Оптимизация параметров электрофильтра для улавливания высокодисперсной известняковой пыли

Одной из важных государственных задач является дальнейшее наращивание объемов промышленного ж гражданского строительства. Увеличение объемов строительства, в свою очередь, влечет за собой необходимость ввода в действие новых предприятий, выпускающих строительные материалы, значительное количество которых вырабатывается из известняков. Технологические процессы производства строительных датериалов таковы, что исходное известняковое сырьё значительно измельчается и сопровождается выделением больших объемов высокодисперсной пыли.

По исследованиям ученых и специалистов в области охраны окружающей среды, выброс в атмосферу и осаждение кавдой тонны выделяющейся пыли влечет народно-хозяйственный ущерб, составляющий в зависимости от местных условий от 68 до 105 руб. [4] Дополнительный ущерб обусловлен тем, что пыль, содержащаяся в отходящих газах в ряде случаев представляет готовый продукт высокого качества (например, в производстве цемента, неорганического удобрения, известняковой муки и др.).

Для улавливания пыли из отходящих газов на предприятиях стройщдустрии применяются различные пылеуловители. Широкое применение нашли пылеосадительные камеры, циклоны (одиночные ж групповые), которые однако не обеспечивают должной эффективности очистки, в лучшем случае 60−70 что не соответствует современным требованиям к системам газоочистки. Низкая эффективность систем пылеулавливания обуславливается тем, что доля вы-сокодисперсной пшш в общей массе пылевых выделений достигает 50−60 $ [ И]% а указанные выше аппараты пылеулавливания по фи-ческому принципу действия оказываются неспособными улавливать высокодисперсные частицы пыли .

Применение высокоэффективных аппаратов сухой газоочистки, таких, например, как рукавные фильтры, часто бывает весьма затруднительным из-за дефицитности рукавной ткани, сложности её регенерации. Применение для улавливания высокодисперсной пыли аппаратов, действие которых основано на использовании жидкости еще сложнее, т. к капитальные затраты на строительство отстойников и утилизацию пылевого шлама чрезвычайно велики или невозможны по климатическим условиям, ограниченности промплощадки и ряду других причин.

Следующими по эффективности после рукавных фильтров аппаратами сухой очистки являются электрофильтры, которые используются на предприятиях стройшщустрш редко и не эффективно. Последнее обстоятельство обусловлено тем, что причины низкой эффективности электрофильтров при очистке газов от высокодисперсной известняковой пыли, мало изучены[М, 23] % несмотря на то, что в последнее времяведутся работы по их модернизации.

Целью настоящей работы является разработка способов повышения степени электрической очистки газов от высокодисперсной известняковой пыли. Реализация этой цели может быть достигнута на основе:

— исследования физических свойств и механизма осаждения высокодисперсной пшш известняка в межэлектродном промежутке электрофильтра и определение методики расчета его эффективности при-мененительно к пылям известняков;

— исследования влияния различных конструктивных параметров межэлектродного промежутка электрофильтра на эффективность очистки и выбор оптимальных конструктивных параметров;

— определение взаимосвязи между оптимальными конструктивными параметрами электрофильтра;

— исследования влияния технологических и энергетических параметров работы электрофильтра на его эффективность и выбор оптимальных значений технологических и энергетических параметров применительно к высокодисперсной пыли известняков;

— поиска путей стабилизации оптимальных технологических параметров с целью обеспечения наиболее высокой степени очистки газов.

Сформулированные задачи в своей совокупности представляют попытку комплексного подхода к решению проблемы высокоэффективной очистки газов на предприятиях стройивдустрии от высокодисперсной известняковой пыли и использования электрофильтров для этой цели. Важно, при этом, чтобы найденные способы повышения эффективности оказались доступными для промышленного использования, имели экономическую эффективность.

Учитывая оговоренную выше актуальность данной проблемы результаты работы могут оказаться полезными при модернизации электрофильтров в системах газоочистки предприятий, особенно использующих электрофильтры устаревших типов, или условия пром-гоющадки которых ограничены и не позволяют произвести установи ку новых пылеуловителей, а также при проектировании электрофильтров для улавливания пылей известняков.

Следует отметить, что проблема очистки отходящих газов на промышленных предприятиях от высокодисперсной пыли характерна для большинства отраслей народного хозяйства. При этом физикохимические свойства выделяющейся пыли из обрабатываемых материалов в ряде случаев мало отличаются от аналогичных свойств пыли известняка. К наиболее важным из них, с точки зрения электрической очистки относятся диэлектрическая проницаемость и удельное электрическое сопротивление. Это могут быть пыли предприятий керамического производства, металлургии и энергетики.

