Учебники 80220

Для оценки общей и фракционной эффективности улавливания частиц пыли использовали квазивиртуальный импактор НИИОГАЗа. Полученные результаты представлены в виде интегральных кривых на рис. 7. На данных графических зависимостях каждая точка показывает относительное содержание частиц с дисперсностью выше и ниже заданной. Интегральные кривые удобно использовать для фракционного анализа потока до и после пылеулавливающего устройства.

При работе с зернистыми слоями часто используют не эффективность Э, а коэффициент проскока К=1–Э. Наличие достоверных данных о дисперсном составе пыли позволяет определить фракционный коэффициент проскока:

Kn=K·Dn,

(10)

где Kn – коэффициент проскока фракции с n размером частиц; Dn – вероятность нахождения частиц данной фракции в пылегазовом потоке после НКФ.

а)	б)

Рис. 7. Дисперсный анализ:

а) графито-периклазовой; б) периклазовой пыли

В работе исследовано влияние толщины зернистого слоя и диаметра зерен на коэффициент проскока, результаты исследований представлены в виде графических зависимостей на примере пыли графито-периклаза (рис. 8).

Экспериментальная оценка общего перепада давлений при работе НКФ представлена на рис. 9 и 10.

Анализ показал, что при высоте слоя, превышающей 2∙10-3м, коэффициент проскока не меняется, а гидравлическое сопротивление возрастает, что приводит к росту энергозатрат. Установлено, что первый по ходу фильтрующий слой НКФ должен быть с крупными гранулами зерна (7∙10-3м) (в 92 94 % случаев

задерживаются частицы пыли со значением dm > 7 10 мкм). Во втором слое, при dз =3∙10-3м, происходит более тонкая очистка от частиц пыли размером 2–

11

7 мкм. Возможно использование последнего слоя НКФ по ходу пылегазового потока в качестве адсорбента для удаления токсичных компонентов из вентиляционных выбросов.

a) б)

Рис. 8. Зависимость К=f( ) при хн=16,1 10-3 кг/м3, dm =4 мкм, lg =0,35:

а) 3<dз< 9 мм; б) 10 <H < 40 мм;

dз – диаметр зерна, Н – высота слоя, хн – начальная концентрация, dm – средний медианный диаметр частиц; – среднее квадратичное отклонение логарифма диаметров частиц

		Продолжительность фильтрования, мин		Продолжительность фильтрования, мин
		a)		б)
		Рис. 9. Зависимость ∆Р=f( )	Рис. 10. Зависимость ∆Р=f( )
		для периклазовой пыли	для графито-периклазовой пыли
		при хн=26,1 10-3 кг/м3,
			при хн=16,1 10-3 кг/м3, d			m = 4 мкм,
d		m =28 мкм, lg =0,32; Н =2∙10-3м;	lg =0,35; Н =2∙10-2м; dз=7 10-3м
		dз=7 10-3м

Методом априорного ранжирования определены доминирующие факторы, влияющие на эффективность работы фильтра. Зависимость коэффициента проскока от исследуемых параметров представлена в виде

К= ƒ (Н, w, dэ, τ),

(11)

где Н высота фильтрующего слоя, м; w скорость пылегазового потока, м/с; dэ – диаметр эквивалентный порового пространства, м; τ время фильтрования, мин.

Для получения уравнений регрессии, характеризующих общий и фракци-

12

онные коэффициенты проскока, рационально планировать эксперимент по методу Бокса-Уилсона с последовательной реализацией небольших серий опытов при варьировании значимых факторов.

В результате математической обработки получили уравнение общего коэффициента проскока для графито-периклазовой пыли:

lnK-1 =1,28 - 0,09x1 - 0,07x2 - 0,038x3 + 0,03x4,

(12)

где натуральные значения факторов Н, w, dэ, τ обозначены соответственно че-

рез х1, х2, х3 и х4.

Особый интерес представляет определение фракционных коэффициентов проскока дисперсной фазы. Эти коэффициенты наиболее представительны при оценке работы НКФ. Они показывают, какие фракции дисперсной фазы и в какой степени задерживаются перегородкой. Серия опытов проведена для фракции 2-5 мкм и 7-10 мкм. Получены следующие уравнения регрессии:

lnK-12-5мкм=5,89 + 0,063х1 +0,063x2	+0,19x3 - 0,11x4,	(13)
lnK-17-10мкм=5,02 + 0,13х1 -0,061x2	+0,029x3 - 0,7x4.	(14)

На рис. 11 представлены графические зависимости К= f (H, w), полученные экспериментально и по уравнению (12).

