Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ проблемы комплексной очистки и обеззараживания воздуха в животноводческих помещениях 12
1.1 Основные требования к параметрам микроклимата животноводческих помещений 12
1.2 Анализ требований нормативных документов к системам очистки рециркуляционного воздуха 13
1.3 Анализ существующих систем комплексной очистки рециркуляционного воздуха 14
1.4 Анализ процессов очистки воздуха в двухступенчатом мокром электрофильтре 16
1.5 Эффективность очистки рециркуляционного воздуха электрофильтром 28
1.6 Процессы, происходящие в воздушной среде под действием коронного разряда 28
1.7 Очистка воздуха от газовых компонентов 30
1.8 Перспективные направления очистки и обеззараживания воздуха в животноводческих помещениях 32
ГЛАВА 2. Теоретическое обоснование технологии комплексной очистки рециркуляционного воздуха с помощью двухступенчатого мокрого электрофильтра 34
2.1 Анализ системы рециркуляции воздуха в замкнутом объеме 34
2.2 Оценка влияния конструктивных параметров ДМЭФ на эффективность комплексной очистки рециркуляционного воздуха 36
2.2.1 Влияние длины воздуховода между ступенями очистки на ее эффективность 36
2.2.2 Оценка эффективности очистки воздуха от пылевых и аэрозольных частиц 40
2.2.3 Оценка эффективности очистки воздуха от микроорганизмов
2.2.4 Оценка эффективности очистки воздуха от вредных газов 43
2.3 Влияние конструкции ДМЭФ на эффективность очистки воздуха от пылевых и аэрозольных частиц 47
2.4 Расчет кратности воздухообмена в животноводческом помещении 48
2.4.1 Составляющие теплового баланса свиноводческого помещения 48
2.4.2 Расчет необходимого воздухообмена в помещении для содержания поросят-отъемышей 51
2.5 Обоснование основных конструктивных и технологических параметров опытного образца ДМЭФ 54
Основные результаты и выводы 57
ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования процесса очистки рециркуляционного воздуха с помощью двухступенчатого мокрого электрофильтра 58
3.1 Программа и методика экспериментальных исследований 58
3.2 Результаты экспериментальных исследований ДМЭФ в лабораторных условиях
3.2.1 Результаты исследований коронирующей системы 63
3.2.2 Результаты исследования эффективности очистки воздуха от пылевых и аэрозольных частиц 64
3.2.3 Исследование эффективности дополнительного улавливания пылевыхи аэрозольных частиц 65
Основные результаты и выводы 67
ГЛАВА 4. Производственная проверка энергоэффективной технологии очистки воздуха и экономическая оценка ее показателей 68
4.1 Программа и методика производственных испытаний системы комплексной очистки рециркуляционного воздуха 68
4.2 Расчет кратности воздухообмена в режиме обычной циркуляции и внутренней рециркуляции в опытной секции 73
4.3 Результаты исследования состояния микроклимата в опытной секции в летний период 74
4.4 Результаты исследования состояния микроклимата в опытной секции в зимний период 4.5 Результаты исследования состояния микроклимата в контрольной секции в зимний период 78
4.6 Сравнение результатов исследований состояния микроклимата в опытной и контрольной секциях в летний и зимний периоды 80
4.7 Результаты производственных исследований эффективности работы системы комплексной очистки рециркуляционного воздуха 84
4.7.1 Исследование эффективности очистки воздуха от пылевых и аэрозольных частиц, вредных газов 84
4.7.2 Результаты замеров состояния микроклимата в опытной секции после работы ДМЭФ в течение 1 часа 87
4.7.3 Сравнение результатов исследования состояния микроклимата в опытной секции до и после работы ДМЭФ 88
4.8 Проверка сходимости результатов лабораторного и производственного экспериментов 91
4.9 Технико-экономическая оценка эффективности применения ДМЭФ 92
4.10 Перспектива использования в мокрых электрофильтрах системы
ультразвуковой очистки осадительных электродов 95
Основные результаты и выводы 96
Основные результаты и выводы 98
Список литературы
- Анализ существующих систем комплексной очистки рециркуляционного воздуха
- Влияние длины воздуховода между ступенями очистки на ее эффективность
- Результаты исследований коронирующей системы
- Исследование эффективности очистки воздуха от пылевых и аэрозольных частиц, вредных газов
Введение к работе
Актуальность темы. Рынок мяса и мясопродуктов является самым крупным сегментом отечественного продовольственного рынка, который, при серьезной государственной поддержке, динамично развивается. В рамках форсированного развития отрасли принципиально важными направлениями становятся техническое переоснащение, освоение инновационных наукоемких технологий производства.
