Разделение угольной пыли в динамическом сепараторе с предвключенным направляющим аппаратом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.14, кандидат технических наук Андреев, Андрей Александрович

• Андреев, Андрей Александрович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Андреев, Андрей Александрович

Введение.

Глава 1. Современное состояние вопроса.

1.1. Основные требования к сепараторам пылесистем ТЭС.

1.2. Основные конструкции сепараторов.

1.2.1. Гравитационные сепараторы.

1.2.2. Центробежные сепараторы с неподвижной зоной сепарации.

1.2.3. Центробежные сепараторы с вращающейся зоной сепарации.

1.2.5. Инерционные сепараторы.

1.3. Оценка эффективности процесса разделения сепаратора.

1.4. Прогнозирование дисперсного состава продуктов разделения.

1.4.1. Гравитационные сепараторы.

1.4.2. Центробежные сепараторы.

1.5. Постановка задачи исследования.

Глава 2. Организация экспериментальных исследований.

2.1. Схема экспериментальной установки.

2.2. Выбор варьируемых параметров.

2.3. Построение кривых разделения.

2.4. Выводы по главе.

Глава 3. Расчетно-экспериментальное исследование процесса разде- ^ ления угольной пыли в динамическом сепараторе.

3.1. Влияние конструктивных и режимных факторов на характери- ^ стики разделения сепаратора.

3.2. Влияние снижения эффективности разделения на характеристики ^ сепаратора.

3.3. Выводы по главе.

Глава 4. Разработка новой конструкции динамического сепаратора.

Основные результаты работы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разделение угольной пыли в динамическом сепараторе с предвключенным направляющим аппаратом»

Начиная с 80-х годов XX века до настоящего времени, теплоэнергетика России базируется на использовании в качестве топлива преимущественно более дешевого и легко сжигаемого природного газа. За отмеченный период существенно сократилось количество исследовательских и проектных работ по созданию новых видов пылеприготовительной техники. В последнее время значительно повысилась цена топочных мазутов и природного газа, увеличились экспортные поставки природного газа. Эти обстоятельства создают предпосылки к увеличению доли твердого топлива в топливном балансе России.

Отставание России в разработке высокоэффективного пылепригото-вительного оборудования машиностроительные заводы пытаются компенсировать копией иностранных образцов оборудования, обладающих по рекламным материалам лучшими характеристиками. В частности, единственный в России крупный изготовитель оборудования для измельчения углей на ТЭС ОАО «Тяжмаш» оснащает свои мельницы статическими сепараторами пыли типа ТКЗ-ВТИ, конструкция которых была разработана более 50 лет назад. В настоящее время ОАО «Тяжмаш» предполагает перейти к выпуску динамических сепараторов, близких по конструкции к сепараторам ведущих в этой области фирм «Бабкок» и «Леше». Однако, представленные в рекламных проспектах данные о характеристиках разделения таких сепараторов ограничены и не отражают влияния режимных параметров применительно к условиям работы пылесистем ТЭС.

Целью работы является получение характеристик разделения динамического сепаратора, оценка диапазона регулирования и выбор конструктивных параметров элементов зоны разделения, обеспечивающих получение пыли с заданным дисперсным составом.

Для достижения этой цели в процессе выполнения работы были поставлены и решены следующие задачи:

- проведены стендовые исследования модели динамического сепаратора с различным конструктивным оформлением вращающейся корзины и предвключенного завихрителя;

- для каждого из вариантов конструкции сепаратора получены зависимости характеристик разделения от режимных параметров и определены диапазоны, внутри которых обеспечивается высокая эффективность разделения;

- экспериментально выявлена и расчетным путем подтверждена возможность возникновения ограничения в тонкости готовой пыли и определены условия появления ограничения;

- предложена новая методика построения кривой разделения сепаратора, в меньшей степени подверженная влиянию дисперсного состава мельничного продукта;

- предложена новая конструкция сепаратора, обеспечивающая высокую эффективность разделения при более широком диапазоне регулирования границы разделения.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- получены новые экспериментальные данные о характеристиках разделения угольной пыли в динамическом сепараторе с предвключенным направляющим аппаратом;

- выявлена возможность возникновения ограничения в дисперсном составе готовой пыли вследствие монотонного снижения эффективности разделения при уменьшении граничного размера разделения;

- получены новые данные о влиянии профиля скоростей газа в зоне разделения динамического сепаратора на его характеристики.

