Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Аналитический обзор и выбор направления исследований 12
1.1. Анализ технологического процесса производства асфальтобетонных смесей как источника пылевого загрязнения атмосферного воздуха 12
1.2. Анализ методов и средств, применяемых для очистки пылевых выбросов в асфальтобетонном производстве . 16
1.3. Обоснование и выбор направления исследований 24
1.4. Выводы по главе 1 28
ГЛАВА 2. Экспериментальные исследования по оценке концентрации и дисперсного состава пыли в атмосферном воздухе при работе передвижных и мобильных асфальтосмесительных установок 30
2.1. Результаты испытаний традиционной системы очистки пылевых выбросов 30
2.2. Анализ фракционного состава пыли в газовом потоке, поступающем в систему пылеочистки и в атмосферный воздух 32
2.3. Оценка концентрации и фракционного состава пыли в атмосферном воздухе при работе передвижной асфальтосмесительной установки 41
2.4. Исследование основных свойств пыли 44
2.5. Выводы по главе 2 49
ГЛАВА 3. Разработка и расчетная оценка эффективности решений по снижению пылевых выбросов в атмосферу отмобильных и передвижных асфальтосмесительных установок 51
3.1. Разработка схем компоновки установок пылеочистки для мобильных и передвижных асфальтосмесительных установок 51
3.2. Расчетная оценка степени снижения выбросов пыли в атмосферу при применении предлагаемых схем компоновки системы пылеочистки
3.2.1. Оценка степени снижения массы выбросов при подаче потока пылегазовой смеси после рукавного фильтра на нижний ввод пылеуловителя ВЗП 58
3.2.2. Оценка степени снижения массы выбросов при подаче на нижний ввод пылеуловителя ВЗП потока пылегазовой смеси из пылеконцентратора 61
3.2.3. Расчетное сравнение степени снижения массы выбросов в атмосферу при использовании предложенных схем компоновки пылеочистной установки 63
3.3. Выводы по главе 3 68
ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования по оценке степени снижения пылевых выбросов в атмосферу при использовании предложенных систем пылеочистки 70
4.1. Экспериментальная оценка степени снижения выбросов пыли в атмосферу при компоновке системы пылеочистки по первому варианту 70
4.1.1. Описание экспериментальной установки и методика проведения исследований 70
4.1.2. Результаты экспериментальных исследований 79
4.2 Экспериментальная оценка степени снижения выбросов пыли в атмосферу при компоновке системы пылеочистки по второму варианту 97
4.2.1. Описание экспериментальной установки и методика проведения исследований 97
4.2.2. Результаты экспериментальных исследований 100
4.3. Практическая реализация результатов исследований 115
4.3.1. Результаты эксплуатации опытно-промышленной установки очистки пылевых выбросов от передвижной асфальтосмесительной установки 115
4.3.2. Разработка рекомендаций по проектированию и эксплуатации систем очистки пылевых выбросов передвижных и мобильных асфальтосмесительных установок 117
4.3.3. Расчет предотвращенного экологического ущерба 119
4.4. Выводы по главе 4 121
Заключение 123
Список литературы
- Анализ методов и средств, применяемых для очистки пылевых выбросов в асфальтобетонном производстве
- Анализ фракционного состава пыли в газовом потоке, поступающем в систему пылеочистки и в атмосферный воздух
- Расчетная оценка степени снижения выбросов пыли в атмосферу при применении предлагаемых схем компоновки системы пылеочистки
- Описание экспериментальной установки и методика проведения исследований
Введение к работе
Актуальность избранной темы. В настоящее время вопросы обеспечения экологической безопасности дорожного строительства остро стоят на повестке дня, особенно в населенных пунктах, расположенных на территориях курортных и рекреационных зон. Наблюдаемая в течение последнего десятилетия тенденция к увеличению протяженности дорожной сети крупных и средних городов, связанная с возрастанием количества коммерческого и частного автотранспорта, обусловливает потребность в производстве все больших количеств сырья и материалов, важнейшим из которых является асфальтобетон. Для производства асфальтобетонной смеси все чаще применяются передвижные и мобильные асфальтосмесительные установки, позволяющие минимизировать транспортные издержки, и, что немаловажно в условиях повышения производительности, время доставки материала к месту проведения строительных или ремонтных дорожных работ.
Сдерживающим фактором при использовании таких установок в настоящий момент является недостаточная эффективность систем очистки пылевых выбросов, не позволяющих вписываться в ужесточившиеся требования по содержанию пылевых частиц в атмосферном воздухе населенных мест. Таким образом, исследования, посвященные решению проблемы снижения пылепоступлений в атмосферу от передвижных и мобильных асфальтосмесительных установок, являются актуальными.
