Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Аналитический обзор и выбор направления исследований 10
1.1. Оценка компонентного состава выбросов основных отраслей промышленности 10
1.2. Анализ функциональных характеристик аппаратов мокрой очистки 15
1.3. Режимно-технологические особенности извлечения дискретной фазы аэрозоля в ВИПС 25
1.4. Выбор направления исследования 36
1.5. Выводы по первой главе 37
ГЛАВА 2. Теоретические основы процессов пенодинамической очистки выбросов при наличии флотирующих частиц 38
2.1. Математическая модель извлечения твердофазных компонентов в пенодинамическом слое 38
2.2. Закономерности осаждения частиц аэрозоля при прямоточном движении фаз пенного слоя 44
2.3. Закономерности осаждения аэрозольных частиц при циркуляции жидкости в объёме пенного слоя 48
2.4. Особенность извлечения аэрозольных частиц при циркуляции жидкости в условиях их накопления в структурных элементах пенного слоя 52
2.5. Оценка величины коэффициентов массопередачи процессов разделения аэрозолей 59
2.6. Выводы по второй главе 62
ГЛАВА 3. Экспериментальное исследование процессов очистки газовых выбросов от компонентов, обладающих флотационными свойствами 64
3.1. Аппаратурное оформление и методика проведения экспериментов 64
3.2. Оценка величины предельной концентрации твёрдой фазы аэрозоля в структуре пенного слоя в процессах пылеулавливания 68
3.3. Исследование влияния коэффициента массопередачи на извлечение твёрдой фазы аэрозоля в структуре пенного слоя 72
3.4. Проверка адекватности формул расчёта эффективности извлечения аэрозольных частиц 79
3.5. Оценка влияния режимно-технологических параметров процесса на эффективность разделения аэрозоля 83
3.6. Анализ зависимости эффективности разделения аэрозоля от условий осветления жидкости в поддоне аппарата 93
3.7. Выводы по третьей главе 103
ГЛАВА 4. Оптимизация процессов извлечения дискретной фазы аэрозоля в пенодинамическом слое 104
4.1. Обобщение режимных параметров извлечения частиц аэрозоля в пенодинамическом слое 104
4.2. Условия оптимизации извлечения целевого компонента в пенодинамическом слое 105
4.3. Постановка и обоснование оптимизационной задачи при извлечении целевого компонента 106
4.4. Выбор и обоснование метода оптимизации процесса извлечения дискретной фазы аэрозоля в пенодинамическом слое 109
4.5. Алгоритм оптимизационного расчёта процесса очистки в условиях вихреинжекционного пенообразования по методу "золотого сечения" 114
4.6. Выводы по второй главе 114
5. Практическая реализация результатов исследования 116
5.1. Аппаратурное оформление процессов пенодинамической очистки выбросов от компонентов, обладающих флотационными свойствами 116
5.2. Методика инженерного расчёта 118
5.3. Расчёт экономической эффективности применения разработанного аппарата 124
5.4 Выводы по пятой главе 130
Заключение 131
Список использованной литературы 132
Приложения 142
- Режимно-технологические особенности извлечения дискретной фазы аэрозоля в ВИПС
- Закономерности осаждения аэрозольных частиц при циркуляции жидкости в объёме пенного слоя
- Исследование влияния коэффициента массопередачи на извлечение твёрдой фазы аэрозоля в структуре пенного слоя
- Выбор и обоснование метода оптимизации процесса извлечения дискретной фазы аэрозоля в пенодинамическом слое
Введение к работе
Актуальность проблемы. Газовые выбросы различных отраслей промышленности - это аэродисперсные системы, дисперсную фазу которых составляют твердые или жидкие частицы аэрозоля, а дисперсионная среда состоит из нескольких, как правило от 2х до 5и газообразных компонентов. Некоторые газообразные компоненты обладают эффектом суммации, а некоторые при взаимодействии трансформируются в вещества многократно токсичнее исходных. Все это говорит о необходимости комплексной очистки многокомпонентных промышленных выбросов. Обзор газоочистного оборудования показал, что наиболее эффективно эта задача может быть решена в аппаратах мокрого типа. Сравнительный анализ мокрых аппаратов с различной формой поверхности контакта (пленочной, капельной, струйной и пенной) выявил наиболее эффективные — реализующие пенодинамическую структуру контакта фаз.
