Підвищення ефективності багатосоплового пристрою для охолодження димових газів промислових підприємств

Анотація

У статті розглянуто проблему охолодження димових газів промислових підприємств як один із ключових напрямів підвищення енергоефективності та екологічної безпеки. Висока температура відхідних газів ускладнює роботу теплообмінного та газоочисного обладнання, сприяє збільшенню викидів шкідливих речовин у навколишнє середовище. Традиційні методи охолодження газу за допомогою, наприклад, теплообмінників, мають значні енергетичні витрати, проблеми корозійної стійкості та громіздкі конструкції, велику вартість, складність обслуговування. Одним із перспективних підходів до вирішення цієї проблеми є використання сопел Лаваля, що забезпечують адіабатне розширення потоку з перетворенням потенційної енергії газу в кінетичну, завдяки чому відбувається його інтенсивне охолодження. На основі аналізу публікацій, які стосуються охолодження газів визначено, що застосування сопел Лаваля ефективне не лише для зниження температури димових газів, а й для ініціювання конденсації вологи та відділення твердих і газоподібних домішок, зокрема вуглекислого газу і водяної пари. Для підтвердження працездатності підходу виконано імітаційне моделювання багатосоплового пристрою в середовищі SolidWorks FlowSimulation. Побудована тривимірна модель багатосоплового пристрою враховує реальні параметри димових газів і показує ефективне зниження температури потоку із 120°C до 72°C при числах Маха 1,1–2,7. Для підвищення ефективності охолодження запропоновано вдосконалення конструкції багатосоплового пристрою шляхом використання зовнішнього охолодження сопел за допомогою води. Результати імітаційного моделювання вдосконаленої конструкції багатосоплового пристрою засвідчили покращення тепловідведення, зменшення температурного градієнта стінок і зменшення температури газового потоку на виході до величини 18°C. Проведені дослідження підтверджують доцільність використання багатосоплових систем із соплами Лаваля в технологічних лініях охолодження димових газів та відкривають перспективи подальшої оптимізації їх геометрії й інтеграції у промислові газоочисні системи.