Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Аналитический обзор и выбор направления исследований 9
1.1. Анализ гипсового производства как источника пылевы деления 9
1.2. Анализ методов и способов очистки воздуха от пыли на предприятиях по производству гипсового вяжущего 30
1.3. Выбор направления исследования 32
1.4. Выводы по первой главе 33
Глава 2. Анализ условий функционирования оборудования гипсового производства как источника пылевыделения 34
2.1. Описание технологического процесса гипсового производства 34
2.2. оценка мощности пылевых выбросов от узла пересыпки гипсового камня 37
2.3. Анализ существующей системы аспирации производства гипса 40
2.4. Инструментальное обследование существующей системы аспирации 42
2.5. Анализ дисперсного состава и концентрации пыли в выбросах гипсоварочного котла 66
2.6. Анализ дисперсного состава и концентрации пыли в выбросах мельницы 68
2.7. Определение основных физико-химических свойств гипсовой пыли 69
2.8. Выводы по второй главе. 74
Глава 3. Экспериментальные и опытно промышленные исследования по повышению эффективности работы систем аспирации гипсового производства 76
3.1. Конструктивные решения по повышению эффективности работы системы аспирации гипсоварочного котла 76
3.2. Экспериментальные исследования эффективности работы опытно - промышленной системы аспирации гипсоварочного котла 79
3.3. Конструктивные решения по повышению эффективности обеспыливания узлов пересыпки ленточных транспортеров 88
3.4. Выводы по третьей главе 93
Глава 4. Практическая реализация работы 94
4.1. Внедрение систем аспирации узлов пересыпки гипсового камня 94
4.2. Общие рекомендации по проектированию систем пылеочистки гипсового производства 95
4.3.Рекомендации по повышению эффективности работы пылеулавливающих систем гипсового производства 96
4.4. Предложения по снижению выбросов в атмосферу существующими системами аспирации гипсового производства 98
4.5. Социально - экономический эффект от внедрения 102
4.5. Выводы по четвертой главе 109
Заключение 110
Список литературы 112
Приложения 127
- Анализ гипсового производства как источника пылевы деления
- Инструментальное обследование существующей системы аспирации
- Экспериментальные исследования эффективности работы опытно - промышленной системы аспирации гипсоварочного котла
- Социально - экономический эффект от внедрения
Анализ гипсового производства как источника пылевы деления
Исходная горная масса фракции 0-900 мм транспортируется от карьера автосамосвалами к приемному бункеру корпуса дробления и сортировки. Из бункера материал пластинчатым питателем подается в щековую дробилку СДМ-111. При этом при падении материала и работе щековой дробилки происходит пы левы деление. Узел перегрузки и щековая дробилка оснащена системой аспирации представленной на рис 1.1. Продукт дробления щековой дробилки крупностью 0-247 мм и просыпь из под питателя ленточным конвейером подаются в перегрузочное устройство. Над ленточным конвейером установлен магнитный сепаратор с металлодетектором для улавливания металлических предметов. Через двух рукавный узел перегрузки продукт дробления попадает на один из двух грохотов. Надрешеточный продукт фракции 60-247 мм поступает в роторные дробилки. Из-под дробилок гипсовый камень фракции 0-60мм системой ленточных конвейеров транспортируется на склад №1 или №2 гипсового камня. По складу камень распределяется передвижной барабанной сбрасывающей тележкой. Источниками пылевыделения являются: узлы перегрузки, грохота, роторные дробилки, транспортеры. Данный участок так же оборудован системой аспирации представленной на (рис. 1.2).
Склад №1, №2 гипсового камня открытого типа, эстакадно-траншейный, штабельный. Камень со склада готовой продукции качающимися питателями подается на ленточный конвейер, затем через узел перегрузки двух рукавный на ленточный конвейер, где происходит взвешивание на ленточных весах, затем на грохот. Подрешетный продукт - гипсовый камень фракции 0-60 мм через конвейер подается на производство гипса. Надрешетный продукт - камень гипсовый фракции +60мм подается в дробилку молотковую и после дробления через элеватор подается на ленточный конвейер далее поступает снова на грохот таким образом происходит тщательное отсеивание и дробление камня фракции +60мм подающегося на гипсовый завод. Гипсовый камень, подлежащий отгрузке сторонним организациям, со склада грузится экскаватором в железнодорожные вагоны. Возможна отгрузка в железнодорожный транспорт через устройство для погрузки. Для этого гипсовый камень со склада готовой продукции качающимися питателями подается па ленточный конвейер, затем через узел перегрузки конвейером подается на устройство погрузки камня в железнодорожные вагоны.
