Газдарды құрғақ инерциялық тазалау аппараттары

Газдарды құрғақ инерциялық тазалау аппараттарына қарапайым тозаң тұндырғыш камералар, жалюзді аппараттар, бір және топтық орындаудағы циклондар, тікелей токты және батареялы циклондар жатады.

Негізгі артықшылықтары: оларды мамандандырылмаған кәсіпорындарда дайындау мүмкіндігін анықтайтын конструкциясының қарапайымдығы. Алайда олардың тазалау тиімділігі төмен, сондықтан да көптеген аппараттар газдардың тазалаудың алғашқы деңгейінде пайдаланылады.

Тозаңтұндырғыш камералар бөлшектерді гравитациялық тұндыруда пайдаланылатын қарапайым инерциялық күлұстағыштарға жатады.

6.3 – сурет. Тозаңтұндырғыш камера.

Тозаңтұндырғыш камераларды негізгі 100 мкм-ден аспайтын бөлшектерді алдын-ала тұндыру үшін қолданады. Қарапайым инерциялық тозаңтұндырғыштарда инерциялық күштер пайдаланылады, соның арқасында газ легінің бұрылысынан кейін бөлшектер өзінің қозғалысының үздіксіздігін сақтай отырып, бункерге түседі. Тазалаудың аса жоғары тиімділігі үшін бөлшектердің бұл камераларда мүмкіндігінше ұзақ уақыт болуы қажет. Сондықтан да олар үлкен көлемді болып келеді. Жұмыстың жоғары тиімділігі үшін тозаң тұндырғыш камералардың ішіне қалқалар қойылады. Қалқалау материалдары: кірпіш, құрамалы темірбетон, кей-кейде шойын қойылады. Тозаңтұндырғыш камералардың тиімділігі 50%- ға дейін.

Жалюздік аппараттар тозаң тұндырғыш камераларға қарағанда аз жер алады, өйткені олардың негізгі элементі жалюздік торлар газ жолына орналастырылады. Жалюздік күл ұстағыштар жалюздік торлардан күл ұстағыштан, негізі циклоннан тұрады.

6.4 – сурет. Жалюздік күлұстағыш.

Жалюздік тордың міндеті – газ ағымын екі бөлімге бөлу. Біріншісі аса жоғары шамада күлден арылған (барлық газдың 80-90%-ы). Екінші бөлігі 10-20%-ды құрайды, онда булы, газда болатын, содан соң циклонда ұсталатын күлдің негізгі мөлшері болады. Циклоннан кейін тазаланған газ негізгі лекке қайта оралады.

6.5 – сурет. Жалюзді торлардың түрлері

Торлары бар жалюзді күл ұстағыштар конструктивті түрде дайындалған шойын бұрыштардан құралған және негізгі эксплуатациялық сипаттардың есебі бойынша жасалған, бұлар қарастырылған түрлердің ішіндегі аса көп қолданылатын түрі. Бұрыштарындағы табандардың саны 40x40 текше өлшемімен 11 ден 75 данаға дейін болуы мүмкін. Кіру камерасының ені В = 209 ч 1425 мм, тордың биіктігі H = 595ч4038 мм. Үлгісі тік торлардың үш конструкциясындай. 6.5 – сызба. а) тордың металл қаптамасы жоқ, өлшемі кіру камерасының өлшемінен үлкен газ жолына орнатуға болады немесе екі қабатты, үш қабатты газ жолдарына орнатуға болады. б) және в) сызбаларында металл қаптамалар пайдаланылады және кіру камерасының өлшемі газ жолының өлшеміне сәйкес келуі керек. а) және б) күл ұстағышы – екі желімен. Мұндай торлардың жұмыс істеу мерзімі шамамен 6 ай. Тозуына байланысты тазалау тиімділігінің төмендігі экспуатацияның үшінші айында байқалады. Күл ұстағыштар ірі фракциядағы булы газды тазалау үшін қолданылады, сонымен қатар жылытудың ең шеткі бөлшегін қорғау үшін қолданылады. Қолданылу алаңқының аздығынан басқа тиімді жүйені орнату мүмкін болмағандықтан кішкентай қазандықтарда қолдануға болады.

