Совершенствование высокотемпературной очистки дымовых газов теплоэнергетических установок при использовании перфорированных фильтровальных перегородок

Цель работы Развитие теоретических основ разделения высокотемпературных газовых гетерогенных систем с твердой дисперсной фазой пористыми перегородками и разработка соответствующих аппаратурных оформлений процесса, обеспечивающих повышение эффективности и экологичности теплоэнергетических установок. Задачи исследования: - расширенный анализ механизмов осаждения частиц дисперсной фазы при высокотемпературном фильтровании перфорированными фильтровальными перегородками; - обобщение гидродинамических особенностей при высокотемпературном фильтровании перфорированными фильтровальными перегородками; - изучение кинетики процесса и взаимосвязи эффективности улавливания твердых частиц и способов регенерации фильтровальной перегородки с учетом специфики высокотемпературной очистки дымовых газов; - реализация полученных научных результатов в виде новых конструкций высокоэффективных аппаратов очистки дымовых газов. Основные выводы: На основании экспериментальных данных получена эмпирическая зависимость расчета коэффициента сопротивления перфорированной решетки от числа Рейнольдса и геометрических параметров решеток в диапазоне изменения определяющих параметров: 0,9<S/do<4; 0,02<f<0,15; 3<Re<400. Средняя относительная погрешность расчета для диапазона Re =7…50 составила 16,4 %. При увеличении Re до диапазона 100..400 погрешность расчетов возрастает до 56%. 2. Рассмотрены основные механизмы улавливания частиц дисперсной фазы при разделении дымовых газовых потоков перфорированными фильтровальными перегородками. Силы инерции являются проявлением доминирующего механизма осаждения твердых частиц из потока дымовых газов на перфорированных перегородках в начальный период, далее, из осажденных частиц на поверхности фильтровальной перегородки образуется элементарный слой – слой автофильтра, представляющий из себя, по сути, вспомогательную фильтровальную перегородку. В этих условиях доминирующую роль приобретает ситовой эффект, являющийся частным случаем механизма зацепления. Предлагается использовать для расчетов коэффициент осаждения за счет инерционных сил с учетом адгезионных сил. 3. Разработана математическая модель процесса фильтрования при высокотемпературной очистке газовых потоков перфорированными фильтровальными перегородками. Полученная зависимость расчета концентрации частиц на выходе из аппарата позволяет определить эффективность улавливания, а в комплексе с зависимостями для нахождения гидравлического сопротивления найти оптимальную область удельной газовой нагрузки и времени межрегенерационного периода. 4. Результаты численного моделирования течения газа в зазоре между вращающимся цилиндрическим фильтровальным элементом и эллиптической обечайкой в трехмерной постановке и расчеты поля давлений и скоростей в зазоре между корпусом фильтра и фильтрующим элементом при различных скоростях входного газового потока в натурном эксперименте подтверждают, что при заданном угле поворота в эллиптической обечайке создается величина зазора, обеспечивающая гидродинамический поток, реализующий унос частиц пыли при одновременном сохранении приемлемого гидравлического сопротивления. Построенная на основе вычислительного эксперимента зависимость давления на выходном патрубке от толщины пылевого слоя и, следовательно, степени засорения фильтра показывает, что повышение эффективности работы гидродинамического фильтра в заданном режиме возможно за счет выбора геометрических параметров фильтра (величина зазора, толщина фильтровального слоя, габариты корпуса и т.д.), а также режимов его работы (объемный расход, скорость вращения). 5. Определено влияние электростатического поля на важнейшие эксплуатационные характеристики фильтров - эффективность улавливания и гидравлическое сопротивление при совместном действии фильтрования и электрического поля. Показано, что при определенных значениях напряженности электростатического поля эффективность улавливания частиц дисперсной фазы увеличивается в несколько раз по сравнению с процессом фильтрования без наложения электростатического поля. Отмечено, что электростатический эффект способствует более быстрому формированию элементарного слоя из осажденных частиц, так называемого автофильтра. 6. Разработаны, защищены патентом РФ и апробированы новые конструктивные решения аппаратов для высокотемпературной очистки газовых выбросов различных теплоэнергетических установок.