Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитические исследования процесса снижения загрязнения воздуха рабочей зоны предприятий строительной индустрии 11
1.1 Анализ физической модели процесса загрязнения воздуха рабочей зоны цеха по производству керамических изделий 11
1.1.1 Характеристики технологического оборудования и технологического сырья 14
1.1.2 Параметры свойств загрязняющих веществ 15
1.1.3 Характеристики воздуха рабочей зоны 17
1.2 Анализ физической модели процесса снижения загрязнения воздуха рабочей зоны цеха по производству керамических изделий 18
1.2.1 Параметры состояния пылевого аэрозоля 24
1.2.2 Обоснование выбора места расположения устройства улавливания пыли и методы расчета его спектра всасывания 28
1.3 Математическое описание процесса пылеулавливания 34
1.4 Выводы. Цель и задачи исследований 43
2 Математическое моделирование процесса пылеулавливания 45
2.1 Совершенствование математического описания эффективности процесса аэродинамического пылеулавливания 45
2.2 Разработка параметрической зависимости энергоемкостного показателя процесса пылеулавливания аэродинамическим методом 52
Выводы 66
3 Экспериментальные исследования процесса пылеулавливания аэродинамическим методом 69
3.1 Разработка и описание экспериментального стенда 69
3.2 Описание методики проведения экспериментов 72
3.3 Статистическая обработка и экспериментальных исследований
Выводы
4 Разработка методики оптимизации аэродинамического улавливания 82
4.1 Разработка методики оптимизации параметров устройств аэродинамического улавливания 82
4.2 Анализ результатов реализации методики 85
Выводы 87
5 Практическая реализация методики оптимизации параметров устройств аэродинамического улавливания 88
Выводы 93
Заключение 94
Список используемых источников
- Параметры свойств загрязняющих веществ
- Разработка параметрической зависимости энергоемкостного показателя процесса пылеулавливания аэродинамическим методом
- Описание методики проведения экспериментов
- Анализ результатов реализации методики
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Сегодня охрана труда является комплексной социально-технической наукой, которая выявляет и изучает производственные факторы, отрицательно влияющие на работающих, и разрабатывает методы их предотвращения или ослабления. Главными объектами ее исследования являются человек в процессе труда, производственная среда и обстановка, взаимосвязь человека с промышленным оборудованием, технологическими процессами. Задача охраны труда - свести к минимальной вероятность поражения или заболевания работающих с одновременным обеспечением комфорта при максимальной производительности труда.
Производственные процессы на многих промышленных предприятиях, прежде всего строительной индустрии, несмотря на используемые средства обеспыливания воздуха, характеризуются повышенным пылеобразованием и пылевыделением, что является одним из факторов, отрицательно влияющих на здоровье людей. Под воздействием пыли возникают такие заболевания, как пневмокониозы, экземы, дерматиты, конъюнктивиты. Анализ статистических данных за последние пять лет, показал, что более половины среднесписочной численности работающих на предприятиях строительной индустрии имеют неблагоприятные условия труда (по фактору запыленности воздуха рабочей зоны) в среднем по всем предприятиям России -50.2%. Значительный вклад предприятий строительной индустрии в загрязнение воздуха рабочей зоны превышает влияние таких отраслей промышленности, как топливно-энергетического комплекса, машиностроения, в том числе горнодобывающей.
