Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Аналитический обзор и выбор направлений исследований 11
1.1. Анализ технологического процесса производства силикатного кирпича, как источника выброса пыли в рабочую зону и атмосферу 11
1.2. Анализ опыта эксплуатации пылеулавливающего оборудования в системах аспирации на предприятиях строительной индустрии 22
1.3. Анализ существующих методов расчета рассеивания выбросов в приземном слое атмосферы 24
1.4. Особенности расчета рассеивания выбросов в атмосферу загрязняющих веществ от источников предприятий строительной индустрии 37
1.5. Обоснование выбора направлений исследований 41
1.6. Выводы по первой главе 43
ГЛАВА 2. Исследование основных физико-химических свойств пыли, образующейся в производстве силикатного кирпича 44
2.1. Исследование дисперсного состава пыли производства силикатного кирпича 44
2.2. Морфологический анализ и определение фактора формы частиц 51
2.3. Определение плотности пылей 54
2.4. Определение углов естественного откоса 56
2.5. Определение пылящей способности пылей 57
2.6. Выводы по второй главе 57
ГЛАВА 3. Обоснование значения коэффициента f при расчете рассеивания пыли кирпичного производства в атмосфере 59
3.1. Исследование зависимости скорости оседания частиц пыли от размера и формы 59
3.2. Определение времени оседания частицы пыли 67
3.3. Определение коэффициента F при расчёте рассеивания в атмосфере пыли от источников производства силикатного кирпича 73
3.4. Определение удельных пылевых выбросов от основного технологического оборудования в производстве силикатного кирпича 76
3.5. Выводы по третьей главе 77
ГЛАВА 4. Разработка схем компоновки и экспериментальная оценка эффективности установок пылеулавливания с вихревыми аппаратами и разделителями-концентраторами для систем локализующей вентиляции в производстве силикатного кирпича 78
4.1. Разработка схем компоновки установок обеспыливания 78
4.2. Экспериментальные исследования по оценке эффективности установки пылеулавливания с вихревыми аппаратами и разделителем-концентратором 84
4.2.1. Экспериментальная установка и методика проведения
экспериментальных замеров 84
4.2.2. Анализ результатов экспериментальных исследований 89
4.3 Выводы по четвертой главе 92
ГЛАВА 5 Практическая реализация результатов исследований 94
5.1. Основные положения методики расчета распространения в атмосфере частиц пыли кирпичного производства 94
5.2. Внедрение схем компоновки многоступенчатых систем пылеулавливания с вихревыми аппаратами и разделителями-концентраторами 97
5.3. Эколого-экономическая эффективность внедрения результатов исследований 98
5.4. Выводы по пятой главе 105
Заключение 106
Библиографический список 108
Приложения 122
- Анализ технологического процесса производства силикатного кирпича, как источника выброса пыли в рабочую зону и атмосферу
- Исследование дисперсного состава пыли производства силикатного кирпича
- Исследование зависимости скорости оседания частиц пыли от размера и формы
- Разработка схем компоновки установок обеспыливания
Введение к работе
Актуальность проблемы. Большинство технологических процессов на предприятиях, производящих строительные конструкции и изделия (в том числе силикатный кирпич), связаны с получением, обработкой и транспортированием порошкообразных материалов. Это обусловливает присутствие большого количества пылевидных загрязняющих веществ в поступающих в атмосферу выбросов от источников предприятий отрасли.
В сложившейся практике проектирования при расчетах максимальной приземной концентрации загрязнений и установлении нормативов предельно допустимых выбросов используется безразмерный коэффициент F, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе. Значение этого коэффициента в соответствии с применяемыми в настоящее время методиками принимается, в основном, в зависимости от эффективности систем пылеулавливания. Однако при этом не учитываются свойства выделяющейся пыли, характерные не только для различных производств, но и для отдельных этапов технологического процесса.
В результате, как показывают результаты проведенных многочисленных замеров, в большинстве случаев концентрации загрязняющих веществ на границе санитарно-защитной зоны превышают ПДК даже при соблюдении предприятием нормативов ПДВ, определенных по действующим методикам.
