Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Основные направления усовершенствования пылеулавливающей техники для систем аспирации и пневмотранспорта текстильной промышленности 5
1.1. Современное состояние аппаратурного оформления процессов обеспыливания воздуха в текстильной промышленности 5
1.2. Патронные фильтры, как перспективное направление развития и усовершенствования фильтровального оборудования 23
1.3. Цели и задачи работ 31
Глава II. Разработка и обоснование основных конструктивных и режимных параметров двухступенчатой пылеулавливающей установки 32
2.1. Теоретическое и экспериментальное обоснование выбора пылеуловителя ВЗП в качестве первой очистки ...33
2.2. Основные конструктивные и режимные параметры пылеуловителя ВЗП для первой ступени очистки 37
2.3. Разработка процесса регенерации фильтровальных элементов патронного фильтра, теоретическое исследование и обоснование его основных режимных и конструктивных параметров 40
2.3.1 Выбор режимных параметров регенерации обратной импульсной продувкой фильтра 42
2.3.2 Обоснование конструкции и режимных параметров основных элементов узла регенерации импульсной продувкой 48
Глава III. Экспериментальное исследование процесса регенерации патронного фильтра импульсной продувкой 58
3.1. Методика и программа экспериментальных исследований 58
3.2. Лабораторный стенд 62
3.3. Результаты экспериментального исследования процесса регенерации патронов обратной импульсной продувкой 67
Глава IV. Разработка и расчёт двухступенчатой пылеулавливающей установки для систем аспирации и пневмотранспорта текстильной промышленности 87
4.1. Расчёт патронного фильтра 87
Выводы по работе 92
Основные обозначения 93
Список основной используемой литературы 94
- Патронные фильтры, как перспективное направление развития и усовершенствования фильтровального оборудования
- Основные конструктивные и режимные параметры пылеуловителя ВЗП для первой ступени очистки
- Выбор режимных параметров регенерации обратной импульсной продувкой фильтра
- Результаты экспериментального исследования процесса регенерации патронов обратной импульсной продувкой
Введение к работе
Технологические процессы переработки льна, хлопка и другого
текстильного сырья, производства текстильных материалов сопровождается
значительным выделением пыли, от оборудования, из систем аспирации и
пневмотранспорта, загрязняющей воздух производственных помещений,
промплощадок и прилегающих жилых районов, что ухудшает условия труда,
качество продукции, служит причиной заболевания, наносит ощутимый
социальный, экологический и экономический ущерб. В связи с этим,
вопросам аспирации и обеспыливания воздуха и газовых выбросов на
предприятиях отводится важное место. В текстильной
промышленности системы аспирации предназначены для удаления
запыленного и загазованного воздуха от укрытий и местных отсосов
технологического оборудования. Пневматический транспорт широко
применяется для транспортирования хлопка, шерсти, обрези, угаров, костры и
других материалов. Системы аспирации и пневмотранспорта содержат
сложные разветвленные воздуховоды, местные отсосы и укрытия, питатели
и конденсоры, шиберы, клапаны-переключатели,
вентиляторы. Важнейшим элементом систем аспирации и пневмотранспорта, определяющим их работоспособность и эффективность, является пылеуловитель. Существует много различных способов очистки запыленного воздуха. Эти способы непрерывно развиваются и усовершенствуются с целью повышения эффективности очистки, выгодной как с санитарно-гигиенической, так и с экономической точки зрения. Применяемая в отечественной текстильной промышленности пылеулавливающая техника, не всегда дает желаемый результат по эффективности очистки, а очищенный воздух во многих случаях не может подаваться обратно в помещение по санитарно-гигиеническим нормам [1,3,4,7,9,10,13,28,30,32,41,46,5 8-60,63,64,66,68].
Используемые рукавные фильтры могут обеспечить высокую степень очистки воздуха, но во многих случаях имеют низкие средние эксплуатационные показатели из-за сложностей в их обслуживании, пожаро— и взрывоопасных свойств улавливаемых пылей.
Сетчатые барабанные фильтры, пылеосадительные камеры и циклоны просты в эксплуатации, но не способны обеспечить требуемую степень очистки воздуха, т.к. относятся к классу низкоэффективных пылеуловителей [4,32,68].
