122875 (Аэродинамические способы повышения эффективности систем пылеулавливания в химической промышленности), страница 4

Рис. 4.1. Распределение безразмерных скоростей потока через образец ПНС – 5 при H/D: а – 0,15; б – 0,30; в – 1,20

Зависимости M_K=f(H/D) для образцов с различными коэффициентами гидравлического сопротивления представленные на рис. 4.2 свидетельствуют о снижении значений М_к с увеличением симплекса H/D и коэффициента что удовлетворительно согласовывается с современными теоретическими представлениями.

Рис. 4.2. Зависимость M_K=f(H/D) для образца фильтрующих материалов из порошков нержавеющей стали при ξ: 1 – 655(ПНС – 5); 2 – 488(ФНС – 5); 3 – 414(ПНС – 30)

Зависимости коэффициентов изменения общего и фракционных проскоков от коэффициента Буссинеска, т.е., K'_w = х(М_к) и (К'_W)_Ф = ψ/(М_к) для образцов ПНС-5 и ПНС-30 с экспериментальными значениями ζ и М_к, приведенные на рис. 4.3, свидетельствуют о весьма существенном влиянии даже небольшой неравномерности поля скоростей (М_к < 1,20) на значения K'_w и (К'_W)_Ф

Результаты экспериментов обнаруживают определенное отклонение значений K'_w и (К'_W)_Ф, по счетной концентрации от расчетного значения K'_w по массовой концентрации. При этом степень отклонения возрастает с уменьшением ζ и увеличением М_к, что удовлетворительно согласовывается с механизмом рассматриваемого процесса.

Для частиц пыли с размером более 0,8 мкм (ПНС-5) и 2,0 мкм (ПНС-30) с увеличением М_к значение (К'_W)_Ф<1, что, по-видимому, объясняется увеличением роли инерционного осаждения с увеличением размера частиц.

Рис. 4.3. Зависимость K^’_w= х(М_к) и (К'_W)_Ф = ψ/(М_к):

1,2 – расчет - K'_w по массовой концентрации (w_k = 1·10^-2, 1·10^-1 м/с); 3 – эксперимент - K'_w по счетной концентрации (w_k = 1·10^-1 м/с; ПНС – 5); 4-10 – эксперимент - (К'_W)_Ф по счетной концентрации (w_k = 1·10^-1 м/с) и размерах частиц пыли, мкм: ПНС – 5;

Семейство кривых, представленных на рис. 4.3, отражает один и тот же процесс при различных сочетаниях входных параметров и механизмов, влияющих на величину (К'_W)_Ф.

Оценка этих кривых, позволившая предположить их логарифмический характер, и обработка экспериментальных данных подтвердили уравнение приближенной регрессии[5]:

(4.1)

где а (δ), b(δ) - амплитуды кривой; δ =d_P/d_э; d_P, d_э - размеры частицы дисперсной фазы и порового канала фильтрующего материала.

Отдавая предпочтение линейному характеру функций а(δ) и b(δ) по δ, введя вспомогательную переменную z = ехр , линейно зависящую от М_к, и контролируя справедливость линейной гипотезы по коэффициенту корреляции r_Mk, _z, авторы получили из уравнения (4.1) для ПНС-5 и ПНС-ЗО соответственно

(4.2)

(4.3)

Значения (К'_W)_Ф - экспериментальные и теоретические, рассчитанные по уравнениям (4.2) и (4.3), эмпирические коэффициенты корреляции r_Mk, _z и регрессии β= 1/b(δ),относительные ошибки ∆(К'_W)_Ф/(К'_W)_Ф приведены в табл. 4.1.

Таким образом, указанные семейства кривых подаются унифицированному описанию функциями единого типа с закономерным изменением коэффициентов от одной кривой к другой с хорошо прослеживаемой зависимостью этих коэффициентов от дополнительного параметра δ.

Правомерно заметить, что такое описание непременно отражает определенные существенные особенности процесса.

При конструктивном решении фильтров из пористых металлов необходимо учитывать, что значения K'_w и (К'_W)_Ф могут оказаться симбатными или антибатными со значением М_к в зависимости от размера частиц дисперсной фазы.

Таблица 4.1.