Практическую значимость работы составляют:

- зависимости границы и эффективности разделения динамического сепаратора от конструктивных и режимных параметров;

- новая методика построения кривой разделения сепаратора, обладающая меньшей зависимостью от дисперсного состава мельничного продукта, и ее программное обеспечение;

- рекомендации по выбору параметров конструкции динамического сепаратора для получения пыли с требуемым дисперсным составом;

- новая конструкция динамического сепаратора, обладающая более широким диапазоном регулирования и защищенная патентом на полезную модель № 53590 от 27 мая 2006 года.

Автор защищает:

- экспериментальные данные о характеристиках разделения угольной пыли в динамическом сепараторе с предвключенным направляющим аппаратом;

- результаты исследования причин возникновения ограничения в тонкости готовой пыли при снижении эффективности разделения сепаратора;

- результаты исследования влияния профилей газа в зоне разделения динамического сепаратора на характеристики разделения;

- методику и программное обеспечение построения кривой разделения сепаратора;

- новую конструкцию динамического сепаратора пыли.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на следующих конференциях:

• IX международной научно-технической конференции студентов и аспирантов. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. - Москва МЭИ. 4-5 марта 2003 г.

• X международной научно-технической конференции студентов и аспирантов. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. - Москва МЭИ. 2-3 марта 2004 г.

• Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (XII Бенардосовские чтения) -Иваново, 1-3 июня 2005 г.

• П-ой межрегиональной научно-технической конференции студентов и аспирантов: Смоленск: филиал ГОУВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Смоленске, 2005 г.

• П-ой Российской научно-технической конференции - Иваново, 18-19 ноября 2005 г.

Публикации. Основные результаты и положения диссертации опубликованы в 10 печатных работах, включая 3 статьи, 7 тезисов докладов конференций и патент Российской Федерации на полезную модель.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, основных выводов, списка использованных источников 95 наименований работ и приложения.

Заключение диссертации по теме «Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты», Андреев, Андрей Александрович

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Получены новые экспериментальные данные о характеристиках разделения динамического сепаратора, существенно отличающиеся от расчетных по известным методикам.

2. Показано, что динамические сепараторы с предвключенным лопаточным аппаратом могут использоваться в системах пылеприготовле-ния ТЭС, в частности, со среднеходными валковыми мельницами, однако при этом конструкция вращающейся корзины должна выбираться с учетом требуемой на ТЭС тонкости готовой пыли.

3. Выявлена возможность ограничения тонкости готовой пыли и показано, что это ограничение возникает вследствие монотонного снижения эффективности разделения при уменьшении граничного размера разделения.

4. Проведены исследования характеристик разделения сепаратора при установке предвключенного аппарата.

5. Получены новые экспериментальные данные о влиянии профиля скоростей газа в зоне разделения динамического сепаратора на его характеристики.

6. Предложена новая конструкция динамического сепаратора с предвключенным лопаточным аппаратом, обладающая более высокими показателями эффективности разделения и защищенная патентом на полезную модель.

7. Разработаны методика построения кривых разделения динамического классификатора по экспериментальным данным и компьютерные средства ее поддержки.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Андреев, Андрей Александрович, 2006 год

1. Резников М.И. Парогеиераториые установки электростанций. М.: Энергия, 1968,240 с.

2. Ромадин В.П. Пылеприготовление. М. Л.: Госэнергоиздат, 1953,519 с.

3. Dynamic classifier whith hollow shaft rotor. Piepho et al. US Patent. № 5 884 776, March 23,1999.

4. Барский М.Д., Ревнивцев В.И., Соколкин Ю.В. Гравитационная классификация зернистых материалов. М.: «Недра», 1974, 232 с.

5. Мизонов В.Е., Ушаков С.Г. Аэродинамическая классификация порошков. М.: Химия, 1989, 160 с.

6. Лященко П. В. Гравитационные методы обогащения. М.: Металлургиздат, 1940, 350 с.

7. Drissen M.G. The Use of the Centrifugal Force // The Journal of the. Institute of Fuel, December, 1964, p. 593-595.

8. Алейников А.И. Известия вузов СССР. Черная металлургия, 1964, №10, с. 165-170.

9. Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности. М.: Химия, 1977, 368 с.

10. Смышляев Г.К. Воздушная классификация в технологии переработки полезных ископаемых. М.: Недра, 1969, 102 с.

11. П.Ушаков Г.С., Зверев Н.И. Инерционная сепарация пыли. М.: Энергия, 1974, 168 с.

12. Демский А.Б. Веденьев В.Ф. Исследование процесса сепарирования зерновых смесей в вертикальном воздушной потоке // Труды ВНИЭКИпродмаш, 1976, выпуск 44, с. 3-22.

13. Коузов П.А., Скрябина Л .Я. Методы определения физико-химических свойств промышленных пылей. Л.: Химия, 1983, 143 с.

