УДК 697

Пористый пенный пылеуловитель

Генбач Александр Алексеевич – профессор кафедры тепловых энергетических установок Алматинского университета энергетики и связи имени Гумарбекова Даукеева, г. Алматы.

Толегенулы Адил – магистрант Алматинского университета энергетики и связи имени Гумарбекова Даукеева, г. Алматы.

Аннотация: В статье рассматривается пористый пенный пылеуловитель нового класса для электростанции. Изучаются перспективы увеличения удельной производительности и улучшения процессов регулирования режима работы пылеуловителя. Проводятся экспериментальные исследования по интенсификации процессов тепломассопереноса в околокритической области. Особое внимание уделено на принцип работы данного пылеуловителя. Были проведены эксперименты на устойчивость многофазного пограничного слоя по перегреву металлической стенки. В научной статье изучены конструкции пеногенерирующей и пеногасящей пористой структуры. Также проводится сравнительный анализ по интенсификации процессов тепломассопереноса между пеногенерирующей и пеногасящей пористой структуры. 

Ключевые слова: пылеуловитель, удельная производительность, микроскопическая пыль, газовый поток, интенсификация процессов.

Изобретение Пылеуловитель (а.с. 1555517, МКИ Е 21 F 5/04, 1990) относится к различным областям народного хозяйства (энергетике, металлургии, угольной промышленности) для высокоэффективной очистки газа (воздуха) от микро и ультрамикроскопической пыли (фракций размером менее 5 ·10^-6 м и 0,25 · 10^-6 м соответственно), например при сжигании топлива, добыче, переработке и транспортировке пылящих материалов.

Известен пенный аппарат для улавливания газов и аэрозолей /а.с. 309717, кл. В 01 d 47/04, 1971/, содержащий корпус, патрубки ввода и удаления газа, волокнистую насадку, расположенную в корпусе, прокладку-перегородку, каплеотбойник.

Недостатком устройства является низкая эффективность улавливания микро и ультрамикроскопической пыли, определяемая размерами пор насадки. Поэтому поры насадки быстро забиваются пылинками, резко сокращается продолжительность работы между регенерациями, сильно возрастает гидро и газодинамические сопротивления, уменьшается эффективность пылеулавливания, производительность устройства. При проектировании пылеуловителя требуется увеличивать его материалоемкость. К тому же имеет место низкое качество регулирование режимом работы воздухо-газодувных машин. Пена образуется вне пористой насадки и набрасывается на его поверхность, что снижает его эффективность пылеулавливания и приводит к увеличению материалоемкости, габаритов аппарата. В целом, велики эксплуатационные и капитальные затраты, низкая эффективность улавливания.

Известен пылеуловитель, содержащий корпус, входной и выходной патрубки, пеногенерирующую и пеногасящую пористые структуры, распылитель, шламосборник, причем пеногенерирующая пористая структура выполнена сетчатой вида 0,08х0,14х1, а пеногасящая вида 0,4х0, 14х0,08 (а.с. 1456608, МКИ Е 21 F 5/04, А 62 С 5/04, 1989).

Данный пылеуловитель обладает высокими пылеулавливающими свойствами, однако есть возможность увеличить удельную производительность, улучшить процессы регулирования режима его работы и увеличить продолжительность работы между регенерациями при сохранении эффективности улавливания микро и ультрамикроскопической пыли. Ограничение роста удельной производительности обусловлена закупоркой пузырями ячеек сеток. Процесс регулирования режима работы плохо управляемый, что связано с низкой устойчивостью работы воздухо-газодувных машин. Требование увеличения времени работы между регенерациями определено наличием в структурах сеток с мелкими ячейками (0,08х10^-3м).

Для увеличения удельной производительности, улучшения процесса регулирования режима работы и увеличения продолжительности работы пылеуловителя между регенерациями пылеуловитель, содержащий корпус, входной и выходной патрубки, пеногенерирующую и пеногасящую пористые структуры, распылитель, шламосборник, причем пеногенерирующая пористая структура выполнена сетчатой вида 0,08х0,14x1, а пеногасящая – вида 0,4х0, 14х0,08, имеет пеногенерирующие пористые структуры, которые снабжены нагреваемыми электрическим током перфорированными электропроводящими пластинами, причем структуры установлены встречно друг к другу по ходу движения запыленного газа, образуя камеру смешения. Кроме того, пеногасящая пористая структура снабжена нагреваемой электрическим током перфорированной электропроводящей пластиной, которая установлена в выходном окне камеры смешения. И наконец, пеногенерирующая пористая структура собрана на сеток с крупным размером ячеек вида 0,4х0,55, а пеногасящая пористая структура собрана из сеток с крупным размером ячеек вида 0,55х0,40,14.

