Способ обеспыливания воздуха

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧ Е СКИхРЕСПУБЛИК с 1)5 В 0 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Институт геотехнической механикиАН УССР(56) Авторское свидетельство СССРЯ 1032197, кл, Е 21 Р 5/00, 1983.Авторское свидетельство СССРМ 969907, кл. Е 21 Р 5/ОО, 1982.Довголюк Ю.А, и Ивлев Л.С. Физика водных и других атмосферных аэрозолей, - Л,:Ленинградский университет, 1977, с. 140-144,Белоусов В,В, Теоретическиеосновы процессов газоочистки. - М.: Металлургия, 1988, 256 с.Фукс Н,А, Механика аэрозолей. М,;АН СССР, 1953,Клименко В.П., Королев В.И, и ШевцовВ,И. Непрерывный контроль концентрациипыли. - К.; Техника, 1980, 181 с.Амелин А.Г. Теоретические основы образования тумана при конденсации пара. -М,: Химия, 1972. 53-62 с,Андреев А,А, Осаждение частиц пыли накаплях в условиях массообмена с вязкимпотоком, - Днепропетровск, /АН УССРИГТМ, 1980, с. 9.Клебанов Ф.С, Геометрическая константа запыленности воздуха. - В кн.: Борьба с силикозом, т. 12. - М.: Наука, 1986, с,49-50,Сборник методик по расчету выбросов ватмосферу загрязняющих веществ различными прбизводствами, - Л.; Гидрометеоиздет, 1986, с. 154,Яворский И,А. и др, Улавливание аэрозолей в оловяной промышленности. - Новосибирск, Наука, 1974, с. 58 (прототип)..Ы 2, 1643056 А 1(54) СПОСОБ ОБЕСПЫЛИВАНИЯ ВОЗДУХА (57) Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано в различных технологических процессах добычи и переработки полезных ископаемых, сопровождаемых значительным пылевыделением, Цель изобретения - повышение эффективности очистки воздуха от мелкодисперсной пыли зат счет использования стефановского потока. Запыленный воздух. пропускают через зону пересыщения, величину которого определяют по формуле С1 с(1+ Р(ЗР,ОМ(В 1+ й) т), где с - эмпирический коэффициент, зависящий от вещественного состава пыли (-.1); Р - атмосферное давление; т - время нахождения в зоне пересыщения (конденсационной коагуляции); Ро - давление насыщенных паров воды в воздухе на выходе из зоны пересы- щения; О - коэфициент диффузии водяных паров в воздухе; Мс - счетная концентрация пыли; В 1 - размер наименьших частиц пыли; Я - средний размер частиц пыли. 2 табл.5 10 15 20 25 30 40 50 55 Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано в различных технологических процессах добычи и переработки полезных ископаемых, сопровождаемых значительным пылевыделением,Цель изобретения - повышение эффективности очистки воздуха от мелкодисперсной пыли за счет использования стефановского потока.Известны способы, заключающиеся в пропускании запыленного воздуха через зонупересыщения для конденсационного роста частиц и последующем их осаждении.При разработке схем конденсационного пылеподавления в основном внимание сосредотачивается на использовании в полной мере аффекта конденсационного укрупнения (утяжеления частиц). В этом случае происходит сближение частиц под воздействием стефановского потока, однако в большинстве случаев этот процесс не заканчивается ввиду недостаточности времени при используемых относительно низких степенях пересыщения, Объясняется это тем, что при высоких степенях пересыщения возрастает вероятность гомогенной конденсации, что приводит к непроизводительному расходу пара, В случае же, когда во главу угла поставлен эффект слияния ча- стиц под воздействием стефановского потока, гомогенная конденсация не снижает эффективность способа, поскольку конденсируемый пар не используется для утяжеления частиц, Более того, эффективность может даже возрасти, так как при гомогенной конденсации резко возрастает число ядер конденсации, что приводит к сокращению времени, необходимого для завершения процесса коагуляции, Таким образом, при конденсационном укрупнении увеличивается весовая концентрация аэрозоля (утяжеление пылинок), а счетная остается без изменений, тогда как при коагуляционном воздействии резко уменьшается счетная концентрация аэрозоля (слияние частиц) при неизменной весовой концентрации, При коагуляционном воздействии осуществляется также и конденсационное укрупнение частиц, т.