Таким образом, актуальными являются исследования, направленные на совершенствование подходов к определению значений одного из коэффициентов, характеризующих условия распространения загрязнителей в атмосфере, применительно к пыли, образующейся при производстве силикатного кирпича.
С другой стороны, как показывает опыт эксплуатации, применяемые в настоящее время установки пылеулавливания в системах локализующей вентиляции на предприятиях отрасли не обеспечивают достаточной степени очистки выбросов, что приводит к превышению нормативов ПДК не только на территории предприятия, но и в жилых застройках. Поэтому, в связи с увеличением объемов выпуска силикатного кирпича, обусловленного возрастанием темпов строительства, также актуальными являются
исследования, направленные на совершенствование систем обеспыливания на предприятиях отрасли.
Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ ГОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.
Цель работы — снижение негативного воздействия на окружающую среду пылевых выбросов от источников предприятий по производству силикатного кирпича посредством совершенствования методики прогнозирования уровня загрязнения атмосферы и повышения эффективности пылеулавливающих установок в системах локализующей вентиляции.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
анализ технологического оборудования в производстве силикатного кирпича как источника выделения пыли в атмосферу;
исследование дисперсного состава и обобщение данных об основных свойствах пыли выделяющейся в процессе производства силикатного кирпича;
исследование аэродинамических свойств пылевых частиц, поступающих в системы вентиляции и обеспыливания и в атмосферу от основных источников загрязнения в производстве силикатного кирпича;
- проведение исследований по определению значений удельных
выбросов пыли от основного технологического оборудования в производстве
силикатного кирпича;
- разработка компоновочных схем систем обеспыливающей вентиляции
с использованием вихревых пылеуловителей и разделителей-концентраторов;
экспериментальная оценка эффективности пылеулавливающей установки с вихревыми аппаратами и разделителями-концентраторами в системе локализующей вентиляции.
Основная идея работы состоит в: совершенствовании подходов к прогнозированию уровня загрязнения атмосферы пылевыми выбросами предприятий по производству силикатного кирпича на основе результатов исследований аэродинамических характеристик пыли, характерной для рассматриваемого производства, и по определению удельных выбросов;
использовании в компоновке пылеулавливающей установки вихревых аппаратов и разделителей-концентраторов.
Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, лабораторные и опытно-промышленные исследования, обработку экспериментальных данных методами математической статистики и корреляционного анализа с применением ПЭВМ и сертифицированных программ.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений теоретического анализа, планированием необходимого объема экспериментов, подтверждена удовлетворяющей требуемым критериям сходимостью полученных результатов экспериментальных исследований, выполненных в лабораторных и опытно-промышленных условиях, с результатами других авторов.
Научная новизна работы состоит в том, что:
- по результатам численных экспериментов получены зависимости, характеризующие скорость оседания частиц пыли, образующейся при производстве силикатного кирпича с учетом размеров, формы и плотности;
посредством статистического анализа экспериментальных данных натурных исследований установлены корреляционные зависимости, определяющие значения безразмерного коэффициента F, учитывающего скорость гравитационного оседания пылевых частиц пыли производства силикатного кирпича в атмосферном воздухе на подстилающую поверхность при расчете максимальной концентрации вредных веществ, с учетом дисперсного состава выброса и скорости оседания частиц;
получены аналитические зависимости, позволяющие оценить массу частиц определенного диаметра в пределах установленной границы;
- установлена экспериментальная зависимость, характеризующая
эффективность установки обеспыливания в системе локализующей
вентиляции, скомпонованной по предложенной схеме;
- определены и систематизированы данные об основных физико-
химических свойствах пыли, образующейся при производстве силикатного
кирпича.
Практическое значение работы:
- определены удельные выбросы пыли от основного технологического оборудования в производстве силикатного кирпича;
- определены значения безразмерного коэффициента F, учитывающего
скорость гравитационного оседания пылевых частиц пыли производства
силикатного кирпича в атмосферном воздухе на подстилающую поверхность
при расчете максимальной концентрации вредных веществ, с учетом
дисперсного состава выброса и скорости оседания частиц;
по результатам проведенных исследований предложена система формул, позволяющих при расчете рассеивания выбросов пыли от источников производства силикатного кирпича оценить вклад предприятия в уровень загрязнения атмосферы;
разработана и внедрена компоновочная схема установки обеспыливания с применением вихревых пылеуловителей и разделителя-концентратора.
