JAN KOŚCIANOWSKI*, TOMASZ OLSZOWSKI**, JANUSZ POSPOLITA** *IMMB Opole, **Politechnika Opolska, Katedra Techniki Cieplnej i Aparatury Przemysłowej OCENA PRZYDATNOŚCI SEPARATORA RDZENIOWEGO W UKŁADACH ODPYLANIA 1. WPROWADZENIE W sektorze energetycznym, w procesach odpylania znajduje zastosowanie jedna z czterech technologii, tj. elektrofiltry, odpylacze tkaninowe, skrubery mokre i odśrodkowe odpylacze mechaniczne. W ostatniej dekadzie, wymuszone zaostrzeniem norm emisji, zmiany technologiczne, doprowadziły w wielu jednostkach sektora energetycznego do zastąpienia mało wydajnych multicyklonów (sprawność ok. 80%) [2] wysokosprawnymi odpylaczami mechanicznymi typu Core Separator (separator rdzeniowy). Celem badań było sprawdzenie, w warunkach przemysłowych, wpływu zmiany miejsca aspiracji gazów, a w szczególności wzrostu stężenia pyłów w strumieniu gazów wlotowych oraz zmiany charakterystyki rozkładu wielkości ziarna pyłu w strumieniu wlotowym gazów, na parametry eksploatacyjne odpylacza rdzeniowego, tj. skuteczność całkowitą i skuteczność przedziałową. Dodatkowo, poddano analizie potencjalne możliwości wprowadzania przez separator zakłóceń w stałym przepływie strumienia masy czynnika nośnego. 2. STANOWISKA POMIAROWE, METODYKA BADAŃ Schemat stanowiska pomiarowego w istniejącym układzie przemysłowym przedstawiono na rys. 1. Zasadę działania separatora omówiono w [3]. Pomiary przemysłowe wykonywano zasilając instalacje doświadczalną; WARIANT 1 - zapylonymi gazami bezpośrednio z chłodnika klinkieru, tj. z pominięciem odpylania wstępnego (bateria cyklonów) oraz WARIANT 2 gazami wstępnie oczyszczonymi w pierwszym stopniu odpylania. W trakcie pomiarów utrzymano, zalecany przez producenta strumień objętości gazów wlotowych Dla wyżej wymienionych warunków przewidziano określenie średniej i przedziałowej skuteczności odpylania. Strumień objętości gazów obliczono z pomiaru średniej prędkości gazu w rurociągu metodą sondowania przekroju poprzecznego. Zastosowano walcowe rurki spiętrzające o średnicy 38 mm oraz przepływomierz DFM 1197. Równocześnie mierzono temperaturę gazów oraz podciśnienie w kanale. 1
do atmosfery Wentylator Wyciągowy chłodnika PII 1 CORE SEPARATOR PI Gazy zapylone Wentylator recyrkulacyjny Rys. 1 Schemat instalacji odpylania chłodnika rusztowego Stężenie pyłów w gazie określono metodą grawimetryczną zgodnie z normą [1]. Przy pomiarach użyto automatyczny pyłomierz typu Emiotest 2598 oraz Emitest 1592. Skład granulometryczny zaaspirowanych próbek pyłowych określono wykorzystując granulometr laserowy LAU 11 [4]. Mierzono również spadek ciśnienia na odpylaczu 3. DYSKUSJA WYNIKÓW POMIARÓW Średnią całkowitą skuteczność odpylania obliczono korzystając z zależności (1). 1 E *100 % (1) U gdzie: E = Q 2N *S 2N [kg/h], U = Q 1N *S 1N [kg/h], Q 2N strumień objętości gazów w punkcie pomiarowym nr 2 w m 3 /h, Q 1N strumień objętości gazów w punkcie pomiarowym nr 1 w m 3 /h, S 1N, S 2N stężenie zapylenia kolejno w punktach pomiarowych nr 1 i 2 w g/m 3. W tabeli nr 1 przedstawiono uzyskane w trakcie pomiarów stężenia pyłu na wlocie oraz na wylocie z urządzenia odpylającego oraz odpowiadające im uzyskane skuteczności odpylania dla dwóch wariantów aspiracji gazów do instalacji separatora rdzeniowego. Wartość skuteczności całkowitej w funkcji stężenia pyłu na wlocie do odpylacza przedstawiono na rys. 2. 2