В последние годы в МГТУ им. А.Н. Косыгина разработаны новые центробежные пылеуловители-вихревые (ВП). Они также как и циклоны просты в эксплуатации, компактны, но отличаются от циклонов значительно более высокой пылеулавливающей способностью, особенно волокнистых пылей. К настоящему времени накоплен значительный опыт успешного применения ВП в химической, текстильной промышленности, в промышленности первичной обработки текстильного сырья и др. Однако и их эффективность недостаточна для рециркуляции очищенного воздуха [15,16,18,20-22,24-26,47-53,69].
За рубежом в последние годы, судя по литературным источникам [72,73,100-109], для тонкой санитарной очистки промышленных газовых выбросов разрабатываются и исследуются регенерируемые патронные фильтры, основной отличительной особенностью которых является применение фильтрующих элементов со складчатой фильтрующей поверхностью. Компактность, наряду с большой фильтрующей поверхностью и пониженной газовой нагрузкой, высокая эффективность очистки, удобство и простота обслуживания, высокая эксплуатационная надежность, технологичность конструкции и её модульность ставят регенерируемые патронные фильтры в ряде случаев вне конкуренции.
У нас в стране патронные не регенерируемые фильтры широко применяются в качестве воздухоочистителей в двигателях, для очистки топлив, масел и др. Однако, регенерируемые патронные фильтры, предназначенные для очистки технологических газов и аспирационного воздуха, вследствие ряда причин не выпускаются серийно и в текстильной промышленности не применяются.
Настоящая работа направлена на создание высокоэффективного способа и оборудования для обеспыливания воздуха в системах аспирации и пневмотранспорта текстильной, легкой, химической, пищевой и др. отраслей промышленности. Она включает в себя стадию научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию новой высокоэффективной двухступенчатой фильтровальной установки вихревой пылеуловитель-патронный фильтр. Есть основания предполагать, что в скором будущем, после глубокого спада, наступит период интенсивного роста текстильных и других производств и потребности в современном пылеулавливающем оборудовании.
Работа проводилась на кафедре «Процессы, аппараты химической технологии, гидравлики и безопасности жизнедеятельности» Московского Государственного Текстильного Университета им. А.Н. Косыгина.
Научная новизна работы заключается в том, что:
Теоретически доказано, что применение на первой ступени очистки вихревого пылеуловителя ВЗП наилучшим образом отвечает предъявляемым к первой ступени требованиям.
Выполнено математическое описание циклов фильтрования и регенерации, продувки патронов звуковыми и сверхзвуковыми соплами, коллекторного распределения по ним воздуха.
Разработана методика расчета патронного фильтра, позволяющая рассчитать время цикла фильтрования и толщину образующегося слоя осадка, скорость обратной продувки, необходимой для сброса слоя осадка в зависимости от группы слипаемости пыли, расход воздуха на продувку и объем ресивера, размеры продувочных сопел и коллектора равномерного распределения расхода.
Получены результаты экспериментальных исследований циклов фильтрования и регенерации, в которых установлено подобие процессов выхода на равновесное сопротивление в зависимости от
удельной массы уловленной пыли, качественное влияние на равновесное сопротивление скорости фильтрования и предельного перепада давления, что интенсивности и равномерности продувки способствуют закрутка струи и патрубок Вентури. Практическая ценность:
Разработка и расчет режимно-конструктивных параметров пылеуловителя ВЗП-800 с низким коэффициентом сопротивления и уменьшенной относительной высотой для первой ступени очистки.
Разработка и расчет регенерируемого патронного фильтра ФП-12 и двухступенчатой пылеулавливающей установки в целом. Определены все основные режимно-конструктивные параметры и техническая характеристика установки.
Внедрение установки в текстильную промышленность позволит удовлетворить высокие санитарные требования к очистке воздуха и получить экономию энергоресурсов.
Обоснованность основных научных результатов определяются тем, что они опираются на анализ особенностей физико-механических свойств текстильной пыли, современных способов и аппаратов для ее улавливания, на классических представлениях газодинамики, теории фильтрования и вихревых аппаратов.
