Исследование движения и сепарации двухфазного потока в инерционноцентробежном пылеуловителеклассификаторе

Известия Тульского государственного университета Естественные науки. 2010. Вып. 2. С. 334-339 = НАУКИ о ЗЕМЛЕ

УДК 621.928.93

Исследование движения и сепарации двухфазного потока в инерционноцентробежном пылеуловителе-классификаторе

Д.Е. Смирнов, А.В. Сугак, В.К. Леонтьев, Я.В. Чистяков,

Н.И. Володин

Аннотация. Представлен инерционно-центробежный пылеуловитель-классификатор. Даны результаты его испытания. Доказывается, что он улавливает пыль с высокой эффективностью и разделением пыли на фракции.

Ключевые слова: инерционно-центробежный пылеуловитель-

классификатор, сепарация, фракции, двухфазный поток, пыль.

Защита воздушного бассейна от загрязнений промышленными выбросами является одной из важнейших проблем, затрагивающей в той или иной степени все страны мира. Глубокие теоретические и экспериментальные исследования по этой тематике ведутся во всех индустриально развитых странах. Одними из наиболее распространенных техногенных загрязнителей атмосферного воздуха являются различного рода взвешенные частицы (пыли), содержащиеся в отходящих вентиляционных и промышленных газах. В ряде случаев частицы пыли определенного размера являются целевым продуктом, который экономически нецелесообразно выбрасывать, а следует возвращать в производство. Примерами являются производство красящих пигментов, производство технического углерода и т.д.

В настоящее время наиболее востребованными, среди различных видов пылеуловителей, являются инерционные аппараты «сухого» типа. Причиной этому послужила простота их изготовления и эксплуатации, небольшое гидравлическое сопротивление, надежность, работоспособность при повышенных температурах и практически любых давлениях газов. Они обладают возможностью выделения пыли в сухом виде и очистки газов с большой начальной запыленностью, компактностью, низкой металлоемкостью и высокой производительностью. Однако существующие конструкции инерционных аппаратов не всегда способны эффективно улавливать мелкодисперсную

пыль [1,2], а так же не обладают возможностью разделения уловленных частиц по фракциям.

Авторами данной работы была разработана конструкция инерционно-центробежного пылеуловителя-классификатора, способного улавливать пыль с высокой эффективностью, а так же разделять ее по фракциям. Схема аппарата представлена на рис. 1.

В пылеуловителе отделение пыли от потока воздуха происходит в результате действия двух факторов: оседания на стенки корпуса под действием центробежной силы во вращающемся потоке, и инерционного осаждения частиц пыли при изменении направления потока. В корпусе аппарата 1 располагаются две ступени очистки: ступень I — очистка газа от грубой фракции пыли, ступень II — очистка газа от мелкой фракции. Завихритель 2 представляет собой диск, состоящий из верхней 3 и нижней стенки 4, между которыми расположены профилированные лопатки 5.

Инерционно-центробежный пылеуловитель-классификатор работает следующим образом. Запыленный воздух поступает в аппарат через входной патрубок 6, далее попадает в завихритель 2. С момента попадания запыленного воздуха в пространство завихрителя 2, ограниченного стенками 3 и 4, при обтекании лопаток 5, начинается процесс сепарации частиц в закрученном потоке под действием центробежных сил. Далее отделение частиц пыли от газового потока продолжается в пространстве между экраном 8 и корпусом аппарата 1.

В месте, где происходит изменение направления потока, крупные частицы пыли оседают в нижнюю часть пылеуловителя и через патрубок для крупной фракции удаляются из аппарата. Газовый поток с более мелкими частицами изменяет свое направление на 180 градусов, образуя восходящий поток.

Затем поток вновь изменяет свое направление движения и поступает в приемный цилиндр 9. Процесс отделения мелких частиц пыли от газа происходит в пространстве между экраном 12 и стенкой приемного цилиндра 9. Окончательное отделение мелких частиц пыли от газа происходит в пространстве между стенкой приемного цилиндра 9 и внешней стенкой патрубка очищенного газа 7. При этом пыль выделяется из газового потока и собирается на днище 10 и через патрубок 11 удаляется из аппарата. Очищенный газовый поток попадает в патрубок очищенного газа 7 и выводится из аппарата.

Для изучения процесса сепарации частиц в инерционно-центробежном пылеуловителе-классификаторе в качестве твердой фазы были использованы следующие пыли: пыль № 1, медианный размер частиц с!50 = 132 мкм, дисперсия а = 2, 4, плотность р = 3170 кг/м3; пыль №2, медианный размер частиц ¿50 = 18 мкм, дисперсия а = 1, 6, плотность р = 315 кг/м3; пыль №3, медианный размер частиц ¿50 = 8 мкм, дисперсия а = 2, 75, плотность р = 2600 кг/м3.

Скорость газа во входном патрубке пылеуловителя Швх (м/с) изменялась в пределах 5,5-17,5 м/с.

II

Рис. 1. Инерционно-центробежный пылеуловитель-классификатор: 1 — корпус; 2 — завихритель; 3,4 — стенки; 5 — лопатки; 6 — входной патрубок; 7 — патрубок очищенного газа; 8,12 — экраны; 9 — приемный цилиндр; 10 — днище; 11 — патрубок. I — первая ступень очистки; II —

вторая ступень очистки

В ходе экспериментальных исследований фиксировалось: количество подаваемой пыли; длительность эксперимента; давление и температура воздуха в помещении; расход воздуха проходящего через аппарат; гидравлическое сопротивление пылеуловителя.

