Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 9
1.1. Проблема фильтрации воздуха в сельскохозяйственных помещениях 9
1.2. Требования к воздушным фильтрам для сельскохозяйственных помещений 14
1.3. Анализ существующих конструкций электрофильтров 15
1.4. Анализ процессов фильтрации в двухзонном электрофильтре 20
1.5. Выводы. Задачи исследования 26
Глава 2. Теоретические предпосылки к совершенствованию двух зонного электрофильтра 28
2.1. Оптимизация длины зоны зарядки двухзонного электрофильтра 28
2.1.1. Получение целевой функции 28
2.1.2. Методика оптимизации 37
2.1.3. Результаты оптимизации и их обсуждение 39
2.2. Анализ возможностей повышения тока коронного разряда за счет учета взаимного влияния зон зарядки и осаждения 44
2.3. Основные результаты и выводы 50
Глава 3. Экспериментальные исследования по совершенствованию двухзонного электрофильтра 51
3.1. Программа исследований 51
3.2. Описание экспериментального стенда 51
3.3. Исследование влияния зоны осаждения на электрические параметры зоны зарядки двухзонного электрофильтра 55
3.3.1. Методика исследования 55
3.3.2. Результаты исследования и их обсуждение 56
3.4. Исследование влияния различных факторов на ток коронного разряда в двухзонном электрофильтре 60
3.4.1. Методика исследования 61
3.4.2. Результаты исследования и их обсуждение 63
3.5. Исследование влияния различных факторов на степень очистки воздуха в двухзонном электрофильтре 71
3.5.1. Методика исследования 71
3.5.2. Результаты исследования и их обсуждение 72
3.6. Исследование влияния различных факторов на озоновыделение в двухзонном электрофильтре 75
3.6.1. Методика исследования 76
3.6.2. Результаты исследования и их обсуждение 78
3.7. Основные результаты и выводы 88
Глава 4. Оптимизация параметров заземленных металлических сеток 90
4.1. Обоснование критериев оптимальности 90
4.1.1. Приведенные затраты 90
4.1.2. Обобщенная функция желательности 91
4.2. Оптимизация по приведенным затратам 94
4.3. Оптимизация по обобщенной функции желательности 94
4.3.1. Методика оптимизации 94
4.3.2. Исследование аэродинамического сопротивления 96
4.3.2.1. Общий подход 96
4.3.2.2. Программа исследования 99
4.3.2.3. Методика исследования 99
4.3.2.4. Результаты исследования 100
4.3.3. Результаты оптимизации 103
4.4. Основные результаты и выводы 104
Глава 5. Производственные испытания усовершенствованного двухзонного электрофильтра. Оценка экономической эффективности 105
5.1. Производственные испытания 105
5.1.1. Программа испытаний 105
5.1.2. Методика испытаний 105
5.1.3. Результаты испытаний и их обсуждение 106
5.2. Оценка экономической эффективности 109
5.3. Основные результаты и выводы 113
Основные выводы 114
Направления дальнейших исследований 116
Список литературы 117
Приложения 126
- Требования к воздушным фильтрам для сельскохозяйственных помещений
- Анализ возможностей повышения тока коронного разряда за счет учета взаимного влияния зон зарядки и осаждения
- Исследование влияния зоны осаждения на электрические параметры зоны зарядки двухзонного электрофильтра
- Оптимизация по обобщенной функции желательности
Введение к работе
Анализ показывает, что одним из наиболее опасных воздействий современного сельскохозяйственного производства на окружающую среду является выброс загрязняющих веществ в атмосферу. При этом для получения качественной продукции сельскохозяйственных предприятий по хранению и переработке мяса, молока, яиц, муки и т.д., а также для нормального функционирования лабораторий проверки качества продукции, ветеринарных лабораторий, аптек, лечебниц предъявляются повышенные требования к чистоте воздуха указанных помещений.
Для снижения концентрации пыли в воздухе внутри помещений применяется комплекс мер, включающий в себя как борьбу за снижение пылевы деления от внешних и внутренних источников загрязнения, так и очистку воздуха от пыли с помощью воздушных фильтров. Наиболее перспективными в этом направлении являются двухзонные электрофильтры, способные улавливать частицы в широком диапазоне размеров и имеющие низкое аэродинамическое сопротивление.