Жалюздік күл ұстағыштардағы гидравликалық қарсылық отын түрі мен оны жағу тәсіліне байланысты төмендегідей қолданылады:

1)Егер тор көлбеу газ жолында ∆P = 200-500 Па болса, ал тік газ жолында 100-500 Па болса, барлық энергетикалық отын түрлерін қабаттап жағу жағдайында;

2)Тас және қоңып көмірді камералық жағу кезінде, ∆P = 200 Па

Циклондар. Инерциялық күл ұстағыштар түрінде циклондар аса көп тараған, бұларда тұндыру газ легін айналдырудағы орталық күш есебінен болады.

Орталық күш әсерінен күл бөлшектері циклонның қабырғасына лақтырылады да, газдың бір бөлігімен бірге бунгерге түседі. Бункерге түсіп, тозаңнан тазартылған газдың бір бөлігі тозаң шығаратын саңылаудың орталық бөлігі арқылы циклонға қайта оралады және аппараттан шығатын тазаланған газдың ішкі айналымының басталуына мүмкіндік береді. Бункерге түскен газдың бөлшектерге бөлінуі инерция күшінің әсерімен газ қозғалысының 180 –қа өзгеруі нәтижесінде жүреді. Газдың осы бөлшегінің қозғалыс шамасы бойынша түтін шығару трубасы жағынан оларға бункерге түспеген газ мөлшері біртін-біртін қосылады.

Цилиндрлік циклондар: ЦН-11, ЦН-15 және ЦН-24. Цилиндрлік циклондардың басты ерекшелігі – корпустың ұзын цилиндрлік корпусының, = 11,15 және 24° бұрышпен кірер аузының еңіс қақпағының, сонымен қатар циклын диаметріне қарай шығу трубкасының болуы. Мұндай түрдегі циклондар жеке түрде де, топтық түрде де қолданылады. Одан басқа коникалық циклондар да болады. Оларға ұзын коникалық бөлшегі бар, спиральды шығу аузы бар, аз диаметрлі кіру трубасы, циклонның цилиндрлік бөлігінің диаметріндегі СДК-СН-33, СК-СН-34 типтеріндегі аппараттар жатады.

1 – кіру аузы; 2 – циклонның корпусы; 3 – тозаңды бункер; 4 – шығаратын бөлік.

6.6 – сурет. Циклон

Біркелкі өнімділіктегі цилиндрлік коникалық циклондар үлкен көлемділігімен ерекшеленеді және сондықтан да топтық жұмыстарда қолданылмайды. ГОСТ-қа сәйкес циклондар үшін төмендегідей диаметрлер түрлері қабылданған, мм. D = 200, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2400, 3000 мм. Бункердің цилиндрлік бөлігінің биіктігі 0,8 D. Бункердің түбі қабырғаларының бұрышымен 60 –та орындалады. Күлді шығаруға арналған саңылау бункердің сыйымдылығы мен циклонның өнімділігіне байланысты қабылданады:200, 300 және 500 мм.

Циклонның есебі. Бастапқы мәліметтер:

1.Жұмыс жағдайында тазартылған газдың мөлшері: Q ᵨ= [мі/с];

2.Жұмыс жағдайындағы газдың тығыздығы: pᵣ = [кг/мі];

3.Жұмыс температурасындағы газдардың динамикалық созылғыштығы: µt[Па с];

4.Екі параметрмен берілген күлдің дисперстік құрамы: медианалық диаметр d және медианалық диаметрдің орташа квадраттық ауытқушылық логарифмі lg ;

5.Газдың тозаңдануы с, [г/мі];

6.Күл бөлшектерінің тығыздығы ;

7.Газ тазалаудың талап етілетін тиімділігі, з.

Есептер міндеттелген жағдайда газды тазалаудың коэффициентінің талап етілетін мәнін қамтамасыз етудің мүмкін еместігін немесе бұл үшін шамадан тыс қысым жоғалтудың қажеттігін көрсетуі мүмкін. Бұл жағдайда тозаң ұстаудың әр түрлі сызбасының экономикалық сараптамасы ғана тазалаудың оңтайлы жүйесін анықтай алады. Циклондар есебі бірізді жақындау әдісімен төмендегідей ретпен жүргізіледі.