К аналитическому описанию семейства кривых (К'_W)_Ф = ψ/(М_к)_ф. Теоретические и экспериментальные значения (К'_W)_Ф

Аналогичные по характеру результаты были получены [17] при исследовании зависимостей w_r/w_k = φ(y/R) и К’_w = х(М_k) для кольцевых и цилиндрических фильтрующих элементов из пористых металлов с размером гранул от 0,1 до 0,4 мм. Поля безразмерных скоростей для исследованных образцов фильтрующих элементов показаны на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Поля безразмерных скоростей:

а, б – кольцевой диск, фракция порошка 0,1 – 0,2 и < 0,063 мм соответственно; в – сварная коническая труба, фракция 0,2 – 0,4 мм

Выравниванию потока в элементах этого типа способствует повышение значения связанное с переходом к более тонкой фракции металлического порошка (рис. 4.4, б). Однако для большинства промышленных аппаратов стремление к полному выравниванию потока такой дорогой ценой (резкое повышение гидравлического сопротивления) не оправдано.

Удовлетворительное распределение скоростей достигается по образующим пористых труб (рис. 4.4, в ).

Отдельные пиковые значения локальных безразмерных скоростей объясняются неравномерной проницаемостью пористых металлов, зависящей от структуры исходных материалов.

Интересно отметить, что расчетное определение степени неравномерности распределения потока в пористом цилиндре, приближающемся по своим геометрическим размерам к рациональному промышленному исполнению (длина 3000 мм, ø90 х 5 мм) и изготовленному из грубой фракции порошка (0,2 - 0,4мм), обнаруживает теоретически полное растекание потока по поверхности.

Значительная и характерная неравномерность в распределении скоростей по сечению чечевицеобразных фильтрующих элементов связана не только с диффузорным эффектом, состоящим в быстром падении скоростей при радиальном растекании струи, но, по-видимому, и с переменным по диаметру коэффициентом сопротивления, что является результатом неравномерного распределения пор, возникшего в процессе изготовления элементов такого рода.

На рис. 4.5 и 4.6 представлены реальные поля скоростей (а), полученные авторами непосредственно в производственных условиях Семилукского огнеупорного завода и последовательные этапы графоаналитического определения значений M_K в этих сечениях (б,в) для наиболее распространенных в условиях огнеупорного производства рабочих сечений пылеуловителей круглой и кольцевой форм.

Представленная на рис.4.5 и 4.6 последовательность графоаналитического определения значений М_K имеет и самостоятельное значение, так как может быть использована для оптимизации аэродинамических условий эксплуатации пылеуловителей в любых отраслях промышленности.

Авторы располагают широким спектром разнообразных исходных данных, эпюр безразмерных скоростей и графоаналитическими расчетами значений M_K для рабочих сечений круглой и кольцевой форм различного диаметра (от 0,8 до 4,0 м) и кольцевого сечения (при D_НК/D_ВК = 2,5).

Этот банк данных существенно сократит материальные ресурсы и затраты времени на проведение специальных и достаточно трудоемких аэродинамических экспериментов.

Рис. 4.5. Графоаналитическое определение значений M_K для круглого сечения:

а – исходные данные; б – расчет значения w_K; в – расчет значения M_K

Рис 4.6. Графоаналитическое определение значений M_K для кольцевого сечения:

а – исходные данные; б – расчет значения w_K; в – расчет значения M_K

5. Экономические преимущества аэродинамической оптимизации систем и аппаратов пылеулавливания

В условиях перевода природоохранной деятельности предприятий производства огнеупоров на хозрасчет и самофинансирование становятся особенно актуальными достоверные методы оценки экономического ущерба основным промышленно-производственным фондам (ОППФ) от пылевых выбросов. Количественная сторона такой оценки в значительной мере зависит от аэродинамического совершенства систем и аппаратов пылеулавливания.

Для решения этой проблемы имеется представительный банк информационных, расчетных, конструктивных и методических данных в широком диапазоне изменения физико-химических параметров пылегазовых потоков.

Однако до настоящего времени целесообразность активного воздействия на аэродинамические условия эксплуатации систем пылеулавливания в огнеупорном производстве оставалась невостребованной, что в значительной мере снижало эффективность пылеулавливания.Между тем, доказано, что эксплуатация оборудования в пылевой воздушной среде приводит к неизбежным издержкам в виде прямых потерь или дополнительных затрат на обеспечение нормального технологического режима. Оценка таких потерь должна базироваться на следующих предпосылках[16]:- приоритет общегосударственных интересов, при котором составляющие экономического ущерба ОППФ должны включать не хозрасчетные потери конкретного предприятия, а народнохозяйственные потери в целом, выраженные в виде недопроизводства национального дохода и включающие потери дефицитного порошкообразного сырья за счет аэродинамического несовершенства систем пылеулавливания и аспирации. Поэтому самостоятельный и выходящий за пределы огнеупорного производства интерес представляет разработка единой методики экспериментальной и расчетной оценки степени неравномерности распределения пылегазового потока по сечениям и анализ социально-экономических условий эксплуатации усовершенствованных в аэродинамическом плане систем пылеулавливания в сочетании с аргументированной квалификацией коммерческих перспектив реализации полученных результатов; - определенная степень допущений и субъективных оценок при анализе экономического ущерба ОППФ в связи с отсутствием единых взглядов на общую концепцию эффективности общественного производства;