Интенсификация ведения животноводства на промышленной основе характеризуется увеличением количества поголовья на фермах, размеров животноводческих построек и плотности содержания животных. При этом экономическая эффективность отрасли во многом зависит от условий содержания животных, которые большей частью определяются параметрами микроклимата в помещении. При увеличении концентрации животных, недостаточной кратности воздухообмена в воздушной среде помещений растет количество пылевых и аэрозольных частиц, содержащихся на них бактерий, повышается концентрация вредных газов (аммиак, сероводород, кишечные газы, углекислый газ и др.), что в комплексе негативно влияет на здоровье животных и не позволяет им проявить свои потенциальные производительные способности.
Для решения этой проблемы возможно использование приточно-вытяжной вентиляционной системы (ПВВС), работающей в режиме внутренней рециркуляции с непрерывной комплексной очисткой воздуха, либо увеличение кратности воздухообмена в помещении.
Учитывая, что увеличение кратности воздухообмена связано с повышением энергопотребления на цели отопления и вентиляции, наиболее перспективными являются ПВВС с очисткой рециркуляционного воздуха.
Одной из новейших разработок в этом направлении является мокрый однозонный электрофильтр, производственные испытания которого показали высокую эффективность очистки рециркуляционного воздуха от пылевых и аэрозольных частиц (до 95,4 %), микроорганизмов (до 77 %), аммиака (до 83,8 %) и сероводорода (до 50,0 %). Эти результаты были получены при относительно низкой скорости воздушного потока, проходящего через электрофильтр, находящейся в диапазоне 0,5...2,5 м/с, что не позволяет существенно сократить потребление свежего приточного воздуха, а следственно, снизить затраты энергоресурсов на отопление и вентиляцию животноводческих помещений.
Существенное повышение технико-экономических показателей ПВВС (обеспечение высокого уровня производительности при приемлемом уровне энергозатрат и требуемой степени очистки рециркуляционного воздуха) возможно при использовании двухступенчатого мокрого электрофильтра (ДМЭФ).
Целью работы является повышение эффективности комплексной очистки рециркуляционного воздуха животноводческих помещений за счет использования двухступенчатого мокрого электрофильтра при одновременном снижении энергопотребления приточно-вытяжной вентиляционной системы.
Исходя из поставленной цели, сформулированы следующие задачи исследования:
получить аналитические выражения для расчета эффективности двухступенчатого мокрого электрофильтра при очистке рециркуляционного воздуха животноводческих помещений в зависимости от его конструктивных и технологических параметров;
разработать конструкцию и рассчитать основные параметры опытного образца ДМЭФ с учетом обоснования длины воздуховода между ступенями очистки по критерию дополнительного улавливания пылевых и аэрозольных частиц;
выполнить лабораторные исследования опытного образца ДМЭФ и провести комплексные испытания в производственных условиях;
оценить экономическую эффективность использования систем комплексной очистки рециркуляционного воздуха на основе ДМЭФ.
Научную новизну представляют:
концепция использования двухступенчатого мокрого электрофильтра в системах приточно-вытяжной вентиляции животноводческих помещений;
аналитические зависимости степени очистки воздуха от пылевых и аэрозольных частиц, микроорганизмов и вредных газов от конструктивных и технологических параметров ДМЭФ;
оценка эффективности дополнительного улавливания пылевых и аэрозольных частиц при изменении длины воздуховода между ступенями очистки.
Теоретическая и практическая значимость. Настоящая работа дополняет базы теоретических и экспериментальных исследований в области электроочистки рециркуляционного воздуха животноводческих помещений. Полученные результаты могут быть использованы научно-исследовательскими, проектными и другими уполномоченными организациями при разработке оборудования и комплексных проектных решений для предприятий АПК. Материалы диссертации можно рекомендовать для подготовки учебно-методических пособий и использовать при разработке специальных курсов для студентов сельскохозяйственных вузов.
Работа выполнена в соответствии с Постановлением Правительства РФ от 14 июля 2012 г. № 717 "О Государственной программе развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013 - 2020 годы".