На данном этапе обработки гипсового камня можно выделить основные источники пылевыделения которыми являются конвейеры, узлы перегрузки, грохот. Т.к. ленточные транспортёры имеют большую протяженность то наиболее распространенным является применение локальных систем аспирации небольшой производительностью (рис. 1.3).
Производство гипсовых вяжущих в варочных котлах - наиболее распространенный способ. Это объясняется тем, что в периодически действующих котлах удается получать продукцию однородного состава, с достаточно высокими показателями прочности и в известных пределах можно регулировать другие свойства гипса (сроки схватывания, нормальную густоту).
Производительность цехов, оборудованных гипсоварочными котлами, от 8-10 тыс. тонн в год до 300-330 тыс. тонн.
Автоматизированное производство гипса в гипсоварочных котлах непрерывного действия разработано институтом Гипростройматериалы Главстромпроекта Госстроя СССР. В загрузочном бункере гипсоварочного котла измельченный гипс пневматически разрыхляется. Воздух для аэрации гипса подается ротационной воздуходувкой в лотки загрузочного бункера гипсоварочного котла. Из бункера материал поступает через барабанные и шлюзовые затворы в винтовые конвейеры, которыми загружается гипсоварочный котел.
Поступающий в котел гипс нагревается до температуры дегидратации и в процессе обезвоживания опускается вниз, откуда и отводится непосредственно через боковой вертикальный трубопровод в камеру охлаждения.
Необходимый для косвенного обогрева гипсоварочного котла горячий газ подается из генератора горячего газа. При этом исключается непосредственное воздействие пламени на днище котла. Часть горячего газа из гипсоварочного котла отводится циркуляционным вентилятором в генератор горячего газа. Оставшаяся часть горячего газа используется для аэрации гипса в котле, что обеспечивает его равномерный обжиг. Кроме того, гипс перемешивается с помощью мешалки, вмонтированной в котел. Температура материала в зоне нагревания гипсоварочного котла 160-165 С, в зоне охлаждения 90-100 С. Охлаждение гипса производится воздухом, подаваемым циркуляционным вентилятором.
После выхода из зоны охлаждения гипсовое вяжущее из трех технологических линий поступает в винтовые конвейеры, транспортирующие готовую продукцию в ковшовый элеватор, а затем в реверсивный винтовой конвейер. Винтовой конвейер заполняет два силоса вяжущих, из которых оно подается на производство гипсокартонных листов. Вяжущее подается в пневматический камерный насос, откуда по трубопроводу транспортируется в силосный склад готовой продукции.
Длительность пребывания материала в котлах регулируется режимом загрузки и выгрузки, в зависимости от температуры гипса на выходе из котла.
Вследствие непрерывного поступления в котлы свежего гипсового порошка в них в течение всего процесса тепловой обработки поддерживаются постоянная и высокая степень насыщения окружающего материала воздуха водяными парами, что приводит к улучшению модификационного состава и свойств получаемых гипсовых вяжущих. [38].
Применяют несколько технологических схем получения гипса по варочному способу [33], которые отличаются друг от друга числом и последовательностью основных операций:
1 Дробление-помол-варка
2 Дробление-сушка-помол-варка
3 Дробление-сушка+помол-варка
4 Дробление-помол+варка-помол
5 Дробление-сушка+помол-варка-помол
6 Сушка+помол-варка
Первая технологическая операция во всех схемах, за исключением шестой - дробление гипсового камня. Это вызывается тем, что на заводы сырье поступает в кусках размером до 500 мм и его необходимо подготовить, прежде чем измельчать в мельницах или дробилках.
Инструментальное обследование существующей системы аспирации
В ходе инструментального обследования проведены замеры аэродинамических характеристик и запыленности тазовоздушных потоков систем аспирации ОАО «Кубанский гипс - Кнауф».