Поэтому предлагаемые в настоящей работе способы повышения эффективности электрической очистки газов от высокодисперсной известняковой пыли могут оказаться полезными не только для предприятий стро&индустрии, но и других отраслей народного хозяйства или послужить основой дальнейших исследований в области электрической очистки газов.

3.5. Выводы по результатам экспериментов.

Результаты экспериментов, выполненных на лабораторной установке электроочистителя позволяют сделать ряд заключений, к наиболее важным из которых относятся:

1. Подтверждена возможность эффективного (с коэффициентом очистки 96−98/0 улавливания высокодисперсной известняковой пыли в электрическом поле коронного разряда.

2. Произведена оценка точности формул для расчета поля коронного разряда полученных теоретически и показана возможность их непосредственного использования для расчета поля при межэлект М.

Ус ч.

0,5 0,1.

ЛЧ, 05 оА 0,5.

У 0,1.

ММ5.

0,5 /, 0И.

0,5 /, 0 Н У.

0,5 /, 0 // ус ¦¦105 |/ М[ ж:

V ^—] ^ 1.

0,5 ¦ 0,5.

0,1 — У 0,1.

ОА у о,/ $ 5 /, о'н $ 5 /.о н а* ¿-о И.

Рис. 3.II.Зависимость коэффипиента. иераЕномерности скорости газомежэлектродном промежутке от формы поля скоростей. зона допустимого значения ^ коэффициента неравномерности.

1,1 1, г ^.

Рис. 3.12.Зависимость коэффициента очистки гэзое от коэффициента неравномерности поля скоростей родном промежутке 50−100 мм (с погрешностью 10%) и необходимость коррекции при расчетах поля в больших промежутках. Экспериментальным путем найдена зависимость ошибки расчета напряженности поля от координат межэлектродного промежутка и выведена эмпирическая формула ошибки, которая дополняет теоретически полученную формулу (2.39) для напряженности поля коронного разряда.

3. Установлено, что наибольшая степень очистки достигается при определенном сочетании конструктивных параметров межэлектродного промежутка при наличии в нем дисперсной среды известняковой пыли. Определены зависимости, связывающие длину игольчатых электродов, расстояние между ними с величиной межэлектродного промежутка таким образом, чтобы степень очистки газов была наибольшей. Результаты экспериментов позволили определить физическую сущность наблюдаемого влияния конструктивных параметров на эффективность очистки. Выведены эмпирические формулы, связывающие указанные параметры.

4. Установлена зависимость оптимального напряжения на коро-нирующих электродах от величины межэлектродного промежутка. При этом величина оптимального напряжения оказывается меньшей, чем пробивное напряжение для данного межэлектродного промежутка, что весьма благоприятно при эксплуатации электроочистителя и источника электропитания. Установлена физическая сущность этого явления и выведена эмпирическая формула для величины оптимального напряжения в зависимости от межэлектродного расстояния.

5. Установлено, что существует сила тот коронного разряда при которой достигается наименьшая концентрация пыли в выходящих из электроочистителя газах и, следовательно, наибольшая степень очистки. При этом сила тока является параметром легко поддающимся измерению, контролю и регулированию.

6. В связи с существованием в конструктивных параметрах межэлектродного промежутка электроочистителя и особенно режимах электропитания оптимальных величин, в целях достижения наибольшей степени очистки целесообразной является стабилизация условий работы электроочистителя с помощью системы автоматического регулирования.

Так как процессы происходящие в электроочистителе в промышленных условиях более сложны и многообразны, разработку и расчет схемы стабилизации (системы авторегулирования) следует осуществить в ходе экспериментов на опытно-промышленном образце.

7. Установлена степень влияния на эффективность очистки неравномерности поля скоростей газа в межэлектродном промежутке. На основе предложенного показателя неравномерности поля скоростей установлена его предельная величина, не вызывающая существенного снижения степени очистки.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА. И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРШШНТАЛЫШХ ИССЛЕДОВАНИЙ ОШШО-ПРОМЖШШНОЙ УСТАНОВКИ ЭЛЖТРООЧИСТИТЕШ.

4.1. Разработка конструкции опытно-промышленной установки электроочистителя с учетом параметров технологического процесса.

Результаты теоретических исследований и экспериментов с лабораторной установкой электроочистителя позволяют перейти к следующему этапу работы, заключающемуся в разработке конструкции опытно-промышленной установки электроочистителя. Испытание установки в технологическом процессе предприятия позволит произвести эксперименты в условиях, которые весьма трудно реализовать в лабораторных условиях (влажность, температура газов, обработка больших объемов газов и др.). Это дает возможность получить наиболее достоверные результаты о качестве работы и эффективности электроочис тит еля.