Достоверность полученных научных результатов подтверждается экспериментальными исследованиями, выполненными по современным методикам с использованием представительной автоматизированной модели патронного фильтра, контрольно-измерительных приборов и ЭВМ, использованием обширных данных опытно-промышленных испытаний вихревых пылеуловителей, накопленных кафедрой.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на: Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудования текстильной промышленности» Текстиль 2003 и 2004 г.г.; на заседаниях кафедры ПАХТ и БЖД 2003 и 2004 г.г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 работы в научных изданиях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка использованной литературы из 111 наименований и 3 приложений. Работа изложена на 170 страницах, содержит 44 рисунка, 10 таблиц.
Патронные фильтры, как перспективное направление развития и усовершенствования фильтровального оборудования
В промышленно развитых странах для очистки технологических газов и аспирационного воздуха на промышленных предприятиях в последнее время находят всё большее применение регенерируемые патронные фильтры. Отличительной их особенностью является применение фильтрующих элементов со складчатой фильтрующей поверхностью [72,73,100-109].
В нашей стране нерегенерируемые патронные фильтры уже давно нашли широкое применение в качестве воздухоочистителей для двигателей внутреннего сгорания, для очистки топлив, масел, гидросмесей, охлаждающих жидкостей и т.п. Однако, регенерируемых патронных фильтров для очистки больших объёмов газа и воздуха наша промышленность практически не производит.
Лишь одно предприятие ООО «Эковент К» (г.Москва, www.ekovent.ru ), с которым в этом вопросе тесно сотрудничает кафедра ПАХТ и БЖД МГТУ им. А.Н. Косыгина, недавно приступило к серийному выпуску таких фильтров [110].
В настоящее время, регенерируемые патронные фильтры зарубежного производства у нас в стране применяются в пескоструйных и дробеструйных камерах при порошковом окрашивании, шлифовании и т.п. Отечественная текстильная промышленность патронные фильтры для очистки аспирационного воздуха не использует.
Применение патронных фильтров вместо рукавов позволяет существенно уменьшить габариты фильтрующих установок по сравнению с рукавными фильтрами такой же производительности. Возможность применения в качестве фильтрующей перегородки фильтровальных бумаг, картонов, нетканых материалов являющихся относительно недорогими фильтрующими материалами, также является преимуществом патронных фильтров. Компактность, высокая эксплуатационная надежность, удобство и простота обслуживания, а также возможность повышения эффективности за счет снижения газовой нагрузки в ряде случаев ставят регенерируемые патронные фильтры вне конкуренции. Важным преимуществом патронных фильтров является то, что они могут эффективно очищать от пыли большие объёмы газов и занимать при этом небольшую площадь.
На рис. 1.2.1 показан график сравнения габаритных размеров пылеуловителей различного типа в зависимости от объёма очищаемого воздуха, проходящего через аппарат.
Значение имеет простота операций сборки и разборки патронного фильтра. При замене фильтрующего элемента (рукава) в обычном рукавном фильтре с обратной продувкой требуется больше времени, чем при замене патронного фильтра. Патрон представляет собой единую, цельную конструкцию, благодаря чему фильтрующие элементы можно по отдельности свободно извлекать из установки и заменять новыми. Сравнение стоимости замены элементов и времени замены дано на рис. 1.2.2.
Одна из типичных конструкций патронного фильтра [73], обеспечивающего очистку воздуха в количестве до 76000м3/ч, показана на рис. 1.2.3. Очищаемый газ подается в бункер фильтра через боковой ввод 2, проходит, фильтруясь, сквозь фильтрующие элементы-патроны 3 и очищенным поступает в камеру чистого газа 5, из которой через патрубок 4 выбрасывается наружу. Уловленная пыль удаляется из фильтра через нижний разъем бункера 1. В качестве фильтрующих элементов используются патроны из металлической сетки и металлокерамики. Для удаления пыли с фильтрующей поверхности патронов применяется импульсная продувка. Повышенная прочность примененных фильтрующих материалов позволяет увеличить давление и сократить длительность импульса при продувке. При этом устраняется закупорка пор фильтрующей перегородки и перепад давления после продувки уменьшается до 250Па, а средняя скорость фильтрации может быть увеличена до Н2(м/мин.). В среднем, однако, с целью снижения энергозатрат и повышения срока службы фильтрующего материала патронные фильтры работают с пониженными скоростями фильтрации в сравнении с тканевыми рукавными фильтрами при меньших габаритных размерах. Например, для очистки 25000м3/ч газа в патронном фильтре с площадью фильтрации 672м2 требуется объем пылеуловителя около 18м3, в то время как рукавный фильтр с площадью фильтрации 240м2 занимает объем 43м .