Современное технологическое оборудование предприятий по производству керамических изделий (керамической плитки, технической керамической посуды и т.п.) в процессе работы выделяет в воздух рабочей зоны от нескольких граммов до нескольких килограммов пыли. Согласно исследованиям, проведенным в цехах Ашхабадского, Борского, Гомельского, Ростовского предприятий, выделяющаяся пыль является мелкодисперсной (dso^lO мкм), содержит значительное количество свободного S1O2 и представляет потенциальную опасность развития пневмокониоза у рабо-
тающих. При этом концентрация пыли в воздухе рабочей зоны у источников ее образования без применения средств пылеулавливания достигают 80*90 мг/м3, что в десятки раз превышает предельно-допустимую концентрацию (ПДКР.3=2 мг/м ). Среди предприятий строительной индустрии, характеризующихся повышенным пы-леобразованием и пылевыделением, можно выделить предприятия по производству керамических изделий. Одним из наиболее распространенных мощных источников выделения пыли в воздух рабочей зоны на этих предприятиях являются конвейерные линии, которые имеют ряд технологических особенностей (большая протяженность, периодичность работы и другие). При применении современных технологий обеспыливания воздуха эти особенности препятствуют достижению высоких значений эффективности и экономичности. Одно из ведущих мест в практике удаления пыли из воздуха рабочей зоны рассматриваемых предприятий занимает аэродинамический метод. Наибольшее распространение получило применение аэродинамического метода на стадии улавливания пыли, которое заключается в локализации пыли непосредственно в зоне их выделения и направлении его в заранее выделенную зону. Проведенный анализ применения этого метода обеспыливания воздуха рабочей зоны, показал необходимость дальнейшего его совершенствования, учитывая при этом технологические особенности конвейерных линий. Таким образом, проблема обеспыливания воздуха рабочей зоны и совершенствование средств обеспечения безвредных условий труда на предприятиях стройиндустрии по изготовлению керамических изделий, для которых характерен высокий уровень запыленности, является одной из актуальных задач в области охраны труда.
Целью работы является улучшение условий труда путем снижения концентрации пыли в воздухе рабочей зоны ленточных конвейеров до значений ПДКрз. за счет повышения эффективности и экономичности реализации процесса аэродинамического улавливания пыли.
Идея работы заключается в использовании физико-энергетического подхода для усовершенствования способа и метода расчета процесса аэродинамического улавливания пыли.
#
Научная новизна работы заключается в следующем:
1) Усовершенствовано математическое описание эффективности процесса пы
леулавливания, раскрывающее взаимосвязь свойств пыли (дисперсный со
став, плотность); характеристик воздуха рабочей зоны (динамическая вяз
кость, плотность, скорость); конструктивных особенностей линий транспор
тировки сыпучих материалов (влияет на распределение концентрации пыли)
и устройств улавливания (размер всасывающего отверстия, угол его наклона,
расстояние по оси ленты конвейера между источником выделения пыли и
устройством улавливания, высота расположения над конвейерной лентой).
2) Получена параметрическая зависимость энергоемкостного показателя про
цесса аэродинамического пылеулавливания на основе выявления взаимосвя
зи между параметрами, характеризующими:
- энергию адгезионного взаимодействия частиц пыли с пылеобразующим мате
риалом с учетом количества частиц пыли, участвующих в отрыве под дейст
вием воздушного потока;
- кинетическую энергию частиц пыли в объеме активной зоны всасывающего
*
факела линейного и точечного стоков;
адгезионную энергию взаимодействия частиц пыли с учетом площади адгезионного взаимодействия пылевых частиц, числа частиц пыли, участвующих в этом взаимодействии в единице объема активной зоны всасывающего факела;
энергию, затраченной на реализацию процесса аэродинамического пылеулавливания;
свойства пыли;
линейные размеры сечений всасывающих отверстий;
требуемую из условий обеспечения ПДКр.з. эффективность процесса.
3) Установлены новые зависимости для определения объема активной зоны
всасывающего факела, раскрывающие взаимосвязь между его геометриче
скими параметрами, свойствами частиц пыли и линейными размерами сече
ний всасывающих отверстий.
Достоверность научных положений и выводов диссертации подтверждается:
использованием основных положений теории аэродинамики, физических законов и математического аппарата при моделировании изучаемых процессов;
большим объемом проведенных экспериментов (более 800 опытов), в ходе которых исследовано влияние 4 параметров: скорости и давления воздуха, расстояния по оси ленты конвейера между источником выделения пыли и устройством улавливания, высоты расположения устройства улавливания над источником пылевыделения и 4 типов всасывающих отверстий устройств улавливания (прямоугольного, эллиптического, круглого, в виде ромба) на результирующие характеристики процесса улавливания аэродинамическим методом - эффективность и затраченную энергию;
удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований автора в пределах погрешности измерений ±14.47% при определении эффективности и ±9.14% - затраченной энергии при доверительной вероятности 0.95.
