Elektrostatik toz çöktürücülerde basınç optimizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, toz toplama sistemleri arasında yaygın olarak kullanılan elektrostatik toz çöktürücülerin (ESÇ) verimini artırmak için içerisindeki gaz akış dağılımını uygun geometrik tasarımla düzenlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla tasarlanan ESÇ’ler içinde gazın bekletme süreleri, giriş/çıkış konik kısımların yatayla yaptığı açı değerleri, plaka sayıları, ESÇ boyutları, plakaların yerleştirme şekilleri gibi parametrelerin toz toplama verimine ve bu geometrik değişimlerin basınç kaybına olan etkileri farklı yaklaşma hızı ve debilerde incelenmiştir. Giriş/çıkış konik kısımların yatayla yaptığı açı değerleri 20º, 30º, 40º, 50º, 52º, 54º, 56º, 58º, 60º, 70º, 80º ve plakalı/plakasız olarak tasarlanan ESÇ’ler için yaklaşma hızları 6 m/s, 12 m/s, 18 m/s, 24 m/s, gaz debileri 6 m3 /s, 12 m3 /s, 18 m3 /s, 24 m3 /s, bekletme süreleri 0.75 s, 1 s, 1.25 s, 1.5 s olarak seçilmiştir. Model ESÇ’ler içindeki plaka sayıları farklı gaz debilerine göre 7, 9, 11, 13 olacak şekilde planlanmıştır. Çalışmada 158 adet model tasarlanmış ve 3D geometrileri ise SOLIDWORKS programında çizilmiştir. Daha sonra akış analizleri hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemini kullanan ANSYS FLUENT modülü ile simüle edilerek modeller optimize edilmiştir. Yapılan çalışmada basınç kaybını en fazla etkileyen faktörler yaklaşma hızı, koniklik açısı, toz toplama plakasının şekli ve ESÇ toz toplama bölümündeki plaka sayısı olduğu görülmüştür. Toz toplama verimini ise en fazla plakalar arasındaki ortalama iç hızın, plaka ve elektrotlar arasındaki mesafenin, göç hızının, koniklik açısının, toz toplama plaka alanının, toz toplama plakası şeklinin ve ESÇ içerisindeki bekletme süresinin etkilediği görülmüştür. Optimizasyon çalışması sonucunda koniklik açısının 50º, yaklaşma hızının 6 m/s, gaz debisinin 6 m3 /s ve ESÇ giriş genişliğinin gövde genişliğine oranın 1/1.7 olduğu durumda ESÇ girişinde minimum vorteks ve plakalar arasında homojen hız dağılımı sağlandığı, bu durumda en düşük statik basıncın oluştuğu tespit edilmiştir. Ayrıca toz toplama plakalarının tasarımları değiştirilerek daha homojen bir akış ile verim artışı sağlanabileceği sonucuna varılmıştır.

In this study, to increase the efficiency of electrostatic precipitators (ESP), which are widely used among dust control processes, it is aimed to arrange the gas flow patterns inside with appropriate geometric design. Among the ESP designed for this purpose, the effects of parameters such as detention times of the gas, horizontal angle values of the inlet/outlet conical parts, plate numbers, ESP dimensions, placement ways of plates and the effects of these geometric changes on pressure drop have been studied at different approach velocities and flow rates. Angle values of the inlet / outlet conical parts with the horizontal axis were 20º, 30º, 40º, 50º, 52º, 54º, 56º, 58º, 60º, 70º, 80º and ESPs were designed with / without plate. Approach velocities for ESPs were 6 m/s, 12 m/s, 18 m/s and 24 m/s. Gas flow rates were 6 m3 /s, 12 m3 /s, 18 m3 /s, 24 m3 /s. Detention times were 0.75 s, 1 s, 1.25 s, 1.5 s. The number of plates in the Model ESP is planned to be 7, 9, 11, 13 according to the changes in gas flow rates. In the study, 158 models were designed, and their 3D geometries were drawn in the SOLIDWORKS program. Further, the models were optimized by simulating flow analysis with ANSYS FLUENT module, which uses computational fluid dynamics method. As a result of the study, it was seen that the most affecting factors for the pressure drop were approach speed, conical angle, placement style of plates, and the number of panels in the dust collection section. It was observed that the most influencing factors on dust collection efficiency were the average internal velocity between the plates, the distance between the plate and electrodes, the migration velocity, the conical angle, the dust collection plate area, placement shape of plates, and detention time in the ESP. As a result of the optimization study, a homogeneous velocity pattern is achieved between the minimum vortex and plates at the ESP inlet when the conical angle is 50 degrees, approach velocities is 6 m/s, the gas flow is 6 m3 /s and the ratio of the ESP’s inlet width to the body width is 1/1.7, in this case the lowest static pressure has been found to occur. In addition, it has been concluded that by changing the designs of the dust collection plates, efficiency can be increased with a more homogeneous flow.