Введение к работе
Актуальность работы. В связи с интенсификацией производства, износом технологического оборудования и нерациональной организацией природоохранных мероприятий запыленность окружающей среды постоянно растет. В этих условиях общий объем реальных вентиляционных выбросов из аспираци- онных систем, не учитываемых федеральной статистикой, увеличивается. Рациональным решением по снижению уровня воздействия пылегазовых выбросов на атмосферу является использование максимально замкнутых технологий и производств, позволяющих комплексно использовать перерабатываемое сырье и сводящих к возможному минимуму количество отходов непосредственно в самих технологических процессах.
В производстве конструкционных огнеупоров и строительных материалов наиболее распространены рукавные фильтры, которые имеют небольшой ресурс работы и не всегда способны осуществить очистку в соответствии с нормами ПДВ. Зернистые фильтры имеют ряд безусловных преимуществ по сравнению с рукавными: механическая прочность, высокая эффективность, способность к многократным регенерациям и созданию замкнутой технологии.
Одним из путей организации замкнутой технологии в рассматриваемых отраслях является использование насыпных комбинированных структур, которые обеспечивают высокую степень очистки и могут быть использованы вместе с уловленным материалом в производстве в качестве сырья.
В работе анализируется режим функционирования предложенного оригинального насыпного комбинированного фильтра с несвязанной структурой зернистого слоя (НКФ), способного осуществлять последовательную очистку от взвешенных частиц различной дисперсности.
Цель работы - разработка нового насыпного комбинированного фильтра для обеспыливания вентиляционных выбросов при производстве огнеупоров и создание замкнутой технологии.
Задачи исследования. Достижение поставленной цели потребовало комплексного решения следующих задач:
анализ физико-химических свойств дисперсной фазы вентиляционных выбросов и существующих систем пылеулавливания на основе фильтров с несвязанной структурой зернистого слоя;
разработка оригинального экспериментального фильтра и схемы его включения в технологическую производственную линию;
построение адекватных математических моделей, эффективно прогнозирующих рабочие параметры предложенных фильтров на основе НКФ;
проведение экспериментальных исследований для выявления оптимального технологического режима работы аппарата;
разработка максимально замкнутой технологии пылеулавливания, позволяющей соблюсти нормы ПДВ и обеспечить экономическую эффективность от реализации и внедрения систем.
Методы исследования и достоверность результатов обеспечиваются совместным использованием классических закономерностей механики аэрозолей и теории фильтрования, которые в сочетании с экспериментально- статистическими методами анализа обеспечили получение представительных и устойчиво воспроизводимых результатов. При проведении экспериментов использованы апробированные методики НИИОГАЗа, ГИНЦВЕТМЕТа и НИФХИ им. Л.Я. Карпова. При этом максимальное расхождение результатов теоретических и экспериментальных исследований не превышает 8-10 % с доверительной вероятностью 95 %, что следует признать вполне удовлетворительным.
Научная новизна работы состоит в следующем:
предложено конструктивное решение процесса пылеулавливания для огнеупорного производства. Принципиальная новизна этих решений, отраженная в полученных патентах, состоит в том, что последовательно расположенные фильтровальные слои могут быть установлены на различном расстоянии друг от друга, что позволит увеличить площадь фильтрования для достижения необходимой эффективности пылеулавливания;
предложены и экспериментально проверены математические интерполяционные модели в обобщенных переменных для расчета общей и фракционной эффективности процесса фильтрования вентиляционных выбросов через насыпной комбинированный фильтр, которые учитывают большее количество факторов (Н, w, йэ, т), влияющих на гидродинамику процесса, чем классические модели, полученные с помощью дифференциальных уравнений;
определены оптимальные технологические режимы фильтрования с помощью НКФ. Установлено, что удельная нагрузка на поверхность фильтрования составляет 30 м3/м2мин;
впервые разработаны оптимальные способы регенерации насыпного комбинированного фильтра. Установлено, что обратная продувка через перфорированные продувочные трубки с использованием буферной емкости для сжатого воздуха является наиболее предпочтительным решением;
установлено, что основными параметрами при расчете эффективности очистки воздуха от пыли через НКФ являются дисперсный состав пыли и высота зернистого слоя;
предложена оригинальная схема, включающая транспортирующие устройства фирмы «Шраге», обеспечивающая замкнутый характер технологического процесса. Уловленная пыль вместе с отработанным фильтровальным материалом возвращается в производство.
На защиту выносятся:
предложенное конструктивное решение процесса пылеулавливания для огнеупорного производства;
математические интерполяционные модели в обобщенных переменных для расчета общей и фракционной эффективности процесса фильтрования вентиляционных выбросов через НКФ;
оптимальные технологические режимы фильтрования с помощью НКФ;
способы и технологические параметры регенерации НКФ;
оригинальная замкнутая схема очистки вентиляционных выбросов промышленного назначения.
Практическая ценность диссертации. Разработан и рекомендован фильтр для очистки аспирируемого воздуха от смесительного, дозирующего и шлифовального оборудования на ОАО «Семилукский огнеупорный завод», ЗАО «Семилукский комбинат строительных материалов», где использование крупногабаритных систем пылеулавливания нецелесообразно и недостаточно эффективно. Отдельные аспекты работы используются на практике Белгородским государственным технологическим университетом им. В.Г. Шухова, Воронежским государственным университетом инженерных технологий. Специальные рекомендации по методике и проведению пылегазовых замеров выданы Федеральной службе по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Территориальному управлению по Воронежской области).
Апробация работы. Результаты выполненных исследований доложены и обсуждены на 4-й и 5-й Всесоюзных научно-практических конференциях с международным участием «Экологические проблемы промышленных городов» (г. Саратов, 2009-2011 гг.); на XXI Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (г. Тамбов, 2008 г.); на 3-й Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии и оборудование для пищевой промышленности» (г. Воронеж, 2009-2010 гг.); на научной конференции с международным участием «Пищевая наука, техника и технологии» (Болгария, г. Пловдив, 2009-2010 гг.); на III Международной научно-практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии» (г. Тамбов, 2008 г.); на Московской международной научно-практической конференции «Биотехнология и экология крупнейших городов» (г. Москва, 2010 г.); на XXIV научной конференции стран СНГ «Дисперсные системы» (Украина, г. Одесса, 2010 г.).
Публикации. По результатам исследования опубликовано 22 научные работы, из них 6 - в изданиях, рекомендованных ВАК: «Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий», «Строительные материалы», «Химическое и нефтегазовое машиностроение».
В статьях, опубликованных в рекомендованных ВАК изданиях, показана технологическая и экологическая целесообразность использования зернистых фильтров из вентиляционных и аспирационных выбросов при сухом пылеулавливании, а также изложены основные результаты исследования. Получено четыре патента РФ и одно положительное решение патентной экспертизы.
Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, изложенных на 170 страницах машинописного текста, основных выводов, списка литературы, содержащего 130 наименований, и приложения.
Диссертация содержит 48 рисунков, 17 таблиц.