Практическая значимость работы состоит в следующем:
Разработана методика оптимизации параметров устройств аэродинамического улавливания по требуемой из условий обеспечения ПДКрз. пыли эффективности процесса и максимальному значению его энергетического показателя. На ее основе создан программный комплекс расчета для ЭВМ.
На основе математического описания процесса аэродинамического пылеулавливания разработан программный комплекс для расчета оптимальных рабочих параметров процесса пылеулавливания с учетом обеспечения ПДКрз.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены на ряде предприятий: строительной индустрии - ЗАО «Стекольный завод» (производство керамических изделий) г. Ростова-на-Дону; ЗАО «Завод железобетонных конструкций» г. Ростова-на-Дону; горнодобывающей промышленности - ОАО «Ростовгипрошахт»; в научных исследованиях и учебном процессе кафедры «Инженерной защиты окружающей среды» Ростовского государ-
ственного строительного университета. На защиту выносятся следующие основные положения:
Введение усовершенствованного выражения в математическое описание эффективности процесса аэродинамического пылеулавливания дает возможность учитывать распределение концентрации частиц пыли по всему объему рабочей зоны, дисперсный состав рассматриваемого вида пыли и раскрывает взаимосвязь свойств частиц пыли, параметров, характеризующих воздух рабочей зоны, конструктивные особенности технологического оборудования и устройств улавливания.
Полученная параметрическая зависимость энергоемкостного показателя процесса аэродинамического пылеулавливания учитывает эффективность процесса, характеристики производственно-технологических условий и воздуха рабочей зоны, а также энергетические параметры дисперсных систем, участвующих в процессе пылеулавливания.
Разработанная методика оптимизации параметров устройств аэродинамического улавливания позволяет выбирать форму и рассчитывать оптимальные размеры всасывающего отверстия устройства улавливания пыли, его угол наклона, расположение относительно источника выделения пыли из условия достижения максимальных значений эффективности и экономичности процесса.
Анализ энергетических характеристик процесса аэродинамического пылеулавливания позволяет определить пути его дальнейшего совершенствования на основе параметров, влияющих на эффективность процесса.
Апробация работы. Основные положения работы доложены на: III Международной научно-практической конференции «Экология и здоровье человека», Ростов н/Д, 1997; Международной научно-практической конференции «Экономика природопользования и природоохраны», Пенза, 2001; Международной научно-практической конференции «Производство. Технология. Экология (ПРОТЭК-2001)», Москва, 2001; VI Международной научно-практической конференции «Биосфера и человек: проблемы взаимодействия», Пенза, 2002; Международной научно-
технической конференции «Безопасность жизнедеятельности. Охрана труда и окружающей среды»; Ростов н/Д, 2003; Международных семинарах «Промышленная экология», Ростов н/Д, 2000, 2001 и 2003; Международных научно-практических конференциях «Строительство-2001», «Строительство-2002», «Строительство-2003», Ростов н/Д, 2001,2002 и 2003.
Решению отдельных вопросов из числа рассмотренных в диссертационной работе посвящены исследования ведущих ученых В.В Батурина, В.И. Беспалова, Е.И. Богуславского, А.С. Бурчакова, В.П. Воронина, В.П. Журавлева, А.Д. Зимона, И.Г. Ищука, Ф.С. Клебанова, И.И. Конышева, В.В. Кудряшова, В.А., Г.Д. Лившица, И.Н. Логачева, Г.А. Позднякова, Г.М. Позина, В.Н. Посохина, В.И. Саранчука, Н.А. Страховой, И.А. Шепелева и других авторов, внесших значительный вклад в изучение состояния воздуха рабочих зон, его загрязнения, вызываемых им последствий, а также в совершенствование технологии и техники обеспыливания.