Наличие в выбросах легких частиц аэрозоля, способных в следствии малой плотности плавать на поверхности жидкой технологической среды, могут существенно влиять на эффективность работы газоочистного оборудования. Если в аппаратах с капельной поверхностью контакта указанная проблема отчасти может быть решена конструктивными методами, отвода из зоны контакта отработавшей жидкости в полном объёме, то при эксплуатации плёночных, струйных и, особенно, наиболее интенсивных, пенных аппаратов [41] возникают специфические трудности, связанные со структурными, (а при растворимости и с физико-химическими) изменениями жидкой технологической среды. Последнее требует адекватного подхода к аппаратурно-функциональному оформлению процессов массообмена, реализуемых в условиях проявления названных, в большей части флотационных по своей природе, эффектов. Кроме того, достижение уровня эффективных инженерных решений требует экспериментальных и теоретических исследований закономерностей мокрой очистки осложнённой флотацией извлекаемых компонентов.
Работа выполнялась в соответствии с планом научно-технической государственной программы "Экология Нижней Волги" - ЕЛ 1.01.96, а также тематическим планом научно-исследовательских работ Волгоградской государственной архитектурно-строительной академии и Экологического фонда Волгоградской области.
Цель работы. Защита атмосферного воздуха от загрязнения многокомпонентными промышленными выбросами на основе разработки технических средств комплексной газоочистки, эффективно реализующих пенодинамиче-ский режим контакта очищаемого газа с жидкостью в условиях проявления флотационных свойств улавливаемых компонентов.
Задачи исследования. Для достижения указанной цели необходимо решение следующих основных задач: обобщение характерных свойств промышленных пылей, определяющих закономерности проявления эффекта флотации в аппаратах мокрой газоочистки при улавливании аэрозольных частиц жидкой технологической средой; обобщение конструктивно-технологических характеристик аппаратов мокрой газоочистки определяющих перспективы очистки пылегазовых выбросов в условиях проявления флотационных эффектов; теоретический анализ закономерностей проявления флотационных свойств улавливаемых веществ при обеспыливании потока газа в процессе контакта с жидкой технологической средой. экспериментального исследования закономерностей процессов обеспыливания газовых выбросов в условиях реализации пенодинамиче-ского режима формирования поверхности осажденния аэрозольных частиц веществ, обладающих свойством флотации; разработки аппаратурно-функциональной схемы устройства с пеноди-намическим режимом формирования контактной поверхности, эффективно реализующего процесс очистки пылегазовых выбросов в условиях проявления эффекта флотации извлекаемых компонентов; - разработки инженерной методики расчёта и оптимизации режимно- технологических параметров мокрой очистки пылегазовых выбросов с учётом эффекта флотации извлекаемых компонентов.
Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, математическое и физическое моделирование, обработку экспериментальных данных методами математической статистики и корреляционного анализа с применением ПВМ.
Научная новизна работы состоит в том, что: составлена математическая модель описывающая процесс обеспыливания потока газа в режиме пенодинамического контакта с жидкой технологической средой при флотации извлекаемых компонентов; получены экспериментально подтверждённые зависимости характеризующие процессы обеспыливания газовых выбросов в условиях реализации пенодинамического режима формирования поверхности осаждения аэрозольных частиц, обладающих свойством флотации; получена экспериментальная зависимость предельной концентрации извлекаемого аэрозоля в жидкой фазе от гидродинамических условий формирования пенного слоя; получена экспериментальная зависимость коэффициента массопереда-чи от гидродинамических и технологических условий формирования пенного слоя;
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована планированием необходимого объёма экспериментов, использованием современных методик исследования, удовлетворяющей сходимостью аналитических и экспериментальных результатов, получением прогнозируемого эффекта в практическом использовании.