1)Циклон түрлерін береміз. Кесте бойынша газдардың оңтайлы жылдамдығын анықтаймыз, W_ОПТ;

2)Циклонға қажетті ауданды анықтаймыз

3)Циклондар санымен алдын-ала берілген циклон диаметрін анықтаймыз.

[м²]

4)Циклондағы газдың нақты жылдамдығын анықтаймыз, м/с

Нақты жылдамдық оңтайлы жылдамдықтан 15%-дан артық болмауға тиіс;

5)Кестелер бойынша берілген циклон түріне сәйкес гидравликалық қарсылық коэффициентін қабылдаймыз;

6) Циклондарға қысымның шығынын анықтаймыз

Егер ∆Р қолайлы болса, онда газ тазалаудың толық коэффициентін есептеуге өтеміз;

7)Кестелер бойынша медианалық диаметрдің dᵗ₅ₒмәні мен таңдалған циклонның тиімділігін сипаттайтын орташа квадраттық ауытқудың lgs^т_h, логарифмін қабылдаймыз.

8)Нақты диаметрдің мәнін табамыз

9)Х параметрін анықтаймыз

10)Кесте бойынша Ф(х), функциясының мәнін табамыз, ол үлеспен көрсетілген газ тазалаудың толық коэффициентін көрсетеді

Ф(х) = з

11) Есептің соңына қарай күл ұстау деңгейінің алынған мәні берілген мәні бойынша құрастырылады.

Егер тазалау деңгейі талап етілгеннен кем болса, онда гидравликалық қарсылық коэффициентінің үлкен мәні бар циклонның басқа түрін таңдау қажет.

Тікелей циклондары. Күл ұстағыш циклондардың гидравликалық қарсылықтарын төмендетуге ұмтылу көлемді кішірейтумен бір мезгілде тікелей ағу циклондарын әзірлеуге әкелді. Бұл циклондар (6.7 – сурет) басқа кәдімгі циклондармен салыстырғанда күл ұстауға тиімділігі төмен. Алайда олар қолдануды ақтады өйткені үлкен диаметрлі тікелей ағу циклондарын футеровканы енгізу қолайлы және сондықтан да оларда гидровликалық қарсылық төмен. Осыған байланысты оларды құрылымы жоғары күлдерді бұзуды тудыратын ірі бөлшектерді анықтауға арналған тозуға төзімді күл ұстағыштар ретінде пайдалануға болады. Тікелей ағу циклондары тазалаудың бастапқы сатысында пайдаланылады.

Футеровка газ ағынының жылдамдық мәніне бағытталған термоқышқылға төзімді керамикалық плиткалардан дайындалады, бұл жағдайда тазалау коэффициенті максималды түрде мүмкін болған көлемге жетеді және газдың 140 °С температурасында 8 м/с-ты құрайды.

6.7 – Тікелей циклон

Күл ұстаудың тиімділігін арттыру үшін кіші диаметрі 250 мм-ге тең циклондардан құралған батареялы циклондар қолданылады.

Циклондық элементтер бір корпусқа біріктірілген, газдарды әкеледі және әкетеді және құрама бункері бар. Батареялы циклонның корпусы ауыспалы жүктемелі циклондық элементтерде газдың оңтайлы жылдамдықтарын сақтау үшін секциялы түрде қажетті секциясын ажырату жолымен орындалады. Сонымен қатар секциялау газдардың бір элементтен басқа тозаң бункеріне ағуы есебінен газ тазалау деңгейінің нашарлау мүмкіндігінің азаюына мүмкіндік береді.

Батареялық циклондар газдардың аксиальды әкеліну элементтері мен күректік айналдырғыштан, тангенциальды газдарды әкелгіштерден құрастырылады. Бірақ барлық элементтері біркелкі типте болуы керек. Гидравликалық қарсылы 500-700 Па.

