ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ

УНІВЕРСИТЕТ

БУРОВ Олексій Олександрович

УДК 621.928.9

БАГАТОКАНАЛЬНИЙ ВІДЦЕНТРОВИЙ ЗОЛОПИЛОВЛОВЛЮВАЧ

ДЛЯ АСПІРАЦІЇ ТЕПЛОЕНЕРГЕТИЧНОГО ОБЛАДНАННЯ

05.14.06 – Технічна теплофізика і промислова теплоенергетика

.

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Одеса – 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеському національному політехнічному університеті Міністерства освіти і науки України на кафедрі нафтогазового та хімічного машинобудування.

Науковий керівник: докотор технічних наук, професор, Становський Олександр Леонідович, завідувач кафедри нафтогазового та хімічного машинобудування, Одеський національний політехнічний університет, професор

Офіційні опоненти: докотор технічних наук, професор Кєсова Любов Олександрівна, завідувач кафедри теплоенергетичного устаткування теплових та атомних електростанцій, Національний технічний університет України ”Київський політехнічний інститут”,

кандидат технічних наук, доцент Зайцев Олег Миколйович, завідувач кафедри опалевання, вентиляції та охорони повітреного басейну, Одеська державна академія будівництва та архітектури.

Провідна установа: Інститут технічної теплофізики НАН України, лабораторія ТХП (м Київ)

Захист відбудеться 2 липня 2002 р. о 1400 на засіданні спеціалізованої ради Д 41.052.04 в Одеському національному політехнічному університеті за адресою: ауд 400 А, 1, просп. Шевченка, 65044, м. Одеса.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Одеського національного політехнічного університета за адресою: 1, просп. Шевченка, 65044, м. Одеса.

Автореферат розізсланий 31 травня 2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д 41.052.04,

кандидат технічних наук, доцент В.П. Кравченко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Останнім часом, у зв'язку з підготовкою до вступу України в Євросоюз, різко посилилися екологічні вимоги до забруднення навколишнього середовища підприємствами різних галузей. За даними Державного комітету України по нагляду за охороною праці та екологічних організацій до 80 % викидів золи та пилу в атмосферу припадає на обладнання промислової теплоенергетики. Натомість, у харчовій да деяких інших галузях промисловості пиловловлення має не стільки екологічний, скільки ресурсозберігаючий ефект, оскільки дозволяє повернути до споживання значну частку пилоподібних корисних речовин. Зниження кількості викидів за рахунок підвищення ефективності існуючої відкритої (з викиданням очищених газів в атмосферу) системи золопиловловлення є актуальною задачею сучасної техніки, але в той же час, існують і такі унікальні з природоохоронної точки зору об'єкти, у яких викиди забрудненого пилу в атмосферу, навіть при найвищому ступені очищення, взагалі неприпустимі. До них, зокрема, відноситься об'єкт “Укриття” – наслідок аварії на Чорнобильській АЕС. У цьому випадку відкриті системи пиловловлення неефективні. На відміну від відкритої, пиловловлення в замкнутій системі не вимагає повного вилучення твердої фази з газів, але при цьому умови роботи пиловловлювачів ускладнюються через підвищення концентрації твердих частинок.

В останні роки багато уваги приділяється розробці та впровадженню відцентрових багатоканальних золопиловловлювачів, які дозволяють, в порівнянні з традиційними циклонами, різко підвищувати якість розподілу фаз при зниженні енергетичних затрат на одиницю маси очищеного газу. Але питання теплофізики процесу самофільтрації в багатоканальних золопиловловлювачах майже не вивчені, що не дає можливості побудови оптимальних схем пиловловлення з використанням таких апаратів.

Тому підвищення надійності і довговічності систем очистки газів із використанням багатоканальних відцентрових золопиловловлювачів при зниженні їх габаритів, маси та енерговитрат є вельми актуальною теоретичною і практичною задачею.

Робота виконувалася відповідно до Координаційного плану НДР Міністерства освіти і науки України за науковим напрямком № 33 “Наукові проблеми безпечної експлуатації АЕС і ліквідації наслідків аварії на ЧАЕС”, у рамках НДР № 374-134 Одеського національного політехнічного університету “Розробка замкнутої по газу системи знепилювання 4-го блоку Чорнобильської АЕС”.

Метою роботи є підвищення ефективності золопиловловлення та надійності золопиловловлювачів за рахунок створення ефективних замкнених та розімкнених систем розділення газопилових сумішей шляхом вдосконалення технологічних схем очищення і конструкції багатоканального відцентрового золопиловловлювача.

Для досягнення цієї мети в роботі вирішені наступні задачі:

·

·

· проведено порівняльний аналіз ефективності циклона і багатоканального відцентрового пиловловлювача, доведена перевага розміщення останнього після димососа в замкнутій системі знепилювання теплоенергетичного обладнання;

· розроблена стохастична модель еволюції субмікронних твердих частинок запиленого наскрізного газового потоку в системі послідовно з'єднаних криволінійних каналів;

· розроблені алгоритм і програма, які реалізують модель вилучення з газу субмікронних частинок;

· підтверджена адекватність моделі вилучення з газу субмікронних частинок реальному процесу;

·

· обгрунтовано підвищення довговічності багатоканального пиловловлювача при збільшенні діаметра його центральної області внаслідок уповільнення абразивного зносу увігнутої поверхні останньої по ходу наскрізного потоку циліндричної напівобичайки апарата.

