Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. цель и задачи исследования 9
1.1. Эффективность аспирациоипых ппевмотранснортных систем деревообрабатывающих производств 9
1.2. Анализ способов регенерации запыленных тканей фильтровальных рукавов 10
1.3. Анализ конструкций рукавных фильтров с обратной посекционной продувкой рукавов через продувочный коллектор 17
1.4. Новая концепция разработки рециркуляционного рукавного фильтра с обратной посекционной продувкой рукавов 25
1.6. Цель и задачи исследований 32
2. Теоретические исследования по обоснованию структуры и параметров рециркуляционного фильтра для деревообрабатывающих производств 34
2.1. Основы экономически направленного конструирования рециркуляционного рукавного фильтра 34
2.2. Обоснование эффективности очистки воздуха в рециркуляционном рукавном фильтре по критерию полезной отдачи фильтра 40
2.3. Обоснование целесообразности увеличения числа ступеней очистки воздуха в рециркуляционных рукавных фильтрах 46
2.4. Обоснование конструкции каркаса для фильтровальных рукавов и диаметра рукавов по критерию расхода материалов 54
2.5. Обоснование параметров технологического вентилятора шеетисекционного рукавного фильтра с обратной посекционной продувкой рукавов очищенным воздухом и двумя фильтровальными перегородками 72
2.6. Обоснование числа рукавных секций и фильтровальных рукавов в рециркуляционном рукавном фильтре но стоимостному показателю 81
2.7. Аэродинамический расчет рециркуляционного рукавного фильтра с трехступенчатой очисткой воздуха 84
2.8. Обоснование перепада давлений на фильтровальной перегородке в режиме фильтрации рециркуляционного рукавного фильтра 95
2.9. Закономерности формирования пылевого слоя на ткани рукавов в рециркуляционных фильтрах с двумя фильтровальными перегородками... 103
3. Разработка конструкции рециркуляционного фильтра для трехступенчатой очистки воздуха от древесной шлифовальной пыли 129
3.1. Конструкция рециркуляционного рукавного фильтра для трехступенчатой очистки воздуха с электромеханической системой управления клапанами 129
3.2. Улучшение энергопоказателей рециркуляционного рукавного фильтра 138
3.3. Расчет электромеханической системы управления клапанами рециркуляционного рукавного фильтра 145
3.4. Технические решения по взрывобезопасному исполнению рециркуляционного рукавного фильтра 150
3.5. Конструктивные показатели и расчетные параметры рециркуляционного рукавного фильтра 155
3.6. Выводы 158
4. Эксплуатационная эффективность рециркуляци онного фильтра для деревообрабатывающих производств с энергосберегающей очисткой воздуха 160
4.1. Исходные материалы и их харакгеристика 160
4.2. Создание опытного промышленного рециркуляционного фильтра для трехступенчатой очистки воздуха от древесной ныли 161
4.3. Результаты испытаний опытного промышленного образца рециркуляционного фильтра для трехступенчатой очистки воздуха от древесной шлифовальной пыли 163
4.4. Анализ схем рециркуляционных рукавных фильтров при их работе на древесной стружке - отходах 169
4.5. Расчет сравнительной экономической эффективности разрабатываемого и базового вариантов 175
4.6. Выводы 184
Основные выводы и рекомендации 186
Библиографический список 189
Приложения Т. 2
- Анализ способов регенерации запыленных тканей фильтровальных рукавов
- Обоснование эффективности очистки воздуха в рециркуляционном рукавном фильтре по критерию полезной отдачи фильтра
- Улучшение энергопоказателей рециркуляционного рукавного фильтра
- Создание опытного промышленного рециркуляционного фильтра для трехступенчатой очистки воздуха от древесной ныли
Введение к работе
Актуальность темы
Рециркуляционные рукавные фильтры (РРФ) являются основным оборудованием, определяющим эффективность работы аспирационных пневмотрапс-портных систем с рециркуляцией воздуха в цех (АСПТС РВ). Применение РРФ вместо циклонов, осуществляющих выброс отработавшего воздуха в атмосферу, обеспечивает значительное сокращение пылевых выбросов круглогодично и уменьшение теплопотерь в цехах в холодный период года. Большинство РРФ, применяемых в настоящее время в АСПТС РВ деревообрабатывающих предприятий России, характеризуются следующим: имеют одну ступень очистки загрязненного воздуха, односекциоиное исполнение с креплением рукавов па трубной решетке внутри корпуса фильтра, а таюке регенерацию рабочей ткани фильтра путем механического встряхивания его рукавов и работают в режиме «под давлением».
Одна ступень очистки воздуха в фильтровальных рукавах обеспечивает сравнительно низкий коэффициент очистки г] = 0,999 и высокий коэффициент проскока пыли через фильтр є = 0,001.
Это не позволяет по санитарным нормам уменьшить производительность систем приточной L„p и общеобменной вытяжной В,,1Т вентиляции до минимально допустимого значения /,пр = вмт =0,1 /,дс2 (где Lacs- суммарная производительность вентиляторов АСПТС РВ в цехе) и очищать воздух с концентрацией пыли в нем более Q = 1800 мг/м3.
Таким образом, одна ступень очистки загрязненного воздуха в фильтре не позволяет очищать воздух от древесной шлифовальной иьши цехов белого шлифования и шлифования фанеры с концентрацией пыли в очищаемом воздухе Сі = 3000 мг/м3 и является значительным препятствием для максимального снижения затрат тепла на нагрев приточного воздуха, подаваемого в цеха в холодный период года.
При отыскании и замене в описанном РРФ неисправного рукава необходимо останавливать вентилятор фильтра и подключенное к фильтру деревообрабатывающее оборудование, что приводит к снижению полезной отдачи от использования фильтра. Такая конструкция фильтра вызывает также большие эксплуатационные затраты: приходится демонтировать некоторую часть рукавов, для того чтобы обеспечить доступ - через инспекционную дверь корпуса - к крепле-ниям неисправного рукава.