Для представления о работе обследуемой системы (рис. 2.5) проведены замеры аэродинамических характеристик:
— 3 серии замеров в системе пневмотранспорта мельницы (таблицы 2.3 2.9). Каждая серия включает:
а - замеры в начале работы системы
б - замеры спустя 2 часа от начала работы
— замеры аэродинамических характеристик на входе каждого циклона в батарее, для оценки равномерности распределения объема воздуха по циклонам (таблица 2.11).
— замеры в системе аспирации от пневмотранспорта мельницы (таблица 2.10). Для оценки воздушной нагрузки на рукавный фильтр и определения аспирационного объема, отсасываемого из системы пневмотранспорта мельницы.
Замеры запыленности газопылевых потоков проведены для оценки эффективности работы пылеулавливающих устройств и определения пылевой нагрузки системы пневмосепарации.
Измерение запыленности проводилось параллельно замерам аэродинамических характеристик. Таким образом, проведено:
— 3 серии замеров (таблицы 2.11-2.17), каждая из которых включает:
а - замеры в начале работы системы
б - замеры спустя 2 часа от начала работы системы
— замеры в системе аспирации от пневмотранспорта мельницы (таблица 2.18)
Замерить характеристики системы пневмосепарации (ООО «ВГЗ Гипсокартон») чаще 2 раз в серию не удалось ввиду большой длительности самих замеров (порядка 30 мину на точку) и относительно малой продолжительности эффективной работы мельницы (порядка 2.5-3 часа).
Результаты замеров запыленности показали, что концентрация пыли в воздухе системы пневмотранспорта мельницы перед циклонами снижается на протяжении работы системы. Так, в первой серии замеров происходит падение концентрации с 53,2 г/мЗ до 22,1 г/м3; во второй серии 29,4 г/м3 до 25,4 г/м3; в третьей серии с 38,6 г/м до 26,6 г/м . Это происходит из-за постоянно увеличивающегося слоя пыли на элементах мельницы, что приводит к её забиванию, как следствие к падению её производительности и далее к полному забиванию и вынужденной остановке системы.
Эффективность улавливания пыли циклонами является удовлетворительной, не смотря на высокий расход воздуха, и составляет 93,7-98,1%- Высокая эффективность улавливания пыли циклонами обусловлена высокой входной концентрацией. Однако, остаточная концентрация в воздухе после циклонов составляет 0,6-2 г/м . Не уловленная в циклонах пыль, частично (17%) вместе с воздухом отсасывается системой аспирации, поступает обратно в мельницу и накапливается в системе пневмотранспорта.
Концентрация пыли в воздухе, поступающем на очистку в рукавный фильтр составляет 0,74-1,5 г/м . Не смотря на превышенную нагрузку по воздуху на фильтр, эффективность улавливания пыли составляет 99,8%. При достаточно высокой эффективности улавливания пыли регенерация рукавов происходит не полностью и имеет место постоянное зарастание рукава материалом. В сложившихся условиях эксплуатации рукавного фильтра (время работы 2,5 часа) количество налипшей пыли не столь велико, чтобы полностью запереть фильтр 2,8-5,7 кг/ч или 7-14 кг за время работы. Однако, при увеличении продолжительности работы и нагрузки на мельницу произойдет и увеличение нагрузки по пыли на рукавный фильтр, что неизбежно приведет к его запиранию.
Дисперсный анализ проведен для определения фракционного состава материала, находящегося в системе обследуемой пневмосепарации; оценки фракционной эффективности улавливания пыли аппаратами; представления о динамике изменения фракционного состава материала в системе пневмосепарации в течение её работы.
Дисперсный анализ проведен для проб пыли, отобранных при определении концентрации пыли. Результаты осреднены для одинаковых режимов серий замеров. Таким образом, получены:
— дисперсный анализ пыли в воздухе до циклона
— дисперсный анализ пыли в воздухе после циклона
— дисперсный анализ пыли в воздухе до рукавного фильтра
Вышеперечисленный анализ проведен для проб пыли, отобранных в начале работы и через 2 часа работы системы.