Реализация результатов работы:
результаты исследований по уточнению значений коэффициента F и по определению удельных пылевых выбросов использованы ООО "ПТБ ПСО Волгоградгражданстрой" при разработке проектов нормативов ПДВ для предприятий строительной отрасли;
рекомендации по проектированию систем локализующей вентиляции с установками пылеулавливания, скомпонованными по разработанной схеме, использованы ООО "Волгоградский НИИ ПКВ" при разработке проектной документации для предприятий отрасли;
- проведена реконструкция установки обеспыливания выбросов в
системе локализующей вентиляции на ОАО «Михайловский завод
силикатных изделий» (Волгоградская область);
материалы диссертационной работы использованы кафедрой
отопления, вентиляции и экологической безопасности, кафедрой
безопасности жизнедеятельности в техносфере ГОУ ВПО Волгоградского
государственного архитектурно-строительного университета при подготовке
инженеров по специальности "Теплогазоснабжение и вентиляция",
инженеров и бакалавров по специальности "Инженерная защита окружающей среды".
На защиту выносятся:
полученные по результатам численных экспериментов зависимости, характеризующие скорость оседания частиц пыли, образующейся при производстве силикатного кирпича с учетом размеров, формы и плотности;
полученные посредством статистического анализа экспериментальных данных натурных исследований корреляционные зависимости, определяющие значения безразмерного коэффициента F, учитывающего скорость гравитационного оседания пылевых частиц пыли производства силикатного кирпича в атмосферном воздухе на подстилающую поверхность при расчете максимальной концентрации вредных веществ, с учетом дисперсного состава выброса и скорости оседания частиц;
аналитические зависимости, позволяющие оценить массу частиц определенного диаметра в пределах установленной границы;
экспериментальная зависимость, характеризующая эффективность установки обеспыливания в системе локализующей вентиляции, скомпонованной по предложенной схеме;
данные об основных физико-химических свойствах пыли, образующейся при производстве силикатного кирпича.
Апробация. Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на: Международной научно-практической конференции «Экономика, экология и общество России в 21-м столетии» (Санкт-Петербург, 2005 г.); Международной научно-технической конференции «Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов» (Волгоград, 2005 г.); конференции молодых инженеров-экологов «Проблемы охраны производственной и окружающей среды» (Волгоград, 2005 г.); ежегодных научно-технических конференциях ГОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета, (Волгоград, 2003-2006 г.).
Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 8 работах, в том числе в 2 статьях, опубликованной в изданиях, рекомендуемых ВАК России, и 3 патентах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы 127 страниц, в том числе: 121 страница — основной текст, содержащий 14 таблиц на 19 страницах, 14 рисунков на 12 страницах;
список литературы из 133 наименований на 15 страницах; 2 приложения на 6 страницах.
Анализ технологического процесса производства силикатного кирпича, как источника выброса пыли в рабочую зону и атмосферу
По технико-экономическим показателям силикатный кирпич
значительно превосходит глиняный кирпич. На его производство затрачивается 15-18 часов, в то время как на производство глиняного - 5-6 дней и больше. В два раза снижаются трудоемкость и расход топлива, а стоимость - на 15-40%. Этим обусловлено широкое применение силикатного кирпича в промышленном и гражданском строительстве [30,35,38,40,43,119,120].
Технология производства силикатного кирпича, как и большинства других строительных материалов, включает добычу, доставку, измельчение (дробление, помол), рассев сырья, перемешивание основного сырья с добавками, водой и другими связующими веществами, прессование, сушку и обжиг изделий. Для таких схем производства характерно наличие ленточных транспортных устройств, транспортеров большой протяженности, а также установок для перемешивания материалов с различной степенью измельчения, влажностью и температурой [30,35,88].