Для осуществления регенерации рабочей ткани фильтра путем механического встряхивания его рукавов также требуется выключить вентилятор фильтра и остановить подключенное к фильтру деревообрабатывающее оборудование. Режим работы фильтров «под давлением» предусматривает установку перед фильтрами пылевых вентиляторов. Однако вентиляторы, уста-
новлеппые в ЛСПТС РВ перед фильтрами, являются очагами ценообразования и повышают пожароопасность фильтров при их работе па взрывоопасной древесной шлифовальной пыли. Это не позволяет использовать режим работы фильтров «под давлением» для очистки воздуха от древесной шлифовальной пыли.
Применяемый в некоторых РРФ способ регенерации рукавов импульсной продувкой требует наличия дорогостоящей станции подготовки сжатого воздуха до 10-го класса по ГОСТ 17433-80. При отсутствии указанной станции подготовки сжатого воздуха на поверхности фильтровальных рукавов выпадает конденсат, который увлажняет фильтровальную ткань и способствует налипанию на ткани пыли, что ухудшает качество регенерации ткани, увеличивает сопротивление фильтра, энергозатраты на очистку и уменьшает полезную отдачу от использования фильтра.
Разработка эффективного РРФ для работы па открытых площадках деревообрабатывающих производств с обоснованием метода регенерации фильтровальной ткани, рациональных параметров и консгрукции является актуальной научно-технической задачей.
Цель работы - повышение эксплуатационной эффективности очистки воздуха от древесной пыли путем обоснования структуры и параметров рециркуляционного фильтра для деревообрабатывающих производств на основе энергосберегающей очистки воздуха.
Объекты исследований: процессы очистки воздуха от древесной шлифовальной пыли, регенерации фильтровальной ткани обратной посекционной продувкой рукавов очищенным воздухом и опытный промышленный образец рециркуляционного фильтра с трехступенчатой очисткой воздуха.
Научная новизна работы. Разработаны: математическая модель энергосберегающей эффективности очистки воздуха в РРФ, позволяющая при заданной концентрации пыли в очищаемом воздухе обосновать необходимое число ступеней очистки; математическая модель продолжительности режима фильтрации между периодами регенерации фильтрующих рукавов с учетом факторов формирования пылевого слоя на рукавах; математическая модель параметра сопротивления слоя древесной пыли с учетом динамической вязкости воздуха, коэффициента фильтрации слоя пыли и его уплотнения от перепада давлений; методы исследования расхода фильтровальной ткани с учетом конструкции каркаса, диаметра рукавов и числа рукавных секций, расхода энергоносителя в РРФ с учетом способа продувки рукавов очищенным воздухом, эксплуатационных затрат на обслуживание системы управления клапанами рукавных секций с учетом ее типа, системы обнаружения и замены неисправных рукавов; научно-обоснованные рекомендации по обеспечению пожаровзрывобезопасности РРФ, позволяющие получить макси-
малыш возможное снижение расхода энергоносителя в системах приточной и вытяжной вентиляции цеха, при очистке воздуха в РРФ, обосновать структуру и параметры РРФ с энергосберегающей трехступенчатой очисткой воздуха в одном корпусе и сниженными эксплуатационными затратами на обслуживание для цеха белого шлифования.
Научная новизна рукавного фильтра с трехступенчатой очисткой воздуха от механических примесей, имеющего электропнев мати ческу го и электромеханическую системы управления клапанами подтверждена двумя патентами па изобретения № 2173207 и № 2202401.
Значимость для теории и практики.
Для теории имеют значение:
математическая модель энергосберегающей эффективности очистки воздуха в РРФ, позволяющая при заданной концентрации пыли в очищаемом воздухе перед фильтром обосновать необходимое число ступеней очистки;
математическая модель продолжительности режима фильтрации между периодами регенерации фильтрующих рукавов с учетом факторов формирования пылевого слоя на рукавах;
математическая модель параметра сопротивления слоя древесной пыли с учетом динамической вязкости воздуха, коэффициента фильтрации слоя пыли и его уплотнения от перепада давлений;
аэродинамический расчет РРФ с трехступенчатой очисткой воздуха, позволяющий определить сопротивление фильтра в расчетном режиме;
- характеристические кривые изменения производительности и давления
технологического вентилятора в трех режимах работы РРФ (фильтрации, регене
рации, ремонта) для двух способов обратной посекционной продувки рукавов
очищенным воздухом с рабочими зонами запыления фильтровальных перегоро
док, позволяющие определять значения производительности и давления вентиля
тора в расчетном режиме определения мощности двигателя вентилятора.
Для практики имеют значение:
рекомендации для повышения технического уровня и эффективности работы РРФ (снижения расхода энергоносителя в системах приточной и вытяжной вентиляции цеха, очистки воздуха в РРФ, эксплуатационных затрат на обслуживание системы управления клапанами рукавных секций и системы обнаружения и замены неисправных рукавов, обеспечения взрывобезо-пасности РРФ);
энергосберегающая очистка воздуха в РРФ, созданная на основе применения принципиально новых методов и технических средств;
технические решения, защищенные тремя патентами на изобретения, и созданный на их основе опытный промышленный образец РРФ с трехступенчатой очисткой воздуха в одном корпусе; положительные результаты заводских испытаний фильтра.
Научные положении, выносимые на защиту.
1. Энергосберегающая расчетная эффективность очистки воздуха в РРФ,
обеспечивающая при заданной концентрации пыли в очищаемом воздухе мини
мально допустимую по санитарным нормам производительность системы при
точной вентиляции, позволяющая получить в системах приточной и вытяжной
вентиляции минимальный расход энергоносителя и обосновать необходимое
число ступеней очистки воздуха в РРФ.
2. Трехступенчатая очистка воздуха в РРФ (жалюзийная решетка,
фильтрующие рукава, панель воздушных ячейковых карманных фильтров
типа ФЯК) с эффективностью 99,9956%, основанной на энергосберегающей
расчетной эффективности очистки воздуха 99,986%, полученной при кон
центрации пыли в очищаемом воздухе, равной 3000 мг / м3, позволяющая по
сравнению с очисткой воздуха в циклонах получить для цеха белого шлифо
вания максимально возможное десятикратное снижение расхода энергоноси
теля в системе приточной вентиляции и уменьшение пылевых выбросов в
атмосферу в 480 раз.