Методология и методы исследования. Работа основана на результатах исследований, проведенных Басовым A.M., Изаковым Ф.Я., Файном В.Б., Возмиловым А.Г., Кирпичниковой
5 И.М., Ивановой С.А., Звездаковой О.В., Делем М.В., Таймановым СТ., Самариным Г.Н., Смир-нягиным Е.В., Андреевым Л.Н., Жеребцовым Б.В. и другими специалистами в области электроочистки и обеззараживания воздуха, повышения энергоэффективности систем отопления и вентиляции животноводческих помещений. Исследования проводились с использованием известных положений теоретических основ электротехники, физики электрического разряда в газах, теплотехники, зоотехники, теории планирования эксперимента и технико-экономического анализа.
Обработка результатов производилась с помощью MS Excel 2013.
На защиту выносятся следующие основные положения.
-
Существенное повышение технико-экономических показателей приточно-вытяжной вентиляционной системы животноводческих помещений достигается в режиме внутренней рециркуляции с использованием двухступенчатого мокрого электрофильтра (ДМЭФ).
-
Конструктивные и технологические параметры ДМЭФ могут быть рассчитаны на основе полученных аналитических выражений, позволяющих оценить степень очистки воздуха от пылевых и аэрозольных частиц, микроорганизмов и вредных газов.
-
Повышение эффективности дополнительного улавливания пылевых и аэрозольных частиц ДМЭФ достигается путем регулирования длины воздуховода между ступенями очистки.
-
Техническая и экономическая целесообразность использования ДМЭФ обоснована результатами лабораторных и производственных испытаний при оценке параметров микроклимата и энергозатрат на очистку воздуха в животноводческих помещениях.
Достоверность полученных результатов подтверждается использованием сертифицированного оборудования и приемлемым совпадением данных теоретических и экспериментальных исследований в лабораторных и производственных условиях.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались, обсуждались и получили положительные отзывы на научно-практических конференциях, проводимых в ЧГАА (Челябинск, 2013, 2015 гг.), Ярославской ГСХА (Ярославль, 2013 г.) и ГАУСЗ (Тюмень, 2013-2014 гг.), а также на расширенном заседании кафедры «Энергообеспечение сельского хозяйства» ГАУСЗ (22.01.2015 г.).
Работа по теме исследования заняла первое место в программе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» («УМНИК») в номинации «Новые приборы и аппаратные комплексы» (Тюмень, 2013 г.), одержала победу в конкурсе «Лучшая инновационная идея ОАО «Гипротюменнефтегаз» в номинации «Молодой инноватор» (Тюмень, 2014 г.).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 14 научных статьях, 8 из которых - в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы (97 наименований, в том числе - 9 зарубежных источников), 4 приложений и содержит 110 страниц основного текста, 39 рисунков и 12 таблиц.
Анализ существующих систем комплексной очистки рециркуляционного воздуха
Для очистки рециркуляционного воздуха могут применяться фильтры на основе различных фильтрующих компонентов и конструкций. Основными параметрами фильтров являются: удельная воздушная нагрузка, аэродинамическое сопротивление (начальное и конечное), эффективность очистки, пылеемкость [33]. По назначению и эффективности их разделяют на [34]: - фильтры общего назначения): фильтры грубой очистки и фильтры тонкой очистки; - фильтры, обеспечивающие специальные требования к чистоте воздуха, в том числе для чистых помещений; - фильтры высокой эффективности и фильтры сверхвысокой эффективности. В отдельный класс стоит выделить электрофильтры, в которых очистка газов от взвешенных твердых и жидких частиц осуществляется под действием электрических сил [35].
Анализ зарубежных источников [36, 37, 38, 39] показал, что в других странах электрофильтры используются, в основном в угольной, металлургической промышленности и топливно-энергетическом комплексе для очистки газов, выбрасываемых атмосферу, не применяются в сельском хозяйстве, а проблема энергосбережения в животноводстве решается иными способами [40, 41, 42, 43].
Для обычных фильтров, заполненных фильтрующим материалом, характерен эффект выделения волокон или частиц данным материалом, которые могут быть вынесены из фильтра воздушным потоком. Степень потери волокон зависит от целостности структуры фильтрующего материала, пылевых нагрузок и скоростей воздуха, действующих на фильтр в течение срока службы [44].
При увеличении количества пыли, уловленной фильтром, эффект вторичного уноса частиц проявляется в большей степени, т. к.: - влетающая с большой скоростью частица может соприкоснуться с ранее захваченной частицей и выбить ее из фильтра; - из-за сужения проходных отверстий внутри фильтрующего материала скорость воздуха будет возрастать, из-за чего также может происходить вторичный унос уже уловленных частиц [44].
