ВЛИЯНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ УСТАНОВКИ НА ПРОЦЕСС ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ

АННОТАЦИЯ

В статье представлены результаты исследований, проведенных по глубокой очистке атмосферного воздуха от угольной пыли. Усовершенствовано устройство очистки от пыли: в верхней внутренней части аппарата установлены самоочищающиеся 18-рядные подвесные цепи и 12 форсунок для распыления воды, предназначенные для коагуляции угольной пыли. В ходе исследования были рассчитаны влияние эксплуатационных и конструктивных параметров устройства для удаления пыли на процесс очистки воздуха, а именно его гидравлическое сопротивление, коэффициент гидравлического сопротивления, расход воды и влияние подвесных цепей на эффективность.

ABSTRACT

The article presents the results of research conducted on the deep removal of coal dust from atmospheric air. The dust-cleaning device has been improved: self-cleaning 18-row suspended chains and 12 water-spraying nozzles have been installed in the upper internal section of the apparatus to coagulate coal dust. The study calculated the effects of the dust removal device's operational and design parameters on the air purification process, namely its hydraulic resistance, hydraulic resistance coefficient, water flow rate and the impact of the suspended chains on efficiency.

Ключевые слова: пылевая камера, угольная пыль, форсунка, подвесные цепи, эффективность, гидравлическое сопротивление, коэффициент гидравлического сопротивления.

Keywords: dust chamber, coal dusts, nozzle, suspended chains, efficiency, hydraulic resistance, hydraulic resistance coefficient.

Введение

Одной из актуальных задач является модернизация предприятий, дальнейшее ускорение их технического и технологического перевооружения, а также широкое внедрение современных гибких технологий в основных отраслях экономики. Для достижения этих целей необходимы высокоэффективные процессы, которые повышают производительность оборудования и аппаратов, экономят тепловые и энергетические ресурсы, снижают себестоимость продукции и повышают ее качество, а также улучшают экологическую обстановку на предприятиях. Разработка таких высокоэффективных процессов, оборудования и технологий и их широкое внедрение в производство имеют огромное значение. Для очистки воздуха от пыли используются одноступенчатые и двухступенчатые пылеулавливающие установки [1–4].

Материали и методы

Запыленный воздух из цехов по производству угольных брикетов с помощью вентилятора поступает в оборудование для очистки от пыли, а затем выбрасывается в атмосферу. В качестве оборудования для удаления пыли используются циклоны различных конструкций. Эффективность циклонов колеблется от 54,5% до 86,6%. Результаты исследований показывают, что эффективность циклонов в удалении мелкодисперсной пыли низкая, То есть эффективность удаления частиц пыли размером до 5 мкм составляет 7,9–38,0%, часто не превышая 12,5%, а для частиц пыли размером 5–10 мкм эффективность составляет 10–45%. Большая часть пыли, выходящей из циклонов и попадающей в атмосферу, считается чрезвычайно опасной для здоровья человека [5-9]. 

Исследовано влияние рабочих параметров пылевой камеры на процесс очистки воздуха от угольной пыли. На начальном этапе исследования был рассчитан коэффициент гидравлического сопротивления устройства. Коэффициент гидравлического сопротивления был определен по следующей формуле:

                                                   (1)

здесь, DR – гидравлическое сопротивление устройства, Pa; w - Скорость потока запыленного воздуха м/с; r - Плотность среды, кг/м³.

Число Рейнольдса определялось следующим образом.:

                                                 (2)

здесь, d – диаметр трубы входа запыленного воздуха, м.

Скорость оседания частиц в гравитационном поле определялась с помощью формулы Стокса. [10]

ω_os=                                      (3)

Результат и обсуждения

В ходе исследования были изучены гидродинамические режимы процесса очистки от пыли в предлагаемом устройстве. Эксперименты проводились при температуре окружающей среды. Результаты экспериментов представлены в следующей таблице.

Таблица 1.

Рабочие параметры пылесборника

Как видно из таблицы, при скорости потока запыленного воздуха 0,5 м/с гидравлическое сопротивление устройства составляет 456 Па, коэффициент гидравлического сопротивления — 4,7, а число Рейнольдса — 1486,4, т. е. указывает на переходный режим. Увеличение скорости потока запыленного воздуха в устройстве с 1 м/с до 4 м/с приводит к повышению гидравлического сопротивления с 512 Па до 838 Па, коэффициент гидравлического сопротивления увеличивается с 5,3 до 8,7, а число Рейнольдса также соответственно возрастает с 2972,9 до 11891,8. Это указывает на то, что увеличение скорости запыленного воздушного потока в устройстве влияет на переход между гидродинамическими режимами.

В ходе экспериментов также было исследовано влияние количества подвешенных цепей на эффективность устройства.

 Таблица 2.

