Введение к работе
Актуальность темы. Высокая концентрация, разнообразие и энергоемкость іехнологического оборудования различных отраслей промышленности обуславливают интенсивное пылевыделенне в производственные помещения и окружающую воздушную среду. При этом не только теряется значительная часть дефицитного сырья, но н возникают условия для нарушения действующих санитарно-гигиенических но) м и поражения людей. Под действием солнечных лучей н при участгч о?она ноз-никают пока неизвестные реакции, приводящие к образованию новых, еще более токсичных соединений. При этом атмосферная турбулентность и ветер не удаляют из воздушного бассейна предприятий постоянно растущие в связи с интенсификацией производства пылевые выбросы.
Поэтому одновременно с санитарной возникает проблема технологической очистки газов, актуальная в химической технологии, при производстве интегральных схем в электронике, для пневмопривода в машиностроении, при получении особо чистых реактивов, при производств стройматериалов. Первоегеиспную ропь в повышении выпуска качественной продукции в ряде отраслей техники играет и создание специальной, очищенной от механических примесей газовой среды, в которой осуществляются различные технологические or грации.
В связи с этим в нашей стране и за рубежом проявляется значительный интерес к созданию и изучению высокоэффективных средств пылеулавливания, среди которых важное место занимают зернистые фильтровальные перегородки со связанной структурой (ФПСС), позволяющие совместить" санитарную и технологическую очистку газов. Следует отметить, что ФПСС позволяют не только обеспечить предельно допустимые выбросы (ПДВ) в атмосферу, но и перейти в отдельных производствах к технологии с утилизацией отходов.
11а целесообразность такого пути неоднократно указывали ведущие учение и области механики аэрозолей, возглавляемые академиком П.В.І Іетряіюм.ім-Соколовым.
Преимущества ФПСС- высокая степень очистки прочность и термостойкость в сочетании с хорошей проницаемостью, способность противостоять резким ІПМЄІІГ-
НИЄМ Давления. КОрроЗНОИНОСТОЙКОСТЬ, ВОЗМОЖНОСТЬ регенерации ряМИЧНММИ СІИК.И-
2 бамн, легкость и разнообразие форм соединения отдельных фильтрующих элементов достаточно известны и поток информации, касающийся различных аспектов расчета, устройства її эксплуатации ФПСС, непрерывно возрастает.
Однако ряд вопросов, относящихся к фильтрованию высокодисперспых аэрозолен с низкой массовой концентрацией дисперсной фазы, изучен недостаточно. Известные структурные характеристики ФПСС и соответствующие им расчетные зависимости не обеспечивают получения адекпатных интерполяционных моделей при исследовании фракционных коэффициентов проскока; не изучено влияние степени распределения пмлегазового потока на общий и фракционный коэффициенты про скока; отсутствуют математические модели для расчета И прогнозирования этих коэффициентов н оценки оптимального значения удельной газовой нагрузки.
Теоретическое и экспериментальное изучение этих вопросов, разработка практических рекомендаций по созданию системы особо тонкой очистки компримиро-ванных газов с помощью ФПСС, использование полученных результатов в системах особо тонкой очистки газов и внедрение новых конструктивных решений в производство составляют содержание настоящей работы.
Вышеизложенное определяет актуальность разработки высокоэффективных фильтров со связанной структурой для тонкой очистки промышленных газов от механических примесей.
Диссертационная работа выполнена в Воронежской государственной технологической академии (ВГТА) и в Институте механических процессов и техники изучения окружающей среды гри Техническом университете Клаусталя (Германия).
Цель работы- усовершенствование и внедрение высокоэффективных фильтров со связанной структурой для тонкой очистки промышленных газов от механических примесей.
Эта цель достигалась комплексным решением следующих задач: изучением пылевых выбросов и современных сухих способов обеспыливания; разработкой и усовершенствованием специальной методики и приб.>ров для производства пылега-зовых замеров; анализом гидродинамических особенностей, механизмов и кинетики процесса обеспыливания газов ФПСС и получением соответствующих функциональных зависимостей: обоснованием математических моделей и методов расчета общей
и фракииэнной эффективности при фильтровании пылегазового потока ц-'ПСС; получением экспериментально подтвержденных расчетных зависимостей для прогнозирования эксплуатационных параметров фильтровальных перегородок со связанной структурой; обоснованием выбора и сферы применения наиболее перспективных решений фильтровальных перегородок со связанной структурой; оценкой социально-экономической эффективности фильтровальных перегородок со связанной структурой по защите окружающей среды.