Принцип работы большинства электрофильтров основан на использовании коронного разряда, одним из побочных продуктов которого является озон. Между тем известно, что наличие озона в воздухе помещения сверх предельно допустимой концентрации (ПДК) приводит к коррозии оборудования и отрицательному воздействию на людей и животных.
Для очистки воздуха в сельскохозяйственных помещениях с повышенными требованиями к чистоте воздушной среды необходимо иметь электрофильтры с высокой (как показывают расчеты - не менее 99%) степенью очистки от пыли и находящихся на пылевых частицах микроорганизмов, при этом генерирование озона в процессе работы фильтра должно быть минимизировано.
Анализ показывает, что двухзонные электрофильтры известных конструкций не в полной мере отвечают вышеперечисленным условиям.
Указанные соображения и определили тему диссертации.
Работа выполнена в соответствии с Межведомственной координационной программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2006 - 2010 гг. (Проблема IX. Научное обеспечение повышения машинно-технологического и энергетического потенциала сельского хозяйства России), одобренной Президиумом РАСХН 16.11.06 г. и Межведомственным координационным советом по формированию и реализации Программы 19.10.06 г., и планом НИР ЧГАУ на 1999 - 2008 гг.
Цель работы: повышение эффективности очистки воздуха в сельскохозяйственных помещениях с повышенными требованиями к чистоте воздушной среды за счет усовершенствования двухзонного электрофильтра.
Задачи исследования
1. Получить аналитическую зависимость степени очистки воздуха в двух-
зонном электрофильтре от длины зоны зарядки (при фиксированной общей
длине фильтра), провести оптимизацию длины зоны зарядки.
Теоретически обосновать и экспериментально проверить гипотезу о возможности негативного влияния электрического поля зоны осаждения на электрические параметры зоны зарядки двухзонного электрофильтра.
Провести экспериментальные исследования с целью совершенствования двухзонного электрофильтра с учетом взаимного влияния зон зарядки и осаждения, оптимизировать его параметры.
Провести производственные испытания усовершенствованного электрофильтра и оценить технико-экономическую эффективность его применения.
Объект исследования: процесс очистки воздуха от пыли в двухзонном электрофильтре.
Предмет исследования: закономерности процесса очистки воздуха в двухзонном электрофильтре, взаимосвязь параметров двухзонного электрофильтра с его выходными показателями.
Научная новизна основных положений, выносимых на защиту
1. Получена аналитическая зависимость степени очистки воздуха в двух-
7 зонном электрофильтре от длины зоны зарядки с учетом совместного действия
ударного и диффузионного механизмов зарядки, позволившая оптимизировать
длину зоны зарядки.
Установлено наличие негативного влияния электрического поля зоны осаждения на электрические параметры зоны зарядки двухзонного электрофильтра. Показано, что установка заземленной металлической сетки на выходе зоны зарядки не только устраняет это влияние, но и позволяет значительно повысить ток коронного разряда.
Экспериментально установлено, что применение второй сетки (на входе зоны зарядки) ведет к дополнительному увеличению тока коронного разряда и, как следствие, к повышению степени очистки воздуха в электрофильтре; применение двух сеток существенно снижает концентрацию озона на выходе из электрофильтра при том же токе.
Практическая значимость работы и реализация ее результатов
Результаты оптимизации длины зоны зарядки могут быть использованы в НИИ, КБ и других организациях при проектировании двухзонных электрофильтров.
Усовершенствованный электрофильтр, отличающийся наличием на входе и выходе зоны зарядки заземленных металлических сеток (конструкция защищена двумя патентами РФ на изобретения), позволяет с высокой эффективностью очищать воздух помещений от мелкодисперсной пыли при пониженном генерировании озона.
Разработанный электрофильтр внедрен в колбасном цехе ООО «Арктика» (г. Челябинск).
Результаты теоретических и экспериментальных исследований используются в учебном процессе Челябинского государственного агроинженерного университета.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались, обсуждались и получили одобрение на ежегодных научных конференциях ЧГАУ в период с 1999 по 2008 гг. и на международной научно-практической конферен-
8 ции «Проблемы развития энергетики в условиях производственных преобразований» в Ижевской ГСХА, г. Ижевск, 24-25 декабря 2003г.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 10 научных статьях. Получены 2 патента РФ на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы (из 90 наименований), приложений; содержит 125 страниц основного текста, в том числе 47 рисунков, 11 таблиц.
