Введение к работе
Актуальность проблемы. Обследование существующих систем местной вентиляции в электросталеплавильных цехах позволило выявить целый ряд причин их неэффективной работы: неудовлетворительная схема организации воздухообмена и неточный расчет его величины, несоответствие оптимальным объемам воздуха, удаляемого установками местной вытяжной вентиляции, не эффективные конструкции местных отсосов, забивание воздуховодов, неэффективная работа систем пылеочистки.
Одной из причин такого положения является то, что при расчете воздухообмена электросталеплавильного цеха по пыли из-за отсутствия ряда исходных данных (дисперсный состав и аэродинамические характеристики пыли; направление и подвижность воздушных потоков в цехе, массовый расход пыли, выбивающейся из технологического оборудования; амплитуда колебаний отходящих газов) невозможно рассчитать величину воздухообмена. Таким образом, только обобщив эти данные, возможно разработать предельно эффективную и экономичную конструкцию зонта в условиях конкретного производства.
Поэтому актуальным является исследование этих факторов и на их основе совершенствование методов расчета систем местной вытяжной вентиляции, а также совершенствование конструкций местных отсосов и определение объемов воздуха систем пылеочистки.
Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет».
Целью работы является совершенствование систем местной вытяжной вентиляции от дуговых электросталеплавильных печей в электросталеплавильных цехах для снижения уровня запыленности воздуха в цехах и уменьшения объемов выбросов вредных загрязняющих веществ в атмосферу.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
определение исходных данных для расчета воздухообмена при различных схемах его организации: распределение концентрации пыли по высоте цеха, дисперсный состав пыли и ряд коэффициентов, которые влияют на распределение этих параметров;
теоретические и экспериментальные исследования аэродинамических характеристик пыли, выделяющейся из технологического оборудования, и разработка на их основе расчетной модели распространения пыли в воздухе цеха и вблизи вентиляционных зонтов;
определение требуемых объемов воздуха, удаляемого установками местной вытяжной вентиляции от технологического оборудования, совершенствование конструкций местных отсосов и систем пылеочистки.
Основная идея работы состояла в локализации конвективного потока пылегазовых выбросов от дуговой электросталеплавильной печи посредством совместной работы вентиляционного зонта, расположенного несоосно источнику выделения вредностей и осевых вентиляторов со специальными насадками с учетом нестационарного характера поля скоростей воздуха.
Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, лабораторные и промышленные исследования, обработку экспериментальных данных методами математической статистики и корреляционного анализа с применением ПК.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений теоретического анализа, моделированием изучаемых процессов, планированием необходимого объема экспериментов, подтверждена удовлетворяющей требуемым критериям сходимостью полученных результатов экспериментальных исследований, выполненных в лабораторных и опытных условиях.
Научная новизна работы состоит в том, что:
разработана расчетная модель, описывающая процесс улавливания пылегазовых выбросов, выделяющихся от дуговой электросталеплавильной печи, при совместной работе накатного вентиляционного зонта, расположенного не соосно с источником пылегазовыделения, и бокового сносящего потока плоской струи воздуха, создаваемого вентиляторами;
на основании результатов экспериментальных исследований получены данные о концентрации пыли в воздухе ЭСПЦ, подвижности воздуха в цехе, мощности и характере пылевыделений от дуговой сталеплавильной печи и эффективности действия вентиляционного зонта;
по результатам вычислительного эксперимента получена зависимость эффективности работы вентиляционного зонта от скорости воздуха в рабочем сечении вентиляционного зонта и его площади, а также скорости бокового сносящего потока воздуха, создаваемого вентиляторами, и его углов наклона;
получена экспериментальная зависимость, характеризующая эффективность работы вентиляционного зонта от скорости воздуха в рабочем сечении и угла наклона бокового сносящего потока;
определены и систематизированы данные о дисперсном составе и основных аэродинамических характеристиках пыли, выделяющейся от дуговой электросталеплавильной печи.