Рис. 11. Зависимости К= f (H, w)

Эффективность применения зернистых фильтров зависит от способа регенерации. В работе исследован метод регенерации обратной продувкой через перфорированные трубки и продувочные трубки с буферной камерой. Схема регенерации представлена на рис. 12.

При регенерации данным методом скорость обратной продувки 0,4 0,55 м/с. Проведен ряд экспериментов по определению цикла регенерации: установлено время протекания процесса фильтрования и продолжительность обратной продувки, определено время продувки фильтров при условии сохранения оптимальной высоты автофильтра (табл. 1).

13

Рис. 12. Системы регенерации НКФ: 1 – продувочные трубки; 2 – буферная емкость для сжатого воздуха; 3 – корпус фильтра; 4 – отверстия в продувочных трубках; 5, 6, 7 – соответственно 1-й, 2-й, 3-й зернистые слои

Таблица 1

Параметры регенерации НКФ

Параметры

Параметры регенерации

пылегазового потока

Вы-

Продолжительность

регенерации τрег, мин

Филь-

сота

С про-

труемая

филь-

Концентра-

Дисперс-

Высота

Об-

С

дувоч-

пыль

тру-

ность

ция пыли,

осадка,

рат-

про-

ными

юще-

пыли,

3

- 3

ная

дувоч

го

кг/м

мкм

hос∙10

м

трубками

про

ными

слоя

и буфер-

дув-

труб-

Н, м

ной ка-

ка

ками

мерой

графи-

то-

0,02

хн=16,1 10

-3

dm=4

7

74

45

2

пери-

lg

=0,35

клаза

пери-

0,02

хн=26,1 10

-3

dm=28

8

48

45

2

клаза

lg

=0,32

В пятой главе произведены технические расчеты для установки фильтров на основе НКФ с расширенной поверхностью фильтрования и возможностью оперативного удаления отработанных насыпных слоев. Замкнутая схема очистки вентиляционных выбросов с НКФ на ОАО «СОЗ» (цех № 1) представлена на рис. 13.

14

Рис. 13. Схема включения НКФ на ОАО «СОЗ»:

1 – первая ступень очистки – батарейный циклон; 2 – насыпной комбинированный фильтр; 3 – газодувка; 4 – транспортирующая цепь; 5 – клапан;

6 – приводная станция транспортера; 7 – натяжная станция транспортера; 8 – электродвигатель; 9 – буферная камера пневморегенерации

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1.Доказана целесообразность процесса пылеулавливания с помощью НКФ

вусловиях производства огнеупорных и строительных материалов. Установлено, что наличие многокомпонентных полидисперсных потоков требует разработки многослойных фильтровальных элементов.

2.Исследован дисперсный состав пылей периклаза и графито-периклаза, получены интегральные кривые, позволяющие оценить диапазон действия

НКФ, и при этом установлено, что dm 20 мкм.

3.Разработан экспериментальный многослойный фильтр, в котором в качестве фильтрующей среды использованы огнеупорные материалы различной зернистости, позволяющий осуществлять последовательную очистку полидисперсного потока, достигая общей эффективности очистки до 99,85 %.

4.Исследована кинетика процесса фильтрования НКФ, и получены экспе-

риментально графические зависимости К=f( ), ∆Р=f( ), позволяющие выявить оптимальные циклы фильтрования в диапазонах критерия Рейнольдса (35 Re 165) и коэффициента проскока К 0,01.

5.Предложены математические интерполяционные модели в обобщенных переменных для расчета общей и фракционной эффективности процесса фильтрования через НКФ. Экспериментально подтверждена адекватность полученных уравнений.

6.Предложен метод регенерации НКФ – обратная продувка с использованием перфорированных трубок и буферной камеры, что позволяет осуществить

15

глубинную регенерацию зернистых слоев, уменьшая начальный перепад давлений при последующем цикле фильтрования, что приводит к снижению энергозатрат при эксплуатации фильтра. Получены технологические режимы проведения процесса регенерации НКФ.

7. Разработана конструкция НКФ с расширенной поверхностью фильтрования и возможностью замены фильтрующей среды при непрерывной работе систем аспирации. Предложена замкнутая схема очистки вентиляционных выбросов.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

Публикации в журналах, рекомендованных ВАК РФ

1. Чугунова, И.А. Многоцелевые зернистые фильтры-пылеуловители для очистки технологических газов и аспирационных выбросов / Ю.В. Красовицкий, И.А. Чугунова, Н.Н. Лобачева, М.Н. Федорова // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2010.

