Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,222

ОЦЕНКА И ПУТИ СНИЖЕНИЯ ЭНЕРГОЗАТРАТ ПРИ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ ОЧИСТКЕ ГАЗОВ

Кузьмин В.В.

Величина энергозатрат при центробежной очистке обусловлена прежде всего гидравлическими потерями при проведении процесса и возрастает вместе с его эффективностью [1, 2]. В свою очередь эффективность улавливания частиц в центробежных пылеуловителях, наиболее распространенными из которых являются циклоны, определяется прежде всего соотношением основных сил: центробежной (направленной к периферии, к поверхности осаждения) и силы гидродинамического воздействия со стороны очищаемой среды, стремящейся увлечь за собой частицу [3].

Условие радиального равновесия частицы на границе приосевого очищенного вихря циклона под действием этих сил будет выглядеть следующим образом:

= 3π wр μ dгр (1)

где m – масса частицы, кг;

wτгр, wр – соответственно тангенциальная скорость и скорость радиального стока на границе приосевого вихря, м/с;

rвых – радиус приосевого очищенного вихря, м;

μ – коэффициент динамической вязкости газа, Па·с;

dгр – диаметр частицы, м.

Поскольку диаметр dгр соответствует частицам, оказавшимся в состоянии равновесия на границе приосевого вихря и имеющим равную вероятность быть вынесенными в него или уловленными, то значение dгр аналогично параметру d50 (диаметру частиц, улавливаемых на 50%), используемому при расчете эффективности центробежных пылеуловителей [1, 2].

Среднюю скорость wр в уравнении (1) можно определить из общего расхода газа через пылеуловитель Q и площади сечения радиального стока газа S:

(2)

где w – среднерасходная скорость газа, м/с;

D – диаметр цилиндрической части корпуса, м;

Hц – расстояние между выходом очищенного потока (нижним срезом выхлопной трубы или выходным отверстием) и конической частью корпуса пылеуловителя, м;

Hк – высота конической части корпуса, м.

Поскольку Hц и Hк однозначно связаны с диаметром пылеуловителя, то выражение (2) может быть записано следующим образом:

(3)

где k1 – безразмерный коэффициент, определяемый конструкцией пылеуловителя.

Подставляя выражение (3) в (1), для частицы шарообразной формы получим:

= 3π μ dгр

где ρч – плотность частицы, кг/м3.

Выражая wτгр через среднерасходную скорость w и преобразуя, окончательно получим:

dгр (4)

где k2 = wτгр/w – коэффициент, характеризующий степень закрутки потока в пылеуловителе.

Данный коэффициент, зависящий от конструктивных параметров пылеуловителя, может быть определен экспериментально, либо на основании существующих расчетных зависимостей [4, 5]. Поскольку гидравлические потери при прохождении потока определяются величиной его скорости, то данный параметр будет также характеризовать гидравлическое сопротивление пылеуловителя.

Учитывая вышесказанное, выражение (4) вполне согласуется с эмпирическим уравнением для определения параметра d50 в сухих центробежных пылеуловителях с учетом энергетических затрат на процесс очистки [6]:

d50 (5)

где ξ – коэффициент гидравлического сопротивления пылеуловителя.

Величину (k1k22) в выражении (4) можно рассматривать как эквивалентную коэффициенту гидравлического сопротивления и использовать для оценки ξ и гидравлических потерь в пылеуловителе. Данная величина, рассчитанная по значениям коэффициентов k1 и k2 [1, 7] для наиболее распространенных конструкций циклонов ЦН-11 и ЦН-15 согласуется со значением ξ для этих циклонов [1].

Зависимости (4) – (5) показывают, что увеличение эффективности центробежной очистки практически можно реализовать следующими способами:

- увеличением среднерасходной скорости w (расхода газа через пылеуловитель);

- интенсификацией крутки потока (wτгр) в пылеуловителе путем соот ветствующего изменения конструктивных параметров и соответствующего повышения коэффициента гидравлического сопротивления;

- уменьшением диаметра пылеуловителя.

Первый способ позволяет повысить эффективность лишь до определенного предела [8] и при этом сопровождается значительным увеличе нием гидравлических потерь, пропорциональных квадрату средне расходной скорости.