Пыль выделяется практически на всех этапах кирпичного производства. Наибольшее количество пыли образуется при приемке сырья на складах, дроблении и помоле, обжиге измельченного сырья, просеве, транспортировании, погрузке порошкообразного материала [40,88].
Основным компонентом силикатного кирпича (85 - 90% по массе) является песок, состав и свойства которого определяют во многом характер и особенности технологии силикатного кирпича. Песок - это рыхлое скопление зерен различного минерального состава размером 0,1 - 5 мм. По происхождению пески разделяют на две группы — природные и искусственные. Последние, в свою очередь, разделяют на отходы при дроблении горных пород (хвосты от обогащения руд, высевки щебеночных карьеров и т. п.), дробленые отходы от сжигания топлива (песок из топливных шлаков), дробленые отходы металлургии (пески из доменных и ватержакетных шлаков).
По назначению их можно подразделять на пески для бетонных и железобетонных изделий, кладочных и штукатурных растворов, силикатного кирпича.
Силикатные заводы, как правило, размещают обычно вблизи месторождения основного сырья - песка. Прежде чем приступить к добыче песка, место добычи — карьер - необходимо предварительно подготовить к эксплуатации. Для этого снимают вскрышные породы, т. е. верхний слой, содержащий землю, посторонние предметы, глину, органические вещества и т. п [39,87]. Если толщина слоя не более 1 м, то верхний слой снимают бульдозером или скрепером с последующим транспортированием его в отвал. Если же вскрышные породы имеют большую высоту, расстояние до отвала значительное, то вскрышные работы производят экскаваторами и отвозят пустую породу рельсовым или автомобильным транспортом. Добыча песка начинается после снятия вскрышных пород и производится одноковшовыми экскаваторами, оборудованными прямой лопатой с различной емкостью ковша.
Для перевозки песка от забоя в производственное помещение, как правило, используют ленточные транспортеры, которые представляют собой бесконечную ленту из многослойной прорезиненной ткани, надетую на два цилиндрических барабана.
Песок, поступающий из забоя до его употребления в производство, должен быть отсеян от посторонних примесей - камней, комочков глины, веток, металлических предметов и т. п. Эти примеси в процессе производства вызывают брак кирпича и даже поломки машин. Поэтому над песочными бункерами устанавливают барабанные грохоты.
Известь является второй составной частью сырьевой смеси, необходимой для изготовления силикатного кирпича.
Сырьём для производства извести являются карбонатные породы, содержащие не менее 95% углекислого кальция СаСОз. К ним относятся: известняк плотный, известняковый туф, известняк-ракушечник, мел, мрамор. Все эти материалы представляют собой осадочную горную породу, образовавшуюся, главным образом, в результате отложения на дне морских бассейнов продуктов жизнедеятельности животных организмов. Известняк состоит из известкового шпата - кальцита и некоторого количества различных примесей: углекислого магния, солей железа, глины и др. От этих примесей зависит окраска известняка. Обычно он бывает белым или разных оттенков серого и желтого цвета. Если содержание глины в известняках более 20%, то они носят название мергелей. Известняки с большим содержанием углекислого магния называются доломитами.
Мергель является известково-глинистой породой, которая содержит от 30 до 65% глинистого вещества. Следовательно, наличие в нем углекислого кальция составляет всего 35- 70%. Понятно, что мергели совершенно не пригодны для изготовления из них извести и поэтому не применяются для этой цели.
Доломиты, так же, как известняки, относятся к карбонатным горным породам, состоящим из минерала доломита (CaC03 MgC03). Так как содержание в них углекислого кальция менее 55%, то для обжига на известь они также непригодны. При обжиге известняка на известь употребляют только чистые известняки, не содержащие большого количества вредных примесей в виде глины, оксида магния и др.
По размерам кусков известняки для обжига на известь делятся на крупные, средние и мелкие. Размеры кусков известняка приведены в табл. 1.1.