Практическое значение работы:
разработано устройство для улавливания и очистки пылегазовых выделений от электродуговой сталеплавильной печи на основе надвижного вентиляционного зонта с приводом в виде поршневых пневмоцилиндров приводом (патент на изобретение № 2 420 342 Рос. Федерация), которое может быть использовано в химической, металлургической или других отраслях промышленности, для улавливания высокотемпературных выбросов предпочтительно в устройствах, выбросы от которых содержат ферромагнитные частицы;
разработано устройство для улавливания и очистки пылегазовых выделений от электродуговой сталеплавильной печи на основе с вентиляционного зонта, разделенного на секции, в каждой из которых установлен датчик температуры (патент на изобретение №2 414 952 Рос. Федерация), которое может быть использовано различных отраслях промышленности, в том числе в строительной индустрии, для улавливания высокотемпературных выбросов предпочтительно в устройствах, выбросы от которых содержат ферромагнитные частицы;
разработано устройство для улавливания и очистки пылегазовых выделений от электродуговой сталеплавильной печи на основе поворотного вентиляционного зонта с канатным приводом (патент на изобретение № 2416651 Рос. Федерация), которое может быть использовано различных отраслях промышленности, в том числе в строительной индустрии, для улавливания высокотемпературных выбросов предпочтительно в устройствах, выбросы от которых содержат ферромагнитные частицы;
разработано устройство для улавливания и очистки пылегазовых выделений от электродуговой сталеплавильной печи на основе поворотного вентиляционного зонта с приводом в виде поршневых пневмоцилиндров, на что получено решение о выдаче патента на изобретение от 18.11.2010 (заявка № 2009132229/20(045264) от 26.08.2009); устройство может быть использовано в различных отраслях промышленности, в том числе в строительной индустрии, для улавливания высокотемпературных выбросов предпочтительно в устройствах, выбросы от которых содержат ферромагнитные частицы.
Реализация результатов работы:
прошла испытания опытно-промышленная установка обеспыливающей вентиляции от дуговой электросталеплавильной печи ДСП-200-МО1 электросталеплавильного цеха на ЗАО ВМЗ «Красный Октябрь» г. Волгоград;
материалы диссертационной работы легли в основу технического отчета «Наладка системы аспирации ДСП-150 и аппаратов печь ковш» в ЭСПЦ на ОАО «Волжский трубный завод».
На защиту выносятся следующие основные научные положения:
результаты экспериментальных исследований по концентрации пыли в воздухе ЭСПЦ, подвижности воздуха в цехе, мощности и характере пылевыделений от дуговой сталеплавильной печи и эффективности действия вентиляционного зонта;
результаты исследований дисперсного состава и аэродинамических характеристик пыли, выделяющейся при работе дуговой электросталеплавильной печи;
расчетная модель, описывающая процесс улавливания пылегазовых выбросов, выделяющихся от дуговой электросталеплавильной печи, при совместной работе накатного вентиляционного зонта, расположенного не соосно с источником пылегазовых выделений, и бокового сносящего потока плоской струи воздуха, создаваемого четырьмя осевыми вентиляторами со специальными насадками;
экспериментальная зависимость эффективности работы вентиляционного зонта от скорости воздуха в рабочем сечении вентиляционного зонта и его площади, а также скорости бокового сносящего потока воздуха, создаваемого вентиляторами, и его углов наклона;
экспериментальная зависимость, характеризующая эффективность действия вентиляционного зонта от скорости воздуха в рабочем сечении и угла наклона бокового сносящего потока.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались: на ежегодной научно-технической конференции Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета (Волгоград, 2006 г.), на V и XI Международных конференциях «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды».
Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 8 работах, из них 1 в рецензируемом журнале, а также в 3 патентах на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы 209 страниц, в том числе: 140 страниц – основной текст, содержащий 20 таблиц на 20 страницах, 39 рисунков на 36 страницах; список литературы из 122 наименований на 12 страницах, 3 приложения на 57 страницах.