Работа выполнялась в соответствии с тематическими планами научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет и ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет».
Степень разработанности темы. Вопросами защиты окружающей среды
от негативного воздействия пылевых выбросов при строительстве, ремонте и
содержании городских автомобильных дорог занимались многие
исследователи – Богуславский Е.И., Евгеньев Е.В., Карпуховис Д.Т., Луканин
В.Н., Немчинов М.В., Пашков В.К., Подольский В.П., Савин В.В., Сидоренко
В.Ф., Трофименко Ю.В., Учаев В.Н., Халилова Р.Х., Шабуров С.С. и другие. В
некоторых из работ этих авторов приводятся схемы компоновки систем
обеспыливания выбросов от организованных источников асфальтобетонных
заводов. Однако как предлагаемые ими, так и существующие технические
решения не могут быть реализованы применительно к мобильным и
передвижным асфальтосмесительным установкам, именно из-за их
мобильности, вследствие значительных габаритов используемого
пылеулавливающего оборудования. Кроме того, некоторые решения предполагают использование аппаратов мокрой очистки в качестве второй ступени, что, с одной стороны, приводит к необходимости устройства системы водоснабжения, и, с другой стороны, вызывает дополнительные проблемы, связанные с удалением и утилизацией образующегося шлама.
В настоящей работе проведены исследования по оценке влияния передвижных и мобильных асфальтосмесительных установок на качество атмосферного воздуха, по оценке фракционного состава пыли, поступающей в систему пылеочистки, содержащейся в выбросах и в атмосферном воздухе. Разработаны схемы компоновки системы обеспыливания, проведена расчетная и экспериментальная оценка степени снижения выбросов пыли в атмосферный воздух при использовании каждого из предложенных вариантов.
Цель работы – обеспечение экологической безопасности строительства и реконструкции дорожной сети в населенных пунктах в результате снижения пылевых выбросов в атмосферу, образующихся при работе передвижных и мобильных асфальтосмесительных установок.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
- анализ технологического процесса производства асфальтобетонных
смесей как источника пылевого загрязнения атмосферного воздуха;
- анализ методов и средств, применяемых для очистки пылевых выбросов в
асфальтобетонном производстве;
- экспериментальная оценка степени снижения пылепоступлений в
атмосферу при использовании традиционных систем обеспыливания
выбросов от передвижных и мобильных асфальтосмесительных установок;
- анализ фракционного состава пыли в газовом потоке, поступающем в
систему пылеочистки, и в атмосферный воздух при работе передвижных и
мобильных асфальтосмесительных установок;
оценка концентрации и фракционного состава пыли в атмосферном воздухе при работе передвижных и мобильных асфальтосмесительных установок;
разработка технических решений по снижению пылевых выбросов в атмосферу при производстве асфальтобетонных смесей в передвижных и мобильных установках;
расчетная оценка степени снижения выбросов пыли в атмосферу при использовании предложенных решений;
- проведение опытно-промышленных испытаний для определения степени
снижения пылепоступлений в окружающую среду, достигаемой в результате
применения разработанных решений.
Основная идея работы состоит в: снижении поступления пыли в атмосферу при работе передвижных и мобильных асфальтосмесительных установок на основе применения двух вариантов компоновки системы обеспыливания выбросов.
Научная новизна работы:
- получены расчетные зависимости для оценки степени снижения массы
выбросов пыли в атмосферу при использовании разработанных вариантов
схем компоновки систем пылеочистки для передвижных и мобильных
асфальтосмесительных установок;
- по результатам натурных исследований получены зависимости,
характеризующие концентрацию пыли в атмосферном воздухе на разных
расстояниях с учетом скорости ветра при производстве асфальтобетонных
смесей в передвижных и мобильных установках;
- на основе результатов опытно-промышленных исследований
установлены зависимости для оценки величины снижения массы
пылепоступлений в окружающую среду при применении разработанных
вариантов схем компоновки систем пылеочистки для передвижных и
мобильных асфальтосмесительных установок;
- по результатам исследования фракционного состава получена
зависимость, описывающая интегральную функцию проскока для пыли,
содержащейся в потоке воздуха, поступающего в систему пылеочистки.