Научная новизна работы состоит в следующем:
впервые изучены возможности применения ФПСС для тонкого обеспыливания отходящих технологических газов и аспирационных выбросов;
предложены расчетные зависимости для оценки v прогнозирования важнейших эксплуатационных параметров ФПСС - перепада давления и эффективности;
разработана, экспериментально проверена и внедрена в расчетную практику методика, предусматривающая использование лазерного спектрометра для зі "пресс-анализа дисперсного состава частиц;
предложены экспериментальная методика, интерполяционные модели и инженерные номограммы для оценки и прогнозирования фракционных коэффициентов проскока Кфи получены критериальные зависимости вида Кф = f(Rttl,StK), позволяющие своевременно исключить зоны значений Rej и .Vrt отвечающие наименее выгодному режиму работы фильтра (0,55rf<0,85; 4-10"*<57fc<4-10"3);
-использование основных закономерностей процесса фильтрования с учетом известного уравнения Эргаиа и работ других исследователей позволило предложть уравнение, описывающее процесс с образованием фильтрующего слоя осадка на поверхности ФПСС и оценить ресурс работы фильтра;
- предложена методика оценки экономического ущерба основным производст
венным фондам от пылевых выбросов и установлены основные показатели для рас
чета социально-экономической эффективности применения ФПСС с целью зашнп-і
окружающей среда.
На защиту выносятся:
1. Расчетные зависимости для оценки и прогнозирования іффскішшосги
4 фильтровальных перегородок со связанной структурой.
2. Математические интерполяционные модели для расчета общей и фракционной эффективности процесса обеспыливания фильтрами со связанной структурой.
3.Способ определения оптимальной гидродинамической области эксплуатации ФПСС.
-
Перспективные научно-обоснованные конструктивные решения ФПСС.
-
Методика оценки экономического ущерба при отказе от применения ФПСС и основные показатели для расчета социально-экономической эффективности применения этих фильтров.
Практическая ценность диссертации состоит в разработке конкретных и апробированных рекомендаций предприятиям, отраслевым НИИ и проектным организациям по усовершенствованию, модернизации и новым методам расчета зернистых фильтров со связанной структурой. Отдельные аспекты работы используются систематически в практике ряда высших учебных заведений - Белгородской государственной технологической академии стройматериалов, Воронежской государственной технологической академии, Воронежской государственной архитектурно-строительной академии, Цицикарском институте лёгкой промышленности (КНР), Вильнюском техническом университете (Литва) , Институте механических исследований окружающей среды в Клаусгале -Целлерфельде (Германия). Результаты внедрены для особо тонкой очистки воздуха в системах очистки аспирационных выбросов на предприятиях стройматериалов, в практике работ проектньк учреждений и при подготовке специалистов по специальности 17.05 и 05.23.03 - в ВГТА, ВГАСА и ЬелГТАСМ.
Апробация работы.
Материалы диссертации доложены на Российской аэрозольной конференции (г. Москва, 18-22 октября.1993 г.), на Международном аэрозольном симпозиуме (г. Москва. 21-25 марта, 1994 г.), на конференции "Программы энергетики Казахстана" (г. Павлодар, 4-8. июня1994г.). использованы при изложении курса "Перспективные решения фильтров для очистки аспнрациопнмх выбросов и отходящих газов" специалистам Цнцнкарского института легкой промышленности (г. Цицикар, КНР. 1^.0^-10.11. 199-ti.). включены п рекомендации по снижению пылевых выбросов
5 промышленных предприятий провинции Хенлунцзяш. (КНР, 12-14 октября, 1994г.),
доложены на Международной конференции "Ресурсе- энергосберегающие технологии строительных материалов" ( г.Белгород, 25-28 се;ітебря,]995г.), а также на Международном конгрессе " Экологическая инициатива" (г. Воронеж, 23-27 сентября, 1996 г.), на Международном Аэрозольном Симпозиуме IAS-3 (г. Москва, 2-5 декабря, 1996 Г:).
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ. Получен патент па изобретение " Фильтр непрерывного действия с плотным движущимся слоем" (№ 2075332 от 20 марта 1997 года ). Структура и объем работы.