Введение к работе
Выполненная работа посвящена изучению и развитию процесса энергосберегающего сухого пылеулавливания, обеспечивающего снижение энергозатрат на процесс очистки и возвращение уловленной пыли в технологический процесс, повышение рентабельности производства и достижение социально-экологической эффективности мероприятий по защите окружающей среды.