Теоретическая значимость работы:
- доказано положение о том, что для описания пофракционного
распределения массы частиц пыли, поступающей в систему пылеочистки при
производстве асфальтобетонных смесей в передвижных и мобильных
установках, может быть использована формула Годэна-Андреева-Шумана;
- применительно к проблематике диссертации результативно
использованы: экспериментальные методики для оценки величины снижения
массы пылепоступлений в окружающую среду при применении
разработанных вариантов схем компоновки систем пылеочистки для
передвижных и мобильных асфальтосмесительных установок в опытно-
промышленных условиях; экспериментальные методики определения
основных свойств пыли; методика микроскопического анализа фракционного
состава пыли;
изложены расчетные и экспериментальные зависимости, характеризующие степень снижения массы выбросов пыли в атмосферу при использовании разработанных вариантов схем компоновки систем пылеочистки для передвижных и мобильных асфальтосмесительных установок;
раскрыто влияние работы передвижных и мобильных асфальтосмесительных установок на концентрацию и фракционный состав пыли в атмосферном воздухе с учетом скорости ветра;
- изучено изменение концентрации пыли в атмосферном воздухе при
производстве асфальтобетонных смесей в передвижных и мобильных
установках с учетом расстояния от них и скорости ветра.
Практическая значимость работы:
- разработаны и прошли опытно-промышленные испытания предложенные
системы пылеочистки для передвижных и мобильных асфальтосмесительных
установок;
- определены пределы и перспективность практического использования
разработанных систем пылеочистки для передвижных и мобильных
асфальтосмесительных установок;
- создана система практических рекомендаций по проектированию и
эксплуатации предложенных систем очистки пылевых выбросов мобильных и
передвижных асфальтосмесительных установок.
Методология и методы диссертационного исследования включали в себя: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов; планирование эксперимента; проведение лабораторных и опытно-промышленных исследований; обработку экспериментальных данных методами математической статистики и корреляционного анализа.
Положения, выносимые на защиту:
- расчетные зависимости для оценки степени снижения массы выбросов пыли в атмосферу при использовании разработанных вариантов схем компоновки систем пылеочистки для передвижных и мобильных асфальтосмесительных установок;
- полученные по результатам натурных исследований зависимости,
характеризующие концентрацию пыли в атмосферном воздухе с учетом
скорости ветра при производстве асфальтобетонных смесей в передвижных и
мобильных установках на разных расстояниях от них;
- установленные на основе результатов опытно-промышленных
исследований зависимости для оценки величины снижения массы
пылепоступлений в окружающую среду при применении разработанных
вариантов схем компоновки систем пылеочистки для передвижных и мобильных асфальтосмесительных установок;
- полученная по результатам исследования фракционного состава
зависимость, описывающая интегральную функцию проскока для пыли,
содержащейся в потоке воздуха, поступающего в систему пылеочистки.
Степень достоверности результатов:
- для экспериментальных работ результаты получены с использованием
современного поверенного высокоточного оборудования и программных
средств, разработанных в ВолгГАСУ;
- теория построена на известных положениях механики аэрозолей и
аэродинамики при моделировании изучаемых процессов, и согласуется с
экспериментальными данными, полученными автором;
идея базируется на анализе практики и обобщении опыта исследований в области разработки технических решений по обеспыливанию выбросов в атмосферу;
использовано сравнение авторских данных и данных, полученных ранее в независимых источниках по рассматриваемой тематике;
- установлено качественное и количественное совпадение авторских
результатов с данными результатов, представленных в независимых
источниках, по исследованию пылевого воздействия на атмосферу;
- использованы современные методики обработки и сбора информации о
характеристиках разработанных систем пылеочистки, основных свойств пыли
и ее фракционного состава с помощью прикладной программы DUST 1,
разработанной в ВолгГАСУ.
Апробация результатов. Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на: XV Международной научно– практической конференции «Проблемы энергосбережения в промышленном и жилищно–коммунальном комплексах» (г. Пенза, 2014 г.); II международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы современности» (г. Кисловодск, 2013 г.); ежегодных научно-технических конференциях
профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» (г. Волгоград, 2012-2015 г.г.).
Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 10 работах, в том числе в 3 статьях, опубликованных в рецензируемых научных изданиях и 2 патентах на полезную модель.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы 150 страниц, в том числе: 124 страницы – основной текст, содержащий 21 таблицу на 21 странице, 54 рисунков на 50 страницах; список литературы из 150 именований на 17 страницах; 2 приложения на 9 страницах.
