НАПРАВЛЕНИЯ МОДЕРНИЗАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ
Автор: Митина М.С., Кутняшенко И.В.
Источник: Экологические проблемы индустриальных мегаполисов: Сборник трудов научно–практической конференции. Донецк–Авдеевка — 3–5 июня 2013., — Донецк, ДонНТУ Министерства образования и науки Украины, 2014 — с.
Рассмотрен метод модернизации оборудования для промышленного пылеулавливания, который позволит выработать мероприятия по снижению слоя отложений на внутренних поверхностях оборудования и, следовательно, повысить его эффективность.
Ключевые слова: ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЕ, НАЛИПАНИЕ, АДГЕЗИЯ, ПОКРЫТИЕ, КОКСОХИМИЧЕСКИЕ ПРЕДПРИЯТИЯ.
This method is considered of upgrading equipment for industrial dust collector, which allows developing measures to reduce the sediment layer on the inner surfaces of equipment and, consequently, increase its efficiency.
Keywords: DUST COLLECTOR, STICKING, ADHESION, COATING, COKE CHEMICAL FACTORIES.
На территории Донецкой области сосредоточена основная часть промышленной инфраструктуры страны. При этом наиболее существенный вклад в загрязнение воздушного бассейна вносят предприятия угледобывающей, металлургической и коксохимической отраслей, так как производственный процесс связан с измельчением, транспортированием и технологической обработкой большого количества сухого сильно пылящего материала. Самым распространенным видом оборудования для улавливания пыли на большинстве предприятий являются центробежные пылеуловители. Их эффективность существенно зависит от плотности и скорости движения потока очищаемого воздуха. Так при малой скорости движения воздуха существенно снижают эффективность пылеулавливания инерционным способом, а большие скорости приводят к вторичному уносу пыли [1].
Повышение эффективности пылеулавливания возможно следующими путями:
- изменением геометрии основных конструктивных элементов оборудования для увеличения турбулизации потока,
- применение нескольких стадий улавливания пыли в различных устройствах.
Снижение эффективности обусловлено не только различными параметрами аэродинамических характеристик систем пылеулавливания и концентрацией запыленного газа, но и процессами изменения геометрии внутренних полостей центробежных пылеулавливателей и систем транспортирования запыленного газа за счет налипания
частиц транспортируемого материала на внутренних поверхностях.
Одним из перспективных направлений управления процессом налипания
материала на внутренних поверхностях оборудования систем пылеулавливание является применение специальных покрытий изменяющих параметры осаждения частиц. Но этот метод будет эффективным после проведения исследования механизма взаимодействия частиц в газовом потоке между собой и их взаимодействия с поверхностями при осаждении. Для коксохимических предприятий эта проблема обусловлена недостаточным уровнем знаний физико–химических свойств пыли, что приводит к необоснованным решениям по выбору пылеулавливающих аппаратов.
Одним из перспективных направлений управления процессом налипания
материала на внутренних поверхностях оборудования систем пылеулавливание является применение специальных покрытий изменяющих параметры осаждения частиц. Но этот метод будет эффективным после проведения исследования механизма взаимодействия частиц в газовом потоке между собой и их взаимодействия с поверхностями при осаждении. Для коксохимических предприятий эта проблема обусловлена недостаточным уровнем знаний физико–химических свойств пыли, что приводит к необоснованным решениям по выбору пылеулавливающих аппаратов.
Циклоны (рис. 1) являются самым распространенным типом пылеуловителей, из–за их простоты конструкции и достаточно высокой эффективности. Они обеспечивают эффективную очистку газов для частиц пыли размером 10 мкм и более. При меньших размерах циклоны используются для предварительной очистки газов [2].
Основными элементами циклонов являются корпус, который состоит из цилиндрической части 1 и конической 2, выхлопная труба 6 и бункер 7. Газ поступает в верхнюю часть корпуса через входной патрубок 5, приваренный к корпусу тангенциально. Пыль улавливается, под действием центробежной силы, возникающей при движении газа между корпусом и выхлопной трубой. Уловленная пыль ссыпается в бункер, а очищаемый газ выбрасывается через выхлопную трубу.
Эффективность очистки определяется дисперсным составом и плотностью частиц улавливаемой пыли, а также вязкостью газа, зависящей от его температуры. При уменьшении диаметра циклона и повышении до определенного предела скорости газа в циклоне эффективность очистки возрастает.
1–коническая часть, 2–цилиндрическая часть, 3–винтообразная крышка, 4–камера очищенного газа, 5–патрубок входа запыленного газа, 6–выхлопная труба, 7–бункер, 8–люк, 9–опорный пояс, 10–патрубок выхода пыли.
Рисунок 1 — Схема циклона с указанием зон отложений
Возможно несколько способов образования отложений (рис 1): залипание, зависание, налипание, сводообразование.
Рассматривались условия работы с чистыми внутренними стенками и со стенками при наличии отложений.
Нами рассмотрено влияние отложений на внутренних стенках входного патрубка на эффективность улавливания η. Для этого проведем расчет по следующим формулам.
Скорость газа на входном патрубке:
где F — площадь поперечного сечения канала патрубка, м2;
V0 – объем очищаемого газа, м3/ч.
Были проведены расчеты влияния степени загрязнения на эффективность очистки, по которым можно сделать выводы. С увеличение слоя налипания Δ(рис. 2) во входном патрубке циклона, уменьшается объем пропускаемого газа V0, что повлечет за собой понижение скорости на входе в циклон, следовательно, снижение эффективности.
Рисунок 2 — График влияния слоя отложений на эффективность очистки
Фактическая степень очистки определяется по формуле:
где Ф(Х) — полный коэффициент очистки газа.
Аналогичное снижение эффективности за счет налипания слоя частиц на внутренних поверхностях происходит и с другими видами пылеулавливающего оборудования. На данный момент недостаточное количество данных найдено в литературе о росте слоя отложений в системах пылеулавливания на КХЗ, поэтому для повышения эффективности пылеулавливающих устройств и систем необходимо более глубокое теоретическое и экспериментальное и исследование адгезионных и аутогезионных свойств частиц пыли.
Адгезией называется процесс взаимодействия частиц с твердой поверхностью, а взаимодействие частиц между собой аутогезией. Адгезия возникает при соприкосновении тел и является результатом молекулярного взаимодействия, которое проявляется при непосредственном контакте частиц между собой и поверхностью. Взаимодействие частиц между собой называют аутогезией. Сила адгезии зависит от площади контакта с плоской поверхностью, так как молекулярное взаимодействие пропорциональны площади контакта. Силы аутогезии определяются формой и состоянием поверхности частиц [3].
В пылеуловителях явление адгезии наблюдается в начальной стадии запыления, когда частицы осаждаются на чистую поверхность. В дальнейшем, после образования слоя частиц, удержание вновь поступающей пыли обуславливается силами аутогезии. Сила адгезии мелкодисперсных частиц к стальной поверхности в несколько раз больше сил аутогезионного взаимодействия частиц. Слой частиц внутри аппарата изменяет геометрию и тем самым снижает эффективность рабочего пространства улавливания частиц.
На данном этапе выполнены приближенные расчеты влияния слоя отложений на эффективность очистки. Проводятся опыты, результат которых позволят определить закономерности роста отложений в системах пылеулавливания на коксохимических предприятиях. Исследуются возможные мероприятия снижения слоя отложений. Основным вариантом является нанесение покрытий на поверхность различными способами: распыливание, нанесение лакокрасочных, керамических или каучуковых покрытий. Это даст возможность выработать мероприятия по снижению слоя отложений и, следовательно, повысить эффективность пылеулавливания.