Influence of operating conditions on the efficiency of the wet cleaning of flue gases from ash particles
Improvement of the efficiency of the wet cleaning of flue gases of coal-fired boiler from ash particles is an important environmental problem. Apparatus for the wet cleaning of flue gases (scrubbers) are widely spread in Ukrainian power engineering but their efficiency often doesn’t meet the present...
Збережено в:
| Дата: | 2013 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
2013
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/481 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | System Research in Energy |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
System Research in Energy| _version_ | 1871103883482234880 |
|---|---|
| author | Fedinchyk I.V. |
| author_facet | Fedinchyk I.V. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Fedinchyk I.V.",
"institution": null
}
] |
| author_sort | Fedinchyk I.V. |
| baseUrl_str | https://systemre.org/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T12:57:40Z |
| description | Improvement of the efficiency of the wet cleaning of flue gases of coal-fired boiler from ash particles is an important environmental problem. Apparatus for the wet cleaning of flue gases (scrubbers) are widely spread in Ukrainian power engineering but their efficiency often doesn’t meet the present-day requirements, although the possibilities of improvement of their work are far from being exhausted. The most reasonable way of solution of this problem is connected with mathematic modeling. Such a model has been built with the author’s participation, the program GLS5 was developed this basis. With its help, we have performed numerical investigations of the state evolution of a three-phase medium as applied to the process of gas cleaning in a hollow scrubber.On the example of basic variant of calculations, we have analyzed the laws of change in the velocity, temperature and specific flow rate of drops and particles along the flow length. We have studied the dependence of the efficiency of ash catching on water consumption and the initial velocities of drops and gas. It has shown that particle catching becomes better with increase in the scrubber watering and drop velocity and also with decrease in the gas velocity. We have also explained the dependences obtained. |
| first_indexed | 2026-03-24T02:01:55Z |
| format | Article |
| fulltext |
50 ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2013, вип. 1 (32)
УДК 532.529
І.В. ФЕДІНЧИК
Інститут загальної енергетики НАН України, м. Київ
ВПЛИВ РЕЖИМНИХ ПАРАМЕТРІВ НА ЕФЕКТИВНІСТЬ МОКРОЇ ОЧИСТКИ ДИМОВИХ ГАЗІВ
ВІД ЧАСТИНОК ЗОЛИ
За допомогою створеної раніше програми проведено числові дослідження еволюції
стану полідисперсного трифазового середовища стосовно до процесу мокрої очистки
димових газів від золи у порожнистому скрубері. Вивчено залежність ефективності очи-
стки від витрати крапель та початкових швидкостей фаз.
К л ю ч о в і с л о в а: трифазовий потік, краплі, тверді частинки, ітераційний алгоритм,
очистка газів від золи, ефективність.
ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ОПТИМІЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ
ОБ'ЄКТІВ І СИСТЕМ ЕНЕРГЕТИКИ
Під час спалювання вугілля за рахунок виго-
ряння його органічної маси концентрація важ-
ких металів (свинець, кобальт, цинк, мідь,
нікель), різноманітних токсичних речовин
(ртуть, миш’як тощо) та радіоактивних ізотопів
у золі і шлаках значно зростає порівняно з
вихідним паливом. Тому розроблення методів
підвищення ефективності очистки димових
газів від леткої золи є актуальною екологічною
задачею. Значне поширення в енергетиці
знайшли апарати для мокрої очистки димових
газів (скрубери), але їх ефективність часто не
відповідає сучасним вимогам, у той час як мож-
ливості покращення їх роботи ще далеко не
вичерпані.
Для розв’язання цієї задачі найбільш доціль-
ний шлях, мабуть, пов’язаний із математичним
моделюванням. На жаль, у нечисленних робо-
тах, присвячених цьому питанню (див.,
наприклад, [1, 2]), використовується надто
спрощений підхід (інтегральний), де не врахо-
вується зміна всіх величин, крім концентрації
твердих частинок, уздовж потоку, тверді
частинки (ТЧ) і краплі вважаються монодис-
персними (на практиці вони завжди полідис-
персні), надто наближено обчислюються
швидкості частинок та ін.
Більш точним та інформативним є диферен-
ціальний підхід [3], де всі параметри трифазо-
вого середовища вважаються змінними, і про-
цес моделюється системою диференціальних
рівнянь для цих параметрів. Таку модель для
порожнистого скрубера було побудовано в [4].