Анализ методов и средств, применяемых для очистки пылевых выбросов в асфальтобетонном производстве
Проведенный анализ показал, что производство асфальтобетона характеризуется наличием процессов измельчения, сушки, использования, хранения и транспортирования порошкообразных материалов и компонентов. Поэтому на всех стадиях производства асфальтобетонных смесей наблюдается пылевое загрязнение атмосферного воздуха. Особенно остро тот вопрос стоит при эксплуатации мобильных и передвижных асфальтосмесительных установок, на которых основным источником пылевого загрязнения атмосферного воздуха является сушильный барабан.
Ввиду отмечаемой в последние десятилетия тенденции к увеличению числа единиц автомобильного транспорта, вопросы строительства городских и пригородных автомобильных дорог, а также реконструкции имеющейся в крупных населенных пунктах городской сети становятся все более актуальными [8, 96, 126, 135, 139]. Помимо повышения объемов дорожного строительства, также наблюдается возрастание его интенсивности, обусловленное применением новых технологий, материалов и технологического оборудования, позволяющего добиваться увеличения производительности работ. Это обстоятельство обусловливает необходимость повышения производства асфальтобетона, как основного материала, необходимого при проведении дорожно-строительных работ [8, 29, 126, 127, 135, 139].
С другой стороны, современные методы организации дорожно строительного производства требуют оптимизации процессов транспортировки асфальтобетонного сырья с целью сокращения времени доставки и снижения транспортных расходов, оказывающих серьезное влияние на общий темп и себестоимость дорожно-строительных работ. Наиболее распространенным методом решения этой задачи является использование передвижных и мобильных асфальтосмесительных установок малой и средней производительности [19]. Основным преимуществом таких установок является возможность размещения их в непосредственной близости, либо на небольшом расстоянии от объекта дорожно-транспортного строительства, что позволяет понизить затраты времени и транспортные расходы, а также положительно сказывается на качестве асфальтобетонной смеси, поставляемой на объект. Вместе с тем, важным фактором, препятствующим применению мобильных и передвижных асфальтосмесительных установок, является пылевое загрязнение атмосферного воздуха, которое во многих случаях делает невозможным их размещение в наиболее удобном, с точки зрения производства дорожных работ, месте. Особенно сильно фактор пылевого загрязнения окружающей среды проявляется при размещении оборудования по производству асфальтобетона либо на территориях, непосредственно прилегающих к населенным пунктам, либо на их территории. Если установка пылеочистки имеет одну ступень, то в качестве пылеуловителей применяются циклоны НИИОГАЗ или батарейные циклоны СЦН–40, для которых проскок в атмосферу пылевых частиц с размерами 10– 20 мкм не должен превышать 15 %. Однако опыт эксплуатации таких установок показал, что названные аппараты не обеспечивают требуемой степени очистки, вследствие значительных подсосов газа [118, 126] и мелкодисперсности пыли в поступающем на очистку газе. Поэтому в настоящее время системы очистки пылевых выбросов от сушильных барабанов установок приготовления асфальтобетонных смесей, как правило, компонуются по двухступенчатой схеме с применением одного из вариантов: - первый предусматривает установку на первой ступени очистки дымососа-пылеуловителя с рециркуляционным циклоном, на второй ступени – установку батарейных циклонов; - второй: на первой ступени устанавливаются батарейные циклоны, на второй - аппараты мокрой очистки ударно инерционного действия. Однако, следует отметить, что, помимо перечисленных выше недостатков обоих вариантов, их использование целесообразно на стационарных АБЗ, тогда как для передвижных асфальтосмесительных установок из-за громоздкости и особенностей эксплуатации пылеулавливающего оборудования не обеспечивается требуемая мобильность производства. С учетом этого и с учетом опыта эксплуатации на стационарных асфальтобетонных заводах представляется более рациональным использование вихревых пылеуловителей со встречными закрученными в системах очистки пылевых выбросов от передвижных и мобильных асфальтосмесительных установок. Назначение вторичного ввода в аппарат ВЗП, как отмечалось ранее, состоит в повышении интенсивности закрутки, но пылевые частицы, находящиеся в нем, при попадании в сепарационную камеру оказываются в худших для сепарации условиях, чем частицы, находящиеся в первичном потоке. Ввиду того, что патрубок вторичного потока имеет диаметр в несколько раз меньше диаметра сепарационной камеры, расстояние, которое необходимо преодолеть пылевой частице для контакта со стенкой, гораздо больше, чем в первичном тангенциальном вводе.