Об'єкт дослідження. Аспірація теплоенергетичного обладнання в замкнених та розімкнених системах розділення газопилових сумішей.

Предмет дослідження. Багатоканальний відцентровий золопиловловлювач.

Методи дослідження. При моделюванні динаміки руху газопилових потоків використовували математичний апарат теорії марковських ланцюгів, Для дослідження структури компонування систем знепилювання використовували апарат перехідних ймовірностей. Для експериментальної перевірки запропонованих моделей створені оригінальні лабораторні установки для дослідження процесу вилучення з газової фази “гарячого” та “холодного” пилу.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в розвитку й поглибленні теоретичних і методологічних основ підвищення техніко-економічної ефективності розділення газопилових сумішей. Новими науковими результатами дисертаційного дослідження є:–

вперше встановлено, що при збільшенні відношення площин поперечних перерізів наскрізного газового потоку на вході й виході з багатоканального відцентрового золопиловловлювача залежність коефіцієнта опору від числа каналів змінюється з квадратичної на лінійну;–

вперше розроблена стохастична модель вилучення з наскрізного газового потоку твердих субмікронних частинок у системі криволінійних каналів із замкнутими контурами;–

вперше розроблена математична модель еволюції пилу в газовому потоці, що циркулює в замкнутій по газу системі знепилювання ізольованого простору;–

вперше доведена можливість використання відцентрового димососа в якості концентратора та коагулятора субмікронних частинок;–

вперше розроблено математичну модель для розрахунку часу знепилювання ізольованого простору при різних варіантах компонування пиловловлювача з димососом.

Практичне значення отриманих результатів. На основі системи послідовно з'єднаних криволінійних каналів із замкнутими контурами створений відцентровий золопиловловлювач із вертикальною віссю, який забезпечує очищення газів від твердих субмікронних частинок при витратах енергії порівняних з очищенням за допомогою фільтрів. При однакових з циклоном енерговитратах та інших рівних умовах запропонований апарат із замкнутими контурами в 5 разів зменшує викидання промислового пилу в атмосферу. Його довговічність на порядок перевершує довговічність циклона.

Установка пиловловлювача з замкнутими контурами після димососа на печі обпалювання клінкеру ЗАТ (Одесацемент) забезпечила ефективне доочищення димових газів після електрофільтру і на третину знизила викиди субмікронних частинок клінкера в атмосферу.

Доочищення повітря після циклона за допомогою вентилятора і розвантажувача із замкнутим контуром у системі пневмотранспорту від сушалкі на Балтському молочно-консервному комбінаті дозволили уловлювати до 70 кг сухого молока на добу, який раніше викидався в атмосферу. Аналогічні результати отримані в системі пневмотранспорту цементу.

Заміна циклонів на багатоканальні пиловловлювачі в сістеме сушіння вугільного порошка у СЗАО „Молдавський металлургійний завод” на порядок знизила надходження пилу на рукавні фільтри.

Розроблений метод розрахунку золопиловловлювача із замкнутими контурами і результати математичного і фізичного моделювання використовуються в навчальному процесі кафедри нафтогазового і хімічного машинобудування ОНПУ, при вивченні дисциплін ”Теоретичні основи апаратної технології”, ”Процеси та апарати хімічної технології”, а також у курсовому і дипломному проектуванні.

Особистий внесок здобувача полягає у формулюванні мети і задач роботи, в аналізі існуючих систем пиловловлення й знепилювання, у виборі та удосконаленні методів математичного і фізичного моделювання, у створенні принципово нової конструкції відцентрового сепаратора із замкнутими контурами, у розробці і реалізації на різних виробництвах дослідних зразків систем пиловловлення на основі апаратів із замкнутими контурами, в одержанні, обробці та узагальненні розрахункових і дослідних даних, у формулюванні висновків і рекомендацій по роботі.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації доповідалися і обговорювалися на 4-му європейському симпозіумі “Сепарація частинок” (Нюрнберг, 1998), 14-му міжнародному конгресі хімічних і інженерних процесів (Прага, 2000), на II, III, V, VII і VIII семінарах “Моделювання в прикладних наукових дослідженнях” (Одеса, 1995, 1996, 1998, 1999, 2001), на XXXIV, XXXV, XXXVII міжнародних семінарах “Моделювання в матеріалознавстві” (Одеса, 1995, 1996, 1998), на регіональній науково-технічній виставці вузів м. Одеси “Перспектива XXI” (Одеса, 1996), а також на розширеному засіданні кафедри нафтохімічного і газового машинобудування ОНПУ в 2001 році.

Публікації. Результати дисертації викладені в 22 публікаціях, у тому числі – в 5 статтях у журналах (зі спеціального переліку ВАК України), 1 патенті та в 16 матеріалах конференцій.

Структура дисертації. Дисертація складається з вступу, 4 розділів і 2 додатків. Повний обсяг дисертації – 160 стор., з них додатків – 4 стор. Дисертація містить 30 рисунків, 8 таблиць і посилання до 139 літературних джерел.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі дана загальна характеристика роботи, що підтверджує її актуальність, відповідність державним науковим програм, наукову новизну і практичне значення.