Повна система рівнянь тут включає рівняння
для маси (розміру), питомої масової витрати
(gi, Gj), швидкості (ui, Uj) і температури (ti, Tj)
крапель і ТЧ, масового вмісту «чужої» фази в
частинках (bi, Bj), швидкості (ug) і температури
(tg) газу, а також густини водяної пари в газі (тут
малі літери відносяться до крапель, великі – до
ТЧ; i, j – номер відповідної фракції).
Оскільки початкові умови для крапель
задаються у верхньому перетині потоку х0, а для
газу і ТЧ – у нижньому xf, було розроблено іте-
раційний алгоритм інтегрування вказаної
системи. Розрахунок складається з кількох іте-
рацій, кожна з яких включає два етапи: 1) інте-
грування рівнянь для крапель (вниз); 2) інте-
грування рівнянь для газу і ТЧ (знизу вгору). На
першому етапі ітерації 1 якимось чином
задаються параметри ТЧ і газу (наприклад, ста-
лими по довжині потоку), та обчислені пара-
метри крапель запам’ятовуються у кількох
«стандартних» перетинах потоку (позначимо ці
параметри через Р1). На другому етапі інте-
груються рівняння для газу і ТЧ з урахуванням
масиву Р1, а отримані результати (позначимо їх
через Q1) запам’ятовуються. Далі, на першому
етапі ітерації 2 знов інтегруються рівняння для
крапель, але вже з урахуванням Q1, а результати
(Р2) запам’ятовуються і т. д. Описаний алго-
ритм реалізовано у програмі GLS5 [4]. © І.В.ФЕДІНЧИК, 2013
51
Метою цієї роботи є вивчення впливу пара-
метрів трифазового полідисперсного потоку на
ефективність очистки продуктів згорання від
золи. Для базового варіанта розрахунку (далі –
варіант 1) було вибрано такі вихідні дані:
– кількість фракцій крапель і ТЧ – по 5;
– початкова температура крапель – tі0 =
= 20ºС, газу і ТЧ – tgf = Tjf =120ºС;
– початкова швидкість крапель – ui0 = 5 м/с,
газу і ТЧ – ugf = Ujf = –0,7 м/с (координата х
направлена вниз).
Розміри частинок і їх початкові питомі
масові витрати наведено в табл. 1 (фракційний
склад крапель відповідає дослідним даним ІЗЕ
НАН України по розпилюванню рідини від-
центровими форсунками [5]).
На рис. 1 наведено залежність швидкості
крапель різних фракцій від поздовжньої коор-
динати. Основними факторами, що визначають
зміну швидкості крапель, є сили аеродинаміч-
ного опору і тяжіння, і тому кожна ui прямує до
величини vi – ug, де vi – швидкість витання кра-
пель і. При цьому довжина ділянки розгону зро-
стає зі збільшенням діаметра крапель – від
х1 ~ 1 м до х4 ~ 3 м. Зіткнення крапель дещо
зменшують розкид швидкостей різних фракцій.
На рис. 2 проілюстровано температурне
поле крапель різного діаметра. Якщо дрібні
краплі встигають нагрітися на 18,5ºС, то великі
– усього на 8,7ºС. Така поведінка кривих
пояснюється тим, що тут домінують конвек-
тивний теплообмін із газом та фазовий перехід.
Вплив режимних параметрів на ефективність мокрої очистки димових газів від частинок золи
ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2013, вип. 1 (32)
Таблиця 1 – Вихідні дані для варіанта 1
Рис. 1. Зміна швидкості крапель по довжині потоку (тут і далі номери кривих збігаються
із номерами фракцій у табл. 1)
52 ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2013, вип. 1 (32)
І.В.ФЕДІНЧИК
Рис. 3, 4 необхідно читати «справа наліво» –
частинки входять у нижній перетин потоку
(хf = 4 м), а виходять із верхнього (х0 = 0). На
рис. 3 наведено криві швидкості ТЧ. Як і рані-
ше (рис. 1), вони змінюються в основному за
рахунок дії сил тяжіння та опору, і тому
залежність Uj (Δj) у кожному перетині монотон-
на.
На рис. 4 наведено характеристику уловлю-
вання частинок краплями. Природно, що
більш крупні частинки уловлюються краще:
якщо питома витрата першої фракції у вихідно-
му перетині х0 = 0 дорівнює 1,29•10–4 кг/м2•с,
то для п’ятої ця величина зменшується до
4,033•10–8 кг/м2•с, тобто майже у 3200 разів.
