Визначення гідравлічного опору циклона зі ступеневим відведенням твердої фази

В.П.Куц, канд. техн. наук; О.М.Марціяш; Я.Д.Ярош

Державний технічний університет імені Івана Пулюя

Створення нових ефективних методів і апаратів очистки, вдосконалення діючого газопиловловлювального обладнання є одним із важливих завдань попередження забруднення атмосферного повітря технологічними і вентиляційними викидами, об'єм яких безперервно збільшується із збільшенням об'ємів господарської діяльності людства.

У галузі пиловловлювальної техніки як перспективний шлях її вдосконалення можна виділити створення пиловловлювальних апаратів, в яких поєднуються принципи дії декількох різних апаратів. Таке рішення дозволяє не тільки підвищити ефективність пиловловлювання, але і зменшити виробничі площі, знизити енергетичні затрати в порівнянні з використанням декількох окремих пиловловлювачів різних принципів дії.

Досить вдалим технічним рішенням було створення пиловловлювача, в якому поєднані принципи дії циклонних і жалюзійних апаратів [1]. Як свідчать результати експериментальних і теоретичних досліджень цього апарата [2], він вигідно відрізняється в порівнянні з циклонами і жалюзійними пиловловлювачами як за показниками ефективності пиловловлювання, так і за величиною гідравлічного опору.

Проведені дослідження цього пиловловлювача дозволили виявити не тільки його переваги, але і недоліки та намітити шляхи їх усунення.

У конструкції відцентрово-інерційного пиловловлювача з жалюзійним відведенням повітря [3] ці недоліки значною мірою зменшені, і його показники - ефективність пиловловлювання і гідравлічний опір - кращі, ніж в його попередника [4].

Однак і в цьому апараті не вдалося повною мірою позбутись характерного для циклонів недоліку - можливого підсмоктування потоком очищеного газу частинок пилу, що рухаються біля стінки корпуса апарата, що в кінцевому рахунку знижує ефективність цих апаратів.

На основі аналізу причин цього явища і методів їх можливого усунення, що використовуються в циклонних пиловловлювачах [5], була розроблена конструкція пиловловлювача, в якому цей недолік значною мірою повинен бути зменшений.

Запропонований апарат наведений на рис.1.

Рисунок 1 - Циклон з ступеневим відведенням твердої фази: 1 - циліндроконічний корпус; 2 - жалюзійна решітка; 3 - патрубок підведення пилоповітряного потоку; 4 - патрубок відведення очищеного повітря; 5 - випускний клапан; 6 - бункер

Особливістю його в порівнянні з відцентрово-інерційним пиловловлювачем з жалюзійним відведенням повітря є те, що в ньому передбачено відбір твердої фази по висоті апарата: перший - при переході циліндричної частини корпуса в конічну, другий - на половині висоти конічної частини корпуса, третій - внизу конічної частини, де встановлений випускний клапан.

Ширина кільцевого зазору між циліндричною і конічною частинами корпуса становить 10 мм. Ширина зазору на половині висоти конічної частини корпуса регулюється від 5 до 10 мм. Випускний клапан із сферичною верхньою частиною може переміщатися вздовж осі апарата, перекриваючи пиловипускний отвір із зазором від 5 до 40 мм.

Таке рішення повинно забезпечити підвищення ефективності пиловловлювання за рахунок зменшення концентрації твердих частинок біля стінок корпуса, а отже, зменшення ймовірності підсмоктування їх потоком очищеного газу, а також зменшення виносу частинок з нижньої частини апарата потоком газу, що піднімається.

Для перевірки достовірності прийнятих при розробленні конструкції апарата теоретичних розрахунків і припущень необхідно провести його експериментальні дослідження за загальноприйнятою для такого класу обладнання методикою [6]. У відповідності до вимог цієї методики при експериментальних дослідженнях для всіх видів пиловловлювачів визначаються їх основні технічні показники: загальний ступінь очищення і гідравлічний опір.