14. Донат Е.В. Гравитационные сепараторы для разделения полидисперсных металлических порошков на фракции // в сб. статей: Промышленная вентиляция. Свердловск: Металлургиздат, 1957, вып. 6.

15. А. с. 257283 СССР, МКИ3 В 07 В7/08. Устройство для сортировки полидисперсных материалов в восходящем потоке / Е.В.Донат, А.А.Павлов, С.Д. Южаков. опубл. в Б.И., 1969, - 35.

16. А.с. 507311 СССР, МКИ3 В 07 В7/08. Гравитационный сепаратор / В.И. Игнатьев. Опубл. в Б.И., 1976, - 11.

17. Кайзер Ф. Зигзаг-классификатор классификатор нового принципа. Труды Европейского совещания по измельчению. М.: Стройиздат, 1966, с.552-567.

18. Барский М. Д. Фракционирование порошков. М.: Недра, 1980,327 с.

19. Барский М. Д. Процессы гравитационной классификации сыпучих материалов в восходящих потоках. Автореф. дис. на соискание учен. степ, докттехн. наук. Москва, 1971, 29 с.

20. Кравчик В.Е. Исследование механизма распределения двухфазного потока в условиях каскадной воздушной классификации. Дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. Свердловск, 1982, 186 с.

21. Авдеев С.Д. Пневматическая классификация сыпучих материалов в аппаратах с наклонными перфорированными полками. Дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. Иваново, 1981, 169 с.

22. Летин Л.А., Роддатис К.Ф. Среднеходные и тихоходные мельницы. М.: Энергоиздат, 1981, 359 с.

23. Лебедев А.Н. Подготовка и размол топлива на электростанциях. М.: Энергия, 1969.

24. Кисельгоф M.JI., Полферов К.Я. Центробежные сепараторы пыли для ШБМ большой производительности // Теплоэнергетика, 1963, №11.

25. Пылеприготовительное оборудование. Каталог 17 70. М.: НИИ Информтяжмаш, 1971.

26. Тупицын Д.В. Оптимизация аэродинамического режима процесса вихревой классификации при тонком фракционировании порошков: Дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. Иваново, 1985, 161 с.

27. Wolf К., Rumpf Н. Uber die Sichtwirkung einer ebenen spiral-formigen Luftstomung. VDI - Zeitschrift, 1941, BP 85, №27.

28. Барочкин E.B. Классификация тонкодисперсных материалов химической технологии при заданном гранулометрическом составе получаемых продуктов. Дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. Иваново, 1986, 175 с.

29. А. с. 498972 СССР, МКИ3 В 07 В7/08. Отбойно-вихревой классификатор / Ю.М. Бирюков, Б.В. Гордеев, Г.Ф. Пехов и М.П. Сычев. -Опубл. 15.01.76. Бюл №2.

30. А. с. 1437103 СССР, МКИ3 В 07 В7/08. Центробежный сепаратор с вращающимися дисками / С.Д.Авдеев, В.И.Демиденко и Л.Н. Кузнецов. Опубл. 15.11.88. Бюл. №42.

31. А. с. 417186 СССР, МКИ3 В 07 В7/08. Центробежный сепаратор с зигзагообразным каналом / Б.Н. Фастов, Г.В. Беличенко и А.Н. Гарный. Опубл. 28.11.1974. Бюл. №8.

32. Von S. Bernotat. Stand der Sichter technik Sichter fur Mas-genguter, Zement-Kalk-Gips, № 2/1990, s. 81-90.

33. Хейнц. Мельницы Леше для измельчения клинкера, шлака и минерального обогащения руд //10 европейская конференция по измельчению. Германия, 2002.

34. Bauer W.G. Design Trends in Mechanical Air Separators, Pit and Quarry 12, 1963, p. 109.

35. Eder T. Probleme der Trennscharfe. «Aufbereitungstechnik», 1961, Bd 2, №3,4, 8, 11, 12.

36. Mayer F. W. Allgemeine Grundlagen T-kurven. «Aufbereitungstechnik», 1967, № 8, 12, 1968, № 1.

37. Ушаков С.Г. Исследование и разработка методов расчетов процессов сепарации дисперсных систем. Дис. на соиск. учен. степ. докт. техн. наук. М.: МИХМ, 1978, 421 с.

38. Осокин В.П. Молотковые мельницы. М.: Энергия, 1980, 176 с.

39. Новосельцева С.С. Повышение эффективности сложных технологических систем измельчения путем их структурной оптимизации. Дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. Иваново, 1999, 133 с.