Практическое значение работы заключается в следующем: - на базе модулированной схемы вихре-инжекционных пенных скруббе ров разработано устройство для эффективной очистки газовых выбро сов, содержащих частицы с низкой удельной плотностью; разработана методика инженерного расчёта и оптимизации режимно-технологических параметров мокрой очистки пылегазовых выбросов с учётом эффекта флотации извлекаемых компонентов; разработано программное обеспечение технологических и оптимизационных расчётов мокрой очистки газовых выбросов, осложнённой флотацией извлекаемых компонентов.
Реализация результатов работы: разработана, прошла испытания и передана в опытно-промышленную эксплуатацию установка вихреинжекционного пенного скруббера с отсекателями флотирующих компонентов на ВТЗ, ВМЗ, КОЗСАУ; разработан технологический регламент на использование ПТБ ПСО "Волгоградгражданстрой" вихреинжекционных пенных скрубберов с отсекателями флотирующих компонентов для использования в системах локализации и очистки выбросов на предприятиях нефтехимического комплекса; рекомендации по проектированию, выводы и научные результаты работы использованы при проектировании системы пылегазооулавлива-ния в цехе приготовления смеси на ВЗРТИ, на КХБК при разработке проекта реконструкции системы очистки выбросов отделочного производства; получено положительное решение по заявке на выдачу патента на "Устройство для очистки газа" (№ 2539435) материалы диссертационной работы использованы кафедрой ОВиОВС ВолгГАСА в курсах лекций, лабораторных циклах, курсовом проектировании по дисциплинам специализаций 2907.01 и 2907.03, а также в дипломном проектировании при подготовке инженеров специальности 2907 "Теплогазоснабжение и вентиляция".
На защиту выносятся: математическая модель процессов разделения аэрозолей в слое динамической пены, осложнённых флотацией извлекаемых компонентов; экспериментально подтверждённые зависимости характеризующие процессы извлечения частиц аэрозоля в слое динамической пены, осложнённые флотацией извлекаемых компонентов; аппаратурно-функциональная схема устройства с пенодинамическим режимом формирования контактной поверхности, эффективно реализующего процесс очистки пылегазовых выбросов в условиях проявления эффекта флотации извлекаемых компонентов; методика инженерного расчёта режимно-технологических параметров мокрой очистки пылегазовых выбросов с учётом эффекта флотации извлекаемых компонентов.
Апробация работы. Основное содержание работы доложено на: международной научно-технической конференции "Проблемы охраны производственной и окружающей среды" (Волгоград, 1997); международной научно-практической конференции "Экологическая безопасность и экономика городских и теплоэнергетических комплексов" (Волгоград, 1999); международной научно-практической конференции "Проблемы производственной окружающей среды" (Волгоград, 1999); межрегиональном научно-техническом семинаре "Экологическая безопасность регионов России" (Пенза, 2000); на ежегодных межвузовских конференциях студентов и молодых учёных Волгоградской области по направлению "Экология, охрана среды, строительство" (Волгоград, 1996-2000); на ежегодных научно-технических конференциях Волгоградской государственной архитектурно-строительной академии.
Публикации. Результаты исследований по теме диссертации изложены в 9 работах.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объём работы 175 страниц, в том числе: основной текст на 143 стр., содержащий 31 рис., 16 таблиц, список литературы из 115 наименований; 4 приложения на 32 стр.
Режимно-технологические особенности извлечения дискретной фазы аэрозоля в ВИПС
При этом переход от одного режима формирования межфазной поверхности к другому происходит постепенно и зависит от конструктивных особенностей тарелок. Определяющее значение для условий формирования межфазной поверхности имеет практически мгновенный разрыв оболочки газовых пузырей при их выходе на поверхность пенного слоя, который сопровождается образованием взвешенных в потоке газа полидисперсных капель и брызг [96]. Из этого следует, что при данном скоростном режиме образуется двухфазная система, которая состоит по высоте из трёх зон: нижней зоны барботажа (газ распределён в жидкости в виде пузырьков и коротко живущих струй), зоны подвижной пены и зоны взвешенных капель и брызг. Однозначно отмечается, что при большем содержании жидкости в зоне барботажа наибольшее развитие межфазной поверхности достигается в пенном слое [98]. С повышением скорости газа возрастает протяжённость пенного слоя за счёт сокращения зоны барботажа, полностью исчезающей при достижении состояния предшествующего инверсии фаз [49]. При дальнейшем увеличении скорости газа (\)г 1,4 -н 1,6 м/с) происходит массовый прорыв газовых струй на поверхность пенного слоя, вызывающий его трансформацию в струйно-капельную систему с большим содержанием крупных брызг, которую отличает резкое сокращение межфазной поверхности из-за перехода жидкости в дисперсное состояние [48]. Возможность повышения предела скорости до 3-=-4 м/с с сохранением структурных свойств пенного слоя достигнуто размещением в надрешёточном пространстве сотовых стабилизаторов [6]. Повышение скорости газа при стабилизации пенного слоя позволило применить распределительные решётки с большим свободным сечением и большим размером отверстий, которые в меньшей степени подвержены зарастанию. Тем не менее, опасность забивания отверстий решёток твёрдыми отложениями составляет основную проблему их эксплуатации [81].