Термин «пылеулавливание» появился в научной литературе в 80-х годах. Далее в настоящей работе используется термин «пылеулавливание».
Работа посвящена исследованию процесса аэродинамического пылеулавливания для линий транспортировки сыпучих материалов ленточных конвейеров предприятий стройиндустрии по производству керамических изделий.
Работа выполнена в соответствии с планом НИР Ростовского государственного строительного университета (РГСУ) по госбюджетной теме «Разработка методологических основ создания безопасных и экологически чистых систем защиты населенных мест от воздействия антропогенных факторов», № гос. регистрации 01.99.0006443, на кафедре «Инженерная защита окружающей среды», под руководством доктора технических наук, профессора Беспалова В.И.
Автор выражает искреннюю благодарность:
сотрудникам кафедры «Инженерной защиты окружающей среды» Ростовского государственного строительного университета за советы и рекомендации, данные в период подготовки диссертации;
генеральному директору ЗАО «Стекольный завод» (производство керамических изделий) г. Ростова-на-Дону Недельскому В.М.; генеральному директору
ОАО «Ростовгипрошахт» г. Ростова-на-Дону Турину В.П.; главному инженеру
ЗАО «Завод железобетонных конструкций» г. Ростова-на-Дону Каушанскому
М.В. за ценные практические пожелания и помощь в организации внедрения
результатов исследований;
аспиранту Кудинову СВ. за помощь в создании экспериментального стенда, в
проведении экспериментов, за ценные советы при разработке программы для
ЭВМ.
Параметры свойств загрязняющих веществ
Воздух рабочей зоны цеха по производству керамических изделий характеризуется следующими основными значениями, полученными в результате проведенных замеров: - температурой +(20ч-22) С; - влажностью: для холодного периода - 67%; для теплого периода - 55%; - скоростью движения воздуха - 0,2 м/с.
Эти параметры для рабочей зоны строго ограничены в соответствии с требованиями [46], поэтому при дальнейших расчетах процесса загрязнения, связанных с воздухом рабочей зоны, необходимо использовать нормативные значения этих параметров в качестве граничных условий.
Нормативные значения этих параметров следующие [46]: - интенсивность теплового облучения: не более 100 Вт/м ; - относительная влажность: для холодного периода: не более 75%; для теплого периода: - при температуре 27 С: не более 60%, - при температуре 16 С: не более 65%; - температура: +(20 -23) С; - скорость движения воздуха: 0,2 м/с.
В результате реализации процесса загрязнения воздуха рабочей зоны технологическое сырье, пылеобразующий материал (шихта) и пылевой аэрозоль (керамическая пыль) вступают во взаимодействие с остальными объектами, претерпевая при этом количественные и качественные изменения. Основные этапы процесса загрязнения закладываются в основу разработки специальных инженерно-экологических мероприятий, сущность которых заключается в предотвращении образования, выделения и распространения загрязненного аэрозоля.
Согласно современным представлениям [20], сущность физической модели процесса снижения загрязнения воздуха рабочей зоны заключается в совокупности последовательно протекающих целенаправленных процессов, реализуемых на каждой стадии процесса загрязнения.
Процесс снижения загрязнения включает два основных цикла: - первый цикл: снижение загрязнения технологического оборудования (сырья); - второй цикл: снижение загрязнения воздуха рабочей зоны. Первый цикл включает два основных этапа: - первый этап: связывание загрязняющих веществ (ЗВ), заключающееся в недо пущении выхода ЗВ из основного потока сырья за счет их прочного связыва ния [20].
