Введение к работе
Актуальность темы. По оценкам специалистов, в настоящее время промышленностью и транспортом в атмосферу ежедневно выбрасывается до 1 миллиарда тонн пыли, что приводит к тяжелым последствиям для окружающей среды. В современных условиях любую промышленную технологию следует оценивать по степени ее экологической опасности, по количеству образующихся отходов. Количество выбросов - наиболее объективный показатель несовершенства используемых технологических систем. Во многих отраслях промышленности именно газоочистительная аппаратура совместно с другим технологическим оборудованием обеспечивает малоотходное производство, особенно это актуально для энергетики, черной и цветной металлургии, химической и нефтеперерабатывающей промышленности.
Важным фактором воздействия на организм человека является размер частиц. Особую опасность представляют респирабельные трахеобронхиаль-ные пылинки, способные проникать в лёгкие. В мировой практике с учётом рекомендации Всемирной организации здравоохранения в ряде стран осуществлён переход на нормированное содержание в воздушной среде частиц с размерами не более 2,5 мкм. Для улавливания пыли такой дисперсности необходимы пылеуловители, способные осуществлять тонкую очистку воздуха. Такие пылеуловители давно используются в бытовых условиях, однако в масштабах промышленности их работа исследована недостаточно.
Наиболее распространенные сегодня в промышленности рукавные фильтры имеют небольшой ресурс работы и не всегда способны осуществить очистку на нужном уровне. Значительно более надежны другие перспективные аппараты пылеулавливания - зернистые фильтры, но и они имеют ограниченные условия применения. Недостатки каждого из них в отдельности можно преодолеть, создав многослойную структуру типа «волокнистый слой - жесткий зернистый слой». Такая комбинированная фильтровальная структура (КФС) благодаря своим пылеулавливающим способностям и механической прочности способна удовлетворить нормы ПДВ и выдержать производственные нагрузки. Вопросы, связанны с исследованием и практическим применением КФС, изучены недостаточно, что в значительной мере сдерживает их внедрение. Поэтому актуальность развития и углубленного изучения процесса пылеулавливания с помощью КФС из технологических и аспираци-онных газов в производстве очевидна.
Диссертация выполнена в соответствии с планом НИР кафедры «Процессы и аппараты химических и пищевых технологий» Воронежской государственной технологической академии (№ государственной регистрации 01960006217).
Цель работы — усовершенствование процесса фильтрования технологических и аспирационных пылегазовых потоков комбинированными фильтровальными структурами (КФС).
Задачи исследования. Достижение поставленной цели потребовало комплексного решения следующих задач:
построения математических моделей и анализа механизма фильтрования через КФС на основании закономерностей для зернистых и волокнистых фильтров и по результатам многофакторного эксперимента;
разработки требований к подсистеме мониторинга.процесса фильтрования как части системы технологического мониторинга предприятия;
проведения анализа имеющихся конструкции комбинированных фильтров и разработки оригинальных решений;
расчета технико-экономических показателей разработанного фильтра и подсистемы мониторинга, сравнительной характеристики технических показателей к другими типам фильтровальных аппаратов.
Методы исследования и достоверность результатов основаны на использовании системного анализа, теории вероятностей и математической статистики, экспертных оценок, математическом моделировании и оптимизации, организационного эксперимента и экономико-математического анализа.
Достоверность результатов обеспечивается совместным использованием классических закономерностей механики аэрозолей, теории фильтрования и аэрогидродинамики пылегазовых потоков, которые в сочетании с экспериментально-статистическими методами анализа обеспечивали получение предварительных устойчиво воспроизводимых результатов. При проведении экспериментов в лабораторных и производственных условиях использованы апробированные методики НИИОГАЗ, ГИНЦВЕТМЕТ и НИФХИ им. Л. Я. Карпова. При этом максимальное расхождение результатов теоретических и экспериментальных исследований не превышает 16% с доверительной вероятностью 0.95.
Научная новизна состоит в следующем:
получены расчетные модели для анализа кинетических закономерностей протекания процесса фильтрования КФС;
на основании результатов эксперимента доказаны адекватность и эффективность полученных моделей, что позволяет использовать их при расчетах реальных устройств;
впервые получено уравнение для расчета общего перепада давлений на фильтровальной перегородке комбинированного типа, учитывающее зависимость коэффициента проскока от продолжительности фильтрования;
создана методика технического расчета фильтров с КФС и оценки их технико-экономических показателей;
разработан комбинированный фильтр с вращающимся фильтровальным элементом.
На защиту выносятся указанные выше положения, составляющие научную новизну.
Практическая ценность диссертации состоит в разработке методов технического расчета фильтров очистки пылегазовых выбросов предприятий с КФС. Пылеулавливание с помощью КФС позволяет производить тонкую очистку, необходимость которой продиктована нормами ПДВ и экологической ситуацией на промышленных предприятиях. Доказана экономическая целесообразность установки аппаратов такого типа, рассчитаны необходимые производственные мощности.
Результаты работы использованы на ОАО ПКФ ВКЗ - г. Воронеж; Се-милукском огнеупорном заводе и Семилукском комбинате строительных материалов (СКСМ) - г. Семилуки при модернизации действующих аспираци-онных систем и при проведении предусмотренных эксплуатационным регламентом контрольных испытаний пылеулавливателей.
Результаты работы используются систематически в практике ряда высших учебных заведений - Воронежской государственной технологической академии, Воронежском государственном архитектурно-строительном университете, Белгородском государственном техническом университете: при выполнении НИР, КП, КР, при изложении отдельных разделов курса «Процессы и аппараты химической технологии» и подготовке аспирантов.
Специальные рекомендации по методологии и проведению пылегазовых замеров выданы Федеральной службе по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Территориальному управлению по Воронежской области).
Экономическая эффективность от внедрения разработанных рекомендаций в отделении помола ЗАО «СКСМ» составила 725 тыс. рублей/год.
Апробация работы. Результаты выполненных исследований обсуждены на XLV, XLVI отчетных научных конференциях ВГТА, Воронеж, ВГТА, 2006, 2007; 3-ей и 4-ой Всероссийских научно-практических конференциях «Экологические проблемы промышленных городов», Саратов, 2007 г. и 2009 г; Международной конференции «Инженерная защита окружающей среды», Москва, МГУИЭ, 2007 г.; международной конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов ELPIT- 2007», Тольятти, 2007 г.; III Международной научно-практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии
СЭТТ-2008», г. Тамбов, 2008 г.; II международном форуме «Аналитика и аналитики», Воронеж, ВГТА, 2008 г.
Публикации. Результаты работы отмечены дипломом Воронежского промышленного форума.
По результатам работы опубликовано 43 научных работы, из них 14 - в изданиях, рекомендованных ВАК.
Получен патент РФ №2336954 «Фильтр-циклон с вращающимся фильтрующим элементом для очистки газов».
Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованных источников из 104 наименований, 4 приложений и 12 документов, подтверждающих научную ценность работы.
Объем работы составляет 143 страниц, она содержит 64 рисунка и 17 таблиц.