Введение в газожидкостный слой твёрдых тел согласно исследованиям О.С. Балабекова, Л.Ш. Балтабаева, М.П. Шарыгина, В.А. Горбунова и др. способствует развитию турбулентности взаимодействующих сред и ускоряет обновление поверхности контакта фаз [11]. Поэтому аппараты, работающие с размещением над распределительными тарелками псевдоожиженнои насадки [45, 101] или регулярной колеблющейся насадки [82, 109], можно оценивать как устройства с дополнительным динамическим воздействием на формирующуюся в их реакционной зоне газожидкостную систему. При рабочей скорости газа 3,5-4,7 м/с эти аппараты относят к числу высокопроизводительных и высокоэффективных устройств для целей газопылеочистки [70, 103]. Одновременно отмечается, что их функционально-технологические показатели в значительной мере зависят от свойств насадки, выбор которой определяют аэродинамические характеристики [99]. При увеличении скорости газа свыше 6 м/с резко возрастает гидравлическое сопротивление, а унос жидкой фазы достигает 80-90% [12].
Анализ зависимости гидравлического сопротивления от скорости газа, а также визуальные наблюдения показывают существование нескольких гидродинамических режимов работы аппаратов - начального, промежуточного и развитого (полного) псевдоожижения. Особенностью завершения начального режима является возникновение в периферийных статических слоях насадки газожидкостной системы, которая может оцениваться как интенсивный барбо-тажный или пенный слой [103]. В режиме полного псевдоожижения, относимого к наиболее высокому уровню функциональной эффективности, все элементы насадки покрыты плёнкой жидкости и находятся во взвешенном состоянии. С ростом скорости газа количество удерживаемой жидкости возрастает, распределяясь, по одним данным, в виде капель и струек [84], а по другим — в виде газожидкостной структуры, близкой к барботажному или пенному слою [100]. Отсюда неоднозначность оценок, предлагающих рассматривать газожидкостную систему с подвижной насадкой как трёхфазный слой, существующий в режиме интенсивного барботажа, или формализовано представляющих её в виде двухфазного слоя [13], в котором сплошная газовая среда обтекает взвешенные элементы насадки, покрытые жидкой оболочкой. Всё это ведёт к определённому отличию множества упрощений, допускаемых в математических описаниях и оценках [15]. К функционально-технологическим недостаткам скрубберов с подвижной насадкой следует отнести высокое для систем вентиляции гидрав 21 лическое сопротивление (свыше 5 кПа), относительно низкие скорости движения газа, сохраняющие пенную структуру слоя (до 5 м/с), и быструю изнашиваемость элементов насадки, снижающую эксплуатационную надёжность аппаратов.
Формирование высокоразвитой межфазной поверхности контакта в режиме образования динамической пены согласно исследованиям С.А. Богатых, и др. эффективно реализуется путём подвода к слою жидкости потока газа, приведённого во вращательно-вихревое движение [23, 29, 55, 68]. Исходя из доминирующего влияния данного фактора [3, 24], аппараты этой видовой группы классифицированны как вихре-пенные [41]. На уровне конструкции их существенное отличие заключается в исполнении узла ввода газа в жидкую фазу. По данному признаку можно выделить: циклонно-пенные аппараты [9, 10], с формированием закручиваемого потока газа в специальном кольцевом канале или спиральной улитке, и пенно-вихревые, — осуществляющие закручивание (завихрение) газа непосредственно при вводе в жидкую фазу при помощи определённым образом профилированного лопаточного завихрителя — круговой гидродинамической решётки. Общим признаком является предварительное вытеснение части жидкости в реакционную зону аппаратов, оформляемую в виде вертикальной цилиндрической контактной камеры.