В першому розділі У першому розділі виконаний аналіз стану теорії і практики очищення газів від твердих часток золи і пилу в системах із замкнутими контурами, що складаються з відцентрових димососів і циклонів. Оцінено можливості і перспективи використання циклонів і апаратів із замкнутими контурами у відкритих системах очіщення газів і замкнутих по газі систем знепилювання ізольованих просторів, у тому числі об`єкта “Укриття”, як джерела радіоактивного пилу.

Результати іспитів очищення димових газів від золи в енергопоїзді із шаровим спалюванням здрібненого вугілля в топці свідчать про підвищення напору і витрати відцентрового димососа до 5 % при циркуляції в замкнутому контурі до 20 % від суми транзитного і циркулюючого потоків. Концентрація золи в циркулюючому потоці в 5 разів менше, ніж у транзитному потоці димових газів на виході з топки. Підвищення концентрації на виході в циклон прискорює абразивний знос його корпуса проти вхідного патрубка і поблизу золовипускного отвору. Тому ділянка циліндричної обичайки, що зношується інтенсивно, захищається накладкою, а нижня конічна частина робиться змінною.

Подібно циклонам, апарати зі зворотними зв'язками прості по пристрої, у виготовленні, монтажі й експлуатації, надійні в роботі, універсальні й економічні. Вони, на відміну від циклонів, забезпечують задане очищення газу від пилу при довільній його витраті. Необхідне очищення газів досягається в результаті багаторазової фільтрації транзитного запиленого газового потоку через концентровані шари пилу, що циркулює в замкнутих контурах.

Основа апарата зі зворотними зв'язками – система послідовно з'єднаних криволінійних каналів із замкнутими контурами представлена на мал. 1. Вона утвориться двома плоскими торцевими стінками і циліндричними напівобичайками різної кривизни. Кожна пара сусідніх каналів утворить замкнутий контур при наявності ексцентриситету між осями обертання непарних і парних напівобичайок.

Рис. 1. Система каналів із замкнутими контурами.

На виході з кожного каналу криволінійний газовий плин поділяється на двох частин. Периферійна частина – циркулюючий потік повертається в попередній канал меншої кривизни, центральна частина – наскрізний потік направляється в наступний по ходу канал більшої кривизни. Пройшовши послідовно всі канали, наскрізний потік виводиться із системи через центральний отвір в одній чи в обох торцевих стінках.

Тверді частки, що надходять з газом, поділяються в системі з замкнутими контурами на три групи: дрібні частки золи (пилу) з масою менше критичної несуться наскрізним потоком, їхні агрегати і великі частки з масою більше визначеної величини захоплюються циркулюючим потоком першого каналу й осаджується в з'єднаному з ним пилозбірнику, частинки з проміжними масами розподіляються по рівноважних орбітах і циркулюють у замкнутих контурах. Зі зменшенням маси при здрібнюванні циркулююча частка переміщається на орбіти з більшою кривизною і несеться наскрізним потоком. Зі збільшенням маси при коагуляції часток, їхній агрегат дрейфує від центра до периферії системи, переходячи послідовно на орбіти меншої кривизни, захоплюється циркулюючим потоком у першому каналі й осаджується в пилозбірнику.

Концентрація часток в очищеному газі –

, (1)

де і – запиленості наскрізного потоку до і після його очищення в системі криволінійних каналів із замкнутими контурами, - кількість каналів.

Коефіцієнт аеродинамічного опору системи при рівних площах поперечних переріз наскрізного потоку на вході і виході з її –

(2)

Довговічність пиловловлювача зі зворотними зв'язками на порядок більш, ніж циклона.

Основна ідея реалізованого варіанта консервації зруйнованого 4-го енергоблоку ЧАЕС полягала у використанні збережених будівельних конструкцій як опори під несучі елементи укриття, які добудовуються, без установки додаткових опор у реакторній зоні. Усередині об'єкта “Укриття” знаходиться порядку 380 різних зруйнованих і уцілілих приміщень. До аварії в блоці було близько 2,5 тис. тонн графіту. У першу добу після аварії були скинуті десятки тонн різних матеріалів. Далі за одні діб скидалося до тисячі тонн. Останні 80 тонн свинцю були введені в жерла реактора 9 травня 1986 року. За різними оцінками в об'єкті “Укриття” знаходиться від десятків до сотень тонн радіоактивного пилу, змішаної з тисячами тонн дисперсних матеріалів.

Радіаційна небезпека зв'язана з вимиванням активності водою і її улученням у зовнішній простір, а також з можливим викидом радіоактивного пилу при обваленні старих конструкцій усередині укриття. При максимальній аварії з руйнуванням об'єкта “Укриття” у результаті чи землетрусу смерчу практично не прогнозується області проходження радіоактивної хмари і випадання радіоактивних опадів. Знепилювання завалів і приміщень зруйнованого енергоблоку до і під час його розбирання знижує небезпека і масштаби можливого забруднення радіоактивним пилом зовнішнього середовища.

У другому розділі розглядається методика дослідження замкнутих систем, представлені математичні моделі замкнутих по газі систем знепилювання, аналіз можливості уловлювання субмікронних часток у системі каналів із замкнутими контурами, її надійність і опір.