Требования к воздушным фильтрам для сельскохозяйственных помещений
Согласно ветеринарно-санитарным требованиям для животноводческих зданий, системы микроклимата, в состав которых входят и воздушные фильтры, должны обеспечивать содержание в воздухе кратковременно в течение 5 ч в сутки пыли (размером более 1 мкм) до 6 г/м , ориентировочное количество микробных тел в коровнике - до 70 тыс.шт/ м , в зданиях для молодняка — до 50 тыс.шт/ м , в телятниках - до 40 тыс.шт/ мив доильных цехах и молочных — до 2 тыс.шт/ м [24].
Кроме того, в таких сельскохозяйственных помещениях, как цеха по хранению и переработке мяса, молока, яиц, муки и т.д., а также в лабораториях проверки качества продукции, ветеринарных лабораториях, аптеках, лечебницах предъявляются повышенные требования к чистоте воздуха, соответствующие классам чистоты ИСО 7, ИСО 8 международного стандарта ИСО 14644 — 1 [14], а также классам Р 7, Р 8 по ГОСТ 50766 - 95 [25].
В районах Урала, Сибири и Севера зимний, закрытый режим помещений длится 6...11 месяцев, в это время воздухообмен в них ограничен. Очистка воздуха внутри помещений в режиме рециркуляции ведет к значительной экономии энергии за счет сокращения выбросов тепла и к уменьшению числа простудных заболеваний благодаря отказу от проветриваний [26, 27]. Очевидно, что очищенный приточный и рециркуляционный воздух не должен содержать озона в количествах, превышающих ПДК.
Общие требования к воздушным фильтрам, работающим в сельскохозяйственных помещениях с повышенными требованиями к чистоте воздушной среды, могут быть сформулированы так: 1) обеспечение высокой (как показывают расчеты — не менее 99 %) степени очистки воздуха от пыли и находящихся на пылевых частицах микроорганизмов, при этом скорость воздуха в фильтре должна быть не менее 2 м/с [19]; 2) возможность работы как в системе приточной вентиляции, так и в ре жиме внутренней рециркуляции; 3) минимизация генерирования озона в процессе работы фильтра. Электрофильтры являются наиболее универсальным аппаратом для извлечения измельченных веществ из воздуха и газов. Принцип действия большинства электрофильтров основан на использовании коронного разряда при атмосферном давлении. Коронный разряд представляет собой форму незавершенного электрического разряда в системе электродов с резко неоднородным полем (рис 1.2). Попадая в поле униполярного коронного разряда, взвешенная в воздухе пылевая частица заряжается и, двигаясь в направлении силовых линий поля, попадает на осадительные электроды и удерживается на них [28,29]. Конструкции электрофильтров постепенно изменялись по мере изучения процессов улавливания пыли. Конструкции электрофильтров можно классифицировать по разным признакам, например, по виду улавливаемых частиц и способу их удаления, по направлению хода газа в корпусе электрофильтра, по числу полей и секций, по типу электродной системы и т.д. [29, 30]. В свете проведенных на кафедре применения электрической энергии в сельском хозяйстве (ПЭЭСХ)ЧГАУ исследований разработана следующая классификация электрофильтров по принципу, действия [31]: Прохождение потока воздуха через фильтр может обеспечиваться обычным механическим вентилятором либо, благодаря сопутствующему коронному разряду явлению электрического ветра, ионным вентилятором [32]. Электрофильтры бывают однозонными, в которых зарядка и осаждение частиц осуществляется в одной конструктивной зоне, где расположены корони-рующие и осадительные электроды, и двухзонными - в них зарядка и осаждение осуществляются в разных конструктивных зонах: зоне зарядки (ионизаторе) и зоне осаждения (осадителе) (рис. 1.4) [29, 33, 34]. Для очистки отходящих промышленных газов используются, в основном, однозонные электрофильтры. Двухзонные электрофильтры применяются для очистки вентиляционного воздуха [35]. В электрофильтрах без коронного разряда отсутствует зона искусственной зарядки частиц, а улавливание частиц происходит благодаря их естественному заряду. Как в нашей стране, так и за рубежом, выпускаются двухзонные электрофильтры, а также ведутся исследования и разработки в этой области. Известны, например, отечественные двухзонные электрофильтры ФЭ [19], обеспечивающие для частиц размером более 