В кольцевом канале или спиральной улитке циклонно-пенного аппарата (ЦПА) потоку газа сообщается высокоскоростное круговое движение, при котором достигается его равномерное поступление в контактную камеру по всей окружности её сечения. Встречая на своём пути вытесненную в реакционную зону жидкость, газовый поток разбивается на множество отдельных струй и пузырьков, разделённых плёнками жидкости, которые в совокупности составляют слой динамической пены с интенсивно обновляемой межфазной поверхностью [22]. На основе этого допустимо считать выполняемым условие сплошности жидкой фазы.
Закономерности осаждения аэрозольных частиц при циркуляции жидкости в объёме пенного слоя
Согласно результатам исследования структурных характеристик пенного слоя [31], при восходящем движении имеет место равномерное распределение массы инжектируемой жидкости по объёму газожидкостного потока в виде разделяющих газовые пузырьки жидкоплёночных прослоек, образующих развитую поверхность контакта. Достигая поверхности пенного слоя, жидко-плёночные структурные элементы восходящего течения смещаются к его периферии, трансформируясь в плёночно-струйные стоки на внутренней поверхности камеры инжектора. Очевидно, что из условия рж » ри объём восходящего газожидкостного потока многократно превышает суммарный объём жидкостных стоков, вследствие чего их влияние на эффект массообмена в пенном слое пренебрежимо мало. Согласно этому, для установившихся условий течения восходящего потока и жидкостных стоков (работы аппарата) при прямо-точно-возвратном режиме пенообразования, как и в случае прямоточного, конечная концентрация С достигается уже в период прямоточного с газом движения массы инжектируемой жидкости Wj = Wj .
Таким образом, из условия достижения конечной концентрации С , циркуляционный цикл движения жидкой фазы (пребывания в объёме пенного слоя) с достаточным приближением можно представить как перемещение массы "светлой" жидкости по пути, равному « 2НП в виде ассимилирующего Wj и транспортного потоков за время $, соответствующее продолжительности движения газа через контактную камеру. Отсюда, 3 представляет собой время цикла, за которое массой жидкостного стока Wj с концентрацией С в заполняющей поддон аппарата массе жидкости W текущая концентрация достигает величины С;. Одновременно, в описывающем процесс разделения аэрозоля с учётом эффекта циркуляции выражении (2.35) — это также время, за которое поступающей в поддон жидкостью Wj и Wj с концентрацией С в заполняющей его массе жидкости W создаётся текущая концентрация С:. Отсюда, согласно условиям вывода характеристического уравнения циркуляции жидкой фазы [36], можно записать где & — длительность циркуляции массы жидкости Wj « Wj через пенный слой и поддон аппарата (время работы аппарата), С.
Принимая во внимание соотношение (2.36), уравнение эффективности разделения аэрозолей с учётом влияния циркуляции жидкой фазы (2.35) можно записать в форме удобной для практического применения Из выражения (2.37) следует, что при выполнении условия 77 = const величину 77ц определяют значения Wj, &, и gw. Данный вывод принципиально важен, т.к. значение Wj, с учётом отмеченных выше размерных характеристик жидкостного стока, может быть определено расчётом на основании (1.2, 1.7), а время циркуляционного цикла & отработавшей жидкости в первом приближении может быть принято равным времени движения Wj по циркуляционному контуру протяжённостью 2НП.
Таким образом, при заданном режиме работы аппарата эффективность разделения аэрозоля 77ц допустимо рассматривать как величину, функционально зависящую только от соотношения Wj / W и величины gw. Величина gw в (2.37) представляет собой параметрическую характеристику, отражающую изменение вероятности осаждения аэрозольных частиц в зависимости от доли жидкости, время пребывания которой в объёме пенного слоя возрастает за счёт участия в возвратном (циркуляционном) движении. Одновременно, соотношение Wj / W отражает закономерность влияния на rj количества внесённой в потоком Wj массы осаждённых частиц аэрозоля (через вызываемое этим изменение начальной концентрации С ж в потоке Wj). В связи с этим становится важным проследить закономерность реализации исследуемой функциональной зависимости в различных параметрических интервалах варьирования значений (Wj / W) и gw, отражающих характерные условия осуществления процесса разделения аэрозоля.