Проведенный анализ показал, что электрофильтры являются наиболее приемлемыми средствами очистки для применения в приточно-вытяжных вентиляционных системах животноводческих помещений, т. к. обладают рядом преимуществ: - эффективность работы - до 99,9 %, улавливание частиц размером менее 1 мкм [45]; - диапазон рабочих скоростей для электрофильтров находится в пределах 1,5...4 м/с, что подтверждается результатами научных исследований [22, 46]; - начальное аэродинамическое сопротивление электрофильтров практически не изменяется в течение срока службы, что является их основным преимуществом; - вторичный унос частиц при работе на номинальных скоростях минимален; - малое потребление электроэнергии; - не требуется замена фильтрующих элементов, т. к. происходит их регенерация.
Двухступенчатый мокрый электрофильтр состоит из двух последовательно соединенных мокрых однозонных электрофильтров [24, 26], в основу работы которых положен коронный разряд.
Коронный разряд - это одна из форм газового разряда [47], обязательным условием возникновения которого является резкая неоднородность электрического поля. Около одного из электродов поле должно быть значительно сильнее, чем в остальной части разрядного промежутка [48], для чего поверхность одного из электродов должна обладать сравнительно малым радиусом кривизны поверхности [49].
Сила тока коронного разряда зависит от приложенного к электродам напряжения, от расстояния между электродами, их формы, от плотности и состава газа [50].
Коронный разряд характеризуется слабым током, холодным катодом, в отличие от искрового и дугового разрядов [48], что является несомненным преимуществом. Его отличительной особенностью является наличие двух областей: внешней и внутренней. В первой области процессы ионизации отсутствуют, происходит лишь перенос заряда. Во внутренней области, называемой «чехлом» короны, у электрода с малым радиусом кривизны и большим градиентом напряжен 17 ности поля происходят процессы ионизации. Размеры внутренней области короны намного меньше величины разрядного промежутка. [47].
Основными формами коронного разряда являются лавинная и стримерная. Визуально лавинная корона наблюдается в виде относительно тонкого светящегося слоя на гладких электродах и в виде отдельных светящихся пятен на шероховатых электродах. Стримерная корона наблюдается в виде слабо светящихся нитевидных каналов [51].
По форме приложенного напряжения различают корону на постоянном токе и корону на переменном токе (как правило, промышленной частоты).
При постоянном напряжении различают два вида коронного разряда: униполярную и биполярную корону постоянного тока. Униполярной корона называется, когда все коронирующне электроды данной системы электродов находятся под напряжением одного знака. Биполярная корона постоянного тока возникает, когда к двум или нескольким электродам с малыми радиусами кривизны приложены постоянные напряжения разного знака и на этих электродах существует корона разного знака [52].
Процессы в чехле и во внешней зоне биполярной короны намного сложнее, чем в униполярной короне, т. к. появляется дополнительный механизм ионной рекомбинации в объеме промежутка и дополнительные механизмы вторичных процессов на электродах, что существенно усложняет математическое описание и моделирование этого вида разряда [51]. Поэтому применение данного вида разряда не нашло широкого применения.
Исследования искрового разряда показывают, что положительный стример требует в неравномерном поле меньше средней напряженности поля для своего распространения, чем отрицательный; положительная корона перекрывается отдельными искрами при меньшем напряжении между электродами, чем отрицательная [50].
Кроме того, отрицательная корона более стабильна, ею можно управлять при более высоких напряжениях и токах до появления искрового разряда, что важно для повышения эффективности электрофильтров [53]. Вышеперечисленные факторы обуславливают применение в электрофильтрах отрицательной короны.
Процесс электрической очистки воздуха в обеих ступенях электрофильтра заключается в следующем: воздух, загрязненный взвешенными в нем частицами, проходит через систему из заземленных осадительных электродов и размещенных на некотором расстоянии (называемом межэлектродным промежутком) корони-рующих электродов, к которым подводится выпрямленный электрический ток высокого напряжения (Рисунок 1.1) [45].
Влияние длины воздуховода между ступенями очистки на ее эффективность
Анализ уравнений (2.26) и (2.27) показывает, что эффективность очистки воздушной среды от вредных газов в конечном итоге зависит от концентрации озона и способности абсорбции данных газов омывающими жидкостями в первой и второй ступенях ДМЭФ.