Энергосберегающий способ регенерации фильтрующих рукавов обратной посекционной продувкой очищенным воздухом, обеспечивающий по сравнению с зависимым от технологического вентилятора способом регенерации рукавов, уменьшение производительности, давления вентилятора в расчетном режиме и частоты вращения рабочего колеса за счет устранения пропускания продувочного воздуха через вентилятор, позволяющий снизить расход энергоносителя на очистку воздуха в РРФ па 25%.
Электромеханическая система управления клапанами регенерации фильтрующих рукавов обратной посекционной продувкой очищенным воздухом посредством однооборотного кулачкового вала с редукториым приводом, основанная па подвижном размещении на толкателях шаровых опор с верхним и нижним тарельчатыми клапанами и пружин сжатия между пи-ми, па создании кулачков с внутренним вогнутым рабочим профилем, имеющим зоны разрыва и подъема толкателя в исходное положение, на угловом смещении кулачков на валу, обеспечивающая заданный алгоритм последовательной регенерации рукавных секций без применения электросхемы, позволяющая по сравнению с электропневматической системой управления клапанами снизить стоимость системы и эксплуатационные затраты на ее обслуживание.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научно-техническом совете ЗЛО «Институт ПРОЕКТГАЗООЧИСТКА» (г. Санкт-Петербург, 2004 г.), на техническом совете ОЛО «Приозерский мебельно-дерсвообрабатывающий комбинат» (г. При-озерск), на научно-технических конференциях Санкт-Петербургской лесотехпи-
ческой академии (1999-2004 гг.), на международной конференции «Воздух' 2004» (Научно-технические, социальные и экономические проблемы воздушной среды, Санкт-Петербург 10 июня 2004 года).
Реализация работы. Основные результаты внедрены на АО «Ташкент-мебель» и применены в учебном процессе кафедры теории механизмов, деталей машин и подъемно-транспортных устройств Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии по курсу «Пневмотранспорт деревообрабатывающих предприятий». Рабочая документация на опытный образец промышленного рециркуляционного фильтра передана ЗЛО «ИНСТИТУТ ПРОЕКТГАЗООЧИСТКЛ» для проектирования серийного образца фильтра для деревообрабатывающих производств.
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 19 статьях и 3-х патентах на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, выводов и рекомендаций, библиографического списка литературы и приложений. Общий объем работы 193 с, из них 149 с. машинописного текста, 57 рисунков, 33 таблицы, 125 с приложений. Список литературы включает 71 наименование.
Анализ способов регенерации запыленных тканей фильтровальных рукавов
Существуют следующие способы регенерации запыленных тканей фильтровальных рукавов [29, 56]: 1. Механическое встряхивание путем: а) покачивания верхних концов рукавов в горизонтальном направлении; б) ослабления и натяжения рукава в вертикальном направлении; в) вибрации; г) реверсивного кручения верхних концов рукавов; д) центробежной регенерации (вращения секции рукавов). 2. Аэродинамическое встряхивание (импульсная продувка сжатым воздухом каждого рукава через эжектор или всей рукавной секции). 3. Обратная посекционная продувка рукавов: а) через продувочный коллектор: - атмосферным воздухом; - очищенным в фильтре воздухом; б) через отсасывающий коллектор; в) через подвижное продувочное устройство, перемещающееся в двух направлениях. 4. Обратная продувка очищенным воздухом односекционного фильтра: а) через вращающееся продувочное устройство; б) вращающегося фильтра через отсасывающий приемник. 5. Механическое встряхивание в сочетании с обратной посекционной продувкой (комбинированная регенерация). б. Струйная обратная продувка рукавов через подвижное полое кольцо со щелыо, плотно охватывающее рукав: а) воздухом поступающим от высоконапорного вентилятора; б) сжатым воздухом. На рис. 1.1 [29J приведены схемы фильтров с различными способами регенерации гибких и жестких фильтровальпых перегородок. В производственных условиях широко используются фильтры с регенерацией путем обратной посекционной, импульсной и струйной продувки.
Обратная посекционная продувка (рис. 1.1, а) производится воздухом или очищенным газом под действием небольшой (до 5 кПа) разности давлений со средней скоростью продувки фильтровальной ткани 0,6-1,5 м/мин в зависимости от пористости ткани. Для высокопористых тканей принимают меньшие значения скорости продувки. Перед началом обратной продувки процесс фильтрования в регенерируемой секции рукавов прекращается. При этом давление, прижимающее слой пыли к фильтровальному материалу, падает до пуля.
Продолжительность обратной продувки обычно составляет:- для фильтров с высотой рукавов 8-Ю м = 20-25 с, а при меньшей высоте рукавов = 10-15 с. Увеличение времени обратной продувки выше указанного не снижает гидравлического сопротивления запыленной ткани, но увеличивает энергетические затраты и проскок пыли.
В процессе обратной продувки гибких перегородок всегда возникают деформации, вызывающие сдвиги пылевого слоя и способствующие его отделению. Поэтому для регенерации обычно требуются невысокие перепады давлений. В рукавных фильтрах, улавливающих пыль с медианным размером частиц 3-15 мкм, принимают перепад давлений на перегородке в пределах 500-1000 Па.
Для устранения явления коллапса («схлапывания рукавов») во время обратной продувки рукава снабжают распорными кольцами.
На рис. 1.2 [29] приведены варианты технологических схем фильтровальных установок с регенерацией способом обратной посекционной продувки. Фильтровальные установки могут работать как под избыточным давлением (рис. 1.2, а,б,в,г), так и под разрежением (рис. 1.2, д,е,ж,з). Недостатками установок, работающих под давлением, являются быстрый износ лопаток рабочего колеса основного вентилятора, пропускающего через себя крупные фракции
материала и невозможность применения фильтров для очистки воздуха от шлифовальной пыли из-за большой пожароо нас пости. В установках, работающих под разрежением, наиболее распространенным методом регенерации является обратная посекционная продувка рукавов через продувочный коллектор: атмосферным воздухом (рис. 1.2,д,з); очищенным в фильтре воздухом (рис. 1.2,е). Менее распространенным методом регенерации является обратная посекционная продувка рукавов через отсасывающий коллектор (рис. 1.2,ж) в результате быстрого износа лопаток рабочего колеса продувочного вентилятора.