Оскільки у відповідності до вимог методики визначення гідравлічного опору повинно проводитися на незапиленому повітрі, то експериментальні дослідження проводяться у два етапи: спочатку визначається гідравлічний опір пиловловлювача і досліджується вплив на нього режимних і конструктивних параметрів, а потім визначається ефективність очищення і досліджується вплив на неї тих самих параметрів із використанням експериментального пилу, регламентованого методикою.

Для проведення експериментальних досліджень створеного пиловловлювача був змонтований стенд, вимоги до якого також регламентовані методикою. Схема стенда показана на рис.2.

Рисунок 2 - Схема експериментального стенда: 1 - вентилятор; 2 - пиловловлювач;3, 4 - пневмометричні трубки; 5, 6, 7 - дифманометри, 8 - пилоподавач

Основним обладнанням стенда є вентилятор середнього тиску 1 продуктивністю 0,55 м³/с, пиловловлювач, що досліджується, 2 номінальною продуктивністю 0,42 м³/с, вимірювальні прилади (пневмометричні трубки 3, 4, дифманометри 5, 6, 7), пристрій для подачі типу 8. На вході в пиловловлювач і на виході з нього передбачені прямі ділянки трубопроводів однакового діаметра d з довжиною l >10d для встановлення вимірювальних приладів.

У процесі визначення гідравлічного опору створеного циклона необхідно провести заміри таких параметрів: температура і відносна вологість в приміщенні стенда; барометричний тиск; витрата повітря перед і за пиловловлювачем; гідравлічний опір.

Перед визначенням витрати повітря проводиться тарування вимірювальних приладів безпосередньо в стенді без ввімкненого пиловловлювача. Пневмометричні трубки, які застосовуються для визначення швидкостей, встановлюються на прямих ділянках трубопроводів постійної форми і перерізу. При цьому довжина ділянки трубопроводу до пневмометричної трубки повинна бути не меншою, ніж 5 діаметрів трубопровода, за трубкою - не менше, ніж 2 діаметри.

У перерізах трубопроводів, у яких встановлені пневмометричні трубки, швидкість повітряного потоку повинна бути не меншою за рекомендовану, дорівнювати 5 м/с. Вимірювання повинні проводитися в декількох точках перерізу. При зміні витрати повітря за пиловловлювачем вводиться поправка на зміну тиску.

Вимірювання опору можна проводити як за перепадом статичних тисків, оскільки вхідний і вихідний трубопроводи мають однаковий діаметр, так і за перепадом повних тисків. Щоб уникнути можливих похибок, доцільно провести заміри опору як за перепадом статичних тисків, так і за перепадом повних тисків. У останньому випадку вираховуються середні швидкості повітря в трубопроводах і величини швидкісних тисків.

Заміри значень гідравлічного опору повинні проводитися не менше, ніж при п'яти значеннях витрати (при трьох - у межах, зазначених в нормалі або автором пиловловлювача, і при двох - поза цими межами). При кожному режимі (значенні витрати) проводиться не менше трьох дослідів.

До початку досліджень пиловловлювача необхідно провести його огляд і перевірити відповідність конструктивних розмірів і особливостей технічній документації, з'ясувати кількість повітря, яке підсмоктується, шляхом визначення витрат повітря до і після пиловловлювача і вжити заходів для усунення нещільностей в трубопроводах стенда і в корпусі апарата. Контроль за можливим порушенням герметичності стенда - трубопроводів і пиловловлювача - здійснюється шляхом порівняння показів диференційних манометрів, під'єднаних до вимірювальних пристроїв, встановлених перед і за пиловловлювачем.

Створений циклон із ступеневим відведенням твердої фази досліджувався у повній відповідності до усих вимог методики. Це дає підстави для порівняння одержаних результатів з показниками інших пиловловлювачів того ж класу.

Результати експериментальних досліджень з визначення гідравлічного опору цього пиловловлювача оформлені у вигляді графіків залежності гідравлічного опору ?р від швидкості повітряного потоку через апарат (в плані) w_пл і швидкості повітряного потоку у вхідному патрубку апарата w_вх. Крім того, наводяться значення коефіцієнтів гідравлічного опору.

