ГЛАВА 2
ЦЕНТРОБЕЖНАЯ НЕСТАЦИОНАРНАЯ ГАЗООЧИСТКА
Отмеченная в первой главе стохастическая модель улавливания стоксовских частиц сварочного аэрозоля разработана для стационарной газоочистки в системе последовательно соединённых криволинейных каналов с замкнутыми контурами. Технологические газы очищаются в вакуумной установке при нестационарных условиях.
Модель описывает газоочистку в системе каналов, соединённой с бункером периферийной щелью в днище первого канала с углом поворота ?=?. Газоочистители с четырьмя замкнутыми контурами и диафрагмой на выходе (рис. 1.6.), заменившие циклоны на участке очистки дымовых газов, характеризуются более длинными щелями. Суммарный угол поворота каждой из этих щелей ?=2?. Щель в данных двух первых каналах соединяет систему с замкнутыми контурами с бункером (рис. 2.1)
Рис. 2.1. Каналы с замкнутыми контурами
Расчёт на основе указанной модели выполнен для системы с шестью замкнутыми контурами при допущении постоянства уноса золы или пыли из бункера. Предварительные испытания эффективности очистки дымовых газов в газоочистителе с четырьмя замкнутыми контурами показали, несостоятельность такого допущения для нестационарных условий. Унос частиц твёрдого топлива из бункера возрастал с уменьшением высоты свободного пространства в нём.
Газоочиститель с четырьмя замкнутыми контурами и диафрагмой на выходе (рис. 2.1) рассчитывался с учётом соединения с бункером двух первых его каналов и переменного уноса из него пыли при нестационарных условиях. Определялся общий коэффициент улавливания по парциальным коэффициентам по формуле (1.6) в виде
. (2.1)
Он находился для газоочистителя с проектной производительностью 104 м3/ч и замененного им цилиндрического циклона вакуумной установки на основе дисперсного состава пыли, извлекаемого из бункера.
2.1. Газоочистка в каналах с замкнутыми контурами.
Миграция золы или пыли по элементам газоочистителя с замкнутыми контурами представлена приведенным на (рис. 2.2) графом состояний.
Рис. 2.2 Миграция частиц в замкнутых контурах.
Матрица переходных вероятностей имеет вид:
В первом приближении эти переходные вероятности равны
.
Средняя скорость миграции частиц в бункер и среднеквадратическое отклонение пульсации скорости на уровне щели зависят от профиля радиального распределения скорости газа в канале.
Расчётная схема газоочистки состоит из трёх блоков:
-блок-схема вычисления среднеквадратического отклонения радиального дрейфа частицы:
-блок-схема вычисления матрицы переходных вероятностей:
-блок-схема вычисления парциальных и общего коэффициентов улавливания золы или пыли:
Общая блок-схема расчёта коэффициента улавливания полидисперсной золы или пыли приведена на (рис. 2.3).
Рис. 2.3. Алгоритм расчёта общего коэффициента улавливания полидисперсной золы или пыли в вертикальном газоочистителе "Буран" с замкнутыми контурами Распределение вертикальной скорости газа в щели зависит от интенсивности пульсаций газового течения и дисперсного состава проходящих через щель частиц. Вертикальные пульсации газового течения на уровне щели имеют симметричное распределение вследствие равенства расхода, поступающего в бункер и выходящего из него газового потока. Средняя скорость вертикальный пульсаций равна нулю при равенстве расхода нисходящего и восходящего к щели газового потока.
Путь смешивания в турбулентном течении - аналог длины свободного пробега в кинетической теории газов с распределением проекции скорости молекулы на любое направление по нормальному закону. По аналогии с этим законом, плотность вероятности скорости вертикальных пульсаций на уровне щели определяется функцией
. (2.2)
Плотность вероятности вертикальных пульсаций несущих в бункер или из него частицы с размером и скоростью витания определяется зависимостью:
, (2.3)
коэффициент улавливания фракции частиц с размером
(2.4)
определяется площадью заштрихованной на (рис. 2.4) области.
Рис. 2.4. Распределение плотности вертикальной скорости.
С учётом приведенного распределения парциальный коэффициент улавливания представлен в виде:
Если - функция распределения стандартного нормального закона, то справедливо представление
Общий коэффициент улавливания определяется средними значениями мгновенных коэффициентов улавливания и рассчитывается по формуле (2.1).
Неизвестный параметр имеет смысл среднеквадратического отклонения пульсаций вертикальной (поперечной) скорости частиц. Пульсации поперечной скорости коррелируют с пульсациями продольной (горизонтальной) скорости течения в первых двух каналах, соединённых щелью непосредственно с бункером.
Понятие пути перемешивания Прандтля приводит к связи поперечных и продольных пульсаций в виде зависимости среднеквадратических отклонений -
Если путь перемешивания - аналог длины свободного пробега, то коэффициент вариации скорости молекул можно принять в первом приближении равным интенсивности пульсаций, тогда
При коэффициенте турбулентности к=0,4 среднеквадратическое отклонение пульсаций вертикальной скорости частицы
.
С учётом полученного равенства, вероятности перехода частиц из первого канала в бункер определяется приближённо по формуле
, (2.5)
2.2. Течение газа в каналах с замкнутыми контурами.
Максимальная величина осевой скорости в прямолинейном канале достигается на оси симметрии. В криволинейном канале дугой симметрий является та дуга, относительно которой преобразование инверсии отображает точки так, что образ и прообраз лежат внутри канала. Такая дуга имее