Известно [1, 20 - 24], что для реализации процесса пылесвязывания в отношении пылевого аэрозоля традиционно применяются следующие инженерно-технические решения: предварительное увлажнение пылеобразующего материала перед его технологической обработкой, использование специальных смачивающе-связывающих жидкостных составов. В результате анализа инженерно-технических решений установлено, что в зависимости от нормативных требований не один из известных методов для цеха по производству керамических изделий не используется, так как технологией не допускается переувлажнение сырьевого материала (допустимая влажность смеси 0.2-1%), что приведет к увеличению размеров зерен материалов шихты и повлияет на изменение скорости стеклообразования. - второй этап: задержание ЗВ, заключающееся в создании таких условий в зоне технологического сырья, когда уже образовавшиеся ЗВ не способны выйти из этой зоны [20].
В соответствии с [1, 20, 25 - 27] технические средства реализации пылезадержания основаны на принципе экранирования основного потока материала. Для реализации пылезадержания применяются следующие основные методы: механический метод, т.е. применение кожухов, защитных экранов, выполненных из эластичных материалов (прорезиненной ткани), а также аэродинамический и гидродинамический методы. Применительно к оборудованию производственного цеха имеем, что вследствие технических особенностей технологического оборудования (на конвейере № 1 имеется 6 дозаторов - высокоточных приборов и в случае какой-либо неисправности нужно немедленно произвести ремонт) не один из данных методов не используется.
Второй цикл включает три основных этапа: - первый этап: улавливание ЗВ, заключающееся в локализации и предотвраще нии распространения ЗВ непосредственно в зоне их выделения, т.е. на источ нике выделения ЗВ [20].
Разработка параметрической зависимости энергоемкостного показателя процесса пылеулавливания аэродинамическим методом
Проведенный анализ энергетических параметров дисперсных систем, участвующих и образующихся в процессе пылеулавливания, а также структурной схемы физической модели процесса снижения загрязнения воздуха рабочей зоны цеха по производству керамических изделий (см. рисунок 1.2) позволяет заключить, что затраченной на процесс пылеулавливания является суммарная свободная поверхностная энергия «Д-І» системы, то есть энергия, затраченная технологическим оборудованием на реализацию механизма пылеулавливания. При этом в качестве полезной (то есть пошедшей на достижение цели процесса пылеулавливания - локализацию и удаление пыли от источника пылевыделения) выступает энергия, характеризуемая разностью суммарных свободных поверхностных энергий «исходной» и «остаточной -1» систем.
Основные этапы процесса улавливания пыли аэродинамическим методом при определении энергоемкостного показателя аналогичны эффективности процесса. Для описания полезной энергии рассмотрим их более подробно. Выделим физиче ские процессы (микропроцессы), происходящие с пылеобразующим материалом для описания полезной энергии:
1) Подача материала из бункера на конвейерную ленту. Под воздействием встречных воздушных потоков происходит отделение части пыли от материала.
2) Удар пылеобразующего материала о конвейерную ленту. При этом происходит переход кинетической энергии падающего материала в тепловую энергию и кинетическую энергию отделившихся пылевых частиц. При этом энергия материала, который тоже отскакивает, при анализе микропроцессов не учитывается в связи с тем, что он возвращается обратно на конвейерную ленту.
3) Отрыв частиц пыли от материала под воздействием силы воздушного потока, побуждаемой системой пылеулавливания. При этом частичке пыли сообщается энергия отрыва, затрачиваемая на преодоление сил адгезионного взаимодействия ее с материалом.
4) Под воздействием силы воздушного потока частица приходит в движение -ей сообщается энергия, равная кинетической энергии частицы.
5) Во время движения вдоль линий тока воздушного потока частица сталкивается с другими пылинками и коагулирует с ними с выделением части энергии, затрачиваемой на их адгезионное взаимодействие.
6) Дальнейшее поведение слипшихся частиц определяется их результирующими размерами, массой и силой воздушного потока. Если сила тяжести слипшихся частиц пыли преобладает над силой всасывания, то частицы возвращаются на конвейерную ленту. Если нет - они увлекаются всасывающим факелом и попадают во всасывающее отверстие системы пылеулавливания. При этом преобладает инерционный механизм, вследствие которого частица все-таки может не попасть во всасывающее отверстие, а пролететь мимо него под действием сил инерции. Микропроцессы 3-6 происходят в активной зоне всасывающего факела. Вероятность удаления пыли из объема активной зоны всасывающего факела принимаем равной единице.