Содержание активных CaO+MgO, считая на сухое вещество, в % (не менее)Содержание непогасившихся зёрен в % (не более) Скорость гашения в мин:быстрогасящаяся (до)медленногасящаяся (более) 85 1020 20 70 2020 20 602520 20
Различают два вида извести - негашеную и гашеную. На заводах силикатного кирпича применяется негашеная известь. Технические условия на воздушную негашеную известь регламентированы ГОСТ 9179 - 59, согласно которому известь разделяется на три сорта. Требования к качеству извести изложены в табл. 1.2.
При обжиге известняк под влиянием высокой температуры разлагается на углекислый газ и оксид кальция и теряет 44% своего первоначального веса. После обжига известняка получается известь комовая (кипелка), имеющая серовато-белый, иногда желтоватый цвет.
При взаимодействии комовой извести с водой происходят реакции гидратации СаО + Н20 = Са(ОН)2; MgO + Н20 = Mg(OH)2. Реакции гидратации оксидов кальция и магния идут с выделением тепла. Комовая известь (кипелка) в процессе гидратации увеличивается в объеме и образует рыхлую, белого цвета, легкую порошкообразную массу гидрата оксида кальция Са(ОН)2. Для полного гашения извести необходимо добавлять к ней воды не менее 69%, т.е. на каждый килограмм негашеной извести - около 700 г воды. В результате получается совершенна сухая гашеная известь (пушонка). Если гасить известь с избытком воды, получается известковое тесто.
Исследование дисперсного состава пыли производства силикатного кирпича
Анализ дисперсного состава пыли проводили методом микроскопии[3,6,10,45,79] с использованием аттестованной программы Dust для обработки полученных результатов (свидетельство об аттестации №18-03 от 08.08.03 г.). Для исследования основных физико-химических свойств пылей рассматриваемого производства были отобраны пробы дисперсного материала по методике [79].
Дисперсный состав пыли можно описать с помощью теоретических и экспериментальных зависимостей [17,27,28,67,71,72,74,78,86,109,111,118].
Теоретические зависимости получены на основе некоторых физических представлений о закономерностях распределения размеров частиц пыли и сыпучих материалов. К ним условно можно отнести: логарифмически -нормальное распределение, формулы Ромашова, Загустина, Гриффитса. К экспериментальным зависимостям, полученным на основе описания результатов анализа дисперсного состава пыли, можно отнести формулы Мартина - Андреасена, Годэна, Розина, Рамблера, Свенсона - Авдеева, Шифрина, Петрояля. Достаточно полный , обзор существующих теоретических и экспериментальных распределений фракционного состава промышленной пыли и порошков представлен в работах П.А. Коузова и В.А. Харченко.
Логарифмически-нормальное распределение считается наиболее обоснованным для аналитического описания данных дисперсного анализа пыли, если речь идет о продуктах размола. Академик А.Н. Колмогоров [67], исходя из простых предположений о характере процесса дробления твердых частиц, показал, что в процессе измельчения распределение частиц асимптотически стремится к логнормальному, в котором нормально распределен не диаметр частиц, а его логарифм.
Функция прохода D(d) и плотность p(d) логарифмически-нормального распределения массы дисперсного материала по диаметрам частиц представляется в виде
где d50 - медиана распределения;
Igd - стандартное отклонение логарифмов диаметров.
Однако в систему аспирации зачастую крупные частицы не попадают из-за того, что скорость их витания выше скорости в рабочем сечении местных отсосов от технологического оборудования. В.А. Минко и ряд других исследователей доказали, что для аспирационной пыли характерно усеченное логарифмически-нормальное распределение. Именно поэтому даже в вероятностно-логарифмической системе координат результаты анализа дисперсного состава пыли, отобранной из системы аспирации, не приобретают вид прямых линий. Полученные кривые распределения зачастую аппроксимируются двухзвенным сплайном посредством знакового метода или метода наименьших квадратов [3,5,6,7,54].
С целью выявления аналитической зависимости, наиболее точно описывающей распределение, полученное при анализе дисперсного состава, экспериментальные точки наносились на вероятностно-логарифмическую, на двойную логарифмическую и логарифмическую координатные сетки.