е. практически речь идет о существенном преобладании того или иного процесса. При выходе из зоны пересыщения при конденсационном укрупнении размер частиц вновь уменьшается вследствйе испарения, при коагуляционном укрупнении испарение не приводит к разрушению образовавшихся агрегатов частиц.Сущность способа заключается в том, что запыленный воздух пропускают через зону пересыщения, поддерживая в ней определенную величину пересыщения. При попадании пылевых частиц в,эту зону, на них, как ядрах конденсации, начинает конденсироваться пар.Коагуляция - это процесс соединения частиц при их столкновении. В зависимости от механизма, приводящего к относительному движению частиц и обеспечивающего тем самым возможность их столкновения, выделяют различные виды коагуляции. Так в работах 3-5 выделяют такие виды, как броуновская, акустическая, электрическая гравитационная (кинематическая) и турбулентная коагуляция, В работах 3 и 5 выделяется также градиентная, а в3и гидродинамическая коагуляция. Очевидно, что необходимо исключить те виды коагуляции, которые не могут протекать самопроизвольно, а требуют специального и целенаправленного воздействия. В данном случае необходимо исключить следующие виды коагуляции: акустическую, градиентную и гидродинамическую, Поскольку область применения предложенного способа ограничивается технологическими процессами, при которых выделяется большое количество мелкодисперсной пыли, то эффекты гравитационной коагуляции также можно не учитывать, Если сопоставить данные расчета времени, за которое счетная концентрация аэрозоля уменьшится в 2 раза за счет только броуновской коагуляции(это время составляет 6,5 ч) и только за счет конденсационной коагуляции (это время составляет 5,6 с), то не имеет смысла учитывать влияние броуновской коагуляции при моделировании коагуляции конденсационной, поскольку быстротечность ее более чем в 4000 раз больше (в данных условиях). Что касается турбулентной коагуляции, то без специальных мер по повышению уровня турбулентности потока размеры областей; в которых движение можно рассматривать как ламинарное, значительно превосходят средние расстояния между частицами (а именно, это расстояние берется 3 носнову для моделирования конденсационной коагуляции). При гидрообеспыливании в факеле форсунки размер этих областей достигает 760 мкм, а при движении через камеру конденсационной коагуляции размеры их будут значительно больше(что объясняется более низким уровнем турбулизации потока в камере, чем в факеле форсун ки).Таким образом, существенное значение могут иметь лишь процессы электрокоагуляции за счет естественной электрозаряженности пылинок. Этот случай подробно рассмотрен в работе 3 , в которой показа 1643056Определим по формуле (2) время, за которое частицы с Е = Ео достигают.Е = 10 В (на этом расстоянии принятое допущение справедливо для всех представляющих интерес с точки зрения пылеочистки частиц - диаметром до 5 мкм), Это время составит 2,944 с, Время же для перемещения с Е = 10 В до Е = й, при принятом допущении равенства скоростей частиц и среды, составит 0,003 с, а общее время 2,947 с, Приняв погрешность общего времени в 20 о (что допустимо для промышленных условий), получим, что общее время увеличится с 2,947 до 3,536 с, При этом допустимая погрешность определения времени движения на участке с Е = 10 В до Е = й составит100 = 195470,003Таким образом, можно считать доказанным правомочность допущения о равенстве скорости стефановского течения и увлекаемыми им частицами применительно к условиям пылеподавления для всего диапазона мелкодисперсных частиц (б5 мкм),При конденсации пара на частице В 1 вокруг нее также возникает поле стефановского патока, воздействующего на частицу В 2, Под действием этого потока частицы В 1 и В 2 будут сближаться со скоростью Ч 2 = т(Е, В 1), В выбранной системе координат Чгк = - 1 г(Е, В).