- экономический ущерб ОППФ в большей степени зависит от фактора времени, чем любой другой ущерб. Это связано с тем, что негативные последствия воздействия пылевых выбросов на ОППФ (внеплановые ремонты движущихся и вращающихся узлов и деталей, ремонты подшипников, редукторов, насосов, аспирационных систем, дробилок, мельниц, КИП и автоматики, мойка, чистка, смазка и т.д.) нарастают неравномерно, по мере их физического и морального износа. Поэтому расчеты должны охватывать достаточно длительный период (5-7 лет). Влияние фактора времени при анализе экономического ущерба ОППФ в связи с аэродинамическим несовершенством условий эксплуатации пылеуловителей особенно чувствительно, так как кинетика нарастания негативных явлений в этом случае носит далеко не линейный и поэтому непредсказуемый характер.

Список используемых источников

1. Алиев Г.М. – А. Эксплуатация аппаратов и систем пылеулавливания на огнеупорных заводах. – М., Металлургия, 1977.-287 с.

2. Каталог газоочистного оборудования. Методическое пособие/Под ред. А.Ю. Вальдберга /Центр обеспеч. Эколог. Контроля при Гос. Комит. РФ по охране окруж. Среды, С.-Петерб.:197. 232 с.

3. Красовицкий Ю.В., Дуров В.В. Обеспыливание газов зернистыми слоями.-М.,1991.-192 с.

4. Красовицкий Ю.В., Малинов А.В., Дуров В.В. Обеспыливание промышленных газов в фаянсовом производстве. – М., Химия, 1994. – 272 с.

5. Анжеуров Н.М. Разработка аэродинамических способов повышения эффективности пылеулавителей в производстве огнеупоров. Канд. Дисс.- Воронеж, ВГАСА, 1997. -266 с.

6. Красовицкий Ю.В., Балтренас П.Б., Энтин В.И., Анжеуров Н.М.,Бабкин В.Ф. Обеспыливание промышленных газов в огнеупорном производстве. – Вильнюс, “Техника”, 1996.-208 с.

7. Идельчик И.Е. Аэродинамика контактных, фильтрующих и адсорбционных аппаратов со стационарным слоем зернистых материалов. – М., ЦИНТИхимнефтемаш, 1982. – 40 с.

8. Котелкин В.Д., Мясников В.П. Влияние деформации засыпки на течение газа в химическом реакторе с неподвижным слоем катализатора. //ДАН СССР. – 1979. – Т. 247. - № 1. С. 170 – 179.

9. Вайсман А.М., Гольдштик М.А. Динамическая модель движения в пористой среде. // Изв. АН СССР. Механика жидкости и газа. – 1978.- № 9. С. 89-94.

10. Белов С.В. Пористые металлы в машиностроении. – М., Машиностроение, 1981.–248 с.

11. Аэров М.Э., Тодес О.М., Наринский Д.А. Аппараты со стационарным зернистым слоем. – Л., Химия, 1979. – 176 с.

12. Шахова Н.А., Луканев В.А. Исследование истечения газовой струи в неподвижный слой зернистого материала. // Инженерно-физ. журнал.- 1975. – Т. XXIV. - № 3. – С. 397 – 402.

13. Курчаев Е.Ф. Пристеночный эффект в моделях осветителей и фильтров. // Водоснабжение и сантехника. – 1989. - № 9. – С. 4 – 7.

14. Дурнов В.К., Тимофеев В.Н. Влияние степени шероховатости ограждающих стенок на потери напора и относительное распределение скоростей фильтрации воздуха в неподвижном и движущемся зернистых слоях // Инженерно-физический журнал. – 1972. – Т. XXII. - № 1.- С. 107–116.

15. Гельперин И.И., Каган А.М., Пушнов А.С. Некоторые закономерности газораспределения в неподвижном зернистом слое // Химическая промышленность. 1982. - № 8. – С. 481 – 485.

16. Семененко Б.А, Телиженко А.М. Методические принципы оценки экономического ущерба основным фондам промышленности в результате загрязнения атмосферы.- НПО “Союзстромэкология”, Труды 89.- Новороссийск, 1989.- С. 32 – 40.

17. Карнеева Н.Ю. Экспериментальный стенд для исследования фильтрованных перегородок из пористых металлов. // Порошковая металлургия. 1984. № 10. С. 95 – 98.

1