Рис. 2. Графи станів замкнутіх сістем знепилювання 1-об'єкт “Укриття” (ізольований простір), 2- пиловловлювач, 3 - димосос, 4 - контейнер (капсула)

Разглянути графи станів (Рис. 2) можлівих варіантів компановок сістем знепилювання. Зв'язок між елементами (щільності потоків подій) характеризує інтенсивності переміщення часток пилу на ділянках розглянутою системою знепилювання. Їхнє значення залежить від фізичних, режимних, конструктивних і інших параметрів запилених потоків. З трьох варіантів їхнього компонування між собою пропонується до реалізації варіант (в). У цьому випадку димосос використовується так само як концентратор і коагулятор пилу, що зменшує витрату наскрізного потоку в пиловловлювачі. Система рівнянь для ймовірностей станів має вигляд:

(3)

З (4) одержимо характеристичне рівняння

, (4)

що рівносильне

(5)

де

Рішення системи рівнянь (4) дає підставу записати формулу накопичення пилу в контейнері у вигляді:

Аналогічні залежності отримані для інших двох варіантів компонування розглянутих елементів у замкнутих системах знепилювання.

Для можливості порівняння ймовірностей осідання пилу а контейнерах трьох альтернативних систем щільності потоків подій виражені через коефіцієнти уловлювання пилу . Обрана система знепилювання оптимізована за сполученням значень коефіцієнтів уловлювання, що забезпечує найбільшу імовірність улучення часток у контейнер. Гранична імовірність осідання часток пилу в контейнері визначається відношенням:

,

де .

Одержане співвідношення є основою оптимізації коефіцієнтів пиловловлення в обраній замкнутій системі знепилювання.

Стохастична модель радіального дрейфу субмікронних часток містить у собі систему диференціальних рівнянь для імовірності подій.

В результаті кожного парного зіткнення з інтенсивністю l рахункова концентрація часток може збільшуватися на u одиниць при їхньому здрібнюванні (u — коефіцієнт розмноження), зменшиться на одиницю при їхній коагуляції (злипанні) чи залишитися незмінної при пружному їхньому ударі. Номеруя кожен стан системи в даний момент рахунковою концентрацією , можна одержати три щільності потоку подій:

— щільність потоку подій, що переводять систему зі стану N у стан N –1;

— щільність потоку подій, що переводять систему зі стану N у стан N +u;

— щільність потоку пружних зіткнень, що зберігають стан системи.

Методика розрахунку коефіцієнта уловлювання побудована на застосуванні усіченого гауссовского випадкового процесу до опису просторово-тимчасового розподілу пилу в криволінійному каналі.

Середній час перебування частки в i-ом каналі:

Перехідні імовірності на виході з і-го каналу (Рис. 1) обчислюються для розміру частки по формулах:

і

при .

У такий спосіб обчислюється матриця вихідних ймовірностей для знаходження вектора граничних станів марковського ланцюга

Коефіцієнт дифузії кожної частки залежить від її розміру й обчислюється за формулою:

Середньоквадратичне відхилення відповідно дорівнює:

Рис. 3.Алгоритм розрахунку коефіціента вловлювання

На виході алгоритму коефіцієнт вловлювання частки розміром d дорівнює Загальний коефіцієнт вловлювання:

Розрахунок за цією методикою для часток із середнім діаметром 0,5 мкм у системі каналів із шістьма замкнутими контурами дає .

Загальний коефіцієнт опору системи каналів із замкнутими контурами представлена як сума коефіцієнтів опору її елементів:

,

де: – коефіцієнт опору центральної області системи, – коефіцієнт опору -го каналу, n– кількість каналів у системі.

З урахуванням (3) коефіцієнт опору центральної області системи при =1 визначається рівністю:

,

відповідно до якого, при n>5 втрати напору наскрізного потоку в центральній області системи послідовно з'єднаних криволінійних каналів із замкнутими контурами перевищують 80 % від загальних втрат. Отриманий результат погодиться з висновками, зробленими в третьому розділі даної глави, про більш інтенсивний знос центральної напівобичайки.

Першочерговий знос центральної напівобичайки свідчить про надійність системи з замкнутими контурами в цілому, тому що можливий рівчак частини газового потоку через виникаючі свищі в центральній напівобичайці не порушує принципу роботи системи з замкнутими контурами. Такий рівчак відбувається у виді циркулюючого потоку. Більш того, при великому числі напівобичайок у системі знос декількох з них у центрі системи не порушуєте працездатність, хоча і знижує якість очищення газу від пилу.

У третьому розділі приведені методики і результати експериментальних досліджень очищення зварювального аерозоля та аеродинаміки багатоканальних апаратів з різними розмірами і числами замкнутих контурів. Число останніх варіювалося від 3 до 12.

Зварювальний аерозоль з медіанним діаметром часток 0,3 мкм очищається в апараті із шістьма замкнутими контурами й однаковими площами поперечних переріз наскрізного потоку на вході і виході (рис.4).

Рис. 4. Загальний вид вертикального пиловловлювача: 1 – вхідний патрубок, 2– корпус 3 – пилозбірник, 4 – нижня плоска стінка, 5 – циліндричні напівобичайки, 6 – днище, 7– кришка, 8– вихідний патрубок.