Значение gw может изменяться в пределах 0 gw 1, что позволяет её считать режимной характеристикой движения жидкости через зону контакта фаз — пенный слой. При gw « 0 имеет место прямоточный режим движения — весь поток Wj поступает в зону контакта с концентрацией осаждённых частиц Cj = С = 0. Значение gw « 1 соответствует режиму полной циркуляции, при котором отработавшая жидкость в количестве Wj « Wj возвращается в поддон (возвратный поток) в виде плёночно-струйных стоков, а начальная концентрация Cj осаждённых частиц в инжектируемой жидкости (прямоточном потоке) определяется соотношением Wj / W и продолжительностью работы аппарата. Условию 0 gw 1 отвечает случай соизмеримого соотношения массовых расходов возвратного и прямоточно отводимого из пенного слоя потоков жидкости.
Очевидно, что режим осуществляемый при gw « 0 достаточно прогнозируем, т.к. отражает особенности многократного превышения располагаемого (исходного) количества жидкости, условно определяемого как количество массы жидкости в поддоне W над количеством, идущим на формирование прямоточного потока Wj, т.е. фактически сводится к условиям прямоточного режима, описываемого уравнениями (2.28) и (2.29). Очевидного практического значения не имеет анализ и режима 0 gw 1 ограниченного в возможностях широкого варьирования расходными характеристиками (иа, 1іж) в сравнении с прямоточным режимом и уступающего по возможностям экономии рабочей жидкости режиму циркуляции с gw » 1.
Следовательно, основной интерес для анализа представляет режим, характеризуемый условием gw » 1, обладающий признаками наиболее экономичного (по расходу жидкости) режима осуществления процессов разделения аэрозолей, когда практически вся масса образующей ПКФ жидкости возвращается для возможного многократного использования. Для этого же режима характерна возможность регулируемого отвода части отработавшей жидкости Wj прямоточного потока из сепаратора с целью её регенерации вне аппарата применительно к условиям совмещения процессов извлечения неоднородных компонентов из очищаемого газа.
Исследование влияния коэффициента массопередачи на извлечение твёрдой фазы аэрозоля в структуре пенного слоя
Отмечая совпадение означенных результатов с известными данными других исследований, допустимо отнести их к характерным закономерностям осветления рабочей жидкости в аппаратах, работающих с самоорошением очищаемого газа [58, 65, 89]. Возможно, управляемое развитие этого эффекта сможет обеспечить снижение расхода проточной жидкости при рациональной её подаче в зону активного контакта.
Для выбора схемы подачи и отвода проточной жидкости W- из поддона аппарата, оптимально учитывающей гидродинамические условия её перемешивания инжектируемым и стекающими потоками, была выполнена серия экспериментов по оценке закономерности распределения в объёме W жидкости поддона взвешенных аэрозольных частиц — их локальных концентраций. Определение последних осуществлялось посредством коллекторного устройства, позволяющего одновременно производить отбор проб жидкости из нескольких определённым образом задаваемых точек её объёма в поддоне аппарата. Эксперименты проводились в условиях работы аппарата, соответствующих принятому для гидродинамических исследований характерному значению начального уровня жидкости h0 = 0,0 м при скорости газа в камере инжектора Ua = 2,5-=-10 м/с и времени непрерывной работы аппарата — 60 минут. Точки отбора проб размещались в сечении поддона с учётом визуально наблюдаемых циркуляционных течений в объёме заполняющей его жидкости. Сетка их распределения формировалась тремя рядами замерных точек, располагаемых по вертикали с шагом, равным диаметру камеры инжектора, и размещением верхних точек на уровне нижних кромок лопаток закручивателя. В сечении поддона первый вертикальный ряд замерных точек располагался у стенки корпуса поддона на расстоянии 10 мм, второй и третий соответственно на условном продолжении образующей поверхности камеры инжектора и её оси. Таким образом, сетка замерных точек охватывала зону пристенных течений, формируемых циркуляционными стоками из камеры инжектора и инжектируемым потоком.
