Введение к работе
Актуальность проблемы: Производство проволочноканатной продукции является одним из наиболее динамично развивающихся отраслей прокатного производства. Особенность его технологии состоит в последовательном осуществлении ряда сложных в экологическом отношении процессов термической обработки кислотной, механической или электронной подготовки поверхности, нанесения горячих и гальванических покрытий и т.д. В ходе этих процессов образуется значительное количество неоднородных вредных выделений, локализация и отвод которых от источников образования осуществляется системами местной вытяжной вентиляции. Для очистки выбросов в атмосферу последние оснащаются установками газопылеулавливания, которые в большинстве своем осуществляют селективное извлечение определенного компонента по массовому расходу или токсичности принимаемого в качестве доминирующего.
Тенденция к увеличению производства проволочноканатной продукции, а также возросшие требования к санитарно-гигиеническим условиям внутрицеховой атмосферы и воздушного бассейна прилегающих городских территорий, вызывают необходимость изучения механизмов влияния технологических и эксплуатационных факторов на эффективность работы систем вентиляции и га-зопылеочистки.
Анализ состояния качества воздушной среды производственных помещений и районах размещения проволочноканатных производств показывает, что санитарно-гигиенические условия труда и степень защиты атмосферы от загрязнений в большинстве случаев не отвечает нормативным требованиям. Концентрации газов и пыли как в воздухе рабочей зоны, так и на промплощадках предприятий значительно превышают предельно допустимые. Одной из определяющих причин такого положения является несоответствие функционально-технологическим характеристикам применяемого газопылеулавливающего оборудования локализирующей вентиляции особенностям выделения и составу вредных выбросов данных производств.
Согласно данных анализа, в состав выбросов провочноканатных произ-
_ РОС НАЦИОИАЛЬНАГ
водств входят: пары серной и соляной кислоты, фсидь^сёп^^эдд^ углерода, а
ЭЗ&
также туманы масел, эмульсий и пыль. Тем самым, данные выбросы следует рассматривать как многокомпонентные, газообразные примеси которых по концентрации и степени воздействия следует отнести к целевым компонентам при устройстве систем газоочистки. Из условия унификации газоочистного оборудования для их улавливания наиболее перспективными являются мокрые методы, реализуемые в интенсивных аппаратах с самоорошением очищаемого потока. Такие аппараты (циклоннопенные, пенновихревые, вихреинжеционные) позволяют осуществлять комплексную очистку многокомпонентных выбросов, посредством варьирования режимных параметров очистки в зависимости от свойств извлекаемых компонентов. Применительно к условиям проволочнока-натного производства это позволяет учесть специфические особенности реализации процессов очистки, обусловленные наличием в выбросах компонентов с выраженными коррозионными свойствами и высокой токсичностью.
Совершенствование систем мокрой газоочистки тесно связано с изучением закономерностей массообменных процессов в зависимости от условий формирования межфазной поверхности контакта и свойств жидкой поглотительной среды.
При этом выделяются два доминирующих фактора - развиваемая степень турбулентности перемешивания фаз в зоне контакта и сорбционная емкость поглотительного раствора.
Первый влияет на развитие величины контактной поверхности, условия активного контакта, интенсивность смены контактирующих сред объеме газожидкостной системы. Вторым определяется скорость и степень извлечения целевого компонента из газовой фазы, то есть - эффективность улавливания загрязняющих компонентов очищаемого потока.
Повышение степени турбулизации газожидкостной системы в первую очередь может быть достигнуто за счет конструктивных особенностей оформления контактного узла и варьирования скорости потока очищаемого газа в зоне его контакта с жидкостью.
В свою очередь, эффект улавливания целевого компонента определяется степенью соответствия свойств поглотителя реализуемым режимным условиям извлечения целевого компонента.
Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.
Цель работы состоит в совершенствовании мокрой очистки выбросов термических агрегатов проволочноканатных производств посредством повышения степени поглощения кислых газовых примесей в эффективном режиме пенодинамического контакта очищаемого газа с оптимизированным поглотителем.
В соответствии с этой целью основными задачами работы являлись:
теоретическое обоснование принципов подбора поглотителя оптимизированного из условия возможности одновременного извлечения нескольких газообразных примесей;
экспериментальное исследование закономерностей извлечения газообразных компонентов выбросов сушильных, иатентировочных и нагревательных печей проволочноканатных производств в режиме вихревой инжекции оптимизированного поглотительного раствора очищаемым потоком;
определение на основе экспериментальных исследований энергетически рациональных условий формирования пенодинамического слоя в реакционном объеме газоочистного аппарата посредством вихреинжекционного диспергирования оптимизированного жидкого поглотителя закрученным потоком очищаемого газа;
совершенствование режимно-технологических характеристик поглощения целевого компонента выброса в режиме вихреинжекционного контакта с поглотителем посредством оптимизационной унификации структурной схемы и элементной базы газоочистного устройства;
- проверка в производственных условиях и обобщение результатов
исследований в форме инженерных решений и рекомендаций, обеспечивающих
снижение загрязнения воздушной среды цехов и промышленных территорий.
Основная идея работы состояла в исследовании и определении условий эффективного осуществления процесса очистки выбросов термических агрегатов проволочноканатных производств от кислых газовых примесей посредст-
вом оптимизационного подбора перспективных поглотителей этих компонентов.
Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, исследования на лабораторных и опытно-промышленных установках, обработку экспериментальных данных методами математической статистики и корреляционного анализа.