Для получения параметрической зависимости энергоемкостного показателя для процесса пылеулавливания аэродинамическим методом нами: - выделены в процессе улавливания пыли отдельные стадии (микропроцессы, характеризуемые преобладанием во взаимодействии какой-либо силы) (см. рисунок 2.1): отрыв частицы пыли от поверхности источника пылевыделения в активной зоне всасывающего факела (микропроцесс 3); движение частиц пыли в активной зоне всасывающего факела и взаимодействие частиц пыли между собой (микропроцессы 4 и 5); улавливание частицы пыли всасывающим отверстием системы пылеулавливания (микропроцесс 6); - для каждой стадии определены и математически описаны виды энергии (кинетическая и адгезионная), идущие на достижение цели рассматриваемого процесса; - определена суммарная свободная энергия направленного внешнего воздействия на этой стадии.
Проведенный анализ микропроцессов, происходящих в объеме активной зоны всасывающего факела, показал, что полезными с точки зрения эффективности пылеулавливания являются энергия адгезионного взаимодействия частиц пыли с пыле-образующим материалом, кинетическая энергия частиц пыли и энергия адгезионного взаимодействия частиц пыли [102].
Известно, что пылевой аэрозоль - неустойчивая система, он подвержен постоянным изменениям, то есть с течением времени в аэрозоле происходит укрупнение взвешенных частиц. У рассматриваемого вида пыли вследствие ее свойств происходит их слипание в результате столкновения под действием сил инерции потока. Явление укрупнения пылевых частиц повышает эффективность улавливания пыли. Рассматриваемый процесс сопровождается явлением адгезии - способностью взаимодействия частиц пыли между собой.
Описание методики проведения экспериментов
Экспериментальные исследования включали два этапа: предварительный и основной.
На предварительном этапе экспериментов определяли свойства пыли в соответствии со стандартными методиками [42, 43] и результаты представлены в таблице С.1. Для исследования выбраны два вида пылевого материала: шихта и уголь марки Д. Этот выбор обусловлен тем, что шихта является основным пылеобразующим материалом при производстве керамических изделий, и ее пыль относится к тонкодисперсной (средний медианный диаметр пыли равен 1ч-10 мкм); а пыль угля относится к грубодисперсной пыли (средний медианный диаметр - 10-гЗО мкм). Целью исследования этих двух различных материалов является доказательство того, что предлагаемые технические средства аэродинамического улавливания - насадки различной конфигурации - способны обеспечить максимальную эффективность улавливания разных видов пыли при минимальных энергетических затратах. Дисперсный состав пылей исследовали методами ситового анализа и микроскопирования по стандартной методике с применением аппарата для исследования гранулометрического состава, включающего стандартный набор сит, вибрационную систему и корпус с электрооборудованием, а также микроскопа МИН-8. Препараты приготавливали путем обработки аналитических фильтров ксилолом. Определение размеров частиц пылей производили с помощью микроскопа МИН-8 по полусумме длины и ширины частиц. Затем дисперсный состав пылей, полученный счетным методом, пересчитывали на соотношение фракций по массе частиц. В результате предварительных экспериментов установлено, что распределение частиц исследуемых пылевых материалов по размерам подчиняется логарифмически нормальному закону (см. рисунок В.1).
Обработка результатов дисперсных составов керамической и угольной пыли представлены в таблицах В.1. В соответствии с [43] установлено, что керамическая пыль относится к четвертой классификационной группе дисперсности мелкодисперсная пыль (dso = 10 мкм), а угольная пыль - к третьей среднедисперсная пыль (dso = 18 мкм).