Результати дослідження приведені в таблиці 1.

Таблиця 1

Ефективність вловлювання зварювального аэрозоля

№ п/п Найменування показника Серія досліджень

1 2 3 4

1. Витрати зварювального аерозолю, /ч. 117 105 99 89

2. Температура на вході, С. 50 57 58 66

3. Середня швидкість наскрізного потоку, м/с. 20 17,5 17 15

4. Опір пиловловлювача, Па. 3150 2580 2390 1970

5. Коефіцієнт опору. 25 25 25 25

6. Маса паперового фільтра з пилом, г. 0,153 0,169 0,164 0,156

7. Маса фільтра без пилу, г. 0,116 0,119 0,114 0,114

8. Маса пилу, що відсмоктується на вході, г. 0,037 0,050 0,050 0,042

9. Об'єм відсмоктуваного газа, . 0,04 0,04 0,04 0,04

10. Концентрація пилу на входе, г/. 0,9 1,2 1,2 1,0

11. Маса фільтра з пилом, г. (вих.). 0,124 0,135 0,136 0,139

12. Маса фільтра без пилу , г. (вих.). 0,109 0,112 0,117 0,125

13. Маса відсмоктуваного на виході пилу 0,015 0,013 0,019 0,014

14. Концентрація пилу на виході, г/ 0,4 0,3 0,47 0,35

15. Коефіцієнт вловлювання 57 74 60 65

Приведені досвідчені дані погодяться з результатом розрахунку. Ця згода свідчить про адекватність реальному процесу розробленої і реалізований стохастичной моделі сепарації субмікронних часток у криволінійному газовому потоці з замкнутими контурами. Воно підтверджує також справедливість залежності (2).

Рис. 5. Залежність коефіцієнта опору від числа каналів.

Чотириразове збільшення площі перетину наскрізного потоку на виході з апарата приводить до лінійної залежності коефіцієнта опору від числа каналів. Представлені досвідчені дані апроксимуються залежністю , де А= 2 при і свідчать справедливості висновку про переважні втрати напору наскрізного потоку в центральній області системи каналів із замкнутими контурами. Цей висновок підтверджується досвідченими даними (рис.6), отриманими в двенадцатиканальному апараті з .

Рис. 6. Залежності коефіцієнтів опору від числа Рейнольдса 1 – без раскручивателя ( ); 2 – з однією перегородкою ( ); 3 – із двома перегородками ( ); 4 –с трьома перегородками ( ).

Вихідний з апарата вихор руйнувався перегородками, встановленими уздовж центральної напівобичайки.Збільшення діаметра вихідного патрубка і заміна одного вихру декількома вихрами меншого масштабу при наявності перегородок знижують на порядок величину коефіцієнта опору апарата із 12-ю замкнутими контурами.

В четвертому розділі наведена методика розрахунку пиловловлювачів із замкнутими контурами і результати промислових випробувань розроблених на її основі замкнутих і відкритих систем пиловловлення.

У системі з замкнутими контурами діє негативний зворотний зв'язок – єдиний дійсно ефективний механізм керування такими складними ймовірнісними системами, як запилені газові криволінійні плини. Такий зв'язок, компенсує безліч різних збурювань і не вимагає для своєї реалізації розробки складних конструкцій, тому що сам рух регульованої змінної величини за межі обмежень викликає поява керуючого впливу. Ці дві обставини нерозривно зв'язані між собою, тому система каналів із замкнутими контурами здатна компенсувати непередбачені впливи і не може не виконати покладену на неї задачу – забезпечити задану очистку газу від пилу.

Представлена на (рис.7) система із замкнутим контуром створює напір, концентрує і коагулює пил, витягає її з газу і накопичує в пилезбірникі (бункері).

Рис.7. Схема агрегату вентилятор- пилезбірник.

Концентрований потік циркулює в замкнутому контурі, минаючи робоче колесо вентилятора, що підвищує надійність такого агрегату Його працездатність перевірена при довлавлюванні після циклона сухого молока, отриманого в распилювающей сушарці. Щодня уловлювалося додатково до 70 кг продукту дитячого харчування, якій раніше викидався в атмосферу та забруднювал навколишнє середовище.

Доочищення димових газів цементного виробництва після електрофільтра з використанням димососа продуктивністю понад 100000 м3/год як концентратор і коагулятора субмікронних часток клінкера на третину скоротили викиди в атмосферу. При цьому пиловловлювач із замкнутими контурами витягав субмікронний пил на 60%. Отримані дані підтверджують реальність обраного варіанта в замкнутих по газі системи знепилювання системи об'єкта “Укриття”.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Аналіз відцентрового устаткування з замкненими контурами на основі критеріїв вловлюваності і виносу сажі чи пилу виявив ефективність використання багатоканальних апаратів з замкненими контурами в відкритих системах газоочищення і замкнених системах знепилювання укрить.

2. Оцінка ефективності можливих варіантів компоновки багатоканального апарата і відцентрового димососа свідчать про зменшення на порядок габаритів і маси пиловловлювача при використанні димососу для концентрації і коагуляції субмікронних частинок.