Недостатком метода регенерации обратной посекционной продувки рукавов через продувочный коллектор является необходимость наличия индивидуально управляемых клапанов рукавных секций с помощью пневмоцилиндров, что усложняет электрическую схему управления работой многосекционного фильтра.
Недостатком метода регенерации обратной.посекционной продувки рукавов воздухом через подвижное устройство [71], перемещающееся в двух направлениях, является сложность подвижного продувочного устройства, имеющего стационарно установленный продувочный вентилятор.
В некоторых зарубежных аппаратах обратная продувка осуществляется из медленно вращающихся сопел над фильтровальными рукавами (рис. 1.3) [29].
Здесь очищенный поток газа проходит через фильтровальные рукава, надетые на каркасы. При этом для обратной продувки часть очищенного газа засасывается вентилятором 4 и через центральный газоход подается к вращающимся соплам 6. В аппаратах одной из фирм ФРГ сопла вращаются с частотой 4-8 об/мин.
Недостатками аппаратов являются:1) сложность конструкции вращающегося продувочного механизма;2) невозможность втраивания в аппарат второй ступени очистки в виде воздушного ячейкового фильтра.
Известен также метод регенерации путем обратной продувки вращающейся секции рукавов очищенным воздухом [63]. Однако этот метод в результате конструктивной сложности может приметіться только для фильтров малой производительности и для рукавов малой длины (до 3 м).
Особенностью способа регенерации импульсной продувки (рис. 1.1,6) является кратковременность процесса обратной продувки и относительно высокое избыточное давление внутри фильтровального элемента, под действием которого происходят интенсивная деформация гибкой фильтровальной перегородки и отделение пыли. Продолжительность импульсной продувки обычно составляет: в рукавах длиной 2-3 м 0,1-0,2 с, в рукавах высотой 6-8 м = 0,4-0,5 с.
Во время регенерации подача воздуха на фильтровальные элементы не прекращается. Импульсная продувка осуществляется струей сжатого воздуха, которая, выходя из сопла, проходит через эжектор в виде трубки Вентури и увлекает за собой очищенный газ, создавая внутри рукава повышенное давление. Под дейсгвием перепада давлений рукава, надетые на проволочные каркасы, раздуваются, деформируя пылевой слой, который отделяется от ткани в виде агломератов. Высокая скорость нарастания давления внутри рукава вызывает значительные ускорения и вибрацию ткани, которые способствуют отделению пыли, находящейся внутри ткани. Расход сжатого воздуха не превышает 0,1-0,2% объема очищаемых газов.
Недостатками способа регенерации импульсной продувки являются:1. Необходимость наличия дорогостоящей станции очистки сжатого воздуха до 10-го клсса по ГОСТ 17433-80.2. Фильтры с импульсной продувкой могут работать только в отапливаемом помещении.3. Максимальная длина рукава при одном эжекторе 3 м, что увеличивает занимаемую фильтром площадь.
Особенностью способа регенерации путем струйной продувки рукавов (рис. 1.1,в) является локальное действие струи продувочного воздуха, в то время как на большей части рукава протекает процесс фильтрования. Подача продувочного воздуха осуществляется через подвижное полое кольцо, плотно охватывающее рукав. Сжатый воздух поступает к подвижному кольцу через гибкий шланг или телескопические трубы. Продувка осуществляется через кольцеобразную щель со скоростью 10-60 м/с. Пыль отделяется от рукава в результате совместного воздействия струи продувочного воздуха и деформации рукава движущимся кольцом. Интенсивная регенерация позволяет использовать в качестве фильтровального материала двухслойные ворсованные ткани, тяжелые нетканые материалы (войлоки, обеспечивающие высокую эффективность улавливания при высоких скоростях фильтрования (2-6 м/мин). Гидравлическое сопротивление в фильтрах со струйной продувкой в значительной степени зависит от отношения времени обратной продувки ко времени фильт ровапил. Наиболее низкое гидравлическое сопротивление наблюдается, когда это отношение близко к 1. Количество компремированного воздуха, затрачиваемого на струйную продувку, значительно превышает его расход при импульсной продувке и обычно составляет 1-6% объема очищаемого газа.
Недостатками способа регенерации путем струйной продувки рукавов являются:1. Необходимость наличия станции очистки сжатого воздуха до 10-го класса по ГОСТ 17433-80 или наличия специального продувочного вентилятора высокого давления.2. Повышенный износ фильтровальной ткани рукавов в результате трения подвижных полых колец о поверхность рукавов.
Рис. 1.4. Способы встряхивания рукава [56]:а - встряхивание в горизонтальном направлении; б - ослаблениеи натяжение рукава в вертикальном направлении; в - вибрация
Механическое встряхивание закрепленных на общей рамс закрытых сверху рукавов эффективнее в вертикальном направлении (рис. 1.4,6), т.е. вниз - вверх, но при этом сильно изнашиваются рукава, особенно в нижней части. Колебательные быстрые перемещения верхних частей рукавов в горизонтальном направлении (рис. 1.4,а) вызывают меньший износ, по они и менее эффективны, так как колебания слабо распространяются вниз по длине рукавов. Существенное влияние на отделение пыли от фильтровальных рукавов оказывают: амплитуда колебаний и частота циклов встряхивания в минуту. Уменьшение амплитуды колебаний до 6 мм снижает отделение пыли и вызывает необходимость увеличивать число циклов встряхивания до 1400 колебаний в минуту. Встряхивание рукавов производят, прерывая процесс фильтрования путем отключения поступающего в секцию потока, что является недостатком, т.к. при этом прекращается работа станков. Пылевой слой удаляется неравномерно по длине рукава; обычно в средней части рукавов остается больше пыли, что вызывает неравномерное распределение скоростей газов и более быстрое изнашивание тех мест, где интенсивнее происходит процесс регенерации в верхней и нижней частях.