Концентрация озона находится в прямой зависимости от мощности коронного разряда [61], скорость абсорбции - от исходной концентрации вредных газов, концентрации раствора омывающей жидкости, скорости воздушного потока, площади соприкосновения.
Полученные аналитические зависимости позволяют рассчитывать основные конструктивные и технологические параметры ДМЭФ при проектировании систем комплексной очистки рециркуляционного воздуха.
Расчет конструктивных и технологических параметров электрофильтра - задача многофакторная. С одной стороны, известны исходные значения концентраций пыли (Спыль) микроорганизмов (Смкр) и вредных газов (Сгаз) в животноводческом помещении. С другой - необходимо рассчитать параметры установки так, чтобы обеспечивалась необходимая степень очистки воздуха при требуемой кратности воздухообмена и скорости воздушного потока, проходящего через электрофильтр.
В известных исследованиях [21] было доказано, что рациональное соотношение между межэлектродным расстоянием h и расстоянием между коронирующими электродами d составляет:
В свою очередь, оптимальное значение d равно 52 мм [21]. Таким образом, значение межэлектродного расстояния h составляет 24,76...27,36 мм. Напряженность электрического поля для первой и второй ступени определяется по известной формуле [74]: F д(Р где Эф - разность потенциалов между двумя точками, В; OS - расстояние между этими точками, м. При известном значении напряженности электрического поля по формуле (1.9) рассчитывается скорость дрейфа заряженных частиц. Активная длина осадительных электродов определяется по формуле [26]:
Расчет кратности воздухообмена в животноводческом помещении Составляющие теплового баланса свиноводческого помещения Уравнение теплового баланса для свиноводческого помещения имеет вид [11]: Оп=0ар+0в+0и+0ж, (2.32) где Qdon - дополнительная потребность в теплоте, Вт; Qozp - теплопотери через ограждения, Вт; Qu - теплопотери на испарение влаги с открытых водных и смоченных поверхностей, Вт; Qe - расход теплоты на нагрев вентиляционного воздуха, Вт; 2ж " количество явной теплоты, выделяемое животными, Вт.
Теплопотери помещением через ограждения рассчитываются по формуле [11]: где п - коэффициент, учитывающий положение ограждающих конструкций относительно наружного воздуха; Fozp - суммарная площадь всех ограждений строительных конструкций, м2; te - температура внутреннего воздуха в животноводческом помещении, С; tH - расчетная температура наружного воздуха, С; Щр - со противление теплопередаче ограждающей конструкции, м С/Вт.
Теплопотери на испарение влаги с открытой водной и смоченной поверхностей с учетом технологии содержания животных и планировочных решений животноводческого помещения определяются по формуле [11]: где 0,68 - скрытая теплота испарения, Вт-ч/г; Wu - количество влаги, испаряющейся с открытой и смоченной поверхностей животноводческого помещения, г/ч.
Количество влаги, испаряющейся с открытых водных и смоченных поверхностей, определяется в зависимости от технологии навозоудаления: - при беспривязном содержании и периодической уборке навоза [11]: К = (Кж + К)откр, (2.35) где FH3lc,Fn соответственно - площади навозной жижи и поилок, м2; юоткр - удельные количества влаги, испаряющейся сім2 открытой водной поверхностей, г/ч м2. - при содержании животных на решетчатых полах [11]: К=(е к-К+0«-К), (2.36) где FK - площадь открытой части навозных подпольных каналов, м2; сок,соп удельные количества влаги, испаряющейся сім2 соответственно от навозных каналов из-под решетчатого пола, поилок, г/ч м2
Определение необходимого воздухообмена в помещении (м /ч) для разбавления концентрации С02 до предельно допустимой производится по формуле [76]: где GC02 - количество углекислоты, выделяющейся в помещении, л/ч; Сдоп - допус тимая концентрация СОг в воздухе помещения, л/м ; С0- концентрация СОг в на-ружном
Сдоп =0,2 % или 2 л/м3 [30]; Со=0,0397 % или 0,397 л/м3 [77]. Определение необходимого воздухообмена в помещении (м /ч) по избыткам влаги (водяного пара) определяется по формуле [78]: где LWtZ - расход воздуха, удаляемого из обслуживаемой или рабочей зоны поме-щения системами местных отсосов и на технологические нужды, м /ч (в нашем случае: Lw z=0); W - избытки влаги в помещении, ассимилируемые воздухом центральных систем вентиляции и кондиционирования, г/ч; W =104 г/ч для поросят массой 60 кг, согласно таблице 14 [30]. Коэффициент для температуры в помещении равной плюс 20 С, принимается равным 1,5; dw z - влагосодержание воздуха, удаляемого из обслуживаемой или рабочей зоны помещения системами местных отсосов, и на технологические нужды, г/кг; d\ - влагосодержание воздуха, удаляемого из помещения за пределами обслуживаемой или рабочей зоны, г/кг; din - влагосодержание воздуха, подаваемого в помещение, г/кг.