Результаты дисперсного анализа показывают, что медианный диаметр пыли в воздухе на входе в циклоны в начале работы составляет d5o = 40 мкм, доля частиц меньше 20 мкм составляет 6 %. Медианный диаметр пыли после циклонов в начале работы составляет dso = 25 мкм, доля частиц меньше 20 мкм составляет 30 %. Медианный диаметр пыли перед рукавным фильтром составляет dso = 14 мкм.
Для сравнения количества воздуха, поступающего в системы аспирации производства гипсового вяжущего составлена таблица 2.23.
Экспериментальные исследования эффективности работы опытно - промышленной системы аспирации гипсоварочного котла
Для оптимизации и оценки эффективности работы предложенной опытно-промышленной установки проведены натурные экспериментальные исследования. Основной задачей экспериментальных исследований являлось изучение эффективности разделения потоков разделителем концентратором и оценка его влияния на эффективность работы системы аспирации в целом. При этом эффективность пылеуловителей ВЗП первой ступени очистки и эффективность электрофильтра оценивались как обща я эффективность системы аспирации.
Измерения проводились по стандартной методике НИИОГАЗа. Аэродинамические характеристики потоков определялись по величинам давлений, измеряемых в воздуховодах при помощи трубок Прандтля и микроманометров ММН-250. Оценка эффективности улавливания осуществлялась на основе сопоставления массы поступающей и выходящей пыли, определяемых путем отбора проб и измерений в замерных сечениях воздуховодов. Измерения скорости и расхода газопылевых потоков проводились по ГОСТ 17.2.4.06-90. Для измерений использовались микроманометр типа ММН-2400(5)-1,0 по ГОСТ 11161, класса точности 1,0, термометр стеклянный технический по ГОСТ 2823, спирт этиловый по ГОСТ 5962, раствор плотностью 0,8095 г/смЗ, трубки резиновые типа 1 по ГОСТ 3399 или полиэтиленовые по ГОСТ 18599.
Измерения проводились при установившемся движении потока газа. Измерительное сечение выбиралось на прямом участке газохода на достаточном расстоянии от мест, где изменяется направление потока газа (колена, отводы, и т.д.) или площадь поперечного сечения газохода (задвижки, дросселирующие устройства и т.д.). Отрезок прямого участка газохода до измерительного сечения должен быть длиннее отрезка за измерительным сечением. Минимальная длина прямого участка газохода должна составлять не менее 4-5 эквивалентных диаметров.
Площадь поперечного сечения газохода условно делят на составные равновеликие площадки, в центрах которых находятся точки измерения. При выполнении измерений одну рабочую напорную трубку перемещают по линии измерения, последовательно устанавливая в точках измерения с погрешностью, не превышающей ± 2мм, при этом наконечники напорных трубок должны быть направлены навстречу газовому потоку. В каждой точке необходимо выполнить не менее трех измерений динамического давления. По результатам измерений определяют среднее динамическое давление для данной точки измерений. Отбор проб осуществлялся одновременно во всех замерных сечениях, чем обеспечивалась идентичность отбора проб в каждом из сечений режиму работы системы и поступления пыли.
При проведении исследований методами планирования эксперимента [1, 2, 13, 17, 39, 42, 59,] на основании проведенного с позиций вероятностно стохастического подхода теоретического анализа процесса пылеулавливания в вихревом инерционном аппарате со встречными закрученными потоками и двумя отсосами в качестве варьируемых факторов были выбраны: Ф - Интегральный параметр закрутки потока создаваемый закручивателем разделителя - концентратора; Recp- осредненное значение числа Рейнольдса в сепарационной камере разделителя - концентратора, вычисленное исходя из средней скорости потока в сечении разделителя - концентратора; Ьр/Ь0бщ- соотношение расходов рециркуляции и подаваемого на очистку в систему аспирации На первом этапе был реализован полный факторный эксперимент [17, 39, 42, 59, 116] порядка типа 2П (где п=3- число факторов), матрица планирования которого приведена в табл. З.1., при этом определяющие факторы были приведены к виду: Ф -Ф 0 _Re -Re0 LIL-L/L X, = = Хг) x-i = где Tr . R . v - значения соответствующих факторов в центре плана; AV ABv -А/С интервалы изменений значения факторов. При числе степеней свободы, равном 3, проведена оценка дисперсий определяющих факторов, установлены коэффициенты уравнения регрессии, доверительный интервал и средняя квадратическая ошибка в определении этих коэффициентов [14]. Полученные результаты показали, что коэффициенты взаимодействия значимы, и линейная модель неадекватна. С учетом этого был сделан вывод о необходимости аппроксимации функции отклика полиномами второго порядка. Для получения математической модели области оптимума в виде уравнения второго порядка на втором этапе исследования был реализован центральный композиционный ортогональный план второго порядка [17, 39, 42, 59, 116], матрицы которого приведены в табл. 3.2.