На рис. 2.1 представлены данные о дисперсном составе пыли, отобранной из системы аспирации, обслуживающей сушильный барабан цеха № 3 кирпичного производства ОАО «Михайловский завод силикатных изделий».
Графическое изображение результатов дисперсного анализа, представленное в виде интегральных кривых распределения D(d4) массы по диаметрам частиц на рис. 2.1, показывает что дисперсный состав пыли, содержащейся в газах отходящих от сушильного барабана кирпичного производства описывается кусочным логарифмически-нормальным распределением.
Применение метода микроскопии для дисперсионного анализа позволило, наряду с последним, провести изучение формы и строения частиц пылей. Морфологические исследования показали, что изучаемые пыли представляют собой смеси частиц, образующихся при измельчении вводимых ингредиентов. Частицы твёрдые, непрозрачные, и имеют цвет, соответствующий цвету исходного продукта. Частицы монолитны, агрегатов не наблюдается, форма частиц близка к шарообразной или вытянутая, продолговатая.
Степень отклонения формы реальных частиц от шарообразной может быть учтена с помощью различных коэффициентов. Если ввести понятие об объёмном коэффициенте форме av, связывающем проектированный диаметр частицы и её объём, то будет справедливо соотношение [114]
Исследование зависимости скорости оседания частиц пыли от размера и формы
При определении стационарной скорости оседания шарообразных частиц, как правило, используется известная формула Стокса U -gPX 95) (3.1) 18v где d95 - такой диаметр, что частицы, составляющие 96% от массы, имеют меньший размер, мкм; р - плотность частиц, кг/м3; S - ускорение силы тяжести, м/с ; v - динамическая вязкость воздуха.
Однако такая метолика не применима для определения скорости оседания частиц имеющих неправильную форму, в виду того что их форма оказывает существенное влияние на величину силы сопротивления, и на скорость оседания частицы. Согласно опытныхданных скорость падения частицы неправильной формы практически всегда меньше чем у сферической частицы эквивалентного веса. Кроме того, применение закона Стокса корректно только при соблюдения условия: Re=gPP4( 95)3 {32) 18v2 где р - плотность среды, в которой осаждается частица. Если данное условие не выполняется, имеет место погрешность в вычислении скорости оседания частицы. Величина данной ошибки приблизительно пропорциональна критерию Рейнольдса [77]. Скорость оседания в атмосфере равна по модулю скорости витания частицы и противоположна ей по направлению при условии что режим обтекания тот же, что и при падении частицы в неподвижной среде. Таким образом, задача определения скорости оседания пыли сводится к определению скорости витания частиц.
Помимо силы сопротивления среды на твердую частицу в воздушном потоке действуют: сила взаимодействия между частицами сила трения и сила тяжести. Сила трения является частью величины R.
Применительно к условиям характерным для рассеивания пылевых загрязнений предприятий строительной индустрии в атмосфере сила взаимодействия частиц между собой пренебрежительно мала в виду относительно низких значений объемных концентраций.