Результаты влияния количества подвешенных цепей на эффективность

Как видно из таблицы, в ходе исследований было отмечено значительное влияние скорости потока запыленного воздуха и количества подвешенных цепей на эффективность, То есть, когда скорость потока была увеличена с 0,5 м/с до 2,5 м/с, а количество цепей — с 6 рядов до 18 рядов, эффективность, в свою очередь, увеличилась до 85,1 %. соответственно с 99,1 до 97,6 %, а увеличение скорости потока запыленного воздуха с 3 м/с до 4 м/с отрицательно повлияло на эффективность, т. е. эффективность снизилась с 90,3 % до 97,6 %. Это указывает на то, что увеличение потока запыленного воздуха негативно влияет на гидродинамический режим внутри устройства и осаждение частиц пыли, содержащихся в воздухе.

Поскольку угольная пыль была чрезвычайно мелкой, ее увлажнили и очистили, а также исследовали влияние количества форсунок в аппарате на эффективность. В ходе экспериментов, чтобы сэкономить воду, ее не распыляли через форсунки, а распыляли. Результаты исследования представлены в таблице ниже.

Таблица 3.

Влияние количества форсунок на эффективность процесса удаления угольной пыли из воздуха

Поскольку угольная пыль является легкой, ее сопротивление окружающей среде очень низкое, что означает, что она скорее будет улетучиваться в атмосферу, чем оседать в устройстве, и подвергается коагуляции. Для повышения эффективности осадителя количество форсунок в устройстве было увеличено с 2 до 12, а скорость потока — с 0,5 м/с до 4 м/с, в результате чего эффективность повысилась с 85,3 % до 99,1 %. Угольная пыль увлажнялась до 15% внутри устройства и отправлялась на повторную переработку. Объем воды, проходящей через сопла, определялся по следующей формуле

G_f=mfwg,                                           (4)

здесь, m - Снижение расхода и уменьшение отношения фактической скорости потока к теоретической скорости;  f – Площадь поперечного сечения отверстий сопла, м².

Из этой формулы w мы найдем его:

Объем воды, прошедшей через все сопла, определялся по следующей формуле.:

                              (5)

здесь, F – Общая площадь всех отверстий сопел; , m².

Расход воды в трубах и его зависимость от диаметра труб определялись по следующей формуле:

                                         (6)

здесь, q – потребление воды, l/c; w – скорость, м/с; д – Внутренний диаметр трубы, м.

Таблица 4. 

Влияние потребления воды на эффективность удаления пыли

Влияние потребления воды на эффективность процесса очистки от пыли в гравитационном поле также представлено в графическом виде.

Рисунок 1. Влияние потребления воды на процесс мокрой очистки угольной пыли в гравитационном поле

Как видно из таблицы и графика, при увеличении общего количества форсунок с 2 до 14 эффективность также увеличилась с 79,4% до 99,3%. Однако при увеличении количества форсунок с 12 до 14 эффективность отличалась на 0,2%, а расход воды значительно увеличился, То есть этот показатель составил 2,14 л/с, по этой причине оптимальным количеством форсунок было определено 12, с эффективностью 99,1%.

Для эффективного проведения процесса удаления пыли в экспериментах были учтены показатели режима работы устройства.Dastlab Arximed kriteriysi xisoblandi:

Ar = ((d_r³·r_g²·g)/ m_g²)·((r_ch -r_g )/r_g),                                                  (7)

Число Рейнольдса было рассчитано на основе критерия Архимеда.

Ar ≤ 36  bo‘lganda   Re = Ar/18,

Таблица 5.

Допустимые (оптимальные) эксплуатационные и конструктивные параметры процесса и оборудования пылеулавливания (расход воздуха 0,2623 м³/с)

Была проведена серия экспериментов по очистке атмосферного воздуха от угольной пыли, на основе которых были определены оптимальные технологические и конструктивные параметры процесса. Как видно из таблицы, скорость потока запыленного воздуха составляла 2,5 м/с, количество сопел, установленных в устройстве, — 12, а количество подвесных цепей — 18 рядов. Эффективность составляет 99,1%, а расход воды определен как минимальный — 12,8 л/ч.

Эффективность предлагаемого устройства была сопоставлена с эффективностью традиционного устройства для очистки от пыли. Результаты проведенного эксперимента представлены в таблице ниже.

Таблица 6.

Результаты сравнительного анализа традиционного и предлагаемого устройства для сбора пыли

Предлагаемое усовершенствованное устройство для сбора пыли было сравнено с устройством для сбора пыли в гравитационном поле, разработанным У.С. Балтаевым.  При сравнении предлагаемого устройства с традиционным устройством для очистки от пыли было установлено, что оно превосходит его по ряду параметров: скорость потока запыленного воздуха, поступающего в традиционное устройство, составляет 18,5 м/с, тогда как в предлагаемом нами устройстве она составляет 2,5 м/с. что доказывает его энергоэффективность, и было установлено, что предлагаемое устройство на 1,3% более эффективно в плане эффективности пылеулавливания.