1 мкм степень очистки 92%. Модификацией фильтров ФЭ являются электрофильтры ФЭ - 2М, предназначенные для комплексной очистки воздуха от механических и биологических загрязнений и имеющие степень очистки 90% для частиц размером до 10 мкм (изготовитель - Казанский завод медицинской аппаратуры). В двухзонном электрофильтре ФЭ2К2 при скорости фильтрации 1,69 м/с степень очистки воздуха составляет 97,66% [36]. Шведская фирма «Plymoth» и ЗАО «СовПлим» выпускают широкий ти-поразмерный ряд электрофильтров для различных (в частности, пищевой, фармацевтической и химической) областей промышленности. Так, например, двухзонный электрофильтр «EF» [37, 38] предназначен для очистки воздуха от мелко- и среднедисперсной пыли и дыма, возникающих во время различных техно логических процессов, сопровождаемых выделением взвешенных вредных частиц размером до 0,01 микрона. Степень очистки воздуха при номинальном расходе составляет 92 %. В ОАО «НИИ по промышленной и санитарной очистке газов» разработан электрофильтр, обеспечивающий очистку газов от пыли с высоким содержанием частиц размером менее 1 мкм за счет увеличения тока с единицы длины ко-ронирующих электродов. Это происходит благодаря тому, что коронирующие электроды выполнены в виде образующих единое тело прямоугольников, последовательно соединенных между собой. Кроме того, на меньших сторонах каждого из двух соединенных прямоугольников расположены заостренные зубья [39]. На базе двухзонного электрофильтра была создана установка УОВ-1, предназначенная для очистки воздуха на птицефабриках и животноводческих фермах. Степень очистки воздуха - не ниже 80 % [40, 41]. Немецкими учеными предложен ряд модификаций конструкции двухзонного электрофильтра для осаждения трудноосаждаемых частиц из газового потока: 1) рабочие промежутки между заряжающими электродами и противо-электродами значительно больше, чем между заряжающими и осадительными электродами в зоне осаждения; 2) в поле зоны осаждения располагается такая же зона дополнительного заряда частиц и зона осаждения; 3) с несколькими параллельными зонами предварительного заряда частиц и их осаждения с разделением газопылевого потока по параллельным каналам; 4) комбинация вариантов 2 и 3; 5) противоэлектроды в зоне предварительной зарядки выполнены с принудительным охлаждением; 6) в виде вертикального электрофильтра с трубчатыми осадительными электродами, имеющего больший диаметр в зоне предварительной зарядки частиц [42].
Анализ возможностей повышения тока коронного разряда за счет учета взаимного влияния зон зарядки и осаждения
Как было сказано ранее, поскольку зоны зарядки и осаждения двухзонно-го электрофильтра расположены в непосредственной близости друг от друга, вероятно, имеет место взаимное влияние электрических полей этих двух зон.
Мы предположили, что электрическое поле зоны осаждения в определенной степени подавляет электрическое поле зоны зарядки, уменьшая ток коронного разряда и увеличивая его начальное напряжение.
Для теоретического подтверждения этой гипотезы рассмотрим более простые (по сравнению с двухзонным электрофильтром) электрические системы «ряд проводов - плоскость» и «ряд проводов между двумя плоскостями» (рис. 2.5).
Результаты расчетов для двух типов коронирующих систем ( при г0 =0,01 см) представлены на рис. 2.6. Из рисунка видно, что с уменьшением расстояния между коронирующими электродами начальное напряжение коронирования возрастает. Это можно объяснить тем, при уменьшении расстояния а взаимное экранирующее влияние соседних электродов возрастает [60], что и приводит к росту начального напряжения. И именно такое же экранирующее действие оказывают высоковольтные электроды зоны осаждения на коронирующие электроды зоны зарядки, вследствие чего начальное напряжение короны должно возрастать, а ток короны при том же рабочем напряжении должен уменьшаться. Иными словами, электрическое поле зоны осаждения подавляет поле зоны зарядки.
Мы полагаем, что исключить эффект подавления электрического поля зоны зарядки полем зоны осаждения можно двумя способами: во-первых, применять «пассивную» зону осаждения [61] и, во-вторых, устанавливать на выходе зоны зарядки заземленную металлическую сетку [62, 63].