Представленное на рис 3.14 и 3.15 распределение локальных концентраций С, по сечению поддона позволяет говорить во первых о наличии циркуляционных потоков в жидкости поддона, формируемых нисходящими струями при прямоточно-возвратном режиме работы аппарата, во вторых о влиянии плотности уловленных частиц на формирование поля концентраций. Для всей области рассмотренных режимных условий характерным является устойчивое формирование пристенной зоны наименьших концентраций, промежуточных концентраций по оси камеры инжектора и максимальных — по её образующей. Основываясь на означенных закономерностях, легко видеть необходимость подачи свежей проточной жидкости по оси камеры инжектора на уровне нижних кромок лопаток закручивателя и её отвод из пристенной зоны между первым и вторым горизонтальным рядом замерных точек, т.е. на отметке пш Нщ- (him-dK), где h — высота расположения нижних кромок лопаток закручивателя над поверхностью дна поддона, Нот — отметка организации отвода жидкости.
Превышение локальных концентраций С : в точках, располагаемых по условному продолжению образующей поверхности камеры инжектора указывает, что на распределение локальных концентраций доминирующее влияние оказывают условия выхода (движения) жидкостных стоков с основной массой транспортируемых ими осаждённых частиц аэрозоля в придонную область объёма жидкости W, заполняющей поддон аппарата. При заданной в эксперименте высоте размещения основания закручивателя над поверхностью дна поддона (высоте Нш - пл, где пл — высота лопаток закручивателя), согласно визуальным наблюдениям, жидкостные стоки достигают дна поддона до момента достижения полного перемешивания с окружающей массой жидкости. Как результат направляющего воздействия поверхности дна возникает генерация вторичных циркуляционных потоков.
Означенное позволяет считать, что увеличение протяжённости пути нисходящего развития жидкостных стоков повышает вероятность выноса большей части осаждённых за пределы зоны их возможного вторичного захвата потоком инжектируемой жидкости Wj. То есть, увеличение высоты поддона допустимо рассматривать как одно из условий снижения концентрации С, в его объёме, способствующих сокращению расхода проточной жидкости W" при сохранении необходимой эффективности разделения аэрозоля 7/ц. Одновременно, увеличение Нпк, являющегося параметрической характеристикой объёма жидкости W в поддоне, через уменьшение соотношения Wj / W оказывает прямое влияние на величину т/ц.
Для оценки условий реализации обоих этих факторов, были выполнены две серии экспериментов, состоявшие в осуществлении процесса разделения аэрозоля в условиях последовательного изменения высоты HR расположения основания закручивателя над поверхностью поддона и, соответственно, увеличения массовой доли проточной жидкости W:" в инжектируемой Wj. В первом случае анализировалась зависимость соотношения С- /С- фактической и условно-расчетной концентрации взвеси аэрозольных частиц от высоты HR, во втором — соотношения начальной концентрации С :R в инжектируемом потоке, формируемом с подачей Wj" проточной жидкости, и фактической концентрации С- от соотношения Wj" и общего количества инжектируемой жидкости Wj. Подача проточной жидкости осуществлялось через трубку-насадок, располагаемую по оси камеры инжектора на уровне её входного сечения. Полнота поступления жидкости W:" в инжектируемый поток контролировалась периодическим её тонированием контрастными красителями.
Выбор и обоснование метода оптимизации процесса извлечения дискретной фазы аэрозоля в пенодинамическом слое
Базу пенодинамического скруббера составляют коаксиально компонуемые по вертикали три функциональных блока: технологический, вспомогательный и сепарационный (рис. 5.1). В совокупности они составляют газоочистное устройство определённой номинальной производительности по очищаемому газу, функцию управления работой которого обеспечивает контрольно-регулирующее устройство, монтируемое на вспомогательном блоке.
