальная скорость для фракций крупнее 60 мкм составляет 5.6 м/с, а для фракций до 30 мкм - 8. 10 м/с. Необходимо обеспечить отсос из бункера в количестве 4. 5 % от общего расхода газа. Сварные швы и внутренние поверхности циклона следует тщательно зачищать.

8. На базе этого циклона с эжектированием газа из бункера взамен рукавного фильтра на Новомальтинском заводе стройматериалов разработан и внедрен групповой циклон из трех элементов общей производительностью о

9000. 11500 м /ч для очистки колошниковых газов из ваграночных печей. Эффективность очистки в групповом циклоне при входной концентрации пыли 10. 15 г/м с медианным диаметром по массе частиц 14 мкм и насыпо ной плотности 1008 кг/м составляет 94,0. 95,2 %, а гидравлическое сопротивление не превышали 1,3. 1,78 кПа. Акт о внедрении научно-технических результатов прилагается в диссертационной работе. Положительный эффект от внедрения оценивается с точки зрения большой социальной значимости охраны окружающей среды и здоровья людей.

9. Разработана и принята к внедрению на ООО «Сибсиликон» компании «НИТОЛ» (г. Усолье-Сибирское) пылеочистная установка, состоящая из прямоточного циклона с промежуточным отбором пыли, конструкция которого защищена авторским свидетельством (№ 1386309), и барабанного зернистого фильтра, для очистки выбросов от кристаллического кремния после измельчения. Внедрение установки позволят повысить эффективность очистки до 98,5 %, снизить потери кремния, улучшить экологическую обстановку на производстве. Ожидаемый экономический эффект составит свыше 1,5 млн р./год. Акт о внедрении научно-технических результатов прилагается в диссертационной работе.

10. Предложен и подтвержден экспериментальными данными способ интенсификации процесса сепарации в центробежном ВП - подавление вихревых течений в спиральной камере продольными ребрами. С точки зрения эффективности сепарации целесообразно использовать два ребра высотой, равной половине расстояния между рабочим колесом и спиральной камерой, обеспечивающие повышение эффективности сепарации на 20.30 % практически без увеличения потребляемой мощности. Для повышения КПД вентилятора и развиваемого давления предпочтительна установка узких ребер высотой, равной к /3.

11. Достигнутый уровень степени сепарации тонкодисперсной пыли (72.74 %) является достаточным для первой ступени очистки, позволяющим рекомендовать разработанный ВП для использования в некоторых отраслях производства, например, в качестве дымососов-золоуловителей.

12. Реконструкция серийно выпускаемых вентиляторов достаточно проста, т. к. затрагивает переоборудование только спиральной камеры и может быть осуществлена ремонтной службой предприятия.

13. Имеются возможности дальнейшего повышения эффективности сепарации ВП за счет уменьшения отношения ширины спирального отвода, увеличения ширины рабочего колеса, а также применения загнутых вперед рабочих лопаток. Работы в этом направлении следует считать перспективными.

14. Комбинированный пылеуловитель, состоящий из прямоточного циклона с промежуточным отбором и вентилятора-пылеуловителя с одним ребром высотой к /3 в спиральной камере, обладает малым гидравлическим сопротивлением и высокой эффективностью очистки.

ГЛАВА 6. СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ ЦИКЛОНОВ

В научно-технической и справочной литературе по проблемам пылеулавливания на настоящий момент имеется несколько подходов к оценке эффективности очистки циклонов [377]. Особенно эта проблема обостряется при масштабном переходе при проектировании пылеочистного оборудования. Сложный характер движения частиц пыли в циклонах затрудняет теоретическое определение эффективности сепарации циклонов. Известные методы расчета циклонов [112. 116, 132, 216, 336, 375.377, 380], основанные на использовании эмпирических вероятностных функций, описывающих параметры фракционной эффективности циклонных пылеуловителей и дисперсный состав многих промышленных пылей, не отличаются большой точностью. Это обусловлено многими факторами. Самым трудноопределяемым фактором является количественная оценка влияний масштабного перехода к другому типоразмеру циклона и изменению технологических параметров на процесс пылеулавливания. Интегральные функции массового распределения частиц по размерам многих промышленных пылей не удовлетворяют логарифмически-нормальному закону распределения из-за действия нескольких механизмов пылеобразования (сушка, измельчение, дробление, размол, перемешивание, истирание, пересыпка, транспортировка [128]). Кроме того, искомые параметры фракционной эффективности зависят от точности определения дисперсного состава пыли [377].