Обоснование эффективности очистки воздуха в рециркуляционном рукавном фильтре по критерию полезной отдачи фильтра
Максимальную полезную отдачу от рециркуляционного рукавного фильтра (РРФ) можно получить за счет существенного повышения эффективности очистки, которая позволит довести производительность камер приточной Llip и общеобменной вытяжной вентиляции L„,,n до минимально допустимого значения по санитарным нормам [53], т.е. Lnp = ІІШТ - 0,1 LACS [I0J (где LACx - суммарная производительность вентиляторов ЛСПТС РВ, установленных в цехе).
Это позволит по сравнению с циклонами, выбрасывающими отработавший воздух в атмосферу, получить экономию затрат:- на нагрев приточного воздуха в холодный период года в размере 90%;- на очистку и организованную подачу приточного воздуха в цех круглогодично в размере 90 %;- па оплату пылевых выбросов в атмосферу в связи с их сокращением в 480 раз.
Для определения суммарной эффективности очистки воздуха в фильтре rj0 необходимо иметь зависимость расхода приточного воздуха Lnp от: суммарного расхода воздуха ЛС всеми АСПТС РВ; концентрации ныли в очищаемом воз духе С (мг/м ), концентрации пыли в очищенном воздухе С2 (мг/м3), процента пыли, оседающего па полу, станках и степах п%, Lnp = F (ідеї . С\ Съ п).
Затем принять в этой зависимости Lup = 0,1 ДСЕ И С2 =Cjei 23 (где 61,2,3 -коэффициент проскока пыли через фильтр) и решить се относительно єі,2,з . Учитывая, что Єі,2.з =(1- т]і.2.з)} затем найти г0 = 100 т]1і2,з (где Гі 2.з — суммарный коэффициент очистки воздуха в фильтре).
Для цехов, в которых отсутствуют избытки явной теплоты [22; 53] и влагив холодный период года (явные тепловыделения в цеху от различных источников значительно меньше теплопотерь через ограждения), расход приточногоо воздуха пр (м3/ч), согласно приложениям 17, 19 [53], следует определять из ус ловия удаления массы выделяющихся вредных веществ (пыли) и принимать не менее 10% от общего воздухообмена.
Однако, зависимость для определения L„p из условия удаления массы выделяющихся вредных веществ, приведенная в [53j, не пригодна для цехов, оснащенных АСПТС с рециркуляцией воздуха в цех, так как составлена с учетом 100%-ного выброса в атмосферу воздуха, удаляемого из цеха системами местных отсосов, а также не учитывает процент пыли, оседающий на стайках, степах и полу цеха, и процент подсоса наружного воздуха через фильтры, работающие под разрежением. Поэтому определим зависимость для производительности Lnp на основе рассмотрения уравнения баланса количества поступающей (тп), удаляемой (ту) и остающейся в цехе пыли (т0), которое имеет вид
С учетом источников поступления и способов удаления пыли из цеха уравнение (2.4) может быть представлено в видегде 0,01л - коэффициент, учитывающий, что п % пыли, поступающей в цех, оседает на стенах и не может быть удален из цеха через местные отсосы и систему общеобменной вытяжной вентиляции. Значение п (%) определяется индивидуально для каждого конкретного цеха и зависит от следующих условий:- в какой зоне цеха (верхней или нижней) установлены воздухораспределители рециркулирусмого в цех воздуха;- из какой нерабочей зоны цеха (верхней, нижней или верхней и нижней) происходит отбор воздуха системой вытяжной общеобменпой вентиляции;/из, т , ІПТ - количество пыли, поступающее в цех, соответственно, из приемников станков, приточной системы и рециркуляционного воздуховода, мг/ч;% т т$ - количество пыли, удаляемое их цеха, соответственно, системой обще обменной вытяжной вентиляции и местными отсосами (приемниками станков), мг/ч.
Уравнение воздушного баланса в цехе из условия удаления из цеха (100-«)% поступающей в пего пылн примет вид подсоса цехового и наружного воздуха, м3/ч;пр. івьст- производительность систем приточной и вытяжной общеобменной вентиляции, м3/ч; С2 выброс пыли из приемников станков, мг/м ; C$tCt- концентрация пыли в воздухе рабочей зоны и за ее пределами, мг/м3; С5 = ПДКр, = 6 мг/м3 [53], С4 = 5 мг/м3 (по данным АО "Нева"); С6, С7 - концентрация пыли в воздухе, поступающем в цех из приточной камеры и рециркуляционного воздуховода, мг/м3; 0,9- коэффициент, учитывающий 10%-ный подсос воздуха от приемников станков до вентиляторов систем ЛСПТС. В данном расчете в каждой АСПТС используется 6-секционный РРФ, работающий под разрежением [67]. Каждая секция имеет наверху люк для замены неисправных рукавов. Регенерация фильтровальной ткани осуществляется путем обратной посекционной продувки рукавов очищенным воздухом. Фильтр имеет подсос наружного воздуха в вентилятор, равный 2,5% (2% - через нижнюю часть бункера и 0,5% - через верхнюю часть фильтра). Для уменьшения подсоса наружного воздуха через верхнюю часть до 0,5% над каждым фильтром установлена герметичная камера обслуживания с одной дверью.