Сумарна витрата всіх частинок після очистки
становить 1,33•10–4 кг/м2•с, і ефективність
уловлювання тут становить η = 99,57 %. Це
досить хороший показник, але необхідно мати
на увазі, що у цьому варіанті використовується
досить велика кількість води – Σ gi0 = 0,7 кг/(м2•с).
Тому цікаво з’ясувати, як змінюється ефектив-
Рис. 2. Температурне поле крапель різного діаметра
Рис. 3. Зміна швидкості ТЧ по довжині потоку
53ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2013, вип. 1 (32)
Вплив режимних параметрів на ефективність мокрої очистки димових газів від частинок золи
ність очистки зі зміною густини зрошування. У
другій серії числових експериментів варіюва-
лись витрати фракцій крапель (кг/( м2•с), див.
табл. 2).
Видно, що зі збільшенням витрати води
ефективність очистки зростає, але немає сенсу
витрачати надто велику кількість води, оскіль-
ки у варіанті 4 ефективність мало відрізняється
від варіанта 1.
Третю серію було присвячено дослідженню
впливу зміни швидкості газу ug на закономір-
ності переносу в потоці. Тут отримано такі
результати:
|ug|, м/с 0,5 0,7 1,0 1,3
η, % 99,84 99,57 99,18 98,97.
Від швидкості газового потоку залежить час
перебування твердих частинок в об’ємі апара-
та, отже, зі зниженням |ugf| зростає імовірність
уловлювання твердих частинок краплями.
У четвертій серії було досліджено вплив
початкової швидкості крапель:
uі0, м/с 2,0 3,5 5,0 6,5
η, % 99,28 99,44 99,57 99,67.
Як видно, ефективність очистки покращу-
ється зі зростанням початкової швидкості кра-
пель. Це пояснюється тим, що при значних uі0
на певній ділянці потоку швидкості ковзання
|uі – Uj| та інтенсивність взаємодії крапля – ТЧ
більше.
ВИСНОВКИ
Проведено числові дослідження зміни стану
трифазового середовища стосовно до визна-
чення ефективності очистки димових газів у
порожнистому скрубері. Проаналізовано вплив
зміни витрати води, початкових швидкостей
крапель та газу на ефективність уловлювання
Рис. 4. Зміна концентрації твердих фракцій по довжині потоку
Таблиця 2 – Вихідні дані та ККД апарата для другої серії розрахунків
54 ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2013, вип. 1 (32)
І.В.ФЕДІНЧИК
частинок золи. З’ясовано, що уловлювання
покращується зі збільшенням густини зрошу-
вання та швидкості крапель, а також зі змен-
шенням швидкості газового потоку.
Ця робота виконана за фінансової підтрим-
ки НАН України (спільний проект № 07-0,8-12
(У) НАН України та Російського фонду фунда-
ментальних досліджень).
1. Lim K. S., Lee S. H., Park H. S. Prediction
for particle removal efficiency of a reverse jet
scrubber // Journal of Aerosol Science. – 2006.
– Vol. 37. – P. 1826–1839.
2. Raj Mohan B., Jain R. K., Meikap B. C.
Comprehensive analysis for prediction in spray
scrubber // Separation and Purification
Technology. – 2008. – Vol. 63. – P. 269–277.
3. Стернин Л. Е., Шрайбер А. А. Много-
фазные течения газа с частицами. – М.:
Машиностроение, 1994. – 320 с.
4. Шрайбер О. А., Федінчик І. В. Моде-
лювання процесу мокрої очистки димових
газів від леткої золи // Промышленная
теплотехника. – 2012. – Т. 34, № 3. –
С. 86–92.
5. Дубровский В. В., Подвысоцкий А. М.,
Баштовой А. И. Повышение охладительной
способности градирни за счет увеличения
поверхности охлаждения при распыливании
воды центробежными форсунками //
Проблеми загальної енергетики. – 2006. –
№ 14. – С. 52 – 56.