Согласно данным некоторых исследователей [59, 102, 108, 118, 121], повышение эффективности пылеуловителей на встречных закрученных потоках может быть достигнуто в результате подачи на нижний (вторичный) ввод потока незапыленного газа. Использование подачи дополнительного чистого потока не всегда является рациональным решением из-за повышения общего расхода газа, проходящего по системе, что является причиной повышения аэродинамического сопротивления, либо применения пылеулавливающего оборудования больших типразмеров, что приводит к дополнительным затратам. Поэтому для организации разделения газопылевого потока на поток с большей и меньшей концентрацией пылевых частиц предназначены центробежные пылеконцентраторы [109]. Однако применение центробежных пылеконцентраторов не позволяет полностью решить проблему проскока пылевых частиц в пылеуловителях ВЗП. Условно чистый поток, как правило, характеризуется наличием пылевых частиц мелких фракций, которые не подвержены сепарации в концентраторе, ввиду характерного для них неблагоприятного соотношения аэродинамических и инерционных сил. Таким образом, на вторичный ввод ВЗП приходится большая часть мелких фракций пыли, которые не подвержены сепарации в виду описанных выше причин.
Для улавливания мелкодисперсной пыли рекомендуется применение рукавных фильтров [120-122, 124, 125, 132]. Однако применение двухступенчатой очистки нежелательно, в связи с повышением массово-габаритных характеристик и аэродинамического сопротивления, которые у фильтров, при прочих равных условиях, могут многократно превосходить таковые, характерные для инерционных пылеуловителей [3, 5, 26, 131, 134].
Для решения проблемы уноса мелкодисперсных пылевых частиц рационально организовать фильтрацию вторичного потока, прошедшего разделение в центробежном пылеконцентраторе. Учитывая кратную разницу в расходах, подаваемых на вторичный и первичный вводы пылеуловителя на встречных закрученных потоках, такое решение позволяет использовать фильтр небольших типразмеров, позволяющий уложиться в жесткие массово-габаритные и энергетические требования, предъявляемые к мобильным системам. Наличие в схеме центробежного пылеконцентратора позволит существенно экономить ресурс фильтрующего материала за счет малых значений концентраций и диаметров пылевых частиц, подаваемых на очистку. Вышеописанные факты и доводы послужили основанием для выбора направления исследований по разработке и исследованию компоновочных схем систем очистки пылевых выбросов передвижных и мобильных асфальтосмесительных установок с использованием пылеуловителей на встречных закрученных потоков, с разделением и очисткой вторичного потока посредством применения центробежных пылеконцентраторов и рукавных фильтров.
Анализ фракционного состава пыли в газовом потоке, поступающем в систему пылеочистки и в атмосферный воздух
В рамках экспериментальных исследований по оценке влияния работы передвижных и мобильных асфальтосмесительных установок на концентрацию и дисперсный состав пыли в воздухе застроенных территорий были проведены испытания традиционно применяемой системы пылеочистки, обслуживающей асфальтосмесительную установку ДС 117/185, схема которой приведена на рисунке 2.1. В качестве первой ступени очистки используются 2 параллельно установленных циклона ЦН-15 с диаметром 400 мм, в качестве второй ступени - циклон-промыватель СИОТ.
При проведении исследований определялись объем и запыленность газа на входе в установку пылеочистки, после прохождения первой ступени и на выходе в атмосферу. Одновременно проводилось измерение температуры газа Замеры выполнялись согласно стандартным методикам, изложенным в [50-53, 82, 120].
Для определения расхода газа, поступающего в установку пылеочистки, измерялось давление в воздуховодах с помощью трубок Прандтля с термопарами и манометра дифференциального цифрового ДМЦ-01/М. Также использовались трубки медицинские резиновые типа 1 по ГОСТ 3399-76 или полиэтиленовые по ГОСТ 18599-2001, рулетка длиной 10 м (для измерения диаметра воздуховодов, ГОСТ 7502-98). Измерения проведены при установившемся движении потока газа. I II Рисунок 2.1 - Схема традиционно используемой системы пылеочистки асфальтосмесительной установки асфальтобетонного завода ДС 117/185. 1 - сушильный барабан; 2 - циклоны ЦН-15 0400 (первая ступень очистки); 3 - бункер уловленной пыли; 4 - циклон-промыватель СИОТ (вторая ступень очистки); 5 - вентилятор; I, II, III - места проведения замеров
При определении запыленности газового потока использовались: электроаспиратор Мигунова (модель 822); аэрозольные аналитические фильтры АФА-ВП-20 в закрытом аллонже; электронные весы АLC-80d4.