Очевидно что вертикальная составляющая аэродинамической силы Rx направлена в сторону, обратную направлению вектора относительной скорости, т. е. вертикально вверх. Таким образом, очевидно, что отношением величин аэродинамической силы Rx и силы тяжести G определяется направление движения частиц:
при RX/G 1, частица падает;
при Rxl G 1, частица двигается вверх;
при Rx/G=\, частица находится во взвешенном состоянии. Практическое определение значения аэродинамической силы Rx представляет ряд затруднений в виду того, что на нее оказывают влияние целый ряд физических и геометрических факторов. Для нахождения частицы во взвешенном состоянии, необходимо соблюдение условия равенства силы тяжести и аэродинамической силы: ии rng = CfpH— - (3.3) где т - масса частицы, кг; U - скорость оседания частицы, м/с; С, - коэффициент сопротивления частицы; р2 - плотность среды, кг/м3; 60 f - площадь миделевого сечения, м2. Площадь миделевого сечения падающей частицы вычисляется как произведение площади миделевого сечения шарообразной частицы эквивалентного диаметра (диаметр шара, с объёмом равным объёму рассматриваемой частички) на коэффициент формы Фд є [0,1]. Данный поправочный коэффициент введён Фуксом Н.А. Он равен отношению сопротивления среды движению частицы неправильной формы и сферической частицы того же объёма [34,77]. Кроме того Фукс определил значения коэффициента для эллипсоидов, цилиндров и других тел, которые согласуются с данными Канкеля [118]. Однако для частиц более сложной формы определение динамического коэффициента формы является трудоёмкой задачей. Трудности, возникающие при сопоставлении динамических и геометрических размеров частиц неправильной формы, могут быть преодолены путем замены реальных частиц близкими по форме эллипсоидами, динамические свойства которых известны. В случае если известны диаметры частицы: стоксовский ds(r.e. диаметр шара с той же скоростью оседания), эквивалентный dv(r.e. диаметр шара с объемом, равным объему частицы) и проекционной dP(r.e. диаметр круга с площадью, равной площади проекции частицы), возможно рассчитать размеры эквивалентного эллипсоида и определить коэффициент формы. Величины стоксовского (седиментационного) и эквивалентного диаметра совпадают лишь в случае шарообразной частицы, причём различие возрастает по мере уменьшения коэффициента сферичности частицы, равного отношению поверхности шара с объёмом, равным объёму данной частицы, к её поверхности. Поэтому в качестве коэффициента формы частицы представляется возможным использовать коэффициент её сферичности. Однако на практике вычислить подобным образом определённый коэффициент сферичности Затруднительно. При проведении практических расчётов коэффициент формы частицы определяется как отношение её эквивалентного диаметра к максимальному. Подобный подход даёт незначительную с практической точки зрения погрешность. Учитывая сказанное выше и используя зависимость (3.3) имеем: 61 Ц2= Р _ (34) или: u=SFt e-5 Рассчитать скорость оседания U используя только зависимость (3.5) невозможно, в виду того, что коэффициент сопротивления частицы с, является функцией данной величины. Однако величину с достаточной для практических расчетов точностью можно определить на основании ряда эмпирических зависимостей. Например по формуле Барбуха, полученной путем кусочного аппроксимирования: C, = ARen (3.6) при Re l А = 25,6 п = \. при l Re 2 ,4 = 26,3 /7 = 0,8. Таким образом, принимается допущение что коэффициент С, зависит от числа Рейнольдса и является постоянным по результатам эмпирического осреднения для частиц определенного размера. Для пыли кирпичного производства определено число Рейнольдса, значения которого приведены в табличном виде:
Разработка схем компоновки установок обеспыливания
Как было отмечено в первой главе, производство силикатного кирпича характеризуется значительными пылевыделениями от технологического оборудования практически на всех этапах производственного цикла. Кроме того, пыль, выделяющаяся в процессе производства содержит значительное количество мелкодисперсных частиц, улавливание которых тканевыми фильтрами и аппаратами мокрой очистки затруднено в силу ряда специфических свойств пыли, в частности - высокой адгезионной способности. В силу вышеперечисленных причин принято решение совершенствовать существующие системы пылеулавливания, основным оборудованием которых являются инерционные пылеуловители циклонного типа, или более совершенные пылеуловители на встречных закрученных потоках типа ВЗП.
Ниже приведены компоновочные схемы установок пылеулавливания, предназначенных для очистки пылегазовых выбросов сушильных печей и сушильных барабанов (основное технологическое оборудование кирпичного производства).
Схема системы пылеулавливания, показанная на рис. 4.1, защищена патентом на полезную модель № 55647 [99] и внедрена при реконструкции системы аспирации, обслуживающей сучильный барабан в производстве силикатного кирпича на ОАО «Михайловский завод силикатных изделий».
Система пылеулавливания работает следующим образом. В начальный период работы системы заслонки 14, 16 и 18 находятся в закрытом состоянии. Очищаемый газ от источника 1 поступает вентилятором 2 направляется на тангенциальный входной патрубок 7 первого пылеуловителя 3 и по трубопроводу через открытую заслонку 15, через боковой патрубок 22 и выходной патрубок 24 эжектора 21 поступает на входной завихритель 8 пылеуловителя 3. Очищенный в первом пылеуловителе 3 газ выбрасывается в атмосферу через осевой выходной патрубок 11, а выделившаяся пыль оседает в бункере 6. После того, как начинает заполняться бункер 6 пылеуловителя 3, заслонки 14, 16 и 18 открывают.