Согласно предложенной модели частица находится в поле действия конденсации на другой частице, т.е. под воздействием одной силы, Если ввести взаимодействие других частиц, то независимо от их числа получают частицу, находящуюся под воздействием различных по величине и направлению сил, Эти силы могут суммироваться и тогда процесс ускоряется, а требуемая степень пересыщения снижается; Кроме этого, силы могут частичноуравновешиваться, тогда процесс замедляется,. а требуемая степень пересыщения возрастает, Однако, если учесть реальные уровни запыленности в промышленных условиях и соответствующие им расстояния между частицами (до 100 Й), то вероятность нахождения вблизи двух частиц, воздействующих на третью, очень мала. Кроме того, эти частицы также будут притягиваться одна к другой и в скором времени, в результате коагуляции между собой, будут представлять одну частицу, т.е. задача сведется к рассмотренной выше, Это подкрепляется приведенным расчетами времени сближения частиц.Таким образом, суммарная скоростьсближения составит Чк = - (Ча.+ Чгг) = Щ,В 1) + 1 К(с., Вг). (6)Тогда с учетом выражения (1) изменение5 суммарной скорости сближения во времениопишется уравнениемб 1 Р 2 Р 2г 2 10Ро - Роо)где й - средний размер частиц пыли;рчас - плотность вещества пыли;и - масовая концентрация пыли.25 В конечный момент вРемени ькон, соответствующий моменту соприкосновениядвух частиц, Е = В 1 + В 2, Приняв В 2 = В,получают 2=Я 1+й гЛ бгорование, получают 30 Проведя интегр 1Посколькуможно пренеб лен (В + В)з30ечь, Преобразовавсомнок3 виду Ро(С 1) и 2 оГчсчвыражениюР тель (,Роо -( 9 ), приход1 =1+ В общзависит оции, Сучеют м случае скорость конденсации ещества состава ядер кондесам этого обстоятельства получарический коэффи ественного саста 1-зоны я,что т = Оггде к - эм щий от веУчиты циент, зависява пыли (-"1)Взоны газа, ыщения; чного сеченидимая степен Ораза - объемный расход зоны - длина зоны перес Взоны площадь поперепересыщения, необхо сыщения составит зоны пере)3 Ро О Исч Й 1 + 1 зоны Взоны Конденсация пара на более крупных частицах идет интенсивней, чем на мелких, и при конденсационном укрупнении является нежелательной потому, что приводит к непроизводительному расходу влаги. Пр 1 л коагуляционном укрупнении более интенсивная конденсация на крупных частицах не приводит к снижению эффективности способа и способствует снижению концентрации мелкодисперсной пыли.Таким образом, пройдя зону пересыщения, значительно уменьшится счетная концентрация пыли и практически все частицы мелких фракций укрупнятся в результате процесса коагуляции, что позволяе достичь повышен 1 ля эффективности очистки воздуха от мелкодисперсной пыли.П р и м е р. Осуществляют обеспыливание грохота ГИЛ. Согласно10) концентрация пыли в аспирационном воздухе составляет 10-11 гм, объем аспиуируемо зго воздуха 3500 и /ч (или 0,97 м /с), температура воздуха 20 С. Согласно прототипу скорость газа в сечении коагуляционной камеры составляет 1,18 м/с, продолжительность коа гуля ции 5,7 с.Следовательно, дллна коагуляционной камеры = 6,73 м, а площадь поперечного сечения Взоны = 0,82 м,гПри среднем размере пыли Я = 5 мкм, й 1 = 0,5 мкм и М"1, необходимая степень пересы щения101,3 10 0,9 Т 3 2332 024 10 Ъ 210 (5+05) О 873 082где Р = 101,3 10 - атмосферное давление; Огаза = 0,97 - расход газа; Ро=2337-давление насыщенного пара при= 200 С; О = 0,24 10 - коэффициент диффузии водяных паров в воздухе при Т = 20 С; ч И- з =7210 м -и, 9 з- тЖ Рчас(гранит); 1 В+ й) =(5+ 0,5) 10 б - сумма наименьшего и среднего размера пылинок; зоны,73 и - длина коагуляционной камеры; Взоны = 0 82 м - площадь поперечного г сечения коагуляционной камеры, 10 1 Г 20 25 30 35 40 45 50 55 Таким образом, -. 