Результаты испытаний представлены в таблице 2.1. Расход газа, поступающего в систему пылеочистки, составляет 5840 норм.м3/ч. Вследствие имеющихся в системе неплотностей в атмосферу после очистки выходит 5934 норм.м3/ч. При этом потери давления при прохождении очищаемым газом первой и второй ступеней очистки составляют АР± = 906 Па и АР2 = 1054 Па соответственно, и общие потери давления в системе пылеочистки - АР0бщ = I960 Па.
Концентрация пыли в газе, подаваемом на очистку, составляет 5634 мг/м3. После очистки в циклонах эта величина равна 1920 мг/м3, на выходе в атмосферный воздух после системы пылеочистки - 878 мг/м3. Таким образом, проскок циклонов составляет є± = 0,344, проскок циклона-промывателя СИОТ Таблица 2.1 - Результаты испытаний традиционно используемой системы пылеочистки
Для реализации задач, поставленных в настоящей работе, производилось изучение дисперсного состава пыли, подаваемой на очистку системой аспирации, обслуживающей сушильный барабан асфальтосмесительной установки ДС–117/185. Для проведения исследований отбор проб осуществлялся в системе аспирации непосредственно на выходе из сушильного барабана, после первой ступени очистки, представленной двумя параллельно установленными циклонами ЦН–15, и после циклона-промывателя СИОТ на выходе из системы пылеочистки.
Для изучения дисперсного состава пыли была использована методика микроскопического анализа [57, 76] с применением ПК [4, 6, 9-11, 94], включенная в Перечень методик измерений концентраций загрязняющих веществ в выбросах промышленных предприятий, допущенных к применению в 2014 г., и программы обработки изображений частиц DUST 1 [113]. Методика заключается в фотографировании специальным способом приготовленных проб пыли, предварительно отобранных пневмометрическим методом из воздуховодов системы аспирации, с последующей компьютерной обработкой полученных микрофотографий. На рисунке 2.2 представлено изображение частиц исследуемой пыли, полученное под микроскопом.
Полученное под микроскопом изображение частиц пыли, отобранной: а – на входе в систему пылеочистки; б – после первой ступени очистки; в – на выходе в атмосферный воздух после системы пылеочистки Графическое изображение результатов анализа фракционного состава исследуемой пыли представлено на рисунках 2.3-2.10. На рисунке 2.3 в виде дифференциальных кривых показано распределение числа частиц по размерам n(dч) = f(dч), на рисунке 2.4 - массовое распределение частиц m(dч) = f(dч) [54, 71, 120] для пыли, содержащейся в газовом потоке, поступающем в систему пылеочистки.
Дифференциальное распределение числа частиц по диаметрам для пыли, содержащейся в газовом потоке, поступающем в систему пылеочистки. 1 – по результатам собственных исследований; 2 – по данным [126] На рисунке 2.5 для этой же пыли в логарифмической координатной сетке приведены графические зависимости D(dч) = f(dч), характеризующие интегральное распределение массы частиц исследуемой пыли по размерам [54, 71, 120].
Расчетная оценка степени снижения выбросов пыли в атмосферу при применении предлагаемых схем компоновки системы пылеочистки
Исследования характеристик разработанной системы очистки пылевых выбросов производились в условиях действующего производства. Для проведения испытаний была смонтирована опытно-промышленная установка, предназначенная для очистки пылевых выбросов от сушильного барабана асфальтосмесительной установки ДС – 117/185 (рисунок 4.1). В качестве основного пылеулавливающего оборудования применен аппарат со встречными закрученными потоками ВЗП–600. Для снижения проскока пыли в атмосферу [3, 118] на вторичный ввод пылеуловителя подается поток, предварительно прошедший очистку в рукавном фильтре СМЦ.
Опытно-промышленная установка работает следующим образом. Запыленные газы, отходящие от сушильного барабана асфальтосмесительной установки под действием разрежения, создаваемого вентилятором 11, поступают во входной тангенциальный патрубок 2 улиточного закручивателя 1 центробежного пылеконцентратора. Приобретая заданную интенсивность закрутки, пылегазовый поток поступает в цилиндрическую камеру 3 центробежного пылеконцентратора, где под действием центробежной силы происходит отжатие пылевых частиц в пристенную область. Таким образом, закрученный поток, протекающий по сепарационной камере центробежного пылеконцентратора, можно условно разделить на две зоны: зону пристенного течения, характеризующуюся повышенной концентрацией пылевых частиц, и осевую зону, в которой концентрация твердой фазы существенно ниже. По тангенциальному патрубку 4 центробежного пылеконцентратора запыленный поток покидает сепарационную камеру центробежного пылеконцентратора, и направляется на очистку в пылеуловитель ВЗП 6 через первичный тангенциальный ввод 8. Перетекание потока между тангенциальным выходным 4 и входным патрубками 8 позволяет частично утилизировать энергию вращения потока, за счет минимальных нарушений его кинематической структуры [141], чем достигается снижение аэродинамических потерь в установке. Вторичный, низкоконцентрированный поток по аксиальному патрубку 5 направляется в рукавный фильтр СМЦ 9, пройдя очистку в котором, подается во вторичный патрубок 10 пылеуловителя ВЗП 6. Пройдя очистку в сепарационной камере пылеуловителя на встречных закрученных потоках, очищенный поток поступает в тангенциальный раскручиватель потока, установленный вместо стандартного вентиляционного отвода.
