Планирование эксперимента по улавливанию летучей золы ТЭС в электроциклоне

Планирование эксперимента по улавливанию летучей золы ТЭС в электроциклоне

Для пылеулавливания на промышленных предприятиях используют различные виды оборудования, отличающегося как по конструкции, так и по механизму действия.

Электроциклон — комбинированный пылеуловитель, сочетающий центробежный и электростатический эффект для улавливания аэрозолей.

Степень очистки газов в электроциклоне зависит от многих факторов, таких как рабочее напряжение, скорость газового потока в активной зоне, концентрация аэрозоля на входе в аппарат, длина активной зоны, диаметр частиц, удельное электрическое сопротивление частиц и др. [1, 2].

Чтобы оценить влияние на степень очистки электроциклона концентрации и скорости аэрозоля на входе в аппарат при минимальном количестве необходимых опытов с сохранением статистической достоверности результатов проведено планирование эксперимента [3, 4].

Для получения уравнения регрессии в виде полинома первого порядка, построен центральный композиционный рототабельный план, включающий 2 фактора: Х₁ — скорость газового потока во входной трубе, Х₂ — концентрация аэрозоля на входе в аппарат. Общий вид [5] уравнения регрессии для двух независимых факторов:

(1).

где з — степень очистки газов,.

b₀ — свободный член,.

b_i — коэффициенты линейных членов.

Для вычисления коэффициентов уравнения регрессии построим матрицу планирования, взяв за основу центральный композиционный рототабельный план, включающий «звездные» точки. Общее количество экспериментов вычисляется по формуле:

(2).

Для двухфакторного эксперимента число опытов в центре плана n₀ равно 5, а величина «звездного» плеча составляет 1,414 [5]. Необходимое число экспериментов для заданных условий равно 13. Значения каждого фактора в плане кодируются значениями: «-1» — минимальное, «0» — среднее, «+1» — максимальное, кроме того, в план вводятся по 2 «звездные» точки на каждый фактор с кодировкой «-1,414» и «+1,414». Матрица эксперимента с кодированными значениями факторов приведена в таблице:

Таблица 1.

Матрица планирования эксперимента.

Установим основной уровень Z_0,i и интервалы варьирования ДZ_i для каждого фактора. Основной уровень Z_0,1 для фактора Х₁ (скорость газового потока во входной трубе) примем равным 21 м/с, ДZ₁ = 4,5, Z_0,2 для фактора Х₂ (концентрация аэрозоля на входе в аппарат) примем равным 16,5 г/м³, ДZ₂ = 10. Рандомизация последовательности проведения опытов с помощью ЭВМ дала следующий порядок: 13, 4, 10, 8, 3, 9, 1, 2, 6, 12, 5, 11, 7.

Эксперименты были проведены на стенде, подробно описанном в работах [6, 7]. Показана высокая эффективность электроциклона (до 99,9%) при очистке улавливании перкарбоната натрия, золы ТЭС и других материалов [8, 9, 10]. Схема электроцклона дана на рис. 1. Обозначения: 1 — царги корпуса, 2 — улитка, 3 — центральный осадительный электрод, 4 — коронирующий электрод, 5 — выхлопная труба, 6 — бункер, 7 — изолятор.

Рис. 1. Электроциклон

По результатам эксперимента с золой Красногорской ТЭЦ (d₅₀ = 35мкм) методом наименьших квадратов получено уравнение регрессии:

(3).

Визуализация данных в виде поверхности отклика функции может наглядно отразить характер зависимости. Рис. 2 показывает зависимость степени очистки от двух факторов — скорости и концентрации на входе. Точки — опытные данные, плоскость — рассчитанные результаты. Из рис. 2 и в соотвествии с уравнением (1) видно, что скорость оказывает гораздо более сильное влияние, чем концентрация аэрозоля на входе.

Рис. 2. — Поверхность отклика

электроциклон пылеуловитель промышленный аэрозоль.

• 1. Петров В. А., Инюшкин Н. В., Ермаков С. А. Об осаждении частиц пыли в электроциклоне [Текст] // Вестник ТГТУ, 2010. № 1,т. 16 -С.44−53.
• 2. LimK. S., KimH. S., Lee K. W. Comparative performances of conventional cyclones and a double cyclone with and without an electric field [Текст] // Journal of Aerosol Sciences, 2004. — № 35.-С. 103−116.
• 3. Красовский Г. И., Филаретов Г. Ф. Планирование эксперимента [Текст]: — Минск: БГУ, 1982. — 302 с.
• 4. Блохин В. Г., Глудкин О. П., Гуров А. И., Ханин М. А. Современный эксперимент: подготовка, проведение, анализ результатов [Текст]: — Москва: Радио и связь, 1997. 232 с.
• 5. Кафаров В. В. Методы кибернетики в химии и химической технологии [Текст]: — Москва: Химия, 1985. — 448 с.
• 6. Инюшкин, Н.В., Ермаков, С.А., Титов, А.Г., Гильванова, З.Р., Новиков, К.Л., Парамонов, Д. А. Исследование процесса улавливания летучей золы в экспериментальной модели электроциклона [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2011, № 4
• 7. Титов А. Г., Инюшкин Н. В., Коробкова И. В., Парамонов Д. А., Гильванова З. Р., Ермаков С. А., Седунов К. В., Щелчков И. П. Снижение вторичного уноса в электроциклоне [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2012, № 4
• 8. Инюшкин Н. В., Югай Ф. С., Гильванова З. Р., Титов А. Г., Ермаков С. А. Исследование осаждения кристаллов перкарбоната натрия в электроциклоне [Текст] // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология, 2012. № 10, т. 55. -С.104−107.
• 9. Инюшкин Н. В., Ермаков С. А., Гильванова Зал.Р., Титов А. Г., Коробкова И. В., Парамонов Д. А., Седунов К. В., Гильванова Зл.Р. Новая конструкция осадительных электродов электроциклона для снижения вторичного уноса [Текст]: Сборник докладов VIII-й Международной научной конференции «Актуальные вопросы современной техники и технологии». — Липецк, 2012. — С.44−46.
• 10. Tsai R., Mills A.F. A model of particle re-entrainment in electrostatic precipitators [Текст] // Journal of Aerosol Science, 1995. — № 2. С. 227−239.