Надійшла до редколегії 05.04.2013
Рецензент
Зав.відділу оптимізації розвитку паливних
баз ІЗЕ НАН України,
канд.техн.наук
О.В.Стогній
|
| id | systemreorg-article-481 |
| institution | System Research in Energy |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:15:16Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | systemreorg/0c/cbb00fe7e32c8ab633133f58ef35ef0c.pdf |
| spelling | systemreorg-article-4812026-07-18T12:57:40Z Influence of operating conditions on the efficiency of the wet cleaning of flue gases from ash particles Вплив режимних параметрів на ефективність мокрої очистки димових газів від частинок золи Fedinchyk I.V. three-phase flow, drops, particles, iterative algorithm, gas cleaning from ash, efficiency. трифазовий потік, краплі, тверді частинки, ітераційний алгоритм, очистка газів від золи, ефективність. Improvement of the efficiency of the wet cleaning of flue gases of coal-fired boiler from ash particles is an important environmental problem. Apparatus for the wet cleaning of flue gases (scrubbers) are widely spread in Ukrainian power engineering but their efficiency often doesn’t meet the present-day requirements, although the possibilities of improvement of their work are far from being exhausted. The most reasonable way of solution of this problem is connected with mathematic modeling. Such a model has been built with the author’s participation, the program GLS5 was developed this basis. With its help, we have performed numerical investigations of the state evolution of a three-phase medium as applied to the process of gas cleaning in a hollow scrubber.On the example of basic variant of calculations, we have analyzed the laws of change in the velocity, temperature and specific flow rate of drops and particles along the flow length. We have studied the dependence of the efficiency of ash catching on water consumption and the initial velocities of drops and gas. It has shown that particle catching becomes better with increase in the scrubber watering and drop velocity and also with decrease in the gas velocity. We have also explained the dependences obtained. Поліпшення ефективності очистки димових газів пиловугільних котлів від леткої золи є важливою екологічною задачею. В енергетиці України значне поширення знайшли апарати для мокрої очистки димових газів (скрубери), але їх ефективність часто не відповідає сучасним вимогам, хоча можливості покращення їх роботи ще далеко не вичерпані. Найбільш доцільний варіант розв’язання цієї задачі пов’язаний із математичним моделюванням. Таку модель було свого часу побудовано за участю автора, і на цій основі розроблено програму GLS5. З її допомогою проведено числові дослідження еволюції стану трифазового середовища стосовно до очистки газів у порожнистому скрубері.На прикладі базового варіанта розрахунків проаналізовано закономірності зміни швидкості, температури та питомої витрати крапель і твердих частинок по довжині потоку. Досліджено залежність ефективності уловлювання частинок золи від витрати води та початкових швидкостей крапель і газу. Показано, що уловлювання покращується зі збільшенням густини зрошування скрубера та швидкості крапель, а також зі зменшенням швидкості газу. Наведено пояснення отриманих залежностей. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2013-04-25 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/481 System Research in Energy; No. 1 (32) (2013): The Problems of General Energy; 50-54 Системні дослідження в енергетиці; № 1 (32) (2013): Проблеми загальної енергетики; 50-54 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/481/416 Copyright (c) 2013 Fedinchyk I.V. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0 |
| spellingShingle | three-phase flow drops particles iterative algorithm gas cleaning from ash efficiency. Fedinchyk I.V. Influence of operating conditions on the efficiency of the wet cleaning of flue gases from ash particles |
| title | Influence of operating conditions on the efficiency of the wet cleaning of flue gases from ash particles |
| title_alt | Вплив режимних параметрів на ефективність мокрої очистки димових газів від частинок золи |
| title_full | Influence of operating conditions on the efficiency of the wet cleaning of flue gases from ash particles |
| title_fullStr | Influence of operating conditions on the efficiency of the wet cleaning of flue gases from ash particles |
| title_full_unstemmed | Influence of operating conditions on the efficiency of the wet cleaning of flue gases from ash particles |
| title_short | Influence of operating conditions on the efficiency of the wet cleaning of flue gases from ash particles |
| title_sort | influence of operating conditions on the efficiency of the wet cleaning of flue gases from ash particles |
| topic | three-phase flow drops particles iterative algorithm gas cleaning from ash efficiency. |
| topic_facet | three-phase flow drops particles iterative algorithm gas cleaning from ash efficiency. трифазовий потік краплі тверді частинки ітераційний алгоритм очистка газів від золи ефективність. |
| url | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/481 |
| work_keys_str_mv | AT fedinchykiv influenceofoperatingconditionsontheefficiencyofthewetcleaningoffluegasesfromashparticles AT fedinchykiv vplivrežimnihparametrívnaefektivnístʹmokroíočistkidimovihgazívvídčastinokzoli |