Применение инерционно-вакуумного уловителя для сепарации твердой фазы диоксида углерода из потока продуктов сгорания топлива котельных агрегатов

Рассмотрен технологический процесс низкотемпературной очистки продуктов сгорания топлива котельных агрегатов от диоксида углерода путем его вымораживания в турбодетандере и отделения из потока продуктов сгорания топлива в сепараторе.

Рассмотрен вопрос сепарации твердого диоксида углерода из потока продуктов сгорания топлива котельных агрегатов рукавным фильтром, электрофильтром, сепаратором циклонного и сепаратором инерционного типа. На основе проведенного анализа предложено применение инерционно-вакуумного сепаратора для отделения твердой фазы диоксида углерода из потока продуктов сгорания топлива.

Для численного моделирования использованы модули Solidworks и ANSYS CFX. Для решения применяются уравнения неразрывности, движения, энергии, уравнения k–ε модели. Замыкающим является уравнение для эффективной и турбулентной вязкости. Также описываются силы, влияющие на движение дисперсной фазы. Поток считается слабозапылённым.

Проведены численные исследования течения дисперсного потока в канале инерционно-вакуумного сепаратора и в ранее применяемом циклоне ЦН-11. Исходные данные для расчета взяты исходя из известного массового расхода потока и концентрации частиц, а также из уравнения неразрывности. Из полученных результатов можно сделать выводы о прямопорциональной зависимости между ростом расходной характеристики потока, скоростей по проточной части аппарата на входе и сопротивления аппарата.

Также исходя из полученных результатов расчетов, сделан вывод о необходимости дополнительной установки роторной промышленной воздуходувки с целью создания необходимого перепада давления в инерционно-вакуумном сепараторе. Рассмотрена экономическая и экологическая целесообразность установки роторной воздуходувки.

Определен диапазон расходов продуктов сгорания топлива, при которых возможна наиболее эффективная очистка продуктов сгорания топлива от диоксида углерода в инерционно-вакуумном сепараторе в рамках технических характеристик холодопроизводительности турбохолодильных машин. 

1. Данилов М. М. Оценка точности инженерных способов определения результатов процесса вымораживания диоксида углерода. Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке: материалы IX Междунар. науч.-техн. конф. (Санкт-Петербург, 13–15 нояб. 2019 г). 2019, (1): 24–29.

2. Запрудин А. В. Решение вопросов утилизации дымовых газов котлоагрегатов. Современные тенденции в науке, технике, образовании: сб. науч. тр. по материалам V Междунар. науч.-практ. конф. (Смоленск, 15 июля 2019 г.). 2019: 54–57.

3. Ибрагимова Ю. В. Влияние коагуляции на процессы роста и изменения численной концентрации кристаллов диоксида углерода. Дни науки и инноваций НОВГУ: материалы XXVII науч. конф. преподавателей, аспирантов и студентов НовГУ (Великий Новгород, 06 – 11 апр. 2020 г.): в 3 ч. Новгор. гос. ун-т им. Ярослава Мудрого 2020, (3): 289–296.

4. Мостовенко Л. В. Модернизация инерционно-вакуумного золоуловителя. Надежность и безопасность энергетики 2022, (15) 2: 120–125.

5. Парамонов А. М. Проведение исследовательских испытаний на инерционновакуумном золоотделителе. Промышленная энергетика 2019, (12): 43–49.

6. Кондратьев Н. В. Анализ эффективности применения установки низкотемпературной очистки продуктов сгорания топлива котельных агрегатов от диоксида углерода. Промышленная энергетика 2022, 5 (49): 30–37.

7. Korshikova A. A. A mathematical model of the carbon dioxide production unit for a cogeneration power station. Journal of Physics: Conference Series. 2020. 1683052004-1–052004-7. URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/1683/5/052004 (дата обращения: 28.05.2024).

8. Варенков С. В. Термогазодинамические характеристики радиального турбодетандера газовой холодильной машины. Информационно-коммуникационные технологии в педагогическом образовании 2019. 2 (59): 12–15.

9. Kondratev N. V. The efficiency analysis of the turbo air refrigerators for producing solid carbon dioxide from the boiler combustion products fow. Journal of Physics: Conference Series. 2021, 1791: 012011-1–012011-7. URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/1791/1/012011 (дата обращения: 28.05.2024).

10. Циклон ЦН-11: [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ciklony.ru/ciklony-i-pyleuloviteli/ciklony-cn/ciklon-cn-11/ (дата обращения: 28.05.2024).

11. Воздуходувка Рутса 2RB: [Электронный ресурс]. – Режим доступа: Воздуходувка Рутса 2RB Воздуходувка роторная 95/5-V роторная: 3424 м3ч мбар 75 кВт (xn--b1aafanjn1ac3ccv.xn--p1ai) (дата обращения: 28.05.2024).