На основном этапе экспериментов исследовали результирующие параметры процесса пылеулавливания аэродинамическим методом. Основной эксперимент состоял из трех частей: - первая часть - измерения поля концентраций рассматриваемых видов пыли в воздухе рабочей зоны помещения при работающем технологическом оборудовании и с использованием технических средств улавливания пыли для определения пылевой обстановке в обследуемом помещении; - вторая часть - измерения концентрации пыли до и после устройства улавливания пыли; - третья часть - измерения затраченной энергии процесса пылеулавливания.
Проведение экспериментальных исследований базировалось на общей мето дике, согласно которой для первой части эксперимента - устанавливали скорость движения конвейеров №1,2 (vKH = 2 м/с) и расход рассматриваемых видов пыли (Qe = 0.000133 м3/с); измеряли поля концентраций пыли в воздухе рабочей зоны обследуемого помещения при работающем технологическом оборудовании и с использованием средств улавливания пыли. Отбор проб воздуха производили на постоянных рабочих местах в зоне дыхания работающего и в местах возможного пребывания обслуживающего персонала на отметке 1.6 м от уровня пола. План по мещения с технологическим оборудованием и с точками, установленными для отбо ра проб воздуха, представлен на рисунке ЕЛ. Установка запорно-регулирующей ар матуры 13 в сети воздуховодов позволяла гибко управлять аэродинамическим ре жимом работы стенда.
Изолинии концентрации керамической и угольной пыли в воздухе рабочей зоны конвейеров, полученных по результам измерений, представлены соответственно на рисунках Е.2, Е.З, Е.4, Е.5.
Анализ полученных экспериментальных результатов, представленных на рисунках Е.2, Е.4 показывает, что:
1) основными источниками выделения пыли являются конвейер №1 и узел пересыпки рассматриваемых сыпучих материалов;
2) значение концентрации пыли в воздухе рабочей зоны у источников ее образования без применения средств пылеулавливания достигает 120-ь140 мг/мЗ, что в десятки раз превышает ПДК.
Сравнение экспериментальных данных, представленных на рисунках Е.2, Е.З, Е.4, Е.5 показывает, что при использованиии средств аэродинамического улавливания происходит снижение концентрации пыли в воздухе рабочей зоны конвейеров до значений ПДК.
Для второй части эксперимента - устанавливали скорость движения конвейе ров №1,2 (v= 2 м/с) и расход пыли (устройство дозатора пыли позволяет регулиро-вать концентрацию пыли в воздухе 10 -500 мг/м ); скорость пылевоздушного потока в активной зоне пылеулавливания регулировали с помощью запорной арматуры, установленной на воздуховодах. Меняли типы насадков с различной формой улавливающего отверстия (прямоугольной, круглой, эллиптической и в виде ромба) для изучения степени влияния конфигурации насадков на эффективность процесса улавливания пыли. Этой гибкостью в выборе пылеулавливающего устройства достигали подбор оптимальной конфигурации насадка, при которой эффективность процесса будет максимальна. Изменяли высоту расположения насадков (h) над конвейером №1 и расстояние по оси ленты конвейера между бункером и насадком (L) для нахождения оптимальной зоны, соответствующей максимальной эффективности пылеулавливания; высота расположения насадков над конвейером №2 составляла 0.46 м; измеряли основные параметры процесса улавливания пыли (динамическое давления воздуха, концентрации рассматриваемых видов пыли в воздуховоде). Замеры скорости пылевоздушного потока в стенде производили с помощью микроманометра в соответствии с [42]. Исходные данные для расчета средней скорости воздуха в воздуховоде, результаты измерения средней скорости воздуха, расположение точек измерения в воздуховоде круглого сечения представлены в рабочем журнале. Отбор проб запыленного воздуха в воздуховодах производился на расстоянии 1.0-1.5 м до и после устройства улавливания воздуха аспиратором модели 822. Концентрацию пыли в воздухе определяли гравиметрическим методом при аспирационным способе отбора проб в соответствии с [44] с использованием аналитических весов WA-33.