Т. 6, № 1. С. 163 167.

2. Чугунова, И.А. Технико-экономические аспекты высокоэффективного обеспыливания зернистыми фильтровальными слоями / Е.В. Романюк, И.А. Чугунова, Ю.В. Красовицкий, М.Н. Федорова // Строительные материалы. – 2009. № 12. С. 62 64.

3. Чугунова, И.А. Комбинированные фильтровальные структуры для высокоэффективного пылеулавливания в производстве строительных материалов / Ю.В. Красовицкий, Е.В. Романюк, И.А. Чугунова, М.Н. Федорова // Строительные материалы. 2009. № 9. С. 70 71.

4. Чугунова, И.А. Экономические преимущества аэродинамической оптимизации систем и аппаратов пылеулавливания в производстве строительных материалов / Ю.В. Красовицкий, М.Н. Федорова, И.А. Чугунова, Е.В. Романюк // Строительные материалы. 2009. № 10. С. 39 41.

5. Чугунова, И.А. Анализ механизма растекания пылегазового потока по распределительным устройствам пылеуловителей при производстве стройматериалов / Ю.В. Красовицкий и др.// Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2009. № 10. С. 43 46.

6. Чугунова, И.А. Определение оптимальной гидродинамической области эксплуатации зернистых фильтров / Ю.В. Красовицкий и др.// Строительные материалы. 2011. № 8. С. 193 194.

Публикации в других изданиях

7.Чугунова, И.А. Регенерация зернистых фильтров / И.А. Чугунова и др.// Экологические проблемы промышленных городов: тр. 4-й Всесоюзной науч.-практ. конф. Саратов: СГТУ, 2009. – С. 349-351.

8.Чугунова, И.А. Математические модели процесса фильтрования пылегазового потока для вращающегося зернистого слоя / И.А. Чугунова, Р.А. Важинский, Е.В. Романюк // Математические

методы в технике и технологиях: тр. XXI Междунар. науч. конф. Тамбов: ТГТУ, 2008. – С. 20-21.

9. Чугунова, И.А. Фильтры с комбинированными элементами / И.А. Чугунова и др.// Экологические проблемы промышленных городов: тр. 4-й Всесоюзной науч.-практ. конф. – Саратов, СГТУ, 2009г. – 313-315с.

10.Чугунова, И.А. Технико-экономический анализ возможности применения зернистых фильтров в технике пылеулавливания / И.А. Чугунова и др.// Экологические проблемы промышленных городов: тр. 4-й Всесоюзной науч.-практ. конф. – Саратов: СГТУ, 2009. – С. 228-230.

11.Чугунова, И.А. Фильтр многосекционный с комбинированными элементами / И.А. Чугунова // Экологические проблемы промышленных городов: тр. 4-й Всесоюзной науч.-практ. конф. – Саратов, СГТУ, 2009. – С. 228-229.

12.Чугунова, И.А. Разработка математических моделей и программное обеспечение процесса фильтрования / И.А. Чугунова, Р.А. Важинский // Математические методы в технике и технологиях: тр. XXI Междунар. науч. конф. Тамбов: ТГТУ, 2008. – С. 20-21.

16

rз' ,

13. Чугунова, И.А. Расчет социально-экономической эффективности рекомендаций по защите атмосферы от полевых промышленных выбросов крупных городов / Ю.В. Красовицкий и др.// Экологические проблемы промышленных городов: сб. Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием.

– Саратов, 2011. – С. 44-47.

14.Чугунова, И.А. Изокритериальный отбор пылегазовых проб из промышленных газоотходов при прогнозировании состояния окружающей среды в промышленной зоне / Ю.В. Красовицкий и др.// Экологические проблемы промышленных городов: сб. науч. тр. 5-й Всерос. науч.-практ. конф.

смеждунар. участием. – Саратов, 2011. – С. 76-78.

15.Чугунова, И.А. Рациональная организация анализа дисперсного состава пыли для оценки

эффективности пылеуловителей и прогнозирования состояния техносферы / Ю.В. Красовицкий и др.// Экологические проблемы промышленных городов: сб. науч. тр. 5-й Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием. – Саратов, 2011. – С. 80-82.

16.Чугунова, И.А. Унифицированный экспериментальный стенд для изучения зернистых фильтров-пылеуловителей, обеспечивающих экологически безопасные технологии / Ю.В. Красовицкий и др.// Экологические проблемы промышленных городов: сб. науч. тр. 5-й Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием. – Саратов, 2011. – С. 213-215.