С учетом подсоса наружного воздуха в фильтры систем АСПТС, равного 2,5% LACz- производительность камеры общеобменной вытяжной вентиляции определится из выражениягде iBhrT - производительность камеры общеобменной вытяжной вентиляции, м3/ч; 0,025 - коэффициент, учитывающий 2,5%-ный подсос наружного воздуха в фильтры.После подстановки (2.7) в (2.6) имеем
Для удобства пользования выражением (2.9) уменьшим число параметров в нем, т.е. преобразуем его, как пр = f(LACL,Ci,C2,n). Для этого вначале выразимфильтровальными рукавами, мосле рукавов, мг/м3;C„x - концентрация ныли в наружном воздухе на входе в систему приточного воздуха, мг/м . Значение Сз определим из выражения для вычисления коэффициента улавливания пыли приемниками станков гмр.Ппр = (1-С3/С11р); С3=Спр(1-Ппр); при этом С1р = l,095Ci,где 1,095 — коэффициент, учитывающий подсос воздуха через неплотности соединения трубопроводов и через бункер фильтра, равный 9,5% (7,5% до фильтра и 2% через уплотнения бункера).
Значение Сб определяем из выражения для вычисления коэффициента очистки воздуха в воздушном ячейковом фильтре III класса типа ФЯР или ФЯВ. гіф = (1-С6 /Свх) =0,8 для пылевых частиц крупнее Ш мкм [38].
Отсюда С6 = 0,2СВХ. При Свх = 1,8 мг/м3 С6 = 0,36 мг/м3. Значение С7 определяется с учетом разбавления абсолютного выброса пыли С2 наружным воздухом, подсасываемым в вентилятор через верхнюю частьфильтровС7 = 0,995С2, где 0,995 — коэффициент, учитывающий 0,5% подсоса наружного воздуха через верхнюю часть фильтров.
Улучшение энергопоказателей рециркуляционного рукавного фильтра
Энергопоказатели рециркуляционного рукавного фильтра (РРФ) формируются на стадиях очистки воздуха и централизованного сбора пыли. Основными источниками энергопотребления на указанных стадиях являются: технологический вентилятор рециркуляционного рукавного фильтра и вентилятор замкнутой пневмотранспортной установки для централизованного сбора пыли.
Расчеты, приведенные в разделе 2.5, показали, что РРФ, описанный в разделе 3.1, с номинальной производительностью L = 12000 м3/ч, имеет установленную мощность электродвигателя технологического вентилятора, равную N = 30 кВт, а установленная мощность элекгродвигателя вентилятора замкнутой пневмотранспортной установки для централизованного сбора пыли составляет N = 8,0 кВт.
Ниже приведены конструктивные мероприятия, позволяющие снизить установленную мощность электродвигателей указанных вентиляторов:- для технологического вентилятора фильтра с 30 до 22 кВт, т.е. наДУУф = 8,0 кВт;- для вентилятора ппевмотранспортпой установки централиз о ванного сбора пыли с 8,0 до 4,0 кВт, т.е. на A/Vri7y = 4,0 кВт.
Такое уменьшение мощности электродвигателей для цеха с суммарным расходом воздуха четырьмя аспирациомпыми системами с рециркуляцией воздуха ЛСПТС РВ, равном LACS- 50.000 м3/ч, дает суммарное уменьшение мощности Д/Vs = лДДГф + М = 4 8,0 + 4,0 = 36 кВт/ч.
При двухсменной работе цеха годовая экономия от снижения энергозатрат рециркуляционным рукавным фильтром составитЭг = ANX п Р = 36 4168 - 1,02= 153049 - руб./год или при курсе американского доллара в 31 руб. - 4937$ / год.
Улучшение энергопоказателя технологического вентилятора рециркуляционного рукавного фильтра
Причиной значительного энергопотребления двигателем технологического вентилятора является большое гидравлическое сопротивление шестисекци-онного РРФ, которое вызвано дополнительным пропусканием через технологический вентилятор продувочного воздуха в режиме регенерации. Увеличение производительности технологического вентилятора в режиме регенерации доLB =LB + Lnp = 13200 + 2180 = 15380 м /ч вызывает появление на характеристической кривой технологического вентилятора участка ГЕ (рис. 2.24) и расчетной рабочей точки Е с производительностью LE = 15380 м3/ч и развиваемым давле нием Яв =5100 Па. Увеличенное количество воздуха в режиме регенерации,равное/. = 15380 м3/ч вместо!. = 13200 м3/ч, проходит через: 5 рукавных секций, 5 клапанных отверстий, коллектор очищенного воздуха, а также через панель ячейковых фильтров типа ФЯК, огневые преградитсли, коллекторы переменного сечения, четыре колена, конфузор и воздухораспределитель. При этом возрастают скорости воздушного потока в названных элементах и увеличиваются в них потери давления.
Для уменьшения гидравлического сопротивления фильтра необходимо:1. Ликвидировать пропускание продувочного воздуха через технологический вентилятор в режиме регенерации, что позволит перенести расчетный режим из рабочей точки Е па характеристической кривой вентилятора в точку Г. Это позволит уменьшить скорости воздушного потока в элементах фильтра и их гидравлические сопротивления.2. Увеличить количество рукавных секций с шести до восьми, что увеличит в режиме фильтрации: - количество клапанных отверстий с 5 до 8;- количество фильтровальной ткани, участвующей в фильтрации, с 141,8 до 160 м2 (приложение 4.9).
Значительное снижение гидравлического сопротивления фильтра позволит перенести расчетную точку Е с прежней характеристической кривой вентилятора с частотой вращения его рабочего колеса п = 2040 об/мин в точку Г на другой характеристической кривой вентилятора ел = 1810 об/мин (рис. 3.9) и снизить дав ление, развиваемое вентилятором, в расчетном режиме с Нц = 5100 Па дог- р Г Ї//в - 4100 Па, а производительность вентилятора св = 15380 до LB = 13200 м /ч.
Это позволит уменьшить давление развиваемое вентилятором па 1000 Па и, как следствие, установленную мощность электродвигателя технологического вентилятора с N = 30 до N - 22 кВт.
Для устранения пропускания продувочного воздуха через технологический вентилятор в режиме регенерации сделаны следующие конструктивные изменения в фильтре (рис. 3.10). Панель воздушных ячейковых фильтров установлена горизонтально в промежуточной камере между рукавными секциями под клапанными отверстиями для выхода очищенного воздуха из фильтровальных рукавов с образованием верхней и нижней камер очищенного воздуха. Верхняя камера очищенного воздуха соединена со всасывающим отверстием продувочного вентилятора.
