Использование процесса нуклеации в технологии очистки газов от пыли, страница 3

3. Принцип действия центробежного уловителя укрупненной пыли?

Рассмотрим простейший вариант центробежного уловителя пыли. Схема его представлена на рис. 2.1.

Рис.2.1. Схема центробежного уловителя пыли.

Внутри цилиндрического корпуса 1 установлен ротор 2 с прямыми радиальными лопатками. Корпус имеет тангенциальный вход 3 для смеси очищаемого газа с парами какой-нибудь жидкости и ловушки 4 для сбора пыли. Ротор имеет полую ось 5, через которую происходит выпуск очищенного газа. Имеется также мощный вентилятор, подключенный к осевому выходу очистителя. Этот вентилятор достаточно мощный, чтобы протаскивать очищаемый газ сквозь очиститель. Между корпусом и ротором имеется кольцевой зазор. В этом зазоре имеет место изоэнтропическое потенциальное расширение парогазовой смеси, подчиняющееся следующим уравнениям: 1. Сохранения энергии

i~ = i+ А и,~/2, (3.1) т.е. полное теплосодержание потока газа равно сумме локального теплосодержания и локальной кинетической энергии. 2. Непрерывности

G =,ои2ягН, (3.2) т.е. расход парогазовой смеси определяется локальными плотностью р, радиальной скоростью и в любом цилиндрическом сечении 2mH очистителя, 3. Сохранения момента количества движения

и — Const, (3.3) в котором v - окружная скорость.

Внутри ротора имеет место изоэнтропическое расширение парогазовой смеси, подчиняющееся закону сохранения энергии (3.1), уравнению непрерывности (3.2) и квазитвердому вращению

v= 0У', (3.4)

где в - угловая частота вращения ротора. Принцип действия такого очистителя заключается в том, что в зазоре между корпусом и ротором вследствие адиабатического расширения происходит охлаждение парогазовой смеси, возникает перенасыщение паровой компоненты, начинается конденсация пара на частицах пыли, размер которых больше, чем у критического зародыша для локального перенасыщения. С уменьшением радиуса температура падает, перенасыщение растет, все более мелкие частицы пыли подвергаются укрупнению. На входе в ротор создаются условия, что частицы определенного размера и более не могут проникнуть в ротор, они накапливаются в околороторном пространстве и вследствие их случайного блуждания в


околороторном пространстве в конечном итоге попадают в ловушки для пыли. Таким образом улавливаются мельчайшие частицы, будучи укрупненными конденсацией. Без примеси пара к очищаемому газу и, значит, без конденсации улавливаются только сухие частицы, размер которых превышает условие проникновения в ротор.

Простейшее условия непроникновения частиц в ротор можно получить, если использовать ряд сильных упрощений:

1. Окружные скорости движения газа и частиц пыли равны и много больше, чем радиальные. Это позволяет пренебречь кориолисовыми силами и относительным движением частиц в газе в окружном направлении.

2. Движение газа и частиц вдоль оси очистителя отсутствуют. Абсолютная скорость и ее компоненты связаны выражением

w +v~ (3.5).

3. Изменение массы частиц, предназначенных для улавливания, происходит достаточно медленно.

При этих допущениях условие, что частицы определенного диаметра d~ и массы напр будут иметь нулевую радиальную скорость, можно выразить равенством центробежных и аэродинамических сил, действующих на частицу

Для крупных частиц m~vlr =F, (3.6)

F, = СдАрри~/2, (3.7) где коэффициент аэродинамического сопротивления частицы в газе Сд = 24/Ае Ар - модель частицы. Для мелких частиц (d~ =1*10 - 1*10 ~ м) аэродинамическая сила определяется по уже знакомой формуле Стокса

F, = Зхрйри (3.8). Частицы с диаметром йр и более не могут проникнуть в ротор и будут уловлены ловушками. Алгоритм расчета очистителя не является тривиальным, поскольку в настоящее время нет простого опубликованного в литературе алгоритма расчета вихревых камер для сжимаемого газа. Но численному решению, как правило, поддается любая правильно поставленная задача. Для этой задачи был разработан простой алгоритм численного решения в рамках идеальной прикладной газодинамики. Задача, по существу, заключается в том, чтобы для заданной общей конфигурации очистителя, заданных входных параметров парогазовой смеси и заданного размера частиц, предназначенных для улавливания, с помощью уравнений (3.1-3.5) рассчитать газодинамику в околороторном пространстве, затем по условию (3.6) с помощью формул (3.7) или (3.8) установить, где, на каком радиусе потенциального течения, имеет место условие удержания частиц, укрупненных до заданного размера, затем определить параметры ротора. В процессе расчета газодинамики определяются давление, плотность, температура и перенасыщение пара на всех радиусах и определяется какие частицы подвергаются укрупнению конденсацией на них пара смеси. По этому алгоритму составлены программы. Один из вариантов расчета для улавливания пыли серы из воздуха приводится ниже.