МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОСАЖДЕНИЯ В ПЫЛЕВЫХ КАМЕРАХ
Соболев А.В., Соболева О.В. (БГИТА, г. Брянск, РФ)
The Considered process peelings in camera on base gravitation and insertion peelings dust. At calculation is used exact mathematical model, which allows to optimize the process a peelings in camera for the reason increasing of efficiency of her(its) work.
Проблема загрязнения атмосферы является в наше время исключительно важной. Рост промышленности строительных материалов, внедрение новых более интенсивных технологических процессов со всей остротой ставит нас перед необходимостью обеспечить охрану окружающей среды, предотвратить загрязнение атмосферы. В процессе производства строительных материалов в атмосферу выделяются огромные количества аэрозолей – запылённых горячих газов и воздуха, – содержащих компоненты, отрицательно влияющие на окружающую среду, ухудшающие условия быта и труда.
В настоящее время в области охраны природы намечены два основных направления:
а) борьба с загрязнением воздуха, воды и почвы путем улавливания и обезвреживания пылегазовыделений и сточных вод;
б) совершенствование существующей технологии производства и создание качественно новой, позволяющей уменьшить и даже ликвидировать указанные выбросы, т.е. перейти к замкнутым технологическим циклам.
Второе направление наиболее эффективно, так как расходы на очистку выбросов возрастают в геометрической прогрессии по мере увеличения степени очистки. Одними из наиболее простых пылеулавливающих аппаратов являются пылеосадительные камеры. Пылеосадительные камеры используются для предварительного удаления из потока запылённого воздуха наиболее крупных частиц, прежде чем поток направляется в системы более тонкой очистки. Однако, в литературе не удалось найти точной математической модели процесса очистки в пылеосадительных камерах, что говорит о достаточной сложности этой задачи.
Целью работы является исследование процесса пылеосаждения в пылевых камерах с последующей оптимизацией этого процесса.
В качестве основного метода исследования было использовано математическое моделирование движения запылённого потока. В работе рассмотрены принципы гравитационного и инерционного осаждения пыли. В основе работы пылевой камеры лежит принцип гравитационного осаждения, т.е. осаждения частицы пыли под действием силы тяжести. Однако, известно, что для частиц пыли размером менее 50 мкм сила тяжести настолько малы, что для их осаждения необходимо конструировать камеры очень большой длины. Известно, также, что силы инерции в искривленном потоке воздуха, меняющем свое направление движения, могут достигать величин в десятки раз превышающих гравитационные силы. В частности, на действии центробежных сил построены циклоны. Таким образом, идея совместить в одной камере принципы гравитационного и инерционного осаждения не лишена оснований.
Пылеосадительные камеры представляют собой пустотелые ёмкости прямоугольного сечения с пылеприёмными бункерами в нижней части. Запылённый воздух в виде струи поступает в камеру через небольшое по сравнению с поперечным сечением камеры отверстие. Для того чтобы запыленный воздух заполнял все сечение камеры, на входе иногда устанавливают поперечные газораспределительные решетки (рис. 1), перегородки или другие устройства, стабилизирующие поток. В этом случае скорость струи гасится очень быстро вследствие ее растекания во все стороны. Резкие повороты запылённого потока способствуют отделению пылевых частиц. Время нахождения пылевой частицы в камере должно быть больше времени, необходимого для ее оседания. Исходя из этого условия, назначают габариты камеры – высоту, длину и ширину. В зависимости от крупности пылевых частиц, подлежащих осаждению, скорость в пылеосадочных камерах назначают в пределах 0.2 – 0.5 м/с.
Рисунок 1- Схема пылеосадительной камеры:
1 – входной газоход; 2 – газораспределительная решетка; 3 – выходной газоход; 4 – бункер
Основными размерами пылеосадительной камеры,
определяющими ее эффективность, являются высота – 
и длина – 
. С этими размерами
связано время пребывания запыленного газа в камере 
:
, или 
.
Пропускную способность пылеосадительной камеры (м3/с) определяют из выражения
,
(1)
или
,
(2)
где
–
ширина камеры, 
– площадь поперечного сечения камеры,
–
скорость потока, проходящего через пылеосадительную камеру.
Наименьший диаметр (м) осаждённых частиц при ламинарном обтекании потоком газа определяют из выражения для определения скорости осаждения частиц [1]:
(3)
где ρч – плотность частиц; ρг – плотность газа; dч – диаметр частиц; С – коэффициент сопротивления.
Используя значения коэффициента сопротивления для ламинарного обтекания частиц, получим
(4)
или
.
(5)
Используя выражение (1), получим
. (6)
Таким образом, для повышения степени очистки следует по возможности уменьшить скорость потока и высоту пылеосадительной камеры и увеличить её длину. Иногда для снижения высоты осаждения в камере устанавливают осадительные полки. В таких аппаратах при скоростях потока 0.3 – 0.4 м/с оказывается возможным улавливать частицы диаметром до 15 – 20 мкм. В большинстве случаев осадительные камеры используют для улавливания частиц крупнее 40 мкм при скорости потока, проходящего через камеру 1 –2 м/с. Из-за больших габаритов и низкой эффективности пылеосадительные камеры в современных вентиляционных установках почти не применяются. При высоких концентрациях пыли в воздухе, подлежащем очистке и наличии в ней значительного числа крупных частиц применение камер возможно в качестве первой ступени очистки.
Поэтому актуальна задача оптимизации процесса очистки в пылевых камерах с целью повышения эффективности её работы.
Литература
1. Справочник по пыле- и золоулавливанию/ под общ. Ред. А.А. Русанова. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 321 с.