Анализ результатов реализации методики
Разработанная методика при определении оптимальных размеров сечения (а и Ь) и его расположение (L, h, а) была апробирована в полупромышленных условиях (рисунок 3.1) с использованием материалов (шихта и уголь марки Д). Сравнение значений эффективности процесса аэродинамического пылеулавливания, затраченной энергии и расчет оптимального типа отверстия с оптимальными размерами сечения (а и Ь) и его расположением (L, И, а) относительно источника выделения пыли, полученных при проведении экспериментальных исследований на полупромышленной установке, с рассчитанными по разработанной методике, показало хорошую сходимость результатов расчета с экспериментальными данными (рисунки 3.4, 3.5).
На основе методики оптимизации параметров устройств аэродинамического улавливания нами разработана программа реализующая алгоритм, составленный по полученным параметрическим зависимостям (2.12), (2.13), (2.39), (2.40) (рисунок 4.6). В программе предусмотрено задание любого числа исследований для каждого параметра, изменяющегося в определенном диапазоне. Таким образом, введя все исходные данные, и задав число исследований, а также изменяя параметры (например, размеры сечения всасывающего отверстия (а и Ь), его расположение (L, И, а) относительно источника выделения пыли) и их максимальные и минимальные значения,
на выходе получаем значения результирующих параметров Еэф и Еэ.
Программа оптимизации параметров устройств аэродинамического улавливания (оптимальные размеры сечения (аиЬ)и его расположение (L, И, а)) составлена в среде программирования Delphi 6 и ориентирована на работу в операционной системе MS Windows - 95 и выше. Она предназначена для аналитического моделирования в различных производственных условиях.
Выводы
1) Разработана методика оптимизации параметров устройств аэродинамическо го улавливания с учетом: - особенностей производственных условий; - экономичности; - значительного снижения запыленности воздуха в рабочей зоне до значений ПДКрз,
2) Разработанная методика направлена на прогноз и повышение эффективности процесса пылеулавливания аэродинамическим методом и предназначена для принятия технических решений, оптимальных для заданных производственно-технологических условий.
3) Разработанная методика базируется на тесной взаимосвязи физико-химических, кинематических, геометрических и технологических параметров процесса пылеулавливания.
4) Разработанная методика основана на двух основных результирующих характеристиках процесса пылеулавливания аэродинамическим методом: эффективности и энергоемкостного показателя.
5) На базе методики оптимизации параметров устройств аэродинамического улавливания нами разработана программа для ЭВМ, позволяющая в условиях производства рассчитывать оптимальное сечение всасывающего отверстия устройства улавливания, его угол наклона и расположение относительно источника выделения пыли с учетом обеспечения ПДК в воздухе рабочей зоны производственного помещения.
Производственные испытания проведены с целью проверки и внедрения созданной на основе теоретических и экспериментальных исследований методики оптимизации параметров устройств аэродинамического улавливания.
Методика оптимизации параметров устройств аэродинамического улавливания апробирована на ЗАО «Стекольный завод» (производство керамических изделий) г. Ростова-на-Дону применительно к конвейеру №1, транспортирующего шихту, в цехе по производству керамических изделий.
Предварительно, исследованием пылевой обстановки воздуха рабочей зоны конвейера №1 без применения средств улавливания пыли определена средняя запыленность. На постоянных рабочих местах (у шкалы весов дозатора) она составляла 80-90 мг/м3, при этом ПДКрз. керамической пыли с учетом содержания двуокиси кремния от 10 до 70% составляет 2 мг/м3. Сопоставление данных замеров концентрации пыли с нормативными значениями (ПДК) позволило заключить, что пылевая обстановка в рабочей зоне конвейера №1 цеха не отвечает санитарно-гигиеническим требованиям. В результате изучения характеристик технологического оборудования цеха по производству керамических изделий выявлено, что наибольший вклад в загрязнение воздуха рабочей зоны вносит конвейер №1, транспортирующий шихту, включающий 6 дозаторов, расположенных последовательно по продольной оси конвейера. Это подтверждает необходимость оптимизации параметров устройств аэродинамического улавливания для ленточного конвейера №1.