40. Sichter fur luftstrom-kohlenmuhlen. ©Loeshe GMBH, D-40549, Dusseldorf.

41. Барский М.Д. Оптимизация процессов разделения зернистых материалов. М.: Недра, 1978. 168 с.

42. Углеразмольное, рудоразмольное и пылеприготовительное оборудование: Отраслевой каталог. НИИЭкономики в энергетическом машиностроении. М., 1986, 159 с.

43. Нормы расчета и проектирования пылеприготовительных установок. М-Л.: Госэнергоиздат, 1958, 159 с.

44. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей, 16-е издание, Приказ Минэнерго РФ от 19.06.2003 г. №229.

45. Ньютон Г.В., Ньютон В.Г. Исследование эффективности классификации. В кн.: Лященко Н.В. Сепарирование сыпучих тел. - Труды Всесоюзного Дома ученых, вып. 2, АН СССР, 1937, с. 59-74.

46. Клячин Н.В., Никитин Ю.И. Об эффективности обогащения мономинирального сырья // Изв. ВУЗов., сер. Цветная металлургия, 1964,' №2, с. 34-41.

47. Molerus О. Stochastisches Modell der Gleichgewichtsichtung // Chemie Ing. Technik, 1967, Bd. 39, №13, s.792-796.

48. Rumpf H. Fortschritte und Probleme auf dem Gebiete der Wind-sichtung // Staub, 1956, №47, s.635-645.

49. MiiIIer K. Die Grundlagen der Gegenstrom Umlenksichtung. -VDJ - Forschungsheft, 1966, №573.

50. MoIerus O. Stochastisches Vjdell der Gleichgewichtsichtung // Chem.-Ing.-Tech., 1967, Bd. 39, №13, s.792-796.

51. Molerus O., Hoffmann H. Darstellung von Windsichtertrennkurven durch ein stochastisches Model. -«Chem.-Ing.-Tech.», 1969, Bd. 41, №5-6, s.340-344.

52. Кутепов A.M., Непомнящий E.A. Центробежная сепарация гидрожидкостных систем как случайный процесс // Теоретические основы химической технологии, 1973, т. 7, №6, с. 892-896.

53. Кутепов A.M., Непомнящий Е.А. К расчету показателей разделительных процессов в гидроциклонах // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология, 1973, №11, с. 1749-1754.

54. Кутепов A.M., Непомнящий Е.А. Результаты расчета и закономерности уноса твердой фазы из гидроциклона // Теоретические основы химической технологии, 1976, т. 10, №3, с. 433-437.

55. Гуревич С.Г., Непомнящий Е.А. Стесненное осаждение полидисперсных твердых частиц в центробежном поле при переменной вязкости среды // Известия Ленингр. эл. техн. ин-та, 1971, вып. 92, с. 76-79.

56. Росляк А.Т., Бирюков Ю.А., Панин В.Н. Пневматические методы и аппараты порошковой технологии. Томск: Изд-во Томск, ун-та, 1990, 272 с.

57. Шваб В.А., Шиляев М.И. Расчет траекторий движения твердых частиц в центробежном пылеотделителе // Вопросы импульсного пневмотранспорта, газоочистки и пневматического перемешивания дисперсных материалов. Томск: Изд-во Томск, ун-та, 1972, с. 189-199.

58. Шваб В.А., Шиляев М.И. Исследование процессов сепарации в центробежном пылеотделителе с двумя ступенями газоочистки // Труды НИИ ПММ. Томск: Изд-во Томск, ун-та, 1977, т. 6, с. 170-175.

59. Шиляев М.И. Гидродинамические процессы в рабочих элементах ротационных сепараторов. Дис. на соиск. учен. степ. докт. техн. наук. Томск, 1984, 356 с.

60. Ушаков С.Г. Исследование с помощью ЭВМ движения пылевых частиц в зоне сепарации // Энергомашиностроение, 1973, №6, с. 3436.

61. Ушаков С.Г., Муромкин Ю.Н. Алгоритм построения кривых разделения процессов классификации // Известия ВУЗов. Химия и хим. технология, 1977, т.20, №4, с. 604-605.

62. Муромкин Ю.Н. Исследование процессов сепарации порошкообразных материалов в воздушно-проходных сепараторах. Дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. Иваново, 1979, 229 с.

63. Мизонов В.Е., Ушаков С.Г. Расчет и конструирование сепараторов пыли для систем пылеприготовления. Иваново, 1981, 56 с.

64. Мизонов В.Е., Ушаков С.Г. Аэродинамическая классификация' тонкодисперсных сыпучих материалов и оборудование для ее реализации // Химическое и нефтяное машиностроение, 1992, №1, с. 7-12.