Из бункера 6 первого пылеуловителя 3 осуществляется отсос пылегазовой смеси. По патрубку 20, снабженному заслонкой 18, пылегазовая смесь поступает на тангенциальный входной патрубок 7 второго пылеуловителя 4 и по трубопроводу, снабженному заслонкой 17, пылегазовая смесь поступает во входной завихритель 8, размещенный во втором патрубке 9 второго пылеуловителя 4. Из осевого выходного патрубка 11 пылеуловителя 4 прошедший очистку газ по воздуховоду 19 подается через тангенциальный ввод во входную камеру 26 разделителя-концентратора 25.
Из разделителя-концентратора 25 выходят два потока: из осевой трубы 29 - газ с пониженной концентрацией пыли, из бокового патрубка 28, размещенного на поверхности вихревой цилиндрической камеры 27, - газ с повышенной концентрацией пыли. Боковой патрубок 28 разделителя-концентратора 25 воздуховодом, снабженным заслонкой 14, подключен к воздуховоду подачи очищаемого газа от источника 1 на вход вентилятора 2. После вентилятора 2 поток разделяется на две части, одна из которых поступает в тангенциальный патрубок 7 пылеуловителя 3, а вторая часть потока газа по воздуховоду, снабженному заслонкой 15, подается в боковой патрубок 22 эжектора 21. Поток газа с меньшей концентрацией пыли из осевой трубы 29 по воздуховоду, снабженному заслонкой 16, поступает на входной патрубок 22 эжектора 21. Таким образом, потоки газа с различной концентрацией пыли смешиваются в эжекторе и далее смешанный поток эжектируется на входной завихритель 8 пылеуловителя 3. Заслонками 14-16 регулируется соотношение расходов потоков газа, подаваемых на два входа пылеуловителя 3. При помощи заслонок 14, 16, 18 осуществляют подключение и отключение разделителя-концентратора 25 и второго пылеуловителя 4.
Предложенная системы очистки запыленного газа позволяет в разделителе-концентраторе (рис. 4.2) получить два потока газа с разной концентрацией частиц пыли. Причем при этом происходит укрупнение высокодисперсных частиц,. Эти потоки направляются в первый пылеотделитель 3 таким образом, что через тангенциальный входной патрубок 7 поступает поток газа с большей концентрацией пыли и движется по винтовой линии вниз. Инжектируемый поток газа с меньшей концентрацией пыли через входной завихритель 8, размещенный в патрубке 9, поступает в корпус 6 пылеуловителя 3, и движется вверх по винтовой линии с меньшим радиусом закрутки, чем поступивший через тангенциальный патрубок 7 поток, т.е. его движение происходит вблизи оси пылеуловителя 3. При этом направление вращения двух потоков совпадает. Под действием центробежных сил и при положительном воздействии указанного восходящего потока происходит эффективное отделение из введенного через входной завихритель потока частиц пыли, отбрасываемых на стенки корпуса 5 пылеуловителя 3, которые далее под действием сил тяжести падают в бункер для сбора пыли 6.
Организация отсоса пылегазовой смеси, преимущественно из верхней части бункера 6 первого пылеуловителя 3, способствует увеличению разрежения в нем, что позволяет интенсифицировать процессы укрупнения высокодисперсных частиц пыли их отбрасывания к стенкам корпуса 5, и увеличить скорость осаждения пыли в бункер 6. Таким образом, дополнительное разрежение в пылеуловителе 3 за счет организации отсоса пылегазовой смеси из бункерной зоны повышает эффективность и надежность его работы. Организованный из бункера пылеуловителя 3 отсос пылегазовой смеси и ее возврат на повторную очистку обеспечивает снижение потерь улавливаемого материала, в том числе мелкодисперсной пыли.