Подключение продувочного вентилятора к верхней камере очищенного воздуха позволяет продувочному вентилятору забирать воздух через семь рукавных секций непосредственно из бункерной части фильтра и продувать им очередную регенерируемую рукавную секцию с образованием замкнутого цикла, не связанного с технологическим вентилятором: коллектор загрязненного воздуха -бункерная часть фильтра - жалюзийная решетка - рукавная секция - клапанная коробка - камера очищенного воздуха - продувочный вентилятор - коллектор продувочного воздуха - клапанная коробка регенерируемой рукавной секции -регенерируемая рукавная секция - бункерная часть фильтра - коллектор загрязненного воздуха. Потери давления, возникающие при прохождении суммарного количества воздуха, очищаемого (LB) и продувочного (Z,np), через семь клапанных отверстий и семь рукавных секций раскладываются на две самостоятельные сети; - сеть местных сопротивлений технологического вентилятора от LB - (ДРкл + Дгтк)т.в1 - сеть местных сопротивлений продувочного вентилятора ОТ Lnp — (ДРкл + Дгтк)Пр_в . Производительность продувочного вентилятора настраивается с помощью дроссельной заслонки. После окончания регенерации всех восьми рукавных секций выключается электродвигатель продувочного вентилятора и управляемая дроссельная заслонка переводится в рабочее положение. При этом продувочный вентилятор отключается от верхней камеры очищенного воздуха. Таким образом, фильтрация загрязненного воздуха производится через все восемь рукавных секций. В приложениях приведены все необходимые расчеты по обоснованию независимой системы регенерации рукавных секций: - расчет гидравлического сопротивления РРФ с независимой системой регенерации и суммарных потерь давления в сети АСПТС РВ в режиме регенерации (прил. 4.2); - расчет гидравлического сопротивления управляемой дроссельной заслонки для перевода режима регенерации на режим фильтрации (прил. 4.2.1); - зависимости II; =/ (Б) в сети АСПТС РВ в режиме фильтрации при ДРп2 = 0и при ДРп2 = 100 Па (прил. 4.2.2, рис. 1, 2); -зависимость Н,-=/(в) в сети АСПТС РВ в режиме регенерации при ДЛіг = 0 (прил. 4.2.2, рис. 3); -зависимость H,=f{LB) в сети АСПТС РВ в ремонтном режиме при АРп2 = 0 (прил. 4.2.2, рис. 4); - расчет времени фильтрации между периодами регенерации в РРФ с неза висимой системой регенерации (прил. 4,2.3). Улучшение энергопоказателя вентилятора ПТУ для централизованного сбора пыли Причиной значительного энергопотребления электродвигателем вентилятора ПТУ для централизованного сбора пыли является большая производигельность вентилятора, которая вызвана раздвоенной схемой транспортного трубопровода. Для уменьшения потерь давления в сети ПТУ необходимо уменьшить производительность вентилятора в 2 раза, устранить раздвоенную схему транспортного трубопровода, сохранив шахматное расположение шлюзовых питалей на трубопроводе. Для этого вентилятор ПТУ для централизованного сбора пыли установлен у циклопа, а транспортный трубопровод проходит под шлюзовыми питателями с разворотом па 180 (рис. 3.11). Расчет пневмотраиспортной установки для централизованного сбора шлифовальной пыли приведен в прил, 4.3. Из проведенных исследований можно сделать следующие заключения; 1. Подключение продувочного вентилятора к верхней камере очищенного воздуха позволило создать независимую систему регенерации фильтровальных рукавов в виде обратной посекционной продувки рукавов очищенным воздухом продувочным вентилятором без пропускания продувочного воздуха через технологический вентилятор. 2. Создание независимой системы регенерации фильтровальных рукавов, а также увеличение количества рукавных секций фильтра с б до 8 и площади фильтрующей поверхности рукавов со 142 до 160 м2 позволило улучшить энергопоказатели фильтра, т.е. снизить установленную мощность электродвигателя технологического вентилятора с 30 до 22 кВт, т.е. на 8 кВт. 3. Новая компоновка транспортного трубопровода замкнутой ПТУ для централизованного сбора пыли позволила снизить установленную мощность электродвигателя вентилятора с 8,0 до 4,0 кВт, т.е. на 4 кВт.
Создание опытного промышленного рециркуляционного фильтра для трехступенчатой очистки воздуха от древесной ныли
Рабочее проектирование опытного образца промышленного рециркуляционного рукавного фильтра (РРФ) с трехступенчатой очисткой воздуха в одном корпусе осуществлялось с учетом справочной литературы [2; 23-24; 26-28; 31-34; 37; 41 13; 46; 48; 51; 52; 55; 59; 60] и полученных патентов [66-68].
При создании опытного промышленного образца РРФ для трехступенчатой очистки воздуха от древесной пыли были поставлены следующие задачи.1. Разработать рабочие чертежи опытного промышленного рециркуляционного 8-секционного рукавного фильтра производительностью L = 12600 м3/ч с трехступенчатой очисткой воздуха, электромеханической системой управлення и независимой от технологического вентилятора системой регенерации рукавных секций.2. Разработать циклограмму автоматического управления РРФ в режимах фильтрации, регенерации и постановки на ремонт.3. Разработать принципиальную и монтажную элсктросхемы автоматического управления РРФ.4. Осуществить авторский надзор за изготовлением и монтажом на При-озерском мебсльно-деревообрабатывающем комбинате РРФ с автоматической системой управления.5. Провести отладку и испытание на Приозерском мебельно-деревообра-батыватощем комбинате опытного промышленного образца РРФ для трехступенчатой очистки воздуха от древесной шлифовальной пыли с автоматической системой управления.
