Планирование эксперимента по улавливанию летучей золы ТЭС в электроциклоне

Планирование эксперимента по улавливанию летучей золы ТЭС в электроциклоне

Н.В. Инюшкин, И.П. Щелчков, А.И. Аитова, Е.А. Шевченко, М.Г. Маньков, С. А. Перфилов, Н.А. Токарева

Для пылеулавливания на промышленных предприятиях используют различные виды оборудования, отличающегося как по конструкции, так и по механизму действия.

Электроциклон - комбинированный пылеуловитель, сочетающий центробежный и электростатический эффект для улавливания аэрозолей.

Степень очистки газов в электроциклоне зависит от многих факторов, таких как рабочее напряжение, скорость газового потока в активной зоне, концентрация аэрозоля на входе в аппарат, длина активной зоны, диаметр частиц, удельное электрическое сопротивление частиц и др[1,2].

Чтобы оценить влияние на степень очистки электроциклона концентрации и скорости аэрозоля на входе в аппарат при минимальном количестве необходимых опытов с сохранением статистической достоверности результатов проведено планирование эксперимента [3,4].

Для получения уравнения регрессии в виде полинома первого порядка, построен центральный композиционный рототабельный план, включающий 2 фактора: Х1 - скорость газового потока во входной трубе, Х2 - концентрация аэрозоля на входе в аппарат.Общий вид [5] уравнения регрессии для двух независимых факторов:

П = К + Ь1Х1 + Ь2 Х2

где п - степень очистки газов, Ьо - свободный член, Ь - коэффициенты линейных членов.

Для вычисления коэффициентов уравнения регрессии построим матрицу планирования, взяв за основу центральный композиционный

рототабельный план, включающий «звездные» точки. Общее количество экспериментов вычисляется по формуле:

п = 2 + 2 х + п0

Для двухфакторного эксперимента число опытов в центре плана п0 равно 5, а величина «звездного» плеча составляет 1,414 [5].Необходимое число экспериментов для заданных условий равно 13.Значения каждого фактора в плане кодируются значениями: «-1» - минимальное, «0» - среднее, «+1» - максимальное, кроме того, в план вводятся по 2 «звездные» точки на каждый фактор с кодировкой «-1,414» и «+1,414». Матрица эксперимента с кодированными значениями факторов приведена в таблице:

Таблица№1

Матрица планирования эксперимента___________________

№ опыта Значение фактора № опыта Значение фактора

Х1 Х2 Х1 Х2

1 -1 -1 8 0 1,414

2 -1 1 9 0 0

3 1 -1 10 0 0

4 1 1 11 0 0

5 -1,414 0 12 0 0

6 1,414 0 13 0 0

7 0 -1,414

Установим основной уровень 20д и интервалы варьирования А7і для каждого фактора. Основной уровень 20,1 для фактора Х1 (скорость газового потока во входной трубе) примем равным 21 м/с, А21 = 4,5, 20,2 для фактора Х2 (концентрация аэрозоля на входе в аппарат) примем равным 16,5 г/м , А72 = 10.Рандомизация последовательности проведения опытов с помощью ЭВМ дала следующий порядок: 13, 4, 10, 8, 3, 9, 1, 2, 6, 12, 5, 11, 7.

Эксперименты были проведены на стенде, подробно описанном в работах [6, 7]. Показана высокая эффективность электроциклона (до 99,9%) при очистке улавливании перкарбоната натрия, золы ТЭС и других материалов [8,9,10]. Схема электроцклона дана на рис.1. Обозначения: 1 -

царги корпуса, 2 - улитка, 3 - центральный осадительный электрод, 4 -коронирующий электрод, 5 - выхлопная труба, 6 - бункер, 7 - изолятор.

Рис. 1. Электроциклон

По результатам эксперимента с золой Красногорской ТЭЦ(ё50 = 35мкм) методом наименьших квадратов получено уравнение регрессии:

П = 88,69 + 9,23x1 + 5,24х2

Визуализация данных в виде поверхности отклика функции может наглядно отразить характер зависимости. Рис. 2 показывает зависимость степени очистки от двух факторов - скорости и концентрации на входе. Точки - опытные данные, плоскость - рассчитанные результаты. Из рис. 2 и

в соотвествии с уравнением (1) видно, что скорость оказывает гораздо более сильное влияние, чем концентрация аэрозоля на входе.

Рис. 2. - Поверхность отклика

Список литературы:

1. ПетровВ. А., ИнюшкинН. В., Ермаков С. А. Об осаждении частиц пыли в электроциклоне [Текст]// Вестник ТГТУ, 2010.- № 1,т. 16 -С.44-53.

2. LimK. S., KimH. S., Lee K. W. Comparative performances of conventional cyclones and a double cyclone with and without an electric field [Текст]// Journal of Aerosol Sciences, 2004. -№ 35.-С.103-116.

3. КрасовскийГ. И., ФиларетовГ. Ф.Планированиеэксперимента[Текст]:-Минск: БГУ, 1982. - 302 с.

4. БлохинВ. Г., ГлудкинО. П., Гуров А. И., ХанинМ. А. Современный эксперимент: подготовка, проведение, анализ результатов [Текст]: - Москва: Радио и связь, 1997.- 232 с.

5. КафаровВ. В. Методы кибернетики в химии и химической технологии [Текст]: - Москва: Химия, 1985. - 448 с.

6. Инюшкин,Н.В., Ермаков,С.А., Титов,А.Г., Гильванова,З.Р., Новиков,К.Л.,

Парамонов, Д. А.Исследование процесса улавливания летучей золы в экспериментальной модели электроциклона[Электронный ресурс] //

«Инженерный вестник Дона», 2011, №4. - Режим доступа:

http://ivdon.ru/magazine/archive/n4p1y2012/1271 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз.рус.

7.Титов А Г.,Инюшкин Н.В., Коробкова И.В.,Парамонов Д.А.,Гильванова

З.Р., Ермаков С. А., Седунов К.В., Щелчков И.П. Снижение вторичного уноса в электроциклоне [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2012, №4. - Режим доступа: http://ivdon.ru/magazine/archive/n4p1y2012/1271 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз.рус.

8. Инюшкин Н.В., Югай Ф.С., Гильванова З.Р., Титов А.Г., Ермаков С.А. Исследование осаждения кристаллов перкарбоната натрия в электроциклоне [Текст]// Известия ВУЗов. Химия и химическая технология,2012.- № 10, т. 55. -С.104-107.

9. Инюшкин Н.В., Ермаков С.А., Гильванова Зал.Р., Титов А.Г., Коробкова И.В., Парамонов Д. А., Седунов К.В., Гильванова Зл.Р. Новая конструкция осадительных электродов электроциклона для снижения вторичного уноса[Текст]: Сборник докладов VIII-й Международной научной

конференции «Актуальные вопросы современной техники и технологии». -Липецк, 2012. - С.44-46.

10. Tsai R., Mills A. F. A model of particle re-entrainment in electrostatic precipitators [Текст] // Journal of Aerosol Science, 1995. - №2.-С.227-239.