Наиболее важным при разработке конструкции электроочистителя является определение параметров межэлектродного промежутка. В гл. 2,3 показано, что основополагающим при этом являются сведения о технологических параметрах системы аспирации, в которой предполагается использовать электроочиститель. Краткое описание системы аспирации (рис. 4.1).

Система приводится в действие вентилятором 4 типа ВД № 13,5 имеющего следующие основные показатели:

— номинальная мощность электродвигателя — 40 кВт;

— номинальное число оборотов — 730 об/мин;

— паспортная производительность — 20 000 м3/час.

Исходным сырьем для выработки известняковой муки являются отсевы щебня фракции 0−5-10 мм с дробильно-размольного цеха.

Рис. 4.1.Схема сиситемы аспирации паха известняковой муки Чусовского каменного карьера п/о «Запад-ура лнеру д» .

Обозначения:

X.Сушильный барабан.

2.Разгрузочная камера.

3.Батарея циклонов ЦН-15 4!-Вецтилятор ВД^13,5 б. Шоро'вые мельнипы.

6.Пылеосадительные камеры с электрЪочистителем.

7.Шнёковый транспортер

Поступающий в сушильный барабан I горячий воздух проходит через сушильный барабан, высушивает исходное сырьё и отбирает выделяющуюся при пересыпке по открылам барабана сырья пыль.

Высушенный материал стекает из сушильного барабана в разгрузочную камеру 2, откуда поступает в ковши цепного элеватора. Выделяемая при отекании материала в разгрузочную камеру пыль, является вторым существенным источником пылевыделения. Захватываемая потоком воздуха пыль по воздуховоду поступает в кожух вентилятора.

Третьим источником пылеввделения являются три шаровых мельницы 5, каждая из которых снабжена пылеотсасывающим рукавом, соединенных общим воздуховодом, который, в свою очередь, соединен с кожухом вентилятора.

Пылегазовый поток, пройдя вентилятор 4, поступает на батарею из 6-ти циклонов, 3, типа ЦН-15. Уловленная циклонами пыль попадает в общий бункер из которого она поступает в шнековый транспортер готовой продукции.

Батарея циклонов в системе аспирации является ПЕРВОЙ ступенью газоочистки, задача которой осадить крупные частицы пыли.

Запыленные газы из циклонов поступают в электроочиститель 6.

Электроочиститель является ВТОРОМ ступенью очистки, задача которой заключается в преимущественном улавливании мелкодисперсных частиц пыли. Электроочиститель имеет свой бункер, содержимое которого поступает в шнековый транспортер готовой продукции. Концентрация пыли на входе в электроочиститель колеблется в пределах 50−100 г/м3, что согласуется со сведениями, приведенными в гл. 1 настоящей работы. Дисперсный состав пыли приведен в табл. 3.3.

Предварительный расчет параметров опытно-промышленной установки осуществляется по методике принятой в 2.4, а его результаты сведены в табл. 4.1.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Основные итоги, предпринятого в настоящей работе исследования по разработке и внедрению способ повышения эффективности электрической очистки промышленных газов от высокодисперсной известняковой пыли можно сформулировать в следующих выводах:

1. Анализ современного состояния вопроса по очистке газов от высокодисперсной известняковой пыли и используемых аппаратов газоочистки по отечественным и зарубежным источникам информации (в т.ч. опыта эксплуатации газоочистных установок промышленных предприятий) показал, что существующие газоочистные установки не обеспечивают высокую степень очистки газов от высокодисперсной известняковой пыли, с диаметром частиц пыли менее ХО мкм. Глубокое изучение параметров аспирационных газов промышленных предприятий перерабатывающих известняковое сырьё на различных стадиях технологических процессов, применяемых технических решений, показало, что перспективным для решения указанной задачи, имеющей большое народнохозяйственное значение, является использование и совершенствование электрической очистки (электрофильтров) на основе изучения влияния дисперсной фазы известняковой пыли на параметры электрического поля, поиска путей интенсификации процессов осаждения и выбора оптимальных режимов работы электроочистителя, а также позволило сформировать основные требования к аппарату очистки исходя из максимального удовлетворения условий технологических процессов переработки известняков.

2. На основе теоретического анализа определены и рассчитаны величины сил, действующих на частицы известняковой пыли, произведена их сравнительная оценка. Осуществлен вывод формул для расчета основных параметров поля коронного разряда — потенциала и напряженности, пользуясь которыми можно рассчитать заряд,.