skuteczność odpylania Tabela nr 1. Stężenia pyłu oraz średnie całkowite skuteczności odpylania dla dwóch wariantów pracy odpylacza Wariant pracy odpylacza Nr punktu pomiarowego Strumień objętości gazu w warunkach umownych Stężenie pyłu w warunkach umownych wlot/wylot - nr m 3 /h g/m 3 % Skuteczność odpylania Aspirowane gazy wstępnie odpylone 1 5329,33 0,3574 2 6585,66 0,0309 91,35 Aspirowane gazu bez wstępnego odpylenia 1 4824,00 9,01 2 5976,66 0,0195 99,72 100 98 Skuteczność całkow ita odpylacza 96 94 92 90 88 86 84 82 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 stężenie pyłu na w locie [g/m3] Rys. 2 Średnia całkowita skuteczność Core Separatora w funkcji stężenia pyłu W celu porównania wyników otrzymanych w obu wariantach wyznaczono średnie wartości stężenia zapylenia przed i za urządzeniem oraz średnie skuteczności odpylania dla wcześniej określonych przypadków. Otrzymane wyniki, biorąc pod uwagę bezwzględne wartości średnich stężeń w punktach 1 i 2, pozwalają stwierdzić, że w przypadku aspiracji gazów do instalacji doświadczalnej bezpośrednio z chłodnika klinkieru (bardziej zróżnicowany 3
skuteczność przedziałowa [%] skład ziarnowy materiału) uzyskano blisko dwukrotnie niższą wartość stężenia pyłu wylotowego S ŚR = 0,0195 [g/m 3 ]. Jednocześnie pomiary skuteczności wykazały, że w stosunku do układu z odpylaniem wstępnym średnia całkowita skuteczność odpylania wzrosła z 91,35 % do 99,72 %. Skuteczność przedziałową wyznaczono z zależności (2). 1 *0,01 * F F / F F * 100 (2) p, dn 1 E, n E, n 1 W, n W, n 1 gdzie: - skuteczność przedziałowa dla przedziału wielkości ziarna dn, p,dn - średnia całkowita skuteczność odpylania [%], F E,n - wartość dystrybuanty standaryzowanej dla środka klasy n szeregu rozdzielczego wielkości ziarna pyłu, F W,n - jak wyżej dla pyłu wprowadzonego do odpylacza. W celu wyznaczenia parametrów rozkładu i dalszej standaryzacji, na podstawie dystrybuant empirycznych masowych wielkości ziarna uzyskanych z LAU 11, opracowano szeregi rozdzielcze zawierające 10 klas wielkości ziaren ze środkami odpowiadającymi: Dp = 5, 15, 25, 35, 45, 55, 65, 75, 85, 95 i 150 µm. Kształtowanie się skuteczności przedziałowej dla obu wariantów przedstawiono na rys.3. 100 Skuteczność przedziałow a odpylacza 98 96 94 92 90 aspirow ane gazy bez w stępnego odpylania (średnia średnica ziarna pyłu dp = 75,8 um) 88 aspirow ane gazy w stępnie odpylone w 86 cyklonach (średnia średnica ziarna pyłu dp = 5,7 um) 84 0 20 40 60 80 100 dp [um] Rys. 3 Skuteczność przedziałowa separatora rdzeniowego w funkcji wielkości ziarna 4
Otrzymane wyniki nasuwają stwierdzenie, że separator rdzeniowy charakteryzuje się wysoką jak na odpylacz mechaniczny skutecznością (w zakresie odpylania drobnych frakcji pyłu o średniej średnicy dp ŚR = 5,7 µm) przedziałową zawierającą się w granicach 89,2 95,6 %. Przy zasilaniu instalacji z pominięciem odpylania wstępnego ze względu na bardzo małe różnice w parametrach statystycznych rozkładu (dp ŚR, ) uzyskanych dla pyłu wprowadzanego i opuszczającego odpylacz uzyskano praktycznie stały poziom skuteczności przedziałowej. Jak widać z rys. 3 przy zwiększającej się wielkości ziarna skuteczność przedziałowa dąży do wartości = 99,84 % i od średnicy ziarna dp = 65 µm praktycznie ma wartość stałą. Prowadzone na stanowisku doświadczalnym badania nad stałością przepływu