Влагосодержание воздуха при температуре минус 5,1 С равно 2,4629 г/кг, при температуре плюс 20 С равно 14,7448 г/кг согласно [79].
Определение необходимого воздухообмена в помещении (м /ч) по избыткам полной теплоты определяется по формуле [78]: где Qh/ - избыточный полный тепловой поток в помещении, Вт; 1щг - удельная энтальпия воздуха, удаляемого из обслуживаемой или рабочей зоны помещения системами местных отсосов, и на технологические нужды, кДж/кг; 1\ - удельная энтальпия воздуха, удаляемого из помещения за пределами обслуживаемой или рабочей зоны, кДж/кг; Iin - удельная энтальпия воздуха, подаваемого в помеще 53 ниє, кДж/кг; Qhf =252 Вт для поросят массой 60 кг, согласно таблице 14 [30], коэффициент для температуры в помещении, равной плюс 20 С, принимается равным 0,9.
Результаты исследований коронирующей системы
На основании сравнения результатов исследования состояния микроклимата в опытной секции до и после работы ДМЭФ установлено следующее: - после работы рециркуляционной системы с очисткой воздуха в ДМЭФ концентрация аэрозольных частиц всех размеров, вредных газов (аммиак, сероводород) снизилась. Температура и влажность в помещении повысились, но находились в пределах нормы; - кратность воздухообмена, равная 3, является достаточной для обеспечения нормируемых параметров микроклимата в помещении и не приводит к образованию концентраций загрязняющих веществ, влажности и температуры, превышающих нормируемые значения; - кратность воздухообмена, равная 3, обеспечивается воздухообменом в режиме внутренней рециркуляции с кратностью 2 в сочетании с обычной циркуляцией с кратностью 1. 4.8 Проверка сходимости результатов лабораторного и производственного экспериментов
Для оценки сходимости исследований, проведенных в лабораторных и производственных условиях, сравним эффективность очистки воздуха от пылевых и аэрозольных частиц. Результат сравнения концентрации частиц в 1 м воздуха приведен на рисунке 4.24, эффективности очистки - на рисунке 4.25.
Средние значения концентрации пылевых частиц размером 0,3 мкм... 10 мкм при проведении лабораторного и производственного эксперимента 11 ступень (лаб) 11 ступень (произв) ступень (лаб) 12 ступень (произв)
Средние значения эффективности очистки воздуха от пылевых частиц размером 0,3 мкм... 10 мкм при проведении лабораторного и производственного эксперимента
Анализ полученных диаграмм показывает, что при проведении производственного эксперимента установка по очистке рециркуляционного воздуха обеспечивала требуемую степень чистоты рециркуляционного воздуха, что в целом свидетельствует об успешности данного эксперимента.
Современная рыночная экономика характеризуется в первую очередь свободой выбора и развитой конкуренцией. Для любой научной разработки, претендующей на серийный выпуск и массовое внедрение на производство в рамках отрасли, помимо технической эффективности ключевым фактором является экономическая целесообразность ее применения.
Коммерческие критерии, используемые в технико-экономическом анализе, включают такие данные, как:
Опираясь на базовые методики [88, 89, 90] и учитывая другие практические рекомендации [91, 92] была определена совокупность расчетов, которая позволяет выполнить всесторонний технико-экономический анализ и оперативно оценить целесообразность применения мокрого электрофильтра в конкретном помещении животноводческого комплекса.
При применении ДМЭФ дополнительно улучшается экологическая обстановка в районе расположения фермерского хозяйства, снижается потенциальный ущерб, наносимый окружающей среде путем снижения выброса в атмосферу вредных газов с удаляемым из помещений воздухом. Кроме этого достигается положительный социальный эффект для персонала, обслуживающего фермерское хозяйство, а также для населения, проживающего в районе размещения объекта. Количественно оценить данный эффект представляется возможным только при постоянном применении ДМЭФ на территории всего животноводческого комплекса в течение продолжительного времени, поэтому в данном расчете этот эффект не учитывается.