3. Розроблена стохастична модель вловлювання субмікронних частинок в відцентровому багатоканальному золовловлювачі з замкненими контурами враховує можливості збереження їх числа при відбитті після пружного удару між собою, збільшення їх кількості при руйнуванні і зменшення при коагуляції.

4. Виконаний розрахунок показує, що шестиканальний газоочищувач з замкненими контурами вилучає із наскрізного потоку більш половини частинок діаметром 0,5 мкм.

5. Відповідність результатів розрахунку з дослідними даними очищення в шестиканальному газоочищувачі зварового аерозоля з мінімальним діаметром частинок 0,3 мкм підтверджує адекватність розробленої моделі реальному процесу газоочищення.

6. Аналогічний результат отримано при доочищенні димових газів після електрофільтра: більш половини частинок дрібніших за 1 мкм вловлювалось димососом і трьохканальним апаратом з замкненими контурами, що підтверджує ефективне використання димососа в якості концентратора і коагулятора субмікронних частинок при малих їх концентраціях і великих витратах димових газів.

7. Оцінка розподілення енерговитрат наскрізного потоку по елементам апарата з замкненими контурами виявила перевагу витрат його напору в відцентровій області, які пов'язані з інтегрованим обертанням осесиметричної течії газу.

8. Експериментально доведено можливість багаторазового зменшення опору апарату з замкненим контуром при збільшенні діаметру центральної області і руйнування в ньому вихору за допомогою повздовжніх перегородок.

9. Зменшення опору з зниженням кривизни центральної напівобичайки супроводжується уповільненням її абразивного зношування і підвищенням довговічності багатоканального апарату з замкненими контурами, його ефективність залишається достатньо високою при першрчерговому зношуванні декількох напівобичайок з великою кривизною.

10. Багаторічна експлуатація без ремонту багатоканальних сажо- пиловловлювачів з замкненими контурами в умовах, коли циклони виходять із ладу через пів року роботи, підтверджує ефективність заміни останніх апаратами з замкненими контурами. Така заміна при однакових капітальних витратах і менших експлуатаційних витратах знижує в 2 рази витрати готового продукту і до 10 раз скорочує його викиди в атмосферу.

11. Використання замкненої системи знепилювання, яка складається з двох основних елементів (димососа з пилозбірником і ізольованого простору) може бути ефективним при використанні в системі знепилювання обєкту “Укриття” до і під час розбирання зруйнованого блоку.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Очистка газов от субмикронных частиц в пылеуловителе с замкнутыми контурами / С.А. Балан, А.А. Буров, А.И. Буров, А.Л. Становский // Окружающая среда – человек и ресурсосбережение. – Алчевск: ДГМИ, 1999. – Вып.2. – Том 1. – С. 67.

2. Балан С.А., Буров А.А., Буров А.И. Распределение пилу вдоль границы криволинейного потока с замкнутыми контурами / Труды Одесского политехнического университета. – Одесса. – 2000. – Вып. 2(11). – С. 56 – 59.

3. Возможные варианты обеспилувания объекта “Укрытие” / С.А. Балан, А.А. Буров, А.И. Буров, В.Я. Гамолич. / Ядерная и радиационная безопасность. – Одесса. – 2000. – Вып. 4. – С. 11.

4. Возможности использования замкнутой по газу системы обеспилувания для объекта ”Укрытие” / А.А. Буров, А.И. Буров, О.С. Савельева, А.Л. Становский / Ядерная и радиоционная безопасность. – Одесса. – 1999. – Том. 2. – Вып. 3. – С. – 77.

5. Буров А.А., Становский А.Л.. Савельева О.С. Система каналов с замкнутыми контурами / Труды Одесского политехнического университета. – Одесса. – 1999. – Вып. 3(9). – С. 61.

6. А.А. Буров, А.И. Буров, П.А. Котляревский и др. Центробежный сепаратор // Патент РФ № 2016665. – Б.И. – 1994. – № 14.

7. Дрейф частиц запылённого криволинейного потока / С.А. Балан, А.А. Буров, А.И. Буров, А.Л. Становский // Молодежь третьего тысячелетия: гуманитарные проблемы и пути их развития. – Одесса: ИСЦ, 2000. – Том 3. – С. 170 – 173.

8. Моделирование процесса пылеулавливания в системе пневмотранспорта цемента / А.А. Буров, А.И. Буров, А.К. Назарчук и др. // Труды международного семинара "Моделирование в материаловедении”. – Одесса, 1995. – С. 8.

9. Буров А.А., Гамолич В.Я., Мороз С.Н. Анализ формы частиц по ортогональным размерам // Труды второго городского семинара “Применение вычислительной техники и математического моделирования в прикладных научных исследованиях”. – Одесса, 1995. – С. 28.

10. Пылеулавливание при пневмотранспорте сухого молока / А.А. Буров, А.П. Левин, А.К. Назарчук и др. // Труды второго городского семинара ”Применение вычислительной техники и математического моделирования в прикладных научных исследованиях”. – Одесса, 1995. – С. 29.

11. Стохастическая модель движения частиц в криволинейном воздушном потоке / А.А. Буров, А.И. Буров, А.Н. Герега и др. // Труды второго городского семинара ”Применение вычислительной техники и математического моделирования в прикладных научных исследованиях”. – Одесса, 1995. – С. 54.