65. А.с. 899165 СССР, МКИ3 В 07 В7/08. Сепаратор для разделения порошкообразных материалов. Б.И., 1982, №3.

66. А.с. 899166 СССР, МКИ3 В 07 В7/08. Центробежный сепаратор для разделения порошкообразных материалов. Б.И., 1982, №3.

67. Шувалов С.И. Получение тонкодисперсных порошков в системах пылеприготовления с аэродинамическими классификаторами // Хи-. мическая промышленность, 1992, №8, с. 499-503.

68. Экспериментальное исследование тонкой сепарации пыли / Шувалов С.И., Барочкин Е.В. и др // Пути ускорения научно-технического прогресса производства угольной продукции: Тез. докл. Всесоюзн. науч.-техн. конф. Челябинск, 1986, с. 43.

69. А.с. 1036401 СССР, МКИ3 В 07 В7/08. Сепаратор для разделения порошкообразных материалов. Б.И., 1983, №3.

70. Trawinski Н. Die Mathematische Formulierung der Tromp-Kurve // Aufbereitungs-Technik, 1976, Bd. 17, №5, s. 248-254.

71. Амосов А.А., Дубинская Ю.А., Копченова H.B. Вычислительные методы для инженеров. М.: Высшая школа, 1994, 544с.

72. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1984, 832 с.

73. Шувалов С.И. Структурная и режимная оптимизация процессов фракционирования порошков. Дис. на соиск. учен. степ. докт. техн. наук. Иваново, 1995, 356 с.

74. Расчет процесса разделения порошков в воздушно-центробежном классификаторе на основе стохастической модели / Мизи-нов А.Ю., Муштаев В.И., Росляк А.Т. и др. // Теоретические основы химической технологии, 1992, т. 26, №3, с. 447-451.

75. Математическое моделирование и структурная оптимизация сложных технологических систем измельчения. / Жуков В.П., Мизонов В.Е., Новосельцева С.С. и др. // Теоретич. основы хим. Технологии, 1998, т. 32, №3, с. 288-293.

76. Мизонов В.Е., Ушаков С.Г. К расчету центробежных классификаторов порошковых материалов // Теор. основы хим. технологии, 1980, т. 14, №5, с. 784-786.

77. Бурсоид Р. Течение газа со взвешенными частицами. М.: Мир, 1975,378 с.

78. Арбузов В.Н., Шиляев М.И. О диффузионном разделении частиц в закрученном турбулентном потоке // в кн.: Труды Таллиннского политехнического института, 1971, сер. А, №302, с. 39-51.

79. Сыркин С.Н. Теория моделирования траекторий твердых частиц в криволинейном потоке. Отчет ЦКТИ, 1934, наряд 822.

80. Горлин С.М., Слезингер И.И. Аэродинамические методы и приборы. М.: Наука, 1964, 270 с.

81. Барский М.Д. Использование кривых разделения для оптимизации процессов классификации // Изв. ВУЗ. Горный журнал, 1975, №4.

82. Ушаков С.Г. Расчет процессов классификации на основе стохастической модели // Изв. ВУЗ. Химия и хим. технологии, 1979, т.22, вып. 1, с. 113-115.

83. Наврцки Е. Графо-аналитические методы оценки работы гравитационных аппаратов. М.: Недра, 1980, 253 с.

84. Гайденрайх Г. Оценка промышленных результатов обогащения. М.: Госгортехиздат, 1962, 535 с.

85. Андреев А. А., Шувалов С. И. Разработка конструкции динамического сепаратора для среднеходных мельниц // Тез. докладов X международной научно-технической конференции студентов и аспирантов. -Москва МЭИ. 2-3 марта 2004. -с. 90-91.

86. Шувалов С. И., Андреев А. А. Математическое описание движения частиц в динамическом сепараторе // Вестник Иван. гос. энерг. унта. Выпуск 1. Иваново ИГЭУ. 2005. - с. 25-28.

87. Математическая модель и метод расчета динамического классификатора Жуков В.П., Андреев А.А., И. Otwinovski, D. Urbaniak. // Изв. ВУЗов, "Химия и химическая технология", 2006, т. 49, вып. 5, с. 99-102.

88. Шувалов С. И., Андреев А. А. О влиянии эффективности разделения сепаратора на дисперсный состав пыли // П-я Рос. науч.-техн.конф.: 18-19 ноября 2005 г. Материалы конференции / Под. ред. А. В. Мошкарина. с. 55 - 58.

89. Шувалов С. И., Андреев А. А. Особенности работы сепаратора при снижении границы разделения // Вестник Иван. гос. энерг. ун-та. Выпуск 2. Иваново ИГЭУ. 2006. - с. 22-26.