— из приобретаемый частицами пыли и законы движения пылинок в электрическом поле, вольтамперные характеристики межэлектродного промежутка, а также использовать в теоретических расчетах степени (коэффициента) очистки газов при межэлектродных промежутках 50−100 мм с точностью не хуже 10%. Известные теоретические работы, посвященные расчетам электрических полей коронного разряда удалось дополнить установлением зависимости (функциональной связи) между потенциалами электростатического поля и коронного разряда, что даёт возможность использовать более простые методы расчета электростатического поля.

Совокупность теоретических исследований, описанных в гл. 2 позволила определить порядок и построить номограмму для предварительного расчета конструктивных параметров электроочистителя (электрофильтра), по заданной степени очистки и фракционном составе (дисперсности) пыли. Указанная номограмма может быть использована для предварительных расчетов конструктивных параметров промышленных электрофильтров, предназчаемых для улавливания известняковых пылей или подобных ей по физическим характеристикам (удельное электрическое сопротивление Ю8- 10^ 0 м см, относительная диэлектрическая проницаемость — 3−5), а также при реконструкции или модернизации действующих электрофильтров.

3. Изучено влияние конструктивных параметров межэлектродного промежутка на эффективность очистки при наличии в последнем высокодисперсной известняковой пыли на лабораторной установке электроочистителя.

В результате этих исследований установлены эмпирические зависимости между длиной коронирующих игольчатых электродов, шагом между ними, межэлектродным расстоянием при котором обеспечивается наибольшая степень очистки, соответствующая физической сущности наблюдаемых явлений. Полученные формулы и закономерноети можно рекомендовать для уточнения параметров конструкции электрофильтров для улавливания известняковой и ей подобной пыли при изготовлении, реконструкции или модернизации электрофильтров в действующих газоочистных установках.

Изучено изменение погрешности теоретического расчета напряженности и опытным путем получена формула для ошибки расчета, которая совместно с формулой напряженности (2.39) полученной в теоретической части работы (гл.2) позволили предложить формулу (3.2) для точного расчета напряженности при различных (в т.ч. больших) межэлектродных промежутках.

4. Исследовано влияние неравномерности распределения скорости газа в межэлектродном промежутке, предложен интегральный показатель неравномерности и установлена его предельная величина при которой коэффициент очистки снижается не более 2−3 $ от значения при равноскоростном распределении газа.

5. Показана и дана физическая интерпретация явления, связанного с существованием обратной короны, заключающегося в необходимости поддержания на коронирующих электродах оптимального напряжения на 10−12 $ меньше пробивного значения при которой достигается максимальный заряд частиц пыли и коэффициент очистки. Это создает благоприятные условия для эксплуатации источника питания, высоковольтного кабеля, самих коронирующих электродов в отличие от общепринятой эксплуатации промышленных электрофильтров, в режиме как правило, искровых пробоев и может быть рекомендовано для широкого практического применения (однако для других групп и видов пыли необходимо дополнительное изучение этого явления).

6. Установлено, что отрицательное влияние «обратной короны» в слое осадительной пыли соответствует толщине этого слоя, а последнее — току коронного разряда. Это явление можно использо.

— По вать, с одной стороны, для косвенного контроля эффективности очистки и, с другой стороны, для регулирования режима очистки электродов от осевшей пыли (по предельному снижению тока).

7. Результаты экспериментальных исследований и испытания опытно-промышленного образца электроочистителя показали, что существуют оптимальные технологические параметры (температурный и токовый режимы), поддержание которых обеспечивает устойчивый и наиболее развитый коронный разряд и подтверждает появившуюся тенденцию к реализации в системах газоочистки автоматического регулирования (стабилизации) технологических параметров. Именно в этих условиях реальные процессы очистки наиболее близки к расчетным и имеется возможность снизить весо-габаритные показатели аппарата. По сравнению с аналогичными по производительности и степени очистки промышленными электрофильтрами достигнуто снижение веса опытно-промышленного образца электроочистителя в 1? а по стоимости в⁵-^раз (табл. 4.6). Приведенный в гл. 4 метод расчета системы регулирования технологических параметров может быть рекомендован для практического применения при реконструкции систем газоочистки промышленных предприятий.

8. Произведена разработка, предложены расчетные формулы и исследована возможность практического использования вибрационного механизма встряхивания электродов от осевшей пыли. За счет использования механических резонансных явлений показано, что возможно существенно уменьшить массу подвижной части вибратора и электрическую мощность двигателя вибратора.

Изучены особенности вибрационного встряхивания электродов от осевшей пыли, сочетание с автоматической системой регулирования параметров технологического процесса, влияние на степень очистки. Экспериментально определены условия и предложены графим для выбора оптимальных условий работы вибрационного меха.