«Пассивная» зона осаждения — такая, на электроды которой не подается питающее высокое напряжение. В этом случае, возможно, происходит осаждение ионов из воздушного потока на всех элементах конструкции зоны осаждения. Заряд ионов, осевших на заземленных электродах, стекает на землю беспрепятственно, а заряд ионов, осевших на остальных элементах (нормально — высоковольтных, а при отключении источника - изолированных от земли), сможет стекать на землю только через высокоомное сопротивление изоляции. Вследствие этого он возрастет до такого значения, при котором поток ионов на изолированные от земли элементы снизится до минимума, обеспечивающего компенсацию тока утечки через изоляцию. Таким образом, между изолированными от земли и заземленными элементами конструкции зоны осаждения при отключении источника высокого напряжения должна возникнуть некоторая разность потенциалов и, следовательно, электрическое поле, предположительно более слабое, чем при подаче высокого питающего напряжения. Поэтому и подавляющее воздействие на электрические параметры зоны зарядки должно быть меньше.
Установка на выходе зоны зарядки заземленной металлической сетки во-первых, позволит экранировать зоны зарядки и осаждения друг от друга и, во-вторых, должна создать более благоприятные условия для развития коронного разряда за счет увеличения площади поверхности некоронирующих электродов и более равномерного распределения плотности тока по поверхности корони-рующего электрода по сравнению со случаем отсутствия сетки.
Одним из внешних проявлений более благоприятных условий для развития коронного разряда является снижение начального напряжения коронирова-ния UQ.
Нами были рассчитаны значения U0 для различных вариантов корони рующих систем, отличающихся степенью «охвата» коронирующего электрода некоронирующим (на рис. 2.5 и 2.7 системы расположены в порядке возрастания «охвата»). Напряжение UQ в зависимости от конфигурации коронирующей системы рассчитывалось по формулам (2.43) - (2.46) , а также [64]: Из диаграммы видно, что с увеличением степени «охвата» значение U0 снижается, что указывает на более благоприятные условия коронирования. Полученные соотношения начальных напряжений можно объяснить тем, что в рассмотренных типах коронирующих систем распределение плотности тока по поверхности коронирующего электрода неодинаково. Максимальная неравномерность наблюдается на поверхности провода в коронирующей системе «ряд проводов — плоскость» («охват» коронирующих электродов некорони-рующим — небольшой, наибольшая плотность тока - на участках поверхности проводов, обращенных к некоронирующему электроду), тогда как плотность тока на поверхности провода, находящегося в камере круглого сечения, распределена равномерно («охват» коронирующего электрода некоронирующим -максимальный). Камера квадратного сечения с этой точки зрения чуть хуже камеры круглого сечения.
Исследование влияния зоны осаждения на электрические параметры зоны зарядки двухзонного электрофильтра
В экспериментах использовался проволочный коронирующий электрод диаметром /=0,5 мм. Длина зоны зарядки /;= 70 мм. Межэлектродное расстояние в зоне осаждения изменялось: h2= 3,5 или 15 мм. Для получения зависимостей тока и начального напряжения КР от расстояния между зонами 112 измерялись ток (при напряжении U= 15 кВ) и начальное напряжение коронирования (определялось по появлению тока) при изменении расстояния между зонами зарядки и осаждения In от 0 до оо (//2 = со соответствует отсутствию зоны осаждения) с шагом 3 см. Межэлектродное расстояние h2 — 3,5 мм. Измерения проводились в шести повторностях. Количество повторных измерений, минимально необходимых для обеспечения заданной предельно допустимой ошибки выборочного среднего А, здесь и в последующем было определено по формуле [66]: где t — численное значение критерия Стьюдента [67] (предполагается, что экспериментальные данные распределены по нормальному закону), соот ветствувующее заданной доверительной вероятности Р и числу степеней свободы v; S2 - выборочное значение дисперсии экспериментальных данных. Расчеты, связанные с определением дисперсии S2, проводились с учетом рекомендаций, изложенных в [68]. Затем были сняты ВАХ зоны зарядки при наличии (/;? = 0) и отсутствии (In = о) зоны осаждения, межэлектродное расстояние h2 = 3,5 мм. Напряжение плавно изменялось от 0 до 15 кВ, при этом измерялся ток КР.