В патенте [68J при закрытии верхним клапаном продувочного отверстия предыдущей рукавной секции одновременно должен закрываться нижний клапан последующей регенерируемой рукавной секции. Однако практически это не происходит, т.к. требуется несколько секунд для выхода рабочей поверхности кулачка последующей рукавной секции из - под ролика толкателя клапанов. При диаметре ролика 0 = 30 мм указанный выход рабочей поверхности кулачка из - под ролика происходит на углу 5. При времени одного оборота кулачкового вала за 220 с поворот кулачка на 5 происходит в течение t = (220с 5) / 360 = 3,05 с. В эти секунды продувочный вентилятор подает очищенный воздух в замкнутый объем продувочного коллектора, т.к. все верхние клапаны рукавных секций закрыты. В результате этого продувочный вентилятор в течение 3,05 с работает в режиме помпажа.
Для повышения стабильности работы продувочного вентилятора при переходе с продувки одной рукавной секции на другую при конструировании электромеханического кулачкового привода клапанов рукавных секций фильтра в отличие от патента [68] осуществлены следующие изменения:1. Угол выхода рабочей поверхности кулачка из под ролика, равный 5, так же как и угол подъема ролика па исходный рабочий профиль кулачка а включен в 360. 2. Угол смещения кулачков относительно друг друга принят равнымср = {360 - 5 - a) I п = (360 - 5 - 23) / 8 = 4Г30 вместо ср = (360 - a) I п == (360-24)/8 = 42в[б8].3. Угол разрыва рабочего профиля кулачка принят равным у = (ф - к + 5) = = (41,5 - 23 + 5) = 2330 вместо у = (q - а) = 42 - 24 = 18 в [68].4. Суммарный угол подъема ролика на исходный рабочий профиль принят равным яр = 2а = 2 23 = 46 вместо гр = 2а = 2 24 = 48 в [68].
Положения восьми кулачков на распределительном валу с углами ср, у, а и углами, характеризующими начало отсчета разрыва рабочего профиля кулачков относительно шпоночного паза, приведены на рис. 1 прил. 5.
Положения кулачков двух соседних рукавных секций на распределительном валу в момент закрытия верхним клапаном продувочного отверстия в предыдущей рукавной секции и одновременного открытия верхнего клапана в последующей рукавной секции при их последовательной регенерации приведены на рис. 2 прил. 5.
Дополнительно в конструкции РРФ по сравнению с патентом [68] произведены следующие изменения:1. С целью упрощения электроехсмы управления механизмами фильтра датчики давления, установленные в клапанных коробках рукавных секций, заменены одним датчиком давления, который обслуживает все клапанные коробки (рис. 1. прил. 7). Обоснование приводится в прил. 6.2. В промежутке между пылеулавливающими камерами под клапанными отверстиями для выхода очищенного воздуха горизонтально установлена панель из шести воздушных ячейковых фильтров типа ФЯК с образованием верхней и нижней камер очищенного воздуха.
Это позволяет по сравнению с патентом [68] устранить в фильтре: коллектор очищенного воздуха, колено и дополнительный коллектор переменного сечения и, как следствие, уменьшить сопротивление фильтра.3. Верхняя камера очищенного воздуха соединена со всасывающим отверстием продувочного вентилятора.4. В рециркуляционный воздухопровод фильтра вмонтирован сообщающийся с атмосферой тройник, который снабжен управляемой поворотной заслонкой с исполнительным механизмом МЭО, позволяющей осуществлять выброс воздуха из фильтра в атмосферу па время замены неисправного рукава новым.
На основании замены восьми датчиков давления в клапанных коробках рукавных секций на один датчик давления было принято решение управление работой механизмами фильтра в режимах фильтрации и регенерации оставить автоматическим, а отключение секции с неисправным рукавом от фильтра осуществлять ручным способом.
Циклограмма автоматического управления РРФ в режимах фильтрации и регенерации, разработанная автором, приведена на рис. 2 прил. 7. Описание циклограммы работы механизмов фильтра приведено в прил. 7, а принципиальная электросхема автоматического управления работой РРФ в режимах фильтрации и регенерации - па рис. 3 прил. 7. Описание управления работой механизмами фильтра в ремонтном режиме приведено в прил. 8.
По рабочим чертежам, разработанным под руководством автора, с учетом параметров, приведенных в разделе 3.5, и вышеуказанных конструктивных изменений, в механическом цехе Прпозерского мебельно-дерсвообрабаты-вающего комбината был изготовлен опытный промышленный образец РРФ с трехступенчатой очисткой воздуха в одном корпусе и производительностью L = 12600 м3/ч.
Опытный образец фильтра подключен к малогабаритному вертикальному коллектору АСПТС РВ, соединенному с группой шлифовальных станков.
Испытания опытного промышленного образца РРФ для трехступенчатой очистки воздуха от древесной пыли проводились в цехе механической обработки древесины Прпозерского мебслыю-дсрсвообрабатывагощего комбината (ПМДК) комиссией в составе представителей от ПМДК.
Программа испытаний включала следующие разделы:1. Проверка соответствия состава и комплектности РРФ предъявленнойтехнической документации.2. Заводские испытания РРФ согласно разработанной методике.3. Оценка качества РРФ и результатов испытаний.4. Выводы и предложения.
Перед началом испытаний РРФ должен пройти полное техническое обслуживание, быть полностью укомплектован и настроен.
Комиссии предъявляется рабочая документация и перечень отступлений от проекта.В процессе заводских испытаний производилась функциональная и технологическая оценка работы РРФ. При проведении функциональной и технологической оценки РРФ устанавливалось соответствие или несоответствие величины показателей, полученных при испытании, значениям показателей, предусмотренным при разработке проекта РРФ.РРФ предназначен для эксплуатации в производственных условиях ПМДК в составе АСПТС РВ, обслуживающей группу шлифовальных станков.
РРФ должен выполнять следующие функции:1. Производить трехступенчатую очистку воздуха от древесной шлифовальной пыли при концентрации пыли в очищаемом асиирационном воздухе С] = 3000 мг/м3 и возвращать очищенный воздух в цех при концентрации пыли в очищенном воздухе не более Сг - 0,12 мг/м .2. Производить в автоматическом режиме последовательную регенерацию всех восьми рукавных секций РРФ независимым методом обратной посекцион