Одним из факторов, влияющих на эффективность очистки пылеулавливающего устройства, являются размеры попадающих в устройство частиц пыли и время их оседания. В ходе экспериментов были также рассчитаны скорости оседания и коэффициент отделения частиц угольной пыли в зависимости от их размеров.

Скорость оседания частиц угольной пыли в ламинарном потоке была рассчитана по следующей формуле Стокса:

                                           (8)

Сила, действующая на частицу под воздействием центробежной силы.:

                                         (9)

где: м– масса частиц, кг; w - Угловая скорость частиц,  s^-1; n – Угловая скорость частиц, s^-1; R - Радиус кривизны траектории частиц, м.

Центробежная сила и сила тяжести, действующие на устройства для очистки от пыли, являются факторами разделения, используемыми для определения их эффективности.. 

Сила тяжести:

                                                 (10)

(9) и (10) мы выводим коэффициент разделения из формул.:

                                 (11)

где, K_r – отличительный фактор.

Радиус устройства был рассчитан по следующей формуле:

 где, a – высота устройства, м.

Рисунок 2. Определение радиуса устройства

Была проведена серия экспериментов с целью определения скорости оседания угольной пыли в поле центробежной силы и силы тяжести, а также расчета коэффициента сепарации. Результаты экспериментов представлены в таблице ниже.

Таблица 7.

Результаты определения скоростей оседания угольной пыли под действием силы тяжести и центробежной силы

Как видно из таблицы, вес частиц увеличивается с 0,2·10⁻⁶ кг до 3,01· По мере увеличения их массы до 10⁻⁶ кг диаметр осаждения также увеличивается с 27,8 мкм до 52 мкм. Видно, что в гравитационном поле скорость осаждения частиц значительно ниже, чем в процессе осаждения под действием центробежной силы, коэффициент разделения А именно, расчетом было определено, что скорость оседания под действием центробежной силы в среднем в 972,6 раза выше.

Заключение

На основании проведенных исследований были получены следующие результаты:

- значительное влияние на эффективность оказывают скорость потока запыленного воздуха и количество подвешенных цепей, а именно, при увеличении скорости воздушного потока с 0,5 м/с до 2,5 м/с и количества цепей с 6 до 18 рядов эффективность, в свою очередь, увеличилась с 85,1% до 99,1%;

- было отмечено, что увеличение количества форсунок в устройстве с 2 до 14 повышает эффективность с 79,4% до 99,3%, что позволяет улучшить эффективность коагуляции угольной пыли. Однако при увеличении количества форсунок с 12 до 14 эффективность отличалась всего на 0,2%, тогда как расход воды значительно увеличился, т. е. этот показатель составил 2,14 л/с, по этой причине оптимальным количеством форсунок было определено 12, с эффективностью 99,1%;

- было установлено, что усовершенствованное устройство на 1,3% превосходит стандартное устройство для очистки от пыли.

Список литературы:

1. Алиев Г.М.-А. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов: Справочник. –М.: «Металлургия», 1986. -543 с.
2. Гордон Г.М., Пейсахов И.Л. Пылеулавливание и очистка газов в цветной металлургии.  –М.: «Металлургия», 1977. -144 с.
3. Романков П.Г., Курочкина М.И. Гидромеханические процессы химической технологии. - 2-е изд., перераб. и доп.- Л.: «Химия», 1974. -288 с.
4. Шлихтин Г. Теория пограничного слоя. Пер. с. англ. –М.: «Наука», 1969. -742 с.
5. Страус В.В. Промышленная очистка газов. –М.: «Химия», 1981. -615 с.
6. Юдашкин М.Я., Карлов М.П. Механическое оборудование установок очистки газов. –М.: «Металлургия», 1979. -247 с.
7. Гурьев В.С., Успенский В.А. Оптимальная скорость газа при входе в циклон // Промышленная и санитарная очистка газов. –М.: 1975. -№4. –С. 12-14.
8. Смирнов Е.П., Зицер И.М. Конфузорно–диффузорные пылеуловители / Обзорная информация. Серия ХМ – 14. «Промышленная и санитарная очистка газов». –М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1992. -38 с.
9. Беликова Н.В., Салимов З.С. Поиск оптимального пылеочистного аппарата // Узбекский химический журнал. -1994. -№3. –С. 55-62.
10. У.С.Балтаев. Формула для расчета скорости осаждения волокнистых частиц// Узб. хим. журн. –Ташкент, 2008. –№3. – С. 92-95.