3,7,Для создания такого пересыщения необходимо подать 41,3 гlм пара, Причем разность парциальных давлений насыщенного и ненасышеннсго пара Ро ( - 1) = =о 309,9 кг/м или 464,09 мм рт.сз а избыточное влагосодержаниеХ =0,622 -" - 41,3 гlи .В 11 параС учетом объемного расхода запыленного воздуха расход пара Опара =- =41,3 х 0,97 = 40 гlс. При этом минимальный размер частиц на выходе из коагуляционной камеры превышает средний размер частиц исходного аэрозоля.При очистке воздуха с постоянными расходом, запыленностью и температурой надобность в непоерывной фиксации степени пересыщения отсутствует. При значительных колебаниях одного из указанных параметрсв необходимо установить в камере коагуляции приборы, фиксирующие зти параметры: расходомер воздуха, пылемер, термометр и психрометр для определения влажности, Причем зти приборы могут быть как дискретного, так и непрерывного действия. Принципы и порядок выбора этих приборов применительно к условиям эксплуатации подробно изложены в6 1, Анализируя данные приборов (при помощи ЭВМ, микропроцессоров либо человека), можно оперативно контролировать сепень пересыщения как существующую, так и требуемую). Оперативное изменение степени пересышения производится путем изменения температуры парогазовой смесй. Например, изменение температуры парогазовой смеси может происходить в результате адиабатического расширения, лучеиспускания, добавления к смеси более холодного инертного газа, а также соприЮкосновения газовой смеси с более холоднойповерхностью.Повысить давление пара в воздухе можно либо в результате химической реакции с выделением пара, либо путем непосредственного введения паоа в поток, При создании пересыщения путем ввода пара для регулирования степени пересыщения необходимо менять расход пара, При этом возможно создание автоматической системы, для чего необходимо в паропроаоде установить электровентиль, а цепь его управления соединить с выходным сигналом системы фиксации пересыщения, Для повышения однородности поля пересыщения можно разделить камеру коагуляции на несколько секций по длине, причем снабдить каждую системами определения требуемой степени, Мотыль Техред М,Моргентал Корректор М, Пожо едакто Тираж 447 Подписноедарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 каз 1194ВНИИПИ Го1 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 пересыщения (по расходу газа и времени нахождения его в камере, запыленности и температуре потока), созданной степени пересыщения (по исходной и конечной, например, влажности и температуре потока) и 5 системой регулирования подачи пара или хладагента. Формула изобретенияСпособ обеспыливания воздуха, вклю чающий пропускание запыленного воздуха через зону пересыщенного пара и последующее улавливание пылевых частиц, от л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности очистки воздуха от мелко дисперсной пыли за счет использования стефановского потока, величина пересыщения параопределяется из условия1.М(1+ Р(ЗРоОИС(Й 1+ Й) т) ) где М - эмпирический коэфициент, зависящий от вещественного состава пыли (в 1);Р - атмосферное давление, Па;Р, - давление насыщенных паров воды в воздухе на выходе из зоны пересы- щения, Па;О - коэффициент диффузии водяных паров в воздухе,м /с;Ис - счетная концентрация пыли, 1/м;э,В 1 - размер наименьших частиц пыли, м;5 - средний размер частиц пыли, м; с - время нахождения в зоне пересыщения (конденсационной коагуляции), с.