Основной фактор, из которого исходят при расчете стоимости технического обслуживания-это срок службы патрона. Зарубежный опыт эксплуатации патронных фильтров показывает, что при правильном подборе патрона и правильном обслуживании фильтра, срок службы патрона равен сроку службы рукавного фильтра, с которым производится сравнение.
В патронном фильтре, как и в любом аппарате фильтрующего действия, основным элементом является фильтрующая среда. От правильного подбора фильтрующей среды зависят работа всего аппарата в целом и качество его эксплуатационных характеристик: содержание пыли в чистом газе, перепад давлений, срок службы и др.
За последние годы арсенал фильтрующих сред очень расширился в связи с появлением нетканых материалов, позволяющих при более низком перепаде давлений по сравнению с тканными фильтрующими материалами достичь хорошей эффективности.
В патронных фильтрах используются различные виды фильтрующих материалов: бумага, картон; лавсан, нитрон (тканные и нетканые); шерсть, хлопок, лен, нейлон; материалы из стеклянных покрытий; фильтрующая керамика; металлокерамика; спеченные материалы из металлических волокон; металлические сетки;
Для регенерации фильтрующих элементов в патронных фильтрах применяются два основных способа: импульсная продувка (аэродинамическое встряхивание) и обратная продувка. Применяются также разновидность обратной продувки-струйная (локальная) продувка.
При импульсной продувке импульс сжатого воздуха подается в фильтровальный патрон через эжектор, выполненный в виде трубы Вентури, при этом механическое встряхивание, обеспечивающее деформацию фильтрующего материала и разрушение пылевого слоя, сочетается с обратной продувкой очищенным газом, который эжектируется импульсом сжатого воздуха. Избыточное давление сжатого воздуха при регенерации составляет 0,3-=-0,8МПа, а длительность импульса от 0,02 до 0,2с. Число импульсов и их частота зависят от многих параметров, таких как свойства и дисперсность пыли, концентрация пыли на входе в фильтр, характеристики и свойства фильтрующего материала, скорость фильтрации и т.п. Регенерация импульсной продувкой осуществляется, как правило, без отключения фильтра или его секций, т.е. при постоянных значениях сопротивления и расхода очищаемых газов. Расход продувочного сжатого воздуха по литературным данным составляет 0,1-Ю,2% от количества очищаемого воздуха [72,73]. Подача импульсов сжатого воздуха осуществляется с помощью мембранных электромагнитных клапанов в автоматическом режиме. Конструкции фильтров с импульсной регенерацией весьма многочисленны, часть из них представлена в работах [72,73,111].
Для повышения эффективности регенерации в ФРГ были разработаны инжекторы, в которых эффект центральной струи сочетается с воздействием тангенциального потока воздуха по периферии сопла, что обеспечивает достижение сверхзвуковой скорости в продувочном сопле [111]. В патентах США [95,96] представлены оригинальные варианты применения трубок Вентури в фильтровальных патронах, различающиеся способами их установки, крепления и уплотнения в фильтре без применения каких-либо инструментов.
Основные конструктивные и режимные параметры пылеуловителя ВЗП для первой ступени очистки
Вторая ступень очистки, в качестве которой в данной работе предлагается использовать патронный фильтр, должна отвечать ряду требований.
Фильтр должен обеспечивать очистку воздуха до остаточной запыленности менее 1мг/м3 и использование его в качестве рециркуляционного. Максимальная потеря давления в фильтре не должна превышать 400+500Па, при скорости фильтрования порядка 0,005м/с. Общее максимальное гидравлическое сопротивление двухступенчатой установки при этом составит до 1200Па, что является приемлемым для использования в системах аспирации вентиляторов среднего давления. Начальное гидравлическое сопротивление чистой фильтровальной перегородки до 400-Н000(Па-с/м). В основное время цикла фильтрования процесс должен идти с образованием осадка на поверхности перегородки. Перегородка должна хорошо регенерироваться обратной импульсной продувкой сжатым воздухом и иметь достаточную механическую прочность.