У процесі досліджень вивчався вплив на величину гідравлічного опору ширини зазорів для відбору твердої фази як у конічній частині корпуса, так і нижній його частині. Це дало змогу встановити оптимальні значення цих зазорів. Саме для цих значень і побудовані графіки розглянутих залежностей опору від швидкостей.

На рис. 3 наведена залежність гідравлічного опору створеного циклона від швидкості повітряного потоку в ньому (у плані), а на рис. 4 - залежність гідравлічного опору від швидкості повітряного потоку у вхідному патрубку апарата. На рис.4 для порівняння наведена аналогічна залежність для відцентрово-інерційного пиловловлювача з жалюзійним відведенням повітря [4].

Коефіцієнт гідравлічного опору апарата, що досліджується, при оптимальній швидкості w_пл=3,5 м/с становить 118,5.

Слід відмітити, що як у відцентрово-інерційному пиловловлювачі з жалюзійним відведенням повітря, так і у пиловловлювачі, що досліджується, на величину гідравлічного опору суттєво впливає коефіцієнт живого перерізу жалюзійної решітки. Але оскільки в обох пиловловлювачах використані жалюзійні решітки з однаковим коефіцієнтом живого перерізу k_p=0,4 як найоптимальнішим [4], на рис.3 і 4 наведені залежності для апаратів з жалюзійними решітками саме з таким коефіцієнтом живого перерізу.

Рисунок 3 - Залежність гідравлічного опору від швидкості повітряного потоку (в плані)

Рисунок 4 - Залежність гідравлічного опору від швидкості повітряного потоку у вхідному патрубку: 1 - для апарата, що досліджується; 2 - для відцентрово-інерційного пиловловлювача з жалюзійним відведенням повітря [4]

Як бачимо із графіка на рис.4, гідравлічний опір циклона з ступеневим відведенням твердої фази менший від опору відцентрово-інерційного пиловловлювача з жалюзійним відведенням повітря при тих самих значеннях основних параметрів (швидкість потоку, живий переріз решітки).

Це дозволяє зробити висновок про те, що з точки зору величини гідравлічного опору створення нового пиловловлювача - циклона з ступеневим відведенням твердої фази - є доцільним. Отже, процес очищення в такому пиловловлювачі може бути здійснений з меншими енергетичними затратами, що в кінцевому рахунку знизить вартість процесу.

Summary

A method and results of experimental researches of cyclone created by authors on determination of his hudraulic resistance are conducted.

Список літератури

1. Центробежно-инерционный пылеуловитель: А.с. 379289 СССР, МКИ ВО4 С 7/15. / А.И. Чернявский, В.А. Сорока, Г.А. Аксельруд (СССР). Опубл. 20.04.73, Бюл.20.

2. Батлук В.А. Исследование процесса пылеулавливания с помощью жалюзийного инерционного пылеуловителя нового типа: Дис... канд. техн. наук: 05.17.08. -Львов. - 1973. -143с.

3. Центробежно-инерционный пылеуловитель: А.с. 598623 СССР, МКИ ВО4 С 7/15 / А.И. Чернявский, В.А. Батлук, В.П. Куц (СССР). Заяв.21.05.76. Опубл. 09.10.78, Бюл.21.

4. Куц В.П. Повышение эффективности пылеулавливания в центробежно-инерционных пылеотделителях с жалюзийным отводом воздуха. - Дис...канд. техн. наук: 05.17.08. - Львов. - 1986. - 221с.

5. Майструк В.В. Розділення запилених газів у циклонах з проміжним відведенням твердої фази: Дис...канд. техн. наук: 05.17.08. -Львов. - 2000. -161с.

6. Единая методика сравнительных испытаний пылоуловителей для очистки вентиляционного воздуха. - Л.: ВЦНИИОТ. - 1967. -103с.