mieszaniny przez separator, wykazały, że budowa i zasada działania mechanicznego inercyjnego odpylacza typu Core Separator wyklucza możliwość wywołania istotnych zakłóceń w utrzymaniu stałego strumienia masy gazu. 4. WNIOSKI W wariancie pierwszym separator zasilany był gazami wstępnie odpylonymi w baterii cyklonów. Przeprowadzone pomiary potwierdziły jego wysoką, jak na odpylacz mechaniczny, skuteczność całkowitą oscylującą wokół 91 % i uzyskaną przy bardzo niskich stężeniach wlotowych S WŚR = 0,3574 g/m 3. Uzyskano również wysoką skuteczność przedziałową odpylacza rdzeniowego, mieszczącą się w granicach 89,2 95,6 %, w zakresie odpylania ziaren pyłu o średnicy dp = 2 12 µm. Wykonane pomiary skuteczności odpylania dla wariantu 2, wykazały, że średnia całkowita skuteczność odpylania wzrosła w porównaniu z wariantem 1 z 91 % do 99,72 % - przy blisko dwukrotnym spadku wartości stężenia pyłu na wylocie z urządzenia odpylającego S EŚR = 0,0195 g/m 3. W trakcie prowadzonych prób nie stwierdzono tendencji do tworzenia się narostów na elementach odpylacza prowadzących strugę zapylonego gazu. Widoczne było natomiast, poprzez zmatowienie blach, erozyjne oddziaływanie grubej frakcji pyłu klinkierowego. Reasumując: - zróżnicowanie składu ziarnowego pyłu wlotowego wpłynęło na zwiększenie całkowitej skuteczności odpylania odpylacza typu Core Separator o 8,7 % co pozwoliło na zmniejszenie emisji pyłu z urządzenia z 0,2 kg/h do 0,1 kg/h, - wysoką sprawność odpylania urządzenie osiąga dla pyłów o średniej wielkości ziarna dp > 50 µm, przy czym maksymalna sprawność (99,84 %) 5
osiągana jest już dla pyłów o średnicy dp > 60 µm, stanowiących co najmniej 10 % udziału, - użycie w układach odpylania separatora rdzeniowego nie powoduje wzrostu oporów przepływu strugi gazów, o ile separowanym materiałem jest pył sypki nie wykazujący tendencji do tworzenia aglomeratów oraz nie powodujący zarastania rdzeni odpylacza. 5. LITERATURA [1] PN Z 04030 7.: Pomiar stężenia i strumienia masy pyłu w gazach odlotowych metodą grawimetryczną.; Polski Komitet Normalizacyjny, Warszawa 1994. [2] WARYCH J.: Oczyszczanie przemysłowych gazów odlotowych: WNT, Warszawa 1994. [3] KOŚCIANOWSKI J, OLSZOWSKI T.: Badanie sprawności odpylacza typu Core Separator. Zeszyty naukowe IMMB Opole nr 35/2003. s. 165 [4] PAWLUK T.: Laserowy Analizator Uziarnienia. Cement Wapno Beton nr 4/2000, s. 21 STRESZCZENIE Odpylacze mechaniczne są często wykorzystywane jako urządzenia redukujące emisję cząstek pyłów powstających w różnorodnych procesach technologicznych. Jednym z odpylaczy mechanicznych jest separator rdzeniowy. Praca prezentuje wyniki badań nad sprawnością separatora w warunkach przemysłowych i laboratoryjnych. W artykule przedstawiono charakterystykę sprawności całkowitej i przedziałowej odpylacza rdzeniowego przy odpylaniu pyłów drobno i średnio frakcyjnych. SUMMARY Mechanical Dust cleaners are often used as devices reducing issue of parts of dusts coming into being in various technological processes. One from mechanical dust cleaners is pithy dust cleaner of type Core Separator. Present work presents results of investigations over efficiency Core Separator in circumstances industrial. In article one introduced characterization of efficiency entire and of section core dust cleaner at dust cleaning of dusts about small and average fraction. 6