12. Буров А.А., Становский А.Л., Ясинецкий В.А. Аэродинамика систем с замкнутыми контурами // Труды третьего семинара ”Моделирование в прикладных научных исследованиях”. – Одесса, 1996. – С. 43.

13. Буров А.А., Буров А.И., Назарчук А.К. О пылеулавливании с обратными связями // Труды 35-го международного семинара ”Моделирование и вычислительный эксперимент в материаловедении”. – Одесса, 1996. – С. 100.

14. Буров А.А., Буров А.И. Фильтр с обратными связями // Материалы региональной научно-технической выставки вузов г. Одессы “Перспектива ХХI”. – Одесса, 1996. – С. 52.

15. Буров А.А., Буров А.И., Становский А.Л. Пылеулавливание клинкера после электрофильтра // Труды 37-го семинара “Моделирование в материаловедении”. – Одесса, 1998. – С. 124.

16. Модель сепарации запылённых потоков с замкнутыми контурами / А.А. Буров, А.И. Буров, В.Я. Гамолич, А.Л. Становский // Труды 5-го семинара ”Моделирование в прикладных научных исследованиях”. – Одесса: ОГПУ, 1998. – С. 44.

17. Буров А.А., Буров А.И., Глущенко А.В. Модель пылеулавливания с замкнутыми контурами // Труды 5-го семинара ”Моделирование в прикладных научных исследованиях”. – Одесса: ОГПУ, 1998. – С. 47.

18. Буров А.А., Савельева О.С., Становский А.Л. Исследование возможности обеспилувания замкнутой по газу системы // Труды 6-го семинара ”Моделирование в прикладных научных исследованиях”. – Одесса: ОГПУ, 1999. – С. 21.

19. Буров А.А. Моделирование надёжности и сопротивления пылеулавливающих аппаратов с замкнутыми контурами // Труды украинской академии экономических наук (Южный украинский центр) “Оптимизация управления, информационные системы и компьютерные технологии”. – Киев-Одесса, 1999. – Вып. 1. – С. 199.

20. Балан С.А., Буров А.А., Буров А.И., Гамолич В.Я. Замкнутые системы обеспилувания // Труды 8-го семинара” Моделирование в прикладных научных исследованиях”. – Одесса: ОГПУ, 2001. – С. 27.

21. Буров А.А., Савельева О.С., Скорик А.А. Очистка запылённых потоков в замкнутом контуре // Труды 8-го семинара ”Моделирование в прикладных научных исследованиях”. – Одесса: ОГПУ, 2001. – С. 32.

22. Буров А.А., Буров А.И., Силин А.В. Однопостовая система обеспилувания ленточного конвейера // Труды 8-го семинара ”Моделирование в прикладных научных исследованиях”. – Одесса: ОГПУ, 2001. – С. 45.

Буров А.А. Многоканальный відцентровий золо- пиловловлювач для аспірації теплоенергетичного устаткування.

Дисертація на змагання ученого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.14.06. – “Технічна теплофізика і промислова теплоенергетика”. Одеський національний політехнічний університет. Одеса 2002 р.

Досліджено сепарацію фаз гетерогенного газового потоку в системі криволінійних каналів із замкнутими контурами – основі многоканальных золо- і пиловловлювачів. Газ очищається в результаті його багаторазової фільтрації через концентровані шари твердих часток золи і пилу, що циркулюють у замкнутих контурах по рівноважних орбітах.

Адекватність стохастической моделі радіального дрейфу твердих часток у криволінійному газовому потоці реальним процесам підтверджені згодою розрахункових з досвідченими даними і результатами промислових іспитів золо- і пиловловлювачів із замкнутими контурами.

На базі таких уловлювачів запропонована замкнута по газі система обеспыливания об'єкта “Укриття” до і під час розбирання зруйнованого блоку ЧАЕС. Виявлено ефективність використання в ній уловлювачів з мінімальними числами замкнутих контурів і відцентрового дымососа як концентратор і коагулятора субмікронних твердих часток.

Знижено витрати енергії і швидкість зносу многоканальных золо- пиловловлювачів, що при однакових з циклонами витратах енергії багаторазово скорочують викиди твердих часток в атмосферу.

Ключові слова: замкнуті контури; відцентровий пиловловлювач; субмікронні частки; криволінійні канали.

Burov А.А. The multichannel centrifugal -a leaches dust trap for aspiration heat power inventory.

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of technical science by speciality 05.14.06. – “technical thermal physics and production heat power engineering”. The Odessa national polytechnic university. Odessa of 2002.

The classification of phases of a heterogeneous gas stream in a system of curvilinear channels with closed loops - a bottom multichannel leaches- and dust traps is investigated. Gas is cleaned as a result of its multiple filtration through concentrated stratums of solids of ashes and a dust circulating in closed loops on stable orbits.

Adequacy of stochastic model of a radial drift of solids in a curvilinear gas stream to actual processes are confirmed with the consent calculated with test data and outcomes of commercial tests leaches- and dust traps with closed loops.

On the basis of such catchers the system of dust removal of plant made on gas “Shelter” up to is offered and during disassembly of blasted block CHAES. Effectiveness of use in her of catchers with minimum numbers of closed loops and a centrifugal induced-draft fan is detected as the concentrator and a coagulator of submicronic solids.