Батареялық циклонның маркировкасы: 4х14xm. Бұл төрт секциялы аппараттың тереңдікке 14 элементтерімен және ені бойынша m элементі болатынын білдіреді. m = 7 ¸ 24

6.8 – сурет – Батареялы циклон

Батареялы циклонның есебі төмендегідей бірізділікпен жүргізіледі:

1)Газ шығынын анықтаймыз, бұл жағдайда циклондық элементтің оңтайлы жұмыс жағдайы қамтамасыз етіледі, мі/с;

Мұндағы W_ОПТ - кесте бойынша батареялық циклонның таңдалған түріне сәйкес таңдалатын элементтегі ағынның оңтайлы жылдамдығы. D – элементтің ішкі диаметрі.

2)Батареялық циклонның элементтерінің оңтайлы жағдайлары үшін қажетті циклондық элементтердің санын анықтаймыз.

мұндағы Q – газдардың жалпы шығыны.

3)Кесте бойынша батареялық циклон жақын тұрған циклондық элементтердің санымен жинақталып алынады. Және таңдалған батареялық циклондардың элементтерінің саны n-дан 10%-дан артық болмауы керек.

4)Циклондық элементтегі ағынның нақты жылдамдығын анықтаймыз, м/с

мұндағы n – циклондардың нақты саны

5)Батареялық циклондағы қысымның шығындалуы

- гидравликалық қарсылық коэффициенті;

Батареялық циклон элементтеріндегі газ тазалау коэффициентін циклондарды есептеу үшін берілген сызбаны пайдалана отырып анықтайды.

Тәжірибеде кеңінен қолданылмайтын, бірақ жоғарғы тазалау қабілеті бар басқа да инерциялық аппараттар болады. Олардың бірі – аэрофильтр. Аэрофильтр газдарды құрғақ инерциялық тазалау аппараттарына жатады. Бірақ тазалау деңгейлері құны аз, көлемі шағын, суды аз жұмсайтын, күлдің электрлік қарсылығына тәуелді емес электрфильтр деңгейіне қол жеткізуге мүмкіндік береді. Аэрофильтр тиімді күл ұстағыштардың арасында жоғары орын алады.

Тазаланатын газ қуалау қалақшасына түседі де, қайта бұрылып, аэрофильтрден шығады. Тозаңданған ағынның бірінші саңылаудан өтерде екінші саңылаудағы ағынға қарағанда жылдамдығы жоғары болады. Бір бұл лектегі бөлшектердің де жылдамдығы жоғары болады, яғни газ ағыны екі саңылаудан өтерде жанама саңылау бойынша өтуге мүмкіндік беретін кинетикалық энергиясы жоғары болады. Қозғалыс шамасы бойынша бөлшектер мен оларды әкелетін лектің жылдамдығы төмендейді және құрама камера ауданында бөлщектердің камераның өзіне түсу жағдайы пайда болады, өйткені құрама камерадағы қысымның градиенті қайталама камерамен теңеседі. Бұрылысты камераның көлемі бойынша дисперстік тозаңды –газды ағынның қозғалысы кезінде ол салыстырмалы түрде қозғалыссыз көлемдегі тұндыру торымен байланысқа түседі. Бұл жерде бөлшектердің көпшілігі «жүрдек» ағыннан осы қозғалыссыз газды көлемге «түсіп кетеді». Тұндырылмаған бөлшектер аппараттан шығар ауызға барады да, бұл жерде кіретін ағынның әсеріне түсіп, қайтадан аэрофильтрдің бұрылысты камерасына бағыт алады. Аэродинамикалық тұзақ пайда болады – яғни бөлшектер аппараттың жұмыс ырғағына түседі, бірақ одан шыға алмайды. Аэродинамикалық тұзаққа түскен бөлшектердің аз ғана бөлігі (2-3%) онда жинақталады да, гравитациялық күштің әсерімен ең соңында құрама камераға түседі.

Сонымен қатар құрығының жұмыс істеу қабілетінің маңызды аспектісі болып эрозиялық қауіпсіздігі табылады, өйткені аэрофильтрде дисперстік ағын кезінде осылайша бөлшектер градиенттік лекпен ағып шығады және оның шекаралық қабаттан өтуге мүмкіндігі жоқ, сондықтан тозаң тұндырғыш торлардың құрылғыларының айлағына дейін қабырғаға тимей қозғалады.

6.9- сурет. Аэрофильтрдегі лектің ағу сызбасы.