Расчетные формулы и результаты расчета технико-экономической эффективности применения опытного образца ДМЭФ в помещении для содержания по-росят-отъемышей (2-4 месяца) приведены в Приложении В.
Результатом комплексной очистки воздушной среды в опытной секции в течение цикла выращивания поросят-отъемышей в возрасте от 2 до 4 мес. (в течение двух месяцев) является повышение технологических показателей животноводства в ОС по сравнению с КС. Данные приведены в таблице 4.2. Таблица 4.2 - Основные технологические и технические показатели проекта
В результате применения ДМЭФ для очистки рециркуляционного воздуха в ОС была снижена кратность воздухообмена, необходимая для обеспечения искусственной вентиляции помещения, что позволило сократить энергозатраты на нагрев приточного воздуха на 319,69 Гкал (371805 кВт-ч) или на 180,46 тыс. руб. в год.
Окупаемость установки по очистке рециркуляционного воздуха на основе ДМЭФ происходит за счет снижения энергозатрат на отопление и вентиляцию помещения (23 %), за счет улучшения технологических показателей животноводства (77 %). 4.10 Перспектива использования в мокрых электрофильтрах системы ультразвуковой очистки осадительных электродов
Как показали проведенные производственные исследования, в процессе долговременной безостановочной работы электрофильтра на осадительных электродах образуется слой уловленных пылевых частиц, не смываемых естественным путем за счет вращения электродов.
При использовании специальных растворов в качестве омывающей жидкости (например, раствора медного купороса) загрязнение поверхности осадительных электродов происходит также продуктами химических реакций. При этом увеличивается удельное сопротивление электродов, поверхностный электрический заряд не стекает на электрод, а накапливается на слое осевших загрязнителей, и, как следствие, возникает явление обратной короны, что приводит к аварийному отключению установки средствами защиты.
Теоретически можно повысить качество, надежность и бесперебойность работы электрофильтра путем установки в нижней части электрофильтра системы ультразвуковой очистки осадительных электродов [93].
Ультразвуковые волны, распространяющиеся в омывающей жидкости от источника излучения, оказывают на поверхность осадительных электродов давление, обусловленное кавитационными явлениями [94]. Кавитационные пузырьки производят местные гидравлические микроудары, способствующие разрушению образовавшегося слоя загрязнителей.
Исследование эффективности очистки воздуха от пылевых и аэрозольных частиц, вредных газов
Экспериментальные исследования процесса очистки рециркуляционного воздуха проводились в лабораторных условиях. Программой работ предусматривалось: - исследование коронирующей системы ДМЭФ; - исследование эффективности улавливания пылевых и аэрозольных частиц размером 0,3; 0,5; 1; 2; 5; 10 мкм отдельно для первой ступени, для второй ступени, совместно для обеих ступеней; - исследование влияния длины воздуховода, соединяющего ступени очистки, на эффективность дополнительного улавливания пылевых и аэрозольных частиц размером 1 мкм.
Для проведения лабораторных исследований был изготовлен экспериментальный стенд, оснащенный опытным образцом двухступенчатого мокрого электрофильтра.
При выборе основных конструктивных параметров опытного образца был учтен опыт конструирования предыдущих моделей мокрых электрофильтров [25, 26, 27, 82, 83].
Конфигурация и форма игольчатых коронирующих электродов была принята аналогичной [26, 27]. Межэлектродное расстояние было принято для первой ступени - 25 мм, для второй ступени - 15 мм.
Корпус выполнен из стали черной толщиной 2 мм, осадительные электроды - из дюралюминия толщиной 1,5 мм. Для уменьшения металлоемкости ДМЭФ, снижения затрат на его изготовление верхняя часть корпуса ДМЭФ была выпол 59 нена из влагостойкой фанеры ФБС-1 (фанера бакелизированная со спиртораство-римой смолой). Направляющие для осадительных электродов также были выполнены из ФБС-1.
Вращение осадительных электродов на каждой из ступеней осуществлялось мотор-редуктором червячным одноступенчатым 2МЧ-40 (Р=3,0 кВт, U =380 В). Для создания необходимого воздушного потока был использован вентилятор пылевой марки ВЦП 3-15 с подачей 3000 м3/ч. Для предотвращения пробоя межэлектродного промежутка по поверхности изоляторов, на которых крепились коронирующие электроды, использовались изоляционные плиты.