Эксперименты по определению эффективности пылеулавливания проводились на каждом режиме не менее трех раз. Полученные результаты усреднялись. Значение массовой концентрации пыли в воздухе во входном патрубке аппарата составляло 5-10 г/м3. Изменение массовой концентрации в данном интервале не влияет на эффективность пылеулавливания ц (%) и гидравлическое сопротивление АР (Па) инерционных пылеуловителей «сухого» типа [3,4].

Зависимости общей эффективности пылеулавливания ц (%), эффективностей первой и второй ступеней (относительно общего количества поданной пыли) Пі (%) и П2 (%), и гидравлического сопротивления АР (Па) инерционно-центробежного пылеуловителя-классификатора от скорости газа во входном патрубке Швх (м/с) представлены на рис. 2.

В результате исследований установлено:

1. Гидравлическое сопротивление инерционно-центробежного пылеуловителя-классификатора АР возрастает от 220 до 2300 Па при увеличении скорости во входном патрубке аппарата Швх от 5,5 до 17,5 м/с. Дальнейшее

—Т11; * -тъ; х-ар

Рис. 2. Зависимости общей эффективности пылеулавливания п (%), эффективностей первой и второй ступеней (относительно общего количества поданной пыли) п\ (%) и П2 (%), и гидравлического сопротивления ДР (Па) от скорости газа во входном патрубке пылеуловителя Швх (м/с): а — пыль № 1 (¿50 = 132 мкм, а = 2,4, р = 3170 кг/м3); б — пыль № 2 (¿50 = 18 мкм, а = 1,6, р = 315 кг/м3); в — пыль № 3

(¿50

8 мкм, а = 2, 75,

р = 2600 кг/м3); г — гидравлическое сопротивление ДР

увеличение скорости во входном патрубке аппарата не целесообразно в связи с достижением слишком высокого значения гидравлического сопротивления;

2. Общая эффективность пылеулавливания аппарата п при осаждении частиц пыли №1 (¿50 = 132 мкм, а = 2,4, р = 3170 кг/м3) достигает 98

%. Причем основное количество пыли улавливается на первой ступени, это обусловлено большим размером осаждаемых частиц;

3. При улавливании пыли №2 (¿50 = 18 мкм, а = 1, 6, р = 315 кг/м3) общая эффективность пылеулавливания инерционно-центробежного пылеуловителя-классификатора п возрастает от 48 до 64 % при увеличении скорости во входном патрубке аппарата Швх от 5,5 до 17,5 м/с. Аппарат не достигает высокой эффективности пылеулавливания, поскольку осаждаемая пыль имеет малую плотность;

4. Общая эффективность пылеулавливания аппарата п при осаждении частиц пыли №3 (¿50 = 8 мкм, а = 2, 75, р = 2600 кг/м3) возрастает от 30 до 37 % при увеличении скорости во входном патрубке аппарата Швх от 5,5 до 17,5 м/с. Столь низкое значение эффективности пылеулавливания, обусловлено малыми размерами осаждаемых частиц пыли.

Список литературы

1. Экотехника. Защита атмосферного воздуха от выбросов пыли, аэрозолей и туманов. Ярославль: Русь, Кондор-Эко, 2004.

2. Пылеуловители инерционно-центробежного типа / Н.И. Володин [и др.] // Экология и промышленность России. 2002. №7. С.13-14.

3. Коузов П.А. Исследование и сравнительная оценка циклонов различных типов: в кн. Очистка промышленных выбросов и вопросы воздухораспределения. Л: ВНИИОТ, 1969. С.157-194.

4. Карпухович Д.Т. Испытания циклонов СЦН-40 // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2002. №12. С.30.

Смирнов Дмитрий Евгеньевич, аспирант, кафедра машины и аппараты химических производств, Ярославский государственный технический университет.

Сугак Александр Викторович, к.т.н., доцент, декан химико-технологического факультета, Ярославский государственный технический университет.

Леонтьев Валерий Константинович, к.т.н., доцент, зав. кафедрой машин и аппаратов химических производств, Ярославский государственный технический университет.

Чистяков Ярослав Владимирович, аспирант, кафедра охраны труда и природы, Ярославский государственный технический университет.

Володин Николай Иванович (volodinni@yandex.ru), д.т.н., профессор, кафедра охраны труда и природы, Ярославский государственный технический университет.

Research of movement and separation of two-phase flow in inertial centre-runnel dust catch classificatory

D.E. Smirnov, A.V. Sugak, V.K. Leontyev, Y.K. Chistyakov, N.I. Volodin

Abstract. Inertial centre-runnel dust catch classificatory was represented. Test results were given. We have proved that catch dust is super effective. It separating dust for fractions.

Keywords: inertial centre-runnel dust catch classificatory, separation, fractions, two-phase flow, dust.

Smirnov Dmitry, postgraduate student, department of machines and apparatuses of chemical production, Yaroslavl State Technical University.

Sugak Alexander, candidate of technical sciences, associate professor, dean of chemical-technological faculty, Yaroslavl State Technical University.

Leontyev Valery, candidate of technical sciences, associate professor, head of department, department of machines and apparatuses of chemical production, Yaroslavl State Technical University.

Chistyakov Yaroslav, postgraduate student, department of work and nature guarding, Yaroslavl State Technical University.

Volodin Nikolai (volodinni@yandex.ru), doctor of technical sciences, professor, department of work and nature guarding, Yaroslavl State Technical University.

Поступила 25.04.2010