Energy consumptions and wear rate multichannel leaches- dust traps who at identical energy consumptions with cyclone collectors multiply reduce ejections of solids in an atmosphere are reduced.

Key words: closed loops; centrifugal dust traps; submicronic solids; curvilinear channels.

Буров А.А. Многоканальный центробежный золо-пылеуловитель для аспирации теплоэнергетического оборудования. Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.14.06 – Техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика. – Одесский национальный политехнический университет, Одесса, 2002.

В последнее время, в связи с подготовкой к вступлению Украины в Евросоюз, резко усилились экологические требования к загрязнению окружающей среды предприятиями разных отраслей. По данный Государственного комитета Украины по надзору за охраной труда и экологических организаций до 80% выбросов золы и пыли в атмосферу приходится на оборудование промышленной теплоэнергетики. Снижение количества этих выбросов за счёт повышения эффективности открытой (с выбросом очищенного воздуха в атмосферу) системы золопылеулавливания является актуальной задачей современной техники.

В то же время, в пищевой и некоторых других отраслях промышленности, пылеулавливание имеет не столько экологический, сколько ресурсосберегающий эффект, так как позволяет вернуть к потреблению значительную часть пылеобразных полезных веществ.

В последние годы много внимания уделяется разработке и внедрению центробежных многоканальных золопылеуловителей, которые позволяют, в сравнении с традиционными циклонами, резко повышать качество разделения фаз при снижении энергетических затрат на единицу массы очищенного газа. Но вопросы теплофизики процесса самофильтрации в многоканальных золопылеуловителях почти не изучены, что не даёт возможности построения оптимальных схем пылеулавливания с использованием таких аппаратов.

В то же время, существуют и такие уникальные с природоохранной точки зрения объекты, у которых выбросы загрязненной пыли в атмосферу, даже при наибольшей степени очистки, вообще недопустимы. К ним, в частности относится объект “Укрытие” - последствие аварии на Чернобыльской АЭС. В этом случае открытые системы пылеулавливания неэффективны. В отличие от открытой, пылеулавливание в замкнутой системе не требует полного удаления твердой фазы из газов, но при этом условия работы центробежных пылеуловителей еще больше усложняются из-за повышения концентрации твердых частиц.

Целью работы является повышение эффективности золопылеулавливания и надежности золопылеуловителей за счет создания эффективных замкнутых и разомкнутых систем разделения газопылевых смесей путе усовершенствования технологических схем очистки и конструкции центробежного многоканального золопылеуловителя.

Для достижения этой цели в работе создана стохастическая модель эволюции субмикронных твердых частиц запыленного сквозного газового потока в системе последовательно соединенных криволинейных каналов аппарата для обеспыливания теплоэнергетического оборудования; разработана математическая модель процесса эволюции пыли в газовом потоке, циркулирующем в системе аппаратов для обеспыливания теплоэнергетического оборудования; предложены аналитические решения для трех вариантов компоновки систем дымососа в качестве концентратора и коагулятора пыли; проведен сравнительный анализ эффективности циклона и многоканального центробежного пылеуловителя, доказано преимущество размещения последнего после дымососа в замкнутой системе обеспыливания теплоэнергетического оборудования; разработаны алгоритм и программа, реализующие модель извлечения из газа субмикронных частиц; подтверждена адекватность извлечения из газа субмикронных частиц реальному процессу; оценены потери энергии сквозного газового потока в каналах и центральной области многоканального пылеуловителя и доказана возможность замены квадратичной зависимости коэффициента сопротивления от количества каналов на линейную при увеличении диаметра центральной области аппарата.

Научная новизна полученных результатов состоит в развитии и углублении теоретических и методологических основ повышения технико- экономической эффективности разделения газопылевых смесей. Впервые установлено, что при увеличении отношения площадей поперечных сечений сквозного газового потока на входе и выходе с многоканального центробежного золопылеуловителя зависимость коэффициента сопротивления от количества каналов изменяется с квадратичной на линейную; разработана стохастическая модель извлечения из скозного газового потока твердых субмикронных частиц в системе криволинейных каналов с замкнутыми контурами; доказана возможность использования центробежного дымососа в качестве концентратора и коагулятора субмикронных частиц; установлено, что при размещении золопылеуловителя после дымососа его габариты и масса снижаются на порядок, что может быть использовано для концентрации и коагуляции пыли; разработана математическая модель для расчета времени обеспыливания изолированного объема при разных вариантах компоновки пылеуловителя с дымососом.

Установка пылеуловителя с замкнутыми контурами после дымососа на печи обжига клинкера ЗАО “Одессацемент” обеспечила эффективную доочистку дымовых газов после электрофильтра и на треть снизила выбросы субмикронных частиц клинкера в атмосферу. Доочистка воздуха после циклона с помощью вентилятора и разгрузителя с замкнутым контуром в системе пневмотранспорта от сушилки на Балтском молочно – консервном комбинате позволили сохранить до 70 кг сухого молока в сутки. Аналогичные результаты получены в системе пневмотранспорта цемента. Замена циклонов на многоканальные пылеуловители в системе сушки угольного порошка в СЗАО “Молдавский металлургический завод” на порядок снизила поступление пыли на рукавные фильтры.

Ключевые слова: замкнутые контуры,