Фильтр должен иметь пожаро- и взрывозащиту. Для полностью обоснованной разработки фильтра, отвечающего всем указанным требованиям, требуются теоретическое и экспериментальное исследование процессов фильтрования через гофрированную фильтровальную перегородку и ее регенерации, обоснования конструкции фильтрэлементов (патронов) и материала фильтрперегородки, оптимизация режимных и конструктивных параметров фильтра. В целом это большая комплексная работа.
В данной диссертационной работе исследуется процесс регенерации патронного фильтра импульсной продувкой фильтрэлементов сжатым воздухом, и разрабатываются режимные и конструктивные параметры узла продувки.
Принципиальная схема узла импульсной продувки фильтровальных патронов и организации процесса регенерации патронного фильтра показана нарис.2.3.1.
Узел содержит ресиверы 3, клапана 1, коллекторы 2 и сопла 4. Продуваемые фильтрпатроны 5 крепятся к плите 6, отделяющей секцию очищенного воздуха, в которой располагается узел продувки, от секции грязного воздуха, в которой располагается фильтрпатроны. В фильтрпатроне может быть установлен вытеснитель. Вытеснитель предназначен для выравнивания расхода продувочного воздуха через фильтрперегородку патрона по его высоте.
Ресиверы предназначены для накопления сжатого воздуха и поддержания мощности импульса продувки во времени на достаточно высоком уровне.
Клапаны мембранные с электромагнитным золотниковым управлением в автоматическом режиме. Очередность, частота срабатывания клапанов и длительность импульса могут регулироваться и задаются коммутатором, расположенным в шкафу управления. Количество клапанов может быть равно количеству патронов, либо один клапан может продувать одновременно несколько патронов через общий коллектор.
Регенерация импульсной продувкой осуществляется без остановки процесса фильтрования и отключения фильтра, или его отдельных секций.
В настоящее время в литературе отсутствует научное обоснование конструктивных и режимных параметров работы узла продувки, методики его расчета. В руководствах по эксплуатации и рекламных материалах приводятся разные параметры. Так, например, избыточное давление при регенерации может составлять от 0,3 до 0,8МПа, а длительности импульса-0,02 до 0,2с. Число импульсов, их необходимая мощность и частота сложным образом зависят от многих параметров: свойства и дисперсный состав пыли, концентрация пыли в очищаемом воздухе, фильтровальные свойства материала фильтровальной перегородки, характер и скорость процесса фильтрования, конструктивные особенности фильтрпатрона (число гофр, их глубина), допустимые перепад давления на фильтре, снижение его производительности во времени и т.п.
Ниже приводится теоретическое обоснование конструктивного решения некоторых элементов узла продувки, и определяются режимные параметры их работы.
К режимным параметрам импульсной продувки можно отнести скорость продувки, т.е. скорость фильтрации Wnp воздуха через фильтрперегородку в направлении, противоположном направлению фильтрования. По скорости продувки, зная фильтрующую поверхность можно определить расход воздуха Qnp на процесс регенерации.
Другим важным параметром является длительность импульса тпр, необходимая для достаточно полной регенерации фильтрперегородки и его периодичность, т.е. частота п .
Важное значение имеет такой параметр как избыточное давление истечения Р0 продувочного воздуха.
Аэродинамическое сопротивление чистой фильтровальной перегородки характеризуется воздухопроницаемостью В (л/(с-,и2)). Так, например, у фильтровальных бумаг фирмы «Binzer», которые использует ООО «Эковент К» в своих патронных фильтрах, воздухопроницаемость составляет 5 = 215- 840 л/(с-м2), при потере давления 200Па [ПО]. По мере запыления, аэродинамическое сопротивление фильтра возрастает, вследствие забивания пор перегородки и образования на ее поверхности слоя осадка, а производительность фильтра снижается в соответствии с характеристикой вентилятора. Для поддержания производительности фильтра и потери давления в нем в заданных пределах фильтрперегородка периодически регенерируется обратной импульсной продувкой сжатым воздухом. При этом поочередно продувается часть фильтрэлементов (патронов) без остановки процесса фильтрования в остальных. После определенного периода работы фильтра с чередованием циклов фильтрования и регенерации, наступает, так называемое, равновесное, остаточное после регенерации гидравлическое сопротивление ДР„. Значение этих величин зависят: от свойств фильтрматериала и улавливаемой пыли, параметров газа, метода регенерации, его режимных параметров и др. В некоторых случаях остаточное сопротивление фильтрперегородки непрерывно увеличивается, т.е. происходит забивание пор перегородки или ее «замазывание». Причиной этого могут быть чрезмерное высокая скорость фильтрования, наличие влаги, электростатических взаимодействий, недостаточная эффективность процесса регенерации.