С целью обеспечения возможности регулирования расхода пылегазового потока, подаваемого на очистку в опытно-промышленную установку, а также регулирования соотношения расходов пылегазовой смеси, подаваемой на первичный и вторичный вводы пылеуловителя ВЗП, на воздуховодах установлены регулирующие заслонки 12. Для проведения измерений аэродинамических характеристик и отбора пылевых проб воздуховоды снабжены замерными штуцерами 13, герметичность которых обеспечивается завинчивающимися крышками.
Рукавный фильтр и пылеуловитель на встречных закрученных потоках снабжены шлюзовыми питателями и бункерами-пылесборниками (условно не обозначены на схеме). Компоновочная схема позволяет организовать сбор уловленной пыли в общий бункер пылесборник, однако при разработке компоновки опытно-промышленной установки применены два раздельных пылесборных бункера. Такое решение выбрано, исходя из необходимости контроля результатов определения эффективности работы пылеулавливающего оборудования, полученных пневмометрическим и пробоотборным методом, путем сопоставления с результатами весового метода.
Рукавный фильтр СМЦ, используемый в пытно-промышленной установке, снабжен стандартным встряхивающим устройством, поставляемым в комплекте. Однако, ввиду незначительных концентраций пылевых частиц в газовом потоке, прошедшем сепарацию в центробежном пылеконцентраторе, представляется возможным отказ от этого сложного и дорогостоящего устройства, нуждающегося в электропитании и переодическом обслуживании. При проведении испытаний установлено, что для обеспечения устойчивого функционирования достаточно производить ручное встряхивание через специально выполненный в корпусе фильтра герметичный люк не чаще одного-двух раз в течение 24 часов.
Экспериментальные исследования проводились с использованием стандартных методик [50, 51, 52, 53, 67, 82, 101]. По величинам давлений в замерных сечениях, измеренных при помощи пневмометрических трубок и дифференциальных цифровых манометров ДМЦ-01/М, определялись: значения общего расхода пылегазовой смеси, подаваемой на очистку; значения расходов пылегазовой смеси в замерных сечениях; аэродинамическое сопротивление установки. Величина проскока пыли определялась на основе сопоставления поступающей и выходящей массы пыли, определяемых путем отбора проб и измерений в замерных сечениях воздуховодов и контролируемых по весу пыли в пылесборниках рукавного фильтра и аппарата ВЗП. Измерения запыленности газового потока в замерных сечениях производились с помощью комплекта пылеотборного оборудования конструкции НИИОГАЗ. Отбор проб осуществлялся одновременно во всех замерных сечениях, чем обеспечивалась идентичность отбора проб в каждом из сечений режиму работы системы и поступления пыли [50, 53]. Апробирование предложенных компоновочных решений проводилось в действующем производстве на опытно-промышленной установке, поэтому необходимость в специальной подготовке пылевого сырья для проведения экспериментальных исследований отсутствует.