Второй способ применяется в конструкциях высокоэффективных пыле уловителей, отличительной особенностью которых является высокое гидрав лическое сопротивление и повышенные энергозатраты на процесс очист ки [1].

Третий способ реализуется в батарейных циклонах (мультициклонах), применение которых, однако, ограничено определенными конструктивными и эксплуатационными недостатками [2, 5, 9]. Неравномерность распределе ния запыленного газового потока по элементам батарейных циклонов, а также более низкая эффективность при улавливании грубой пыли, усили вающиеся при уменьшении диаметра элементов, в значительной степени снижают степень очистки этими аппаратами [2, 9]. Эффективность улавливания пыли батарейным циклоном оказывается обычно на 20 ÷ 25% ниже эффективности отдельного элемента, диаметр которых рекомендуется ограничивать величиной 250 мм [2].

Альтернативным способом повышения эффективности при центробежном пылеулавливании является уменьшение величины препятствующего сепарации частиц скорости радиального стока. В обычных циклонных пылеуловителях величины скоростей потока неразрывно связаны, поэтому увеличение расхода и, соответственно, среднерасходной скорости w приводит как к увеличению wτгр, так и скорости радиального стока wр. Независимое регулирование этих скоростей, т.е. сохранение требуемого уровня wτгр в очищаемом потоке при уменьшении величины wр может быть реализовано путем дополнительного использования для закрутки потока ротора [10]. Постоянная частота вращения ротора обеспечит необходимую степень крутки очищаемой среды независимо от ее расхода через пылеуловитель. Уменьшение среднерасходной скорости и скоростей газа на входе и выходе из циклона, где гидравлические потери достигают значительной величины [5, 7], дает возможность уменьшить его сопротивление и энергозатраты на процесс очистки [11].

Наиболее рациональная и компактная компоновка в данном случае может быть обеспечена при установке ротора непосредственно на валу вытяжного вентилятора.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Справочник по пыле- и золоулавливанию // Под. ред. А.А. Русанова. – М.: Энергия, 1975. – 296 с.
  2. Красовицкий Ю.В., Малинов А.В., Дуров В.В. Обеспыливание промышленных газов в фаянсовом производстве. – М.: Химия, 1994. – 272 с.
  3. Романков П.Г., Курочкина М.И. Гидромеханические процессы химической технологии. – Л.: Химия, 1982 – 288 с.
  4. Сабуров Э.Н., Карпов С.В, Осташев С.И. Теплообмен и аэродинамика закрученного потока в циклонных устройствах / Под ред. Э.Н. Сабурова. // Л.: Издательство Ленинградского университета, 1989. – 276 с.
  5. Страус В. Промышленная очистка газов. – М.: Химия, 1981. – 616 с.
  6. Вальдберг А.Ю., Кирсанова Н.С. Метод расчета эффективности механических пылеуловителей по энергозатратам // ТОХТ, 1992, № 1. – С. 145 – 147.
  7. Первов А.А. Аэродинамические исследования циклонов НИИОГАЗа с устройствами для снижения аэродинамического сопротивления. – В сб.: Механическая очистка промышленных газов / НИИОГАЗ. – М.: Машиностроение, 1974. – С. 160 – 171.
  8. Штокман Е. А. Очистка воздуха – М.: АСВ, 1999.
  9. Падва В.Ю. Использование циклонов большого диаметра // Обеспыливающие устройства промышленной вентиляции. Материалы семинара. – Москва, 1970, С. 95 – 100.
  10. Кузьмин В. В., Марков В. А. Использование комбинированной схемы закручивания пылегазового потока в циклонном пылеуловителе // Химическая промышленность. Т. 80, №8, 2003. – С. 12-14.
  11. Кузьмин В. В. Энергоэффективность применения ротора в циклонном пылеуловителе // Энергетика – Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. Т. 81, №5, 2004. – С. 79-82.

Библиографическая ссылка

Кузьмин В.В. ОЦЕНКА И ПУТИ СНИЖЕНИЯ ЭНЕРГОЗАТРАТ ПРИ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ ОЧИСТКЕ ГАЗОВ // Фундаментальные исследования. – 2007. – № 2. – С. 63-65;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=2542 (дата обращения: 23.04.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252