Страус В. - Промышленная очистка газов (1044946), страница 106
Текст из файла (страница 106)
При графическом изображении отмечены максимумы во взаимном смещении частиц, причем эти максимумы сдвигаются к низким частотам при увеличении радиуса частицы, тогда как при увеличении интенсивности звука пропорционально растет и взаимное смещение частиц. При повышении плотности частиц увеличивается н взаимное смещение частиц, и максимум сдвигается к более низким частотам. Далее анализ показывает, что при увеличении частоты резко возрастает взаимное смещение в единицу времени, достигая максимума для тяжелых частиц больших размеров при многих сотнях кГц и нри нескольких кГц для маленьких частиц.
Это указывает на то, что звуковые волны большой интенсивности при частоте менее 1 кГц могут значительно увеличить скорость агломерации частиц. Как было указано, не найдено строгой взаимосвязи между всеми механизмами акустической агломерации, но все вышеизложенное может помочь в определении порядка величин, влияющих на агломерацию облака или тумана. Применение звуковых волн для удаления аэрозоля из газов зависит от ряда факторов [108, 598): частоты и интенсивности звука, концентрации и турбулентности аэрозоля и времени пребывания.
С помощью уравнений (Х1.13) и (Х1.14) показано, как колебания частицы зависят от частоты звука. Облако дыма или тумана содержит смесь частиц различных размеров, поэтому на практике можно применять ряд частот, больших чем несколько кГц. В промышленных установках используют звуковые генераторы, работающие яри частотах порядка 1 — 4 кГц [198), поскольку при более высоких частотах труднее получить необходимую интенсивность звука.
Звуковые агломерационные системы требуют очень большой акустической мощности или интенсивности звука. Пороговое значение для заметной флокуляцин составляет 10 — 10,8 Вт/м', тогда как для промышленных установок необходимы значения свыше 11,5 Вт/м' [598). 1(онцентрацня частиц размером 1 — 1О мкм должна быть не менее 1 — 2 г/м', наиболее подходящей концентрацией является 5 г/м'. Если концентрации слишком высоки (около 200 г/м'), возможны потери акустической энергии в связи с затуханием звука в аэрозоле [198). В некоторых случаях целесообразно добавить в аэрозоль водяной туман [108)~. * См.
также 01а/ У. — Яаиь !965, ч. 22, р. 51З. рнс. ХЬИ Корреляция между флокуляниеуг н интенсивностью звука (вэв): н нзтгкюмо крннг г ограг~ннннают нралгкм разсросю г~гношеан «р~ ная - нагрузка азрозоля ТГС! а,та г/н', настота ЬЬ ктн. Ж угг уг Показано также, что турбулеит- й июстгн создавасмая акустическим полом, способствует агломерации. в Время пребывания аэрозоля в аку<тичсском пылеуловителе, как показано теоретически, имеет важное значе- Ид ние для степени достигаемой агломе- р рации.
Экспериментально найдено, что показатель агломерации 1, представляю~ций собой соотношение конечного и начального среднего диаметра частиц, является функцией произведения времени пребывания на интенсивность поля (р;ю. Х1-4). В промышленной практике гвремя контакта составляет 4 с и может быть уменьшено до 2 с, если интенсивность больше 13 Вт/мв 11081. Акустические генераторы. Звуковые волны большой мощности могут быть получены четырьмя способами: а) колебаниями пьезоэлектрических кристаллов или керамики (кварц, турмалин или соль Рошеля, керамический титанат бария); б) звуком, вызванным колебаниями цилиндра; в) свистком статических генераторов; г) звуком сирен динамического генератора.
Первые два типа генераторов используются в основном в лабораториях. С помощью пьезоэлектрических кристаллов получают звуки высокой частоты, ио невозможно достичь большой интенсипности звука, необходимой для промышленных установок. Звуковые волны, генерируемые колеблющимся металлическим стержнем, были использованы в классической трубке Кундта. Эта два устройства могут быть полезны для получения интенсивного звука высокой частоты, особенно в небольших установках. Электромагнитный звукогенератор, описанный Клером (718] (рис. Х1-5,а), состоит нз твердого дюралюминиевого цилиндра с поддерживающей перемычкой 2 и направляющим кольцом 5, выполненными из того же материала.