Вместе с ростом равновесного пылесодержания и остаточного сопротивления обычно возрастает интегральная эффективность пылеулавливания за цикл. Попытки исключить остаточное пылесодержание за счет интенсификации регенерации перегородки могут привести к ее «переочистке» и снижению эффективности пылеулавливания.
Выбор режимных параметров регенерации обратной импульсной продувкой фильтра
Узел импульсной продувки может включать в себя (см. рис.2.3.1): ресивер, клапаны, коллекторы, сопла, эжекторные трубки, вытеснители, блок управления. Рассмотрим возможные конструктивные варианты этих элементов и методы расчета их режимных и конструктивных параметров.
Ресивер предназначен для аккумулирования достаточного количества сжатого воздуха в непосредственной близости от фильтрэлементов, и выдавать за короткий отрезок времени импульс без существенного затухания его мощности во времени.
Объем Vp ресивера зависит от количества п одновременно продуваемых патронов, длительности импульса г„, допустимого падения давления Д/ в ресивере воздуха за время импульса и расхода воздуха Q, который необходим на импульс.
Количество п одновременно регенерируемых патронов не должно быть слишком большим, чтобы существенно не нарушался режим фильтрования в остальных, и не оказалось кратковременное повышение избыточного давления в фильтре и в воздуховодах превышающим допустимые значения по условиям прочности и деформации их элементов. Так, например, во время импульса могут быть выбросы пыли в окружающее пространство через неплотности, разрыв диафрагм взрыворазрядителей, ложное срабатывание огневзрывопреграждающих клапанов и т.п. Практика показывает, что обычно п не превышает 10- -50% от всего количества патронов в фильтре в зависимости от их общего числа. Допустимое значение п можно достаточно просто рассчитать, зная общее число патронов, объем фильтра, расход сжатого воздуха за один импульс и допустимое избыточное давление в фильтре.
Масса продувочного воздуха плотностью процесса фильтрования согласно (2.3.25): G = P(ll-Wnp-Srnu, (2.3.26) где: -площадь фильтрперегородки одного патрона; рф -плотность воздуха при давлении Рф и температуре Тф в фильтре; Очевидно, G должна равняться массе воздуха, вышедшего из ресивера за импульс. Отсюда, для объема ресивера имеем: V=Wm -S, -п-ти Рф Тр , (2.3.27) агр 1Ф где: Д/ -падение давления в ресивере за импульс; Т р -температура воздуха в ресивере, "К; С целью снижения значений (PV), которое регламентируется нормами на сосуды высокого давления [12], на фильтре можно установить несколько соединенных между собой ресиверов с общим необходимым объемом Vp.
Клапан открывает проход сжатого воздуха из ресивера в раздающий коллектор. Он должен быть достаточно быстродействующим и управляться автоматически от шкафа управления. Например, ООО «Эковент К» использует мембранный клапан, управление которым осуществляется установленным на крышке клапана электромагнитным золотниковым переключателем. В выключенном состоянии мембрана клапана с обеих сторон испытывает давление сжатого воздуха и перекрывает входное отверстие коллектора. При переключении электромагнитного золотника задиафрагменная полость соединяется с атмосферой, мембрана отжимается сжатым воздухом от входного отверстия коллектора, пропуская в него продувочный воздух. Клапан показан на рис.2.3.4.
Вентури; 3-конус вытеснитель; 4-патрон.
Расход воздуха через сопло, параметры струи, эффективность процесса регенерации во многом определяется размерами и формой сопла, его расположением над фильтрпатроном. Сопло может быть коническим звуковым или сверхзвуковым в виде сопла Лаваля. Встречаются зарубежные фильтры, в которых продувка ведется через простые отверстия или через короткие цилиндрические патрубки, выполненные в раздающем коллекторе.
Имеются конструкции, в которых для усиления эжекции окружающего воздуха между соплом и патроном устанавливаются патрубки Вентури.