Электрическая принципиальная схема экспериментального стенда представлена на рисунке 3.1. - 380В 60 1 - ЛАТР; 2 - Плазон ИВНР-30/10; 3 - двухступенчатый мокрый электрофильтр; С - выходной фильтр; Ml, М2 - электроприводы осадительных электродов первой и второй ступени соответственно; МЗ - электропривод вентилятора; Rl, R2 - активное сопротивление систем коронирующих электродов первой и второй ступени соответственно; Идоб - добавочное активное сопротивление второй ступени; тА - миллиамперметр; kV - киловольтметр. Рисунок 3.1 - Электрическая принципиальная схема экспериментального стенда
Измерение концентрации пылевых частиц осуществлялось счетчиком взвешенных частиц FLUKE 983 (шесть каналов по размерам частиц), основные характеристики которого приведены в таблице 3.1.
Вольтамперные характеристики снимались отдельно для первой и для второй ступени, при этом в нижние части обеих ступеней была залита омывающая жидкость, осадительные электроды вращались. Лабораторный эксперимент проводился на базе Тюменского лесотехнического техникума. Ввиду различного межэлектродного расстояния на первой и второй ступени напряжение пробоя для первой ступени составило 14,5 кВ, для второй ступени -10,5 кВ. Значения рабочих напряжений были приняты на 10 % меньше напряжения пробоя и составили для первой и второй ступеней 13 кВ и 9,4 кВ соответственно.
При одновременной работе от одного источника питания это накладывает ограничение на работу первой ступени (Upa6i= Upa62 9,4 кВ, как на второй ступени) и снижает ее эффективность. Кроме того, при разных значениях рабочего напряжения не обеспечивается надежность работы средств защитной автоматики.
Для исключения данного явления в цепь коронирующих электродов второй ступени было последовательно введено добавочное сопротивление Идоб, расчетная величина которого составила 465 кОм (см. рисунок 3.1).
Таким способом, питание обеих ступеней может осуществляться от одного источника на напряжении 13 кВ.
Снятие ВАХ заключалось в фиксации разрядного тока при увеличении напряжения на коронирующей системе от 0 до Umax=13 кВ с шагом 1 кВ. Замеры производились как в направлении от 0 кВ до Umax, так и в обратном, с трехкратной повторностью. После чего усреднялись полученные данные и строилась зависимость I = f (U).
Для исследования эффективности улавливания ступенями очистки пылевых и аэрозольных частиц различных размеров помещение с экспериментальной установкой было подвергнуто искусственному засорению пылевыми частицами.
Перед началом эксперимента с трехкратной повторностью измерялось число пылевых и аэрозольных частиц, взвешенных в воздушной среде лаборатории в каждом диапазоне размеров улавливаемых частиц г, для чего включался вентилятор, создавалась принудительная циркуляция воздуха внутри помещения и через электрофильтр. Определенное количество аэрозольных частиц принималось как количество частиц на входе электрофильтра nBX.
При проведении эксперимента в нижние части первой и второй ступеней ДМЭФ была залита омывающая жидкость, осадительные электроды вращались. В первую ступень была залита вода, во вторую - водный раствор медного купороса с концентрацией 1 моль/л. Данная концентрация, согласно проведенным ранее исследованиям [27], является оптимальной для очистки рециркуляционного воздуха от сероводорода как с технической, так и экономической точки зрения.
Далее на коронирующую систему подавалось напряжение Umax=13 кВ. С помощью счётчика взвешенных частиц производилась фиксация количества данных частиц различного диаметра отдельно после первой ступени, после второй ступени электрофильтра.
Исследование проводилось для частиц размером 0,3; 0,5; 1; 2; 5; 10 мкм. Замеры проводились с помощью счетчика взвешенных частиц FLUKE 983.
Эффективность дополнительного улавливания пылевых и аэрозольных частиц размером 1 мкм определялась в зависимости от длины воздуховода, соединяющего ступени ДМЭФ, следующим образом: для опытного образца ДМЭФ был изготовлен соединительный воздуховод длиной 1 м. Материал был принят аналогичным материалу осадительных электродов - дюралюминий. На входе и выходе из первой и второй ступеней ДМЭФ с помощью счетчика взвешенных частиц FLUKE 983 измерялась концентрация пылевых и аэрозольных частиц размером 1 мкм, по формуле (2.10) рассчитывалась эффективность их дополнительного улавливания rjdon по сравнению с расчетной величиной (76,58%). Затем длину воздуховода уменьшали с шагом 0,1 м и проводили аналогичные исследования.