6.1. Сопоставление расчета эффективности по методам М.И. Шиляеву с экспериментом

Исследуем возможность использования двух фракционных методов, предложенных М.И. Шиляевым в работах [375.377], для прогнозирования эффективности группового прямоточного циклона. Первый метод характеризуется многостадийностью и трудоемкостью расчетов. Вначале вычисляются фракционные коэффициенты проскока по следующему алгоритму: Для каждой фракции пыли <5 повторяются пункты 1. 5: 1. Время динамической релаксации частицы Рз^2

18-// где рз - плотность частиц, 3 - диаметр частиц; ¡лё - динамическая вязкость газа.

2. Критерии Стокса и Рейнольдса D

3. Параметр N вычисляется с учетом диффузии частиц пыли [375]

2(2-В)

4. Фракционный коэффициент проскока Кз(д) для ПЦ

Ks(ö) = e

В переходной области от режима Стокса до режима Ньютона стандартную кривую сопротивления сферы Г.Л.Бабуха и A.A. Шрайбер аппроксимировали кусочными зависимостями вида^ = А Re^, где коэффициенты Ayl В в определяются по критерию Рейнольдса по табл. 6.1 [375].

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Асламова, Вера Сергеевна, 2009 год

1. На рис. 8.2 представлена предварительная схема данных, в которой показаны основные таблицы и связи между ними. Как можно заметить из схемы данных, все связи относятся к типу «один ко многим».

2. Алгоритмы программы и расчетных модулей

3. Расчеты производятся по методам, описанным в разделе 8.2 и в гл. 6.

4. Рис. 8.3. Укрупненная блок-схема программы

5. Также на форме расположены элементы, предоставляющие доступ кформам для расчетов. На рис. 8.3 не показаны подробно алгоритмы расчетов - они вынесены в отдельные блок-схемы, описанные ниже.

6. Алгоритм расчета по эмпирическому методу показан на рис. 8.4.1. Г Начало j 1. Ввод данных 1. Ввод данных

7. Г ((Свх-&-с«х-а j/(c«e«))-100%/?-Ц/100%)Я, ;/=ЦЛОО%)/Цл+'Ивых) ;/=((m<^-WeJ-100%)/m« 1. Вывод результатов расчета 1. Г Конец j 8. Рис. 8.4. Блок-схема алгоритма расчета по эмпирическому методу

9. В данном алгоритме предусмотрено два варианта расчета: вычислениефактической эффективности очистки циклонов по результатам экспериментальных замеров масс или средних концентраций подаваемой и уловленной пыли.

10. Блок-схема расчета по методике НИИОГАЗ приведена на рисунке 8.5.1. Поиск необходимых для расчета данных в таблице 1. Вычисление диаметра и действительной скорости w - > '

11. Увеличение диаметра циклонаи вычисление скорости 1. Вывод сообщения о неверно введенных данных 1. Вывод сообщения о невозможности расчета при заданных параметрах 1. Расчет 1. Вывод результатов расчета "Ч1. Г К о н е ц J

12. Рис. 8.5. Блок-схема алгоритма расчета по методике НИИОГАЗ

13. Алгоритм расчета по универсальному методу приведен на рис. 8.6.

14. Алгоритм расчета по методу М.И. Шиляева представлен на рис. 8.7.с Начало j 1. Ввод данных 1. Счетчик цикла i=1 1. Поиск необходимых для расчета данных в таблице 1. Вычисление диаметра и действительной скорости

15. Увеличение диаметра циклона,вычисление скорости

16. Вывод сообщения о неверно^введенных параметрах 1. ГКонецJ 1. Расчет 1. Вывод i-ro результата расчета "<i=i+1

17. Рис. 8.7. Блок-схема алгоритма расчета по методу М.И. Шиляева89. Иерархия форм

18. Рис. 8.8. Схема иерархии форм810. Разработка базы данных

19. База данных содержит четырнадцать таблиц, из них одна главная - «Циклоны», содержащая 17 полей, тринадцать справочных таблиц.

20. Создаются все таблицы в режиме Design Table: вводятся имена полей итипы данных, которые будут содержаться в них, задаются свойства полей.

21. JNo Наименование Идентификатор Тип даных Null1. ACikloni (Циклоны) 1. Номер циклона 1. Скорость потока 1. Объем очищенного газа 1. Расход газа 1. Потери давления

22. Длина сепарационной камеры1. Диаметр циклона 1. Эффективность очистки 1. Медианный диаметр пыли 1. Концентрация 1. Плотность газа 1. Код типа 1. Код вида 1. Код литературы 1. Код конструкции

23. Гидравлическое сопротивление

24. Эффективность гидравлического сопротивления

25. Количество отсасываемого воздуха nomer ciklona 1. СО 1. Q1