Направляющее кольцо выходит к кольцевому зазору б закрытого магнита 9 и действует как одновитковая вторичная обмотка трансформатора, первичной обмоткой которого является индукционная катушка 8 магнита. При подаче на индукционную катушку 200 Вт от усилителя создается звук высокой интенсивности и частотой 1Π— 20 кГц. Другим видом акустического генератора, где используются колебания металлического стержня, является воздушный струйный свисток (рпс. Х1-5,6), состоящий из цилиндрического стержня 17, сигал ий еез 772' дауг)уг 17 Рищ Х1-5 Акустические генераторы: а — элгктромегнитнмй икуститеский генератор )т!аи б — стержневой юруйнмй свисток )108П о — свисток хлртмлнв !108П г — никргиой свисток 1108П у — вибретор; 2 — поддерживвющии перемычке; 2 — резиионме прокллдки; 4 лоряус внбрэторл; 5 — ьлпрлвляющее кольцо; 6 — кольцевой зазор; 7 — илпрввлякнцвя обмотке; 8 — индуиционивя квтупже; у— египт; 16 — экрлиировлннгей квбгль к усилителю; !! .
стержень; 12 — резоилтор: И, 16— сопла; 14 — отрлжвтсль; !5 — резоппрующля полщть. 17 — пружине; 18 — плуижер, помещенного по оси сопло-резопаториой системы 12. С помощью этого устройства можно получать звуковые колебания высокой интенсивности (12 Вт/мй) и частотой между 9 и 15 кГп при небольших дзвлсииях иа сопле (210 кПа). Свистки подразделяются иа два типа. В первом из пих струя воздуха попадает в резонирующую полость, тогда как во втором воздух подается по касательной в кольцевую трубу, где создается вихрь, а затем выходит по ося, проиэвотя громкий звук. 528 Первые свистки с резонаторами были разработаны Галтоном (1883) и затем модифицированы Хартманом; обычно их называют свистками Хартмана (рис.
Х1-5,в). Они были использованы в диапазоне частот от 10 до 100 кГц, н в первоначальном виде (по Харт- ману) эффективность свистков составляла около 4то Размеры аппаратуры, предложенные Хартманом, должны были соответствовать следующим условиям: диаметр сопла А должен быть равен диаметру резонатора В и глубине резонирующей полости Ь.
Интенсивность звука 7о, генерируемого свистком Хартмана, может быть рассчитана из уравнения [341) У = З,ОБт 1'(Р— 0,0) Ят (Х1.25) где В=2 — 0 мм; Р— избыточное давление 210 — 350 кПа; А=В=-Ь во всех случаях (см. рис. Х1-5, в). В одной из модификаций свистка Хартмана [106) достигалась эффективность вдвое больше, чем в первоначальной конструкции; хля этого диаметр резонатора был увеличен по отношению к ди- аметРУ сопла более чем на 30с)о (В/А)1,3). КРоме того, пРи помещении сопла во вторичную резонаторную полость удалось повысить общую эффективность свистков до 207о.
Вихревые свистки (рис. Х1-5,г) были исследовали Воннегутом [892, 893), который предложил следующую приближенную формулу дли определения частоты испускаемых звуковых волн (Х1.20) ~лс а — константа ((1), учитывающая потери иа трение; (l, — скорость звука; гт — диаметр трубы; Р, и Ря — давление соответственно на входе и на выходе. С помощью вихревых свистков экспериментально были получены частоты порядка 15 кГц.
Динамические акустические генераторы (сирена) отличаются повышенной эффективностью преобразования всех видов энергии и акустическую энергию. Применяемые а промышленности, в частности в США, сирены были разработаны Аллеком и Рудником [121 (рис. Х1-6, а). Сирены состоят в основном из высокооборотного ротора, который прерывает поток газа (обычно воздуха) через каазлы статора. Б первоначальной конструкции Аллека и Рудника в роторе бы'то 100 каналов, расположенных на равных расстояниях друг от друга; соседние поверхности ротора и статора плотно прилегали друг к другу, Частота колебаний, создаваемых ротором, составлялл 130 — 330 Гц.
Коэффициент полезного действия сирены констРукции Аллека — Рудника 17 — 34$, звуковая волна имела частоту 3 — 19 кГц, выходная мощность сирены от 80 до 176 Вт. В более современных конструкциях частота вращения роторов достигает 50000 оборотов в 1 мин; сообщается, что коэффициент Зч П44 520 рту ге» Озд ззз Рис. Х1-6. Акустические генераторы (сирены) з а — сирена Аллена — Руднике При б — сиреив С!ОР 5Польсквя вкздемия наук! 'суааЗб 1 — отрзжвтащзя илзстиие; у — иомерв; 8 — ксиве; 4 — стзтор; 5 — роторы; б — устройства для рсгулироявиии зазора; у — мотор; 8 — ззукоотрвжзтель, полезного действия этих роторов около 50о/е.