В некоторых конструкциях продувочной струе сообщается подкрутка.
Таким образом, на эффективность процесса регенерации импульсной продувкой сложным образом влияет большое число факторов. По принимаемым решениям в литературе нет четких теоретических и данных сравнительных экспериментальных исследований.
Рассмотрим особенности истечения продувочного воздуха через различные выпускные устройства и их возможное влияние на процесс регенерации [2,17] (рис.2.3.6).
Размеры коллектора или клапана будем считать настолько большими по сравнению с выпускным устройством, чтобы скорость можно было бы считать равной нулю, a U0,P0,T0,p0-параметрами торможения.
Запишем уравнение Бернулли для процесса истечения, пренебрегая потерями энергии. Очевидно, ввиду быстротечности процесс будет адиабатическим.
Такой характер зависимости массового расхода G от є объясняется тем, что при уменьшении Р, до критического, соответствующего є. скорость истечения /У, достигает критического значения, равного местной скорости звука С. и на срезе сопла устанавливается, так называемый, звуковой барьер и всякое дальнейшее изменение Рх не проникает в выпускное устройство. Например, для воздуха к = 1,41 и є,= 0,528.
Если давление Р0 перед соплом больше необходимого для достижения е., то воздух вытекает в окружающее пространство с избыточным давлением. Где-то за срезом сопла давление выровняется с окружающим. Избыток давления израсходуется на расширение струи и эжектирование окружающего воздуха.
Разница в максимальном значении расхода при истечении через отверстие в коллекторе, или через насадок будет определяться коэффициентом расхода, учитывающим гидравлическое сопротивление проходу воздуха через них.
В конфузорной части сопла между сечениями «0-кр» газ движется с ускорением. Скорость возрастает от 0 до критической U = С,. Увеличение скорости сопровождается падением давления, следовательно, и плотности, что частично усиливает рост скорости по сравнению с ростом только за счет уменьшения площади поперечного сечения. Поэтому, сужать канал при подходе к критическому сечению нужно уже не так быстро. В критическом сечении скорость становиться равной скорости звука U = С.. В диффузорной части сопла скорость увеличивается за счет дальнейшего падения плотности, что видно из уравнения (2.3.35).
Результаты экспериментального исследования процесса регенерации патронов обратной импульсной продувкой
Результаты экспериментального исследования процессов фильтрования и регенерации, полученных в данной работе, в виде таблиц даны в Приложении №2. В таблицах во времени приведены данные о скорости фильтрования 1Уф, расходе воздуха ()ф, частоте тока / питающего двигатель вентилятора, потере давления на фильтровальной перегородке АРф, концентрации пыли в очищаемом воздухе С. В каждой серии опыты проводились при постоянной скорости фильтрования и концентрации пыли. Длительность импульса продувки составляла ги=0,2с. Начальное давление воздуха в ресивере перед импульсом составляло не менее (0,4+0,6)МПа.
На рис.3.3.1. представлены полученные в опытах зависимости потери давления АРф на фильтровальной перегородке от времени в циклах фильтрования и регенерации при постоянной скорости фильтрования \ф = 0,005л /с, концентрации пыли С = 4,4г/лЛ Предельное значение перепада давления на фильтрперегородке было принято АРфк = 490,5Па. По достижении АРф с течением времени в цикле фильтрования АРК включался цикл регенерации, во время которого патроны поочередно через 1 минуту продувались импульсами сжатого воздуха. В итоге каждый патрон трижды продувался за цикл регенерации. Перепад давления АРф фиксировался после каждого импульса. На рис.3.3.1. графики АРф(т) в циклах фильтрования и регенерации построены по двум крайним значениям АРф в начале АРН и конце АРК цикла и в представленном виде не отражают характер процесса во время самого цикла. Об этом речь пойдет ниже.