17.Чугунова, И.А. Гидродинамика фильтра с динамической регенерацией / С.Ю. Панов, З.С. Гасанов, Ю.В. Красовицкий, И.А. Чугунова // Теплообмен и гидродинамика в закрученных потоках: тез. 4-й междунар. конф. – М.: Издательский дом МЭИ, 2011. – С. 288-289.

Патенты

18.Патент Российской Федерации на полезную модель № 105200 МПК ВО4С 9/00. Циклонфильтр / А.В. Логинов, Ю.В. Красовицкий, Н.В. Пигловский, Е.В. Романюк, М.Н. Федорова, И.А. Чугунова; заявитель и патентообладатель Воронеж. гос. технол. акад. – № 2010146337/05; заявл. 13.11.2010; опубл. 10.06.2011. Бюл. № 16.

19.Патент Российской Федерации на полезную модель № 109984 МПК ВО1D 29/01. Фильтр для очистки гетерогенных систем / Ю.В. Красовицкий, Р.Ф. Галиахметов, С.Ю. Панов, З.С. Гасанов, И.А. Чугунова; заявитель и патентообладатель Воронеж. гос. технол. акад. – №2011115498/05; заявл. 19.04.2011.; опубл. 10.11.2011.

20.Патент Российской Федерации на полезную модель № 109987 МПК ВО1D 46/10. Фильтр для очистки гетерогенных систем / Ю.В. Красовицкий, Р.Ф. Галиахметов, С.Ю. Панов, З.С. Гасанов, И.А. Чугунова; заявитель и патентообладатель Воронеж. гос. технол. акад. – № 2011115454/05; заявл. 19.04.2011; опубл. 10.11.2011.

21.Патент Российской Федерации на полезную модель № 109985 МПК ВО1D 29/01. Фильтр для очистки гетерогенных систем / Ю.В. Красовицкий, Р.Ф. Галиахметов, С.Ю. Панов, З.С. Гасанов, И.А. Чугунова; заявитель и патентообладатель Воронеж. гос. технол. акад. – № 2011115496/05; заявл. 19.04.2011; опубл. 10.11.2011.

22.Положительное решение № 2011139431 патентной экспертизы на НКФ.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

∆Р' – перепад давлений, возникающий на фильтре за счет возникновения автофильтра на первом по ходу пылегазового потока слое, Па; ∆Р'' – перепад давлений, возникающий за счет постепенного закупоривания пор первого по ходу потока зернистого слоя, Па; ∆Р''' – перепад давлений, возникающий за счет постепенного закупоривания пор второго зернистого слоя; rз" – радиус зерна

первого и второго слоя, м; R – радиус фильтровального слоя, м; h1 – высота первого зернистого слоя, м; h2 – высота второго зернистого слоя, м; τ – продолжительность фильтрования, мин; хн – начальная объемная концентрация дисперсной фазы в пылегазовом потоке; Q – расход пылегазового потока, м3; Kn – коэффициент проскока фракции с n размером частиц; Dn – вероятность нахождения частиц данной фракции в пылегазовом потоке после НКФ; Н – высота фильтрующего слоя; w – скорость пылегазового потока; dэ – эквивалентный диаметр порового пространства; Эs – эффективность улавливания в результате седиментации; Эi – эффективность улавливания в результате инерционного осаждения, Эh – эффективность улавливания в результате зацепления; Эd – эффективность улавливания в результате диффузии; Эт – эффективность улавливания в результате термофореза; Эт.м. – эффективность улавливания в результате турбулентной миграции; Ээл.ст. – эффективность улавливания в ре-

17

зультате электростатического осаждения. ui – скорость аспирации аэрозоля; ue – скорость течения аэрозоля в зоне аспирации; τp – продолжительность релаксации; Di, De – внутренний и внешний диаметры наконечника зонда.

Индексы: n – размер частиц; дин. – динамический; з – зерно; ц – цилиндр; ч – частица; сл. – слой; т. м. – турбулентная миграция.

ЧУГУНОВА ИРИНА АНАТОЛЬЕВНА

ОБЕСПЫЛИВАНИЕ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ ВЫБРОСОВ НАСЫПНЫМИ КОМБИНИРОВАННЫМИ ФИЛЬТРАМИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ОГНЕУПОРОВ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 18.02.2013. Формат 60х84 1/16. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ №78

Отпечатано в отделе оперативной полиграфии Издательства учебной литературы и учебно-методических пособий

Воронежского государственного архитектурно-строительного университета 394006 Воронеж, ул.20-летия Октября, 84

18