Технологический блок 1 состоит из корпуса с тангенциальным или нормальным входным патрубком и коаксиальную корпусу контактную камеру инжектора 2, оборудованную в нижнем входном сечении лопаточным закручива-телем 8. Верхнее выходное сечение камеры инжектора оснащено фланцем для герметичного соединения с входным патрубком 15 сепарационного блока.
Сепарационный блок 4 состоит из вертикального корпуса прямоугольного поперечного сечения и коаксиально заглубленный в него снизу входной патрубок. Сверху сепарационный блок оборудован коаксиальным патрубком выпуска очищенного газа, а снизу — трубопроводом 6 для слива отсепарированной капельной влаги. В корпусе сепарационного блока коаксиально входному патрубку размещён розеточный или диффузорный сепаратор 9.
Корпус технологического блока 1 фланцевым соединением герметично закреплён на крышке контрольно-вспомогательного блока 3, в корпусе-поддоне которого соосно инжектору 2 установлен отсекатель флотирующих частиц 7.
Конструктивно отсекатель представляет собой систему коаксиальных гидродинамических решеток, состоящее из цилиндра внутри которого соосно установлен усеченный конус. На внешней поверхности которого закреплены направляющие лопатки под углом 10-12 относительно вертикальной оси контактной камеры.
Принцип работы отсекателя заключается в следующем - выходящие из контактной камеры струи ЖТС, содержащие уловленные частицы , проходят между направляющими лопатками и смещаются к периферии корпуса поддона аппарата. Далее происходит выделение из объема струй уловленных частиц с дальнейшей сепарацией в зависисмости от их плотности. Частицы с высокой удельной плотностью оседают на дно поддона и выводятся из аппарата посредством механической системы шламоудаления. Частицы с удельной плотностью ниже плотности ЖТС концентрируются в верхних ее слоях между внутренней стенкой поддона аппарата и внешней стенкой цилиндра отсекателя флотирующих частиц, и выводятся из аппарата через переливное устройство 10, связанное с системой промканализации "с разрывом струи". Жидкость в зону инжекции поступает через полый усеченный конус. Таким образом на формирование поверхности контакта фаз поступает условно чистая жидкость С, « Crf. На корпусе-поддоне 3 установлен контрольно-регулирующий блок 5, подключаемый к внутреннему объёму корпуса-поддона воздушным патрубком 11 и водяным коллектором 12. Входным патрубком регулирующий блок подключен к системе промводоснабжения, а через гидрозатвор к системе промканализации "с разрывом струи".
Процесс обеспыливания в пенодинамическом скруббере осуществляется по двухступенчатому циклу с частичной первоначальной инерционной сепарацией более крупных частиц и последующим извлечением в пенном слое мелкодисперсных фракций и газообразных компонентов. С учетом флотирующих свойств, улавливаемых компонетов скрубберы данной модификации оснащаются отсекателем флотирующих частиц, позволяющем предотвратить попадание частиц, плавающих на поверхности ЖТС в зону инжектора. Технические данные скруббера: Производительность, нм /ч — по номенклатуре и числу модулей Гидравлическое сопротивление, кПа — не более 2,5 Расход ЖТС (воды), л/м3 — до 0,002 (прямоточно-возвратный режим) Степень очистки от пыли, % — до 99 (гидрофобная неслипающаяся) Размеры в плане, мм — 1425 х 1025 (одиночный модуль) Высота, мм — 3180 При введении в схему аппарата отсекателя флотирующих частиц режим работы скруббера и условия его эксплуатации адекватны условиям отсутствия эффекта флотации. В связи с этим расчет; конструктивных и технологических параметров эксплуатации ВИПС осуществляется по разработанной методике, базируемой на общем подходе к описанию процессов извлечения дискретной фазы аэрозоля в пенодинамическом слое [31]. Начальным пунктом расчёта является определение среднерасходного значения Ua в камере инжектора где L — объёмный расход газовоздушного потока, м /с; П — число одноинжек-торных модулей или инжекторов в батарейном ВИПС, параллельно работающих в рассчитываемом режиме очистки; dK — диаметр камеры инжектора, м. С учетом условия соответствия скоростному интервалу 6 Ua 10 м/с, отвечающему эффективному разделению аэрозолей подбираем требуемый диаметр контактной камеры.