При проведении экспериментальных исследований в качестве определяемых величин (функций отклика) были приняты: к - эффективность разделения потоков в пылеконцентраторе; сист " проскок пыли в атмосферу; сист " коэффициент аэродинамического сопротивления системы пылеочистки. Первая из перечисленных величин определяется в соответствии выражением (3.2) и, как отмечалось выше (п.п. 3.2.3), зависит от интенсивности закрутки потока, характеризуемой формпараметром Ф (3.9). Для определения наиболее рациональных конструктивных параметров основных элементов системы пылеочистки в зависимости от расхода газа, подаваемого на очистку, наиболее рациональным представляется использование безразмерного параметра - критерия Рейнольдса. Ввиду того, что пылеуловители ВЗП, а также рукавные фильтры СМЦ на настоящий момент достаточно исследованы и имеют разработанные производителем рекомендации по подбору типразмеров, в качестве оптимизируемого геометрического параметра выбран диаметр сепарационной камеры центробежного пылеконцентратора (рисунок 4.1). Значение параметра Рейнольдса определяется, исходя из величины скорости пылегазового потока в ее сечении, осредненной по расходу
Описание экспериментальной установки и методика проведения исследований
Результаты проведенных опытно-промышленных исследований показали, что система пылеочистки для передвижных или мобильных асфальтосмесительных установок, скомпонованная по второму из предложенных вариантов, обеспечивает большую степень снижения поступлений пыли в атмосферу в рекомендуемом диапазоне значений определяющих факторов. Однако при этом существенно возрастают энергозатраты на реализацию процесса очистки пылевых выбросов в окружающую среду. Поэтому для последующей эксплуатации на асфальтосмесительной установке была рекомендована система очистки, скомпонованная по первому из предложенных вариантов (рисунок 4.25), с подачей доли очищаемого газопылевого потока на нижний вход аппарата ВЗП после очистки в рукавном фильтре.
Для наладки режимных параметров установки в пределах их рекомендуемых значений, а также контроля работы установки в период эксплуатации проводились замеры давлений и концентраций газопылевого потока в замерных точках, расположение которых показано на рисунке 4.25.
Представленные результаты свидетельствуют о том, что использование предложенной системы пылеочистки позволяет снизить выбросы пыли в атмосферу от мобильной асфальтосмесительной установки в 3,9 раза. Кроме того, содержание частиц РМ10 в потоке, выбрасываемом в атмосферный воздух после системы обеспыливания выбросов сократилось на 36%, содержание частиц РМ2,5 – на 25%.
Разработка рекомендаций по проектированию и эксплуатации систем очистки пылевых выбросов передвижных и мобильных асфальтосмесительных установок
На основе обобщения и анализа данных, полученных при проведении исследований, разработаны рекомендации по проектированию и эксплуатации систем очистки пылевых выбросов для передвижных и мобильных асфальтосмесительных установок.
Как следует из результатов выполненных экспериментальных исследований, наилучшим, с точки зрения обеспечения наименьшего проскока пыли в атмосферный воздух, является такой диаметр сепарационной камеры центробежного пылеконцентратора, при котором значения критерия Рейнольдса, осредненного по площади поперечного сечения сепарационной камеры центробежного пылеконцентратора, находятся в пределах Recv = = 4Ю4 - 4,2104. Поэтому при выборе диаметра сепарационной камеры центробежного пылеконцентратора используется выражение где D - диаметр сепарационной камеры центробежного пылеконцентратора, м; L - расход поступающей на очистку пылегазовой смеси, м3/ч; v - кинематическая вязкость очищаемого газа, м2/сек. Для обеспечения наименьшего проскока пыли в атмосферный воздух доля (от общего) расхода пылегазовой смеси, подаваемый на нижний ввод аппарата ВЗП после очистки в рукавном фильтре должна составлять К = 0,32-0,37.
Для определения основных конструктивных размеров улиточного закручивателя центробежного пылеконцентратора применяется зависимость (3.9) при условии, что наиболее рациональное значение формпараметра Ф; закрутки потока, создаваемого улиточным закручивателем, изменяется в пределах от 4,0 до 4,4.
Дальнейшее повышение интенсивности закрутки потока отрицательно сказывается на величине проскока системы, ввиду повышения эффективности разделения потоков, приводящее к появлению пылевых частиц мелких фракций в первичном вводе пылеуловителя на встречных закрученных потоках, что в свою очередь приводит к повышению его степени проскока.
Приведенные рекомендации распространяются на проектирование систем очистки выбросов от сушильных барабанов асфальтосмесительных установок. Как отмечалось выше, основные характеристики предлагаемой компоновочной схемы зависят, в основном, от эффективности разделения потоков в центробежном пылеконцентраторе. Эта величина, в свою очередь, помимо конструктивных параметров, сильно зависят от физических свойств пылевых частиц. При их изменении может произойти ухудшение эффективности очистки. Поэтому, при использовании предлагаемой компоновочной схемы, для очистки пылевых выбросов иных производств, пыль от которых характеризуется иными физико-химическими параметрами, следует ориентироваться на величину эффективности разделения пылегазового потока, для каждой конкретной пыли. Подбор необходимых значений эффективности разделения рекомендуется производить при помощи графических зависимостей, представленных на рисунках 4.11 и 4.12.