Для создания относительно чистого звука каналы статора должны быть круглого сечения, а каналы ротора — прямоугольного. Основной проблемой в создании сирен является обеспечение высокой скорости вращения ротора. Осажденне частиц на роторе ухудшает балансировку, подшипники перегреваются. Кроме того, частота звука не может быть изменена без изменения числа каналов или скорости вращения ротора, Недавние исследования 1543] привели к разработке новой модификации сирены, интенсивность которой достигает 14 Вт/мз в области, близкой к сирене; сирена непосредственно соединена с центробежным вытяжным вентилятором, с помощью которого удаляются агломераты (рис.
'Ч1-6,б). Интенсивность звука для сирен /е может быть найдена из вы- ражения У = — (2птА)в ри„ 2 (Х1.30) ~ле А — амплитуда колебаний. Айну (1081 предложил ряд расчетных уравнений для звуковых агломерирующих систем, которые дают результаты, удовлетворительно совпадающие с экспериментальными данными. Средняя интенсивность звука в агломерационной цилиндрической камере Х диаметром /) может быть найдена нз выражения 4(У~ У = Рэв/площадь поперечного сечения камеры = —, (Х!.31) ~де ! — время контакта, с. Идеальная высота агломерационной камеры может быть оценена из выражения Г пРт 7)=за!п( ~ — )т 4и ига (Х!.33) гас и — средняя линейная скорость аэрозоля, м/с, обычно около 1 м/с. Конструкция звуковой агломерируюшей установки чрезвычайно проста, Источник звуковых колебаний большой интенсивности помешают на одном конце агломерационной камеры, через нее пропускаются очнщаемые газы„агломернрованные частицы или капли затем улавливают в циклоне (на рис.
Х1-7 показаны две типичные схемы размещения). По первой схеме газы движутся по нанравле- 34' 531 где () — постоянная характеристика установки, 0,07<йп»<0,10; и» вЂ” акустическая эффективность генератОра. Бушер (108! предположил, что рт)» ближе к 0,07, чем к 0,16. Индекс агломерации / может быть найден из выражения 3 Р~ и(!а (Х!.32) улглв~йзад Яид~аспгь Рис. Х!дй Схема расположения систем зву- ковой агломерации и улавливания частиц: е — газы лвяжутся в направленая от источника звука; б — газы движутся ьо нанранлгняю к нсточннку звука [1оа1; г -. мулгтнсвнсгок; уакустнчсская камера; а — тангснняальнын вчод газа; д — Наклоны; 5 — вкусу нас«кна от~ ажатель. б — нылсосадятсльнан камгра; 7 — ыучьтнаяклов; 8 — Фяльтр; у — снрена; >Π— вснтвлятор; М вЂ” на- л~ера: М вЂ” нылссборвнк. Рис.
Х1-8. Ультразвуковой тумаиоулови- тель 1381: à — источник звука; у — отражатель звука. нюо к источнику звука, тогда как но второй схеме газы, пройдя через предварительный циклон, движутся от источника звука. Была также 11101 тщательно исследована работа ультразвукового туманоуловителя 1381, показанного на рис. Х1-8. 11ад сеткой создается интенсивное звуковое иоле; давление звукового излучения препятствует захлебыванию сетки и уносу частиц.
Звуковое поле увеличивает также число столкновений между проволокой и колеблющимися каплями. Эксперименты проводились на сетке 120 мм прн скорости потока 5 м/с. Перепад давлений составил 0,85 кПа, концентрация аэрозоля была снижена от 0,345 до 0,0128 мг/м', т. е. эффективность улавливания составила 96,5зб. Акустическое поле 60 — 80 Вт с частотой 9,8 крц было получено с помощью струйного свистка, количество потребляемой при этом энергии составило 4 — 5 кВт/(м'с). йу ; йгг ЯЗ у йг гг е '„г Н 8 аа та м га гз л ау еа с~ йр г!а блюде, г7ггз Рис. Х!-!О. Влияние первоначальной загрузки и времени пребывания в акустической камере на содергкание тумана серной кислоты в отходягиих газах 1!981: ! — 5500 меч; 0.5 с: 3 — ЯСЛ мнч; КО г; 3— 3400 мйч: !Я с; à — !700 муч; З,С с и га уа йа гг лв 5!хай.; агама !'Сс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