Загрязненный пылью газовый поток 17 подводится встречно через патрубки 1 в корпус 2 пылеуловителя (рис. 5). Очистка газового потока 17 от микроскопической пыли производится в пеногенерирующих 4 пористых структурах, нагреваемых электрическим током посредством перфорированных пластин 3, изолированных от корпуса 2 теплоэлектроизолирующими прокладками 11. Поток парогазомеханической пены 16 выдувается газовым потоком 17 из ячеек 9, питаемых пенообразующим раствором 20, подаваемым из распылителя 5, который крепится болтом 6 к корпусу 2. В пористых структурах 4 происходит развитый процесс пузырькового кипения пенообразующего раствора 20 в объеме и на поверхности структуры, что позволяет повысить устойчивость многофазного тепло и гидравлического слоя в околокритической области и увеличить производительность устройства. Изменяя параметры электрического тока, подводимого электродом 12, улучшается процесс регулирования режима работы пылеуловителя и при нормальном режиме сокращается в 1,5 раза расход пенообразователя, а при максимальной производительности в 1,5 раза уменьшается материалоемкость и габариты и в 2,5 раза – масса установки. Очищенный газ от микроскопической пыли смешивается в объеме камеры 13, при этом дополнительно интенсифицируется процессы пылеулавливания в потоке 16 паро-газомеханической пены и происходит выпадение наиболее крупных фракции шламосборник 14. Оставшаяся микроскопическая пыль улавливается в пеногасящей 7 пористой структуре, также питаемой пенообразующим раствором 20 из распылителя 5. Активный процесс кипения в ячейках 10 создается тепловым потоком, выделяемым в перфорируемой пластине 8, установленной в выходном окне камеры 13 смешения. Происходит высокоэффективное улавливание микроскопических пылинок до степени 99,6…99,8 % и разрушение потока 16 паро-газомеханической пены с выпадением частичек пыли в виде шлама 19. Организация процесса кипения раствора 20 в объеме и на поверхности пористых структур 4, 7 повышает устойчивость пленки жидкости в тепло и гидродинамическом многофазном пограничном слое. Определяющим механизмом улавливания пыли является диффузионный, когда пылинки испытывают непрерывное воздействие молекул газа, находящихся в броуновском движении, причем подвижность частиц будет увеличена за счет явления термофореза, интенсифицированного путем возросшей разности температур между скелетом пористых структур 4, 7, пенного потока 16 паро-газомеханической пены и частицами пыли, и за счет диффузиофореза, вызванного увеличившимся градиентом концентрации компонентов пенного потока 16 путем повышения интенсивности процессов парообразования кипением пленок пенообразующего раствора 20 в поле массовых и капиллярных сил, а также частичной конденсацией пара пены 16 на относительно холодных пылинках запыленного газового потока 17. Организация развитого пузырькового кипения жидкости позволяет при сохранении качества пены и эффективности пылеулавливания увеличить размеры ячеек 9 пеногенерирующей 4 пористой структуры и ячеек 10 пеногасящей 7 пористой структуры, что приводит к уменьшению в 2,5 раза гидравлического сопротивления, а также к росту продолжительности работы пылеуловителя между регенерациями. Очищенный газ 18 удаляется из корпуса 2 пылеуловителя через патрубок 15.

Рисунок 1. Устройство пылеуловителя

Устойчивость многофазного пограничного слоя определялась экспериментально по перегреву металлической стенки, к которой прилегали пористые структуры.

Устойчивость многофазного тепло и гидродинамического слоя в сетчатых структурах в онолокризисной области:

Таблица 1.

При околокритических тепловых нагрузках, когда становятся тяжелые гидродинамические условия за счет прекращения подвода жидкости к обогреваемой стенке, структура с более крупными ячейками, прилегающими к поверхности, проявляет лучшие способности по подводу жидкости к греющей зоне.

Экспериментальные исследования по интенсификации процессов тепломассопереноса в околокритической области (табл. 2).

Опытные данные о интенсификации процессов тепломассопереноса в пеногенерирующих пористых структурах в околокритической области, α, Вт/м² К.

Таблица 2.

Как видно из таблицы 2, пористая структура типа 0,4х0,55 позволяет проводить процессы тепломассопереноса с максимальной форсировкой (или при наибольшей производительности пылеуловителя).

Список литературы

1. Генбач А.А. Капиллярно-пористые системы в промышленности // Деп.рук. ВИНИТИ. – 1988. -№ 8(202). – С. 181 – (КазНИИНТИ. – 1987. -№ 2105. – 295 с.)
2. Генбач А.А. Пористые теплообменники // Деп.рук. ВИНИТИ. – 1989. - №12(218). – с. 178. – (КазНИИНТИ. – 1989. - № 2818. – 194 с.).
3. Пенный режим и пенные аппараты / Под ред. И.П. Мухленова и Э.Я. Тарата. – Л.: Химия, 1977. – 304 с.
4. Теория турбулентных струй / Под ред. И.П. Мухленова и Э.Я Тарата. – Л.: Химия, 1977. – 304 с.
5. Кутуладзе С.С., Стырикович М.А. Гидродинамика газожидкостных систем. – М.: Энергия, 1976.-296 с.