Достоверность научных положении, выводов и реализаций обоснована применением классических положений теоретического анализа, моделированием изучаемых процессов, планированием числа экспериментов и подтверждена удовлетворяющей сходимостью полученных результатов экспериментальных исследований в лабораторных и опытно-промышленных условиях, а также результатами других авторов.
Научная новизна работы:
теоретически обоснована перспективность использования трибутилфос-фата в качестве эффективного поглотителя кислых примесей, на примере диоксида серы, при очистке многокомпонентных выбросов нагревательных и патен-тировочных печей;
предложена математическая модель для описания процесса поглощения трибутилфосфатом кислых газов в пенодинамическом слое, формируемом в режиме вихревой инжекции;
экспериментально исследованы и обобщены закономерности процесса поглощения диоксида серы трибутилфосфатом в пенодинамическом слое, формируемом посредством вихревой инжекции поглотительного раствора закрученным потоком очищаемого газа;
экспериментально подтверждена удовлетворяющая степень реализации предложенной математической модели в процессе поглощения кислых примесей, на примере диоксида серы, при пенодинамическом контакте очищаемого газа с трибутилфосфатом в режиме вихревой инжекции;
получены экспериментальные зависимости, характеризующие режимно-технологические условия эффективного улавливания диоксида серы поглоти-
тельным раствором трибутилфосфата в вихреинжекционных пенных скрубберах;
установлено, что достижение удовлетворяющего эффекта поглощения диоксида серы поглотительным раствором трибутилфосфата может быть реализовано в вихреинжекционных пенных скрубберах при скорости очищаемого газа в контактном сечении не менее 5 м/с посредством варьирования начального уровня поглотительного раствора ho;
сформулированы принципы унификации аппаратурного оформления процесса очистки выбросов термоагрегатов поглотительным раствором трибутилфосфата в режиме вихреинжекционного пенообразования.
Практическая значимость работы:
разработаны унифицированная структурная и технологическая схемы установки модулированного вихреинжекционного пенного скруббера (ВИПС) для очистки выбросов проволочноканатных производств с использованием в качестве поглотителя трибутилфосфата;
установлена область режимно-технологических параметров эффективной очистки выбросов проволочноканатных производств в вихреинжекционных пенных скрубберах от диоксида серы поглотительным раствором трибутилфосфата, определяемая значениями скорости газа иа > 5 м/с и начального уровня раствора в аппарате h0 > 0,0 м;
уточнена методика расчета режимных параметров процесса энергетически эффективной очистки выбросов от диоксида серы в вихреинжекционных пенных скрубберах при использовании в качестве поглотителя трибутилфосфата;
предложена методика определения степени выброса абсорбционной очистки и концентрации извлекаемого компонента в стоках жидкости, отводимой из пенодинамического слоя;
обобщены факторы и уточнены режимно-технологических характеристики, определяющие динамику и закономерности формирования загрязняющих выбросов от источников проволочноканатных производств;
- разработана и принята к использованию технологическая схема устано
вок вихреинжекционньпс пенных скрубберов для очистки многокомпонентных
выбросов термоагрегатов проволочноканатных производств с использованием
трибутилфосфата в качестве поглотителя.
Реализация результатов работы:
разработаны и переданы к использованию ЗАО "Северсталь-метиз" конструкторская документация на изготовление и технологический регламент на эксплуатацию установок вихреинжекционных пенных скрубберов для очистки многокомпонентных выбросов от термоагрегатов проволочноканатных производств;
прошла испытания и передана для внедрения ЗАО "Северсталь-метиз" опытно-промышленная модулированная установка для очистки выбросов технологической вентиляции от нагревательных, патентировочных и сушильных печей;
- ВНИИ "Проектирование и конструирование вентиляции" переданы рекомендации по применению трибутилфосфата в качестве эффективного поглотителя при очистке выбросов от кислых газов в аппаратах с пенодинамическим режимом работы;
- материалы диссертационной работы используются кафедрой ОВЭБ
ВолгГАСУ в курсах лекций, практических занятиях, а также в дипломном и
курсовом проектировании при подготовке инженеров по специальности "Ин
женерная защита окружающей среды" и "Теплогазоснабжение и вентиляция".
На защиту выносятся:
теоретические и экспериментальные результаты исследования закономерностей поглощения кислых примесей, на примере диоксида серы трибутил-фосфатом в пенодинамическом слое, формируемом посредством вихревой ин-жекции поглотительного раствора закрученным потоком очищаемого газа;
математическая модель описания процесса поглощения трибутилфосфа-том кислых газов в пенодинамическом слое, формируемом в режиме вихревой инжекции;
экспериментальные зависимости, характеризующие эффективность улавливания диоксида серы поглотительным раствором трибутилфосфата в ."вихреинжекционных пенных скрубберах;
унифицированная технологическая схема установки вихреинжекционных пенных скрубберов для очистки выбросов от кислых газов поглотительным раствором трибутилфосфата;
методика расчета режимных параметров процесса энергетической эффективности очистки выбросов от кислых газов в вихреинжекционных пенных скрубберах поглотительным раствором трибутилфосфата;
Апробация работы.
Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на научно-технических конференциях "Проблемы охраны производственной и окружающей среды" (Волгоград); научно-технических конференциях "Безопасность, экология, энергосбережение" (Гизель-Дере, 2000-2001 г.); ежегодных научно-технических конференциях Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета (2000-2005 г.).
Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 7 работах.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 112 наименований, и приложений общим объемом 128 страниц, содержит 43 рисунка и 1 таблицу.