Аппарат өндірістік сынақтан Павлодардың 1-ТЭЦ-інде өтті. Мұнда аппарат ауа жылытқыштардың эрозиялық тозуының алдын алу мақсатында БКЗ-420 -140 қазандығының ортасында сулы экономайзердің екінші сатысы мен ауа жылытқыштардың екінші сатысының арасына орналастырылды және ол оң нәтиже көрсетті: тозаңнан тазалаудың жоамалданған 40% - ының орнына 65-70% -ға қол жетті. 4 жыл бойы Екібастұз көмірінің жоғарғы дәрежелі күлімен жұмыс істеген өндірістік құрылғыны эксплутациялау аэрофильтрің толық эрозиялық қауіпсіздігін дәлелдеді.

Техникалық газдарды тозаңдармен артық бөлшектерден тазартуға және көп компонентті газ қоспаларын бөлшектеуге арналған тағы бір құрылғы – градиентті сепаратор.

Тазалаудың градиенттік тәсілінде жедел айналмалы лекте қозғалатын бөлшектерге әсер ететін градиентті күш пайдаланылады, ол газ тазалаудың тиімділігін арттыруға және күл ұстағыштың жұмысын 100% - ға дейін арттыруға мүмкіндік береді.

Градиентті сепаратордағы (6.10- сурет) сепарациялық арна параболалық конфузордан және диффузордан, олардың арасындағы бұрағыш сопламен орындалған. Конфузор мен диффузордың профилі мына мәнді сақтай отырып дайындалған:

dF_i / dL_i = const,

мұндағы dF_i - конфузор мен диффузордың і саңылауының аумағы;

dL_i - конфузор мен диффузордың і учаскесінің ұзындығы.

1-Сепарациялық арна; 2- газ әкелу құбыры; 3- газ әкету құбыры; 4- параболалық конфузор; 5- бұрайтын сопло; 6- параболалық диффузор; 7-шаңды кері шығаратын түтікше; 8- газдың перифериялық әкетуге арналған жіп, шекаралық қабатты басқаруға арналған шығаратын құбыр.

6.10- сурет. Градиентті сепаратор

Сепарациялық арнада Рейнольде Ре санының 100 000 – нан аспауы үшін осындай режимдік және геометриялық параболалар сақталады. dF_к/dL_к = const жағдайын сақтай отырып, конфузор профилін сақтау конфузордан пангенциальды және біліктік жылдамдыұты арттырудың бір сарындылығын қамтамасыз етеді. Мұндай жағдайда газ легінің қозғалысында конфузорда ағынның инерциялық тығыздалу әсері пайда болады. Осы әсердің нәтижесінде ағынның тығыздығы бөлшектердің өлшенген тығыздығынан аса бастайды және сепарациялық арнаның ортасында тұрақты тозаң қабатын құрай отырып, бөлшектер градиенттік ағымның бетіне қалқып шығады. Сонымен қатар инерциялық тығыздалу әсерінен газдың созылғыштығы артады, ол лектің ламинарлық құрылымының сақталуын қамтамасыз етеді. Орталық аймақтан концентрацияланған тозаңды газ қоспасы өту саңылауы параболалық диффузор, конфузор және бұралатын сопла түрінде орындалған тозаң шығаратын түтікше арқылы сорылып шығарылады. Осылайша түтікшеде газ ағынын айналдыру мен орталықта күл бөлшегінің концентрациясы жүреді, бұл тозаң шығаратын түтікшедегі каррозияның болуының алдын алады және оның қабырғаларының тозуына жол бермейді, яғни оның қызмет ету уақытын қзартады.

Соплода лекті айналдыру соплоның арнайы есептелген геометриясының есебінен жеделдету кері аумағына өтуімен қамтамасыз етіледі.

Газ ағыны айналдыратын соплодан өткен соң шығу диффузорына түседі, онда оның қозғалысы бір қалыпты азайтылатын тангенциалды жылдамдықпен (dF_д/dL_д = const жағдайын сақтай отырып қол жеткізеді) жүзеге асырылады, бұл инерциялық тығыздалу әсерін береді де, газ ағыны қысылады. Осылайша газдың созылмалылығы артады, сол арқылы лектің турбулизациясына жол берілмейді.