Опыты проводились в трех повторностях. Далее изучалась зависимость тока КР от межэлектродного расстояния h2 (h2 = 3,5 и 15 мм) при варьировании 1]2, при этом на установку подавалось напряжение 15 кВ. Опыты проводились в пяти повторностях. Скорость потока воздуха на выходе электрофильтра во всех опытах составляла 0,7 м/с. Результаты представлены на рис. 3.5 - 3.7 и в табл. 3.1, 3.2. На рис. 3.5 изображена зависимость тока коронного разряда от расстояния между зонами зарядки и осаждения. При I12 = 0 ток КР имеет минимальное значение, при увеличении расстояния между зонами до 6 см ток КР возрастает примерно на 30 % и при дальнейшем увеличении расстояния практически не изменяется. Также на рис. 3.5 изображена линия, соответствующая предельному значению тока КР, измеренному в отсутствие зоны осаждения (уединенная зона зарядки). Зависимость начального напряжения короны Uo от расстояния 1]2 представлена на рис. 3.6. При Ii2 = О начальное напряжение короны имеет наибольшее значение, при увеличении lj2 до 6 см оно несколько снижается и при дальнейшем увеличении Ii2 практически не меняется. На рис. 3.7 представлены вольт-амперные характеристики зоны зарядки при наличии установленной вплотную (//2 = 0) зоны осаждения с /г2 = 3,5 мм и при отсутствии зоны осаждения. Из рисунка видно, что при одном и том же напряжении ток короны зоны зарядки при отсутствии зоны осаждения значительно больше, чем при ее наличии Зависимость тока коронного разряда от межэлектродного расстояния в зоне осаждения /z2 представлена в табл. 3.1. Из таблицы 3.1 видно, что межэлектродное расстояние в зоне осаждения не оказывает существенного влияния на ток коронного разряда. Объяснить полученные результаты можно с помощью следующих представлений. Высоковольтные электроды зоны осаждения своим электрическим полем подавляют ток коронного разряда, а заземленные, наоборот, усиливают его, т. е. действие высоковольтных и заземленных электродов зоны осаждения на ток короны противоположно.
При увеличении межэлектродного расстояния в зоне осаждения /?2 количество тех и других электродов уменьшается в равной степени, поэтому влияние зоны осаждения на ток коронного разряда почти не изменяется. Для подтверждения этих представлений был проведен специальный эксперимент, в котором исследовалось влияние схемы соединения и питания зоны осаждения на ток короны / (при h2 — 3,5 мм, In = 0 и U = 15 кВ). Результаты эксперимента, приведенные в табл. 3.2, действительно указывают на противоположный характер влияния высоковольтных и заземленных электродов зоны осаждения на ток коронного разряда. Таким образом, после серии проведенных экспериментов гипотезу о существовании эффекта подавления электрического поля зоны зарядки электрическим полем зоны осаждения, проявляющегося в снижении тока коронного разряда (при тех же значениях напряжения) и в увеличении начального напряжения коронирования, можно считать подтвержденной. Целью данного исследования являлась проверка высказанного в главе 2 предположения о возможности устранения негативного воздействия зоны осаждения на электрические параметры зоны зарядки путем применения «пассивной» зоны осаждения либо установки между зонами заземленной металлической сетки, которая позволит, к тому же, повысить ток коронного разряда (при прочих равных условиях). Также требовало проверки предположение о том, что установка сетки еще и на входе зоны зарядки будет способствовать дальнейшему повышению тока коронного разряда (при тех же значениях напряжения) за счет дальнейшего выравниванию распределения плотности тока по поверхности коронирующего электрода. Для этого были проведены следующие эксперименты: 1) исследование зависимости тока коронного разряда от вида зоны осаждения, 2) исследование зависимости тока коронного разряда от расстояния между зонами при установке на выходе зоны зарядки заземленной металлической сетки; 3) исследование В АХ при наличии установленных на входе и выходе зоны зарядки заземленных металлических сеток и без них; 4) исследование зависимости тока коронного разряда от шага ячеек; 5) исследование зависимости тока коронного разряда от количества установленных в фильтре сеток; 6) исследование зависимости тока коронного разряда от разрядного расстояния «коронирующий электрод — сетка».
Оптимизация по обобщенной функции желательности
Исследуемый фильтр был охарактеризован с помощью трех частных откликов: где r]0 - степень очистки воздуха в электрофильтре без сеток; 77с - степень очистки воздуха в электрофильтре с сетками; С0з - концентрация озона на выходе из электрофильтра без сеток; C0jC - концентрация озона на выходе из электрофильтра при установке сеток; Ар-с - аэродинамическое сопротивление электрофильтра с сетками; Ар - аэродинамическое сопротивление электрофильтра без сеток. Для оценки изменения аэродинамического сопротивления электрофильтра при установке в нем сеток было проведено специальное исследование (см. п. 4.3.2). Далее, с помощью частных откликов была определена желательность того или иного значения: отношения коэффициента проскока в фильтре без сеток к коэффициенту проскока в фильтре с сетками; отношения озоновыделения на выходе электрофильтра без сеток к озоновыделению электрофильтра при установленных сетках; отношения аэродинамического сопротивления фильтра с сетками к сопротивлению фильтра без сеток. Оптимизация осуществлялась для фильтра с игольчатыми коронирующи-ми электродами, с установленными на входе и выходе зоны зарядки сетками с шагом 7.5; 15; 30 и 50 мм, при скорости воздушного потока v=2 м/с, при питании напряжением 15кВ. Для того чтобы можно было оценивать частные отклики (4.4), (4.5) и (4.6), для каждого из них была введена некоторая безразмерная шкала, формализующая наше представление о возможности тех или иных значений частных откликов. Для этого среди 10 специалистов кафедры ПЭЭСХ ЧГАУ была распространена анкета, в которой излагалась просьба высказать свое мнение о желательности того или иного значения отклика.
В результате обработки анкет и анализа результатов были разработаны следующие шкалы желательности (табл. 4.2). После того, как в соответствии с табл. 4.2 частные отклики ух, у2 и уъ были преобразованы в частные функции желательности dXt d2 и d3 с помощью кривой желательности (рис. 4.1), была рассчитана обобщенная функция желательности D по формуле: Нами были рассмотрены два возможных варианта изменения аэродинамического сопротивления: при отсутствии и при наличии в электрофильтре противоуносного фильтра. Согласно [76], известный электрофильтр типа ФЭ при номинальной скорости воздушного потока через него vH= 2 м/с имеет потери давления Арн = 4,977а. При этом для произвольной скорости v, м/с, потери давления составят: Потери давления на сетках, установленных в электрофильтре перпендикулярно ходу воздушного потока, могут быть рассчитаны по выражению [77]: где ,- коэффициент гидравлического сопротивления сетки; /7=1,293 кг/м3 - плотность воздуха при t = 20 Сир =101,325 кПа; п - количество установленных сеток, шт. Коэффициент гидравлического сопротивления двухплоскостной сетки из проволоки круглого поперечного сечения может быть определен по формуле [77]: где /- отношение площади живого сечения сетки F0 к площади рабочего сечения Fy. Для каждого отверстия элементарного участка двухплоскостной сетки (рис. 4.2) можно определить С учетом (4.14) коэффициент гидравлического сопротивления сетки потери давления на сетках Электрофильтр с противоуносным фильтром при номинальной скорости воздушного потока через него vH=2 м/с имеет потери давления &рПн=Ъ9 Па [76].
При этом для произвольной скорости v, м/с, потери давления при наличии противоуносного фильтра: АРЯ=АРЯ« аэродинамическое сопротивление электрофильтра с противоуносным фильтром с сетками Таким образом, зависимость аэродинамического сопротивления электрофильтра с сетками от различных факторов может быть рассчитана по формулам (4.9),(4.16)-(4.20). Программа включала в себя: 1) исследование зависимости потери давления в электрофильтре без сеток от скорости Ар = (рх (v); 2) исследование зависимости потери давления на сетках от различных факторов Арс = р2[hc,dc,n,v); 3) исследование зависимости суммарной потери давления в электрофильтре с сетками от различных факторов Ар = q 3(hc,dc,n,v); 4) исследование зависимости суммарной потери давления в электрофильтре с противоуносным фильтром с сетками от различных факторов Были определены основные уровни числовых значений шага ячеек сетки hc, диаметра проволоки сетки dc, количества установленных сеток п и скорости воздушного потока v (табл. 4.3). Исследование зависимостей производилось при варьировании одного из факторов во всем интервале числовых значений, один из оставшихся изменялся на трех уровнях (нижнем, основном, верхнем), прочие факторы фиксировались на основных уровнях. Для всех факторов, кроме v, нижний и верхний уровни совпадали соответственно с нижней и верхней границами интервалов варьирования; для v нижний уровень составлял 0,5 м/с, верхний уровень совпадал с верхней границей интервала варьирования.