Увеличение параметра закрутки потока входящего в разделитель концентратор приводит к повышению эффективности разделения, однако увеличение значения данного параметра выше 4 приводит к существенному повышению аэродинамического сопротивления концентратора.
Оптимальным диаметром сепарационной камеры, (основного типразмера разделителя - концентратора) является, как следует из экспериментальных данных такой, который позволяет получить значение параметра Рейнольдса вычисленного по осредненной скорости газового потока проходящего через поперечное сечение сепарационной камеры равное 150000. При таком значении критерия Рейнольдса наблюдается наибольшая эффективность разделения на всех режимах работы концентратора.
В ходе статистической обработки результатов экспериментальных исследований получена регрессионная зависимость, характеризующая изменение эффективности разделения от трех вышеописанных факторов (3.2). Для вычисления коэффициентов уравнения регрессии использован модуль «Нелинейное оценивание» пакета программ статистического анализа «STATISTICA 5.5».
Социально - экономический эффект от внедрения
Внедрение системы пылеулавливания и разделения связано с затратами, поэтому необходимо провести технико-экономическое обоснование, которое строится на сравнении экономических показателей базового и предлагаемого вариантов с учетом прибыли, получаемой от возврата уловленного продукта обратно в производство. В качестве базы сравнения использовались показатели рассматриваемого производства до внедрения мероприятий.
В базовом варианте система пылеулавливания отсутствует, выбросы направляются в атмосферу. В предлагаемом варианте внедрена система аспирации узлов транспортирования и пересыпки гипсового камня.
Целью расчета является определение годового эколого-экономического эффекта, предотвращенного ущерба и показателя абсолютной экономической эффективности средозащитных вложений.
В качестве экологического показателя выступает предотвращенный экологический ущерб [22, 44]: где Уоб.баз - предотвращенный экологический ущерб от загрязнения окружающей среды для базового варианта, руб.; У0б. - предотвращенный экологический ущерб от загрязнения окружающей среды, руб.
Экономический ущерб от загрязнения атмосферы рассчитывается по формуле [23]: где Ууд- показатель удельного ущерба от выброса в атмосферу 1 у.т. загрязняющего вещества, руб./у. т., для Северо-Кавказского района Ууд = 49,3 руб./у.т.; АВЫб баз - количество поступающего в воздух вещества для базового варианта, т/год. Показатель относительной опасности определяется от вида территории, отнесенной к зоне активного загрязнения. Для территории промузлов
Величина поправки на характер рассеивания определяется по формуле:
Приведенные эколого-экономические затраты для базового варианта равны: где СВыб - плата за выбросы в атмосферу 1т загрязняющих веществ, руб./т., Свыб = 13,7-1,6-1,2 = 26,304 руб./т., где 13,7 - норматив платы за выброс в атмосферу 1т. гипсовой пыли в пределах установленных допустимых нормативов, руб./т. 1,6 - коэффициент экологической значимости для Поволжского района 1,2 - коэффициент, учитываемый при выбросах в городской зоне. Приведенные эколого-экономические затраты равны:
В состав средозащитных капитальных затрат включаются затраты на приобретение, доставку, монтаж и освоение оборудования, затраты на другие элементы основных фондов, непосредственно связанные с осуществлением проекта. где Кг- стоимость основного и вспомогательного оборудования; Кз - стоимость производственного инвентаря; К4- прочие затраты.
Транспортно-заготовительные и складские расходы основного и вспомогательного оборудования приняты в размере 7%, затраты на монтаж и пуско-наладочные работы - 30% от его прейскурантной стоимости. Сметная стоимость основного и вспомогательного оборудования рассчитывается в табл. 4.4.