Из рис.3.3.1. видно, что в данном эксперименте АРф выходит на постоянное равновесное значение АРН через значительное время (более 100 часов) и большое число циклов фильтрование-регенерация. При этом начальное сопротивление фильтрперегородки более чем в два раза меньше равновесного. С течением времени более чем в два раза сокращается период фильтрования и период между регенерациями. На рис.3.3.2. представлена АРф(т) в серии опытов при той же 1Уф = 0,005л /с. Однако, концентрация в этой серии была увеличена до
С = 20г/м3. Перед этой серией опытов патроны вынимались из фильтра, очищались щеткой и продувались сжатым воздухом вручную с использованием пневмопистолета. Из рисунка видно, что даже вручную не удалось снизить начальное сопротивление АРН патронов до уровня в предыдущей серии опытов (рис.3.3.1.). Цикл фильтрования по времени существенно сократился. Сократилось практически в пять раз и время выхода на равновесное сопротивление фильтра.
На рис.3.3.3. представлены результаты опытов третьей серии, в которой вдвое были увеличены скорость фильтрования 1ф=0,0\м/с и предельный перепад давления АРфк = 1020,217а по сравнению с первой серией. Можно заметить, что начальный перепад давления в этой серии увеличился вдвое АРИ =275Па по сравнению с предыдущими сериями опытов.
Из рис.3.3.3. видно, что увеличение скорости фильтрования \Уф и предельного перепада давления АРф привело к существенному увеличению равновесного сопротивления &PJW фильтра и сокращению времени цикла фильтрования. На рис.3.3.4. выше рассмотренные эксперименты представлены в виде зависимостей равновесного сопротивления &PJW от удельной массы пыли q = С W т, уловленной одним квадратным метром фильтровальной перегородки. В этих координатах серии опытов 1 и 2 практически совпадают, что говорит о подобии процессов регенерации и фильтрования. При одинаковой скорости фильтрования, предельном перепаде давления и режиме регенерации равновесное сопротивление перегородки определяется главным образом, массой отфильтрованной пыли.
Увеличение скорости фильтрования и предельного перепада давления в 3-й серии опытов привело к росту равновесного сопротивления при тех же значениях удельной массы пыли.
Это можно объяснить тем, что с повышением Шф и АРфк происходит, более глубинное, забивание пор перегородки пылью и снижается эффективность ее регенерации. Кроме того, существенно возрастает частота регенераций и сокращается время цикла фильтрования.
Из рис.3.3.3. и 3.3.4. видно, что улавливание экспериментальной пыли (тальк) патронами выполненными из фильтровальной бумаги фирмы «Binzer»№830, при режимах 3-й серии опытов практически нецелесообразно.
В экспериментальном исследовании изучалось влияние на регенерацию числа импульсов продувки, которым подвергаются патроны в цикле регенерации. Каждый патрон в цикле регенерации поочередно продувался через одну минуту и в целом за цикл регенерации три раза. После каждого импульса измерялось и фиксировалось значение сопротивления фильтра АРф.
На рис.3.3.5-3.3.7 представлены полученные результаты.
Данное исследование показало, что первая импульсная продувка патронов на 97+98%,т.е. практически полностью выводит перегородку на ее равновесное сопротивление. Второй импульс, а тем более третий существенно не снижают сопротивление перегородки в цикле регенерации. Объяснить данный факт можно тем, что первым импульсом сбрасывается основная масса осадка с поверхности перегородки, удерживаемая силами когезии, а последующие импульсы не в состоянии произвести глубинную очистку перегородки и ее внутренних пор от частиц пыли, удерживаемых силами адгезии. Для этого нужен совершенно другой уровень воздействия на частицы и перегородку в цикле регенерации. Вопрос о том, каков этот уровень, способ его реализации и целесообразность использования чрезвычайно сложен, т.к. процесс зависит от многих факторов и условий. Это и свойства газа, пыли и перегородки, вопросы прочности, надежности элементов фильтра и энергозатрат на регенерацию, сложности и технологичности конструкции фильтра, оптимального соотношения по времени между циклами фильтрования и регенерации, между глубиной регенерации и эффективностью очистки газа от пыли.
На основе проведенных исследований, с учетом свойств текстильной пыли, поступающей в патронный фильтр на вторую ступень очистки можно рекомендовать для цикла регенерации однократную импульсную продувку.
Процесс импульсной регенерации патронов, его эффективность в значительной степени зависят не только от расхода воздуха на импульс, но и от конструкции узла "патрон-сопло-эжектор". Основное требование к этому узлу-равномерность продувки патрона по всей его поверхности при максимальном эжектировании внешнего воздуха продувочной струей до входа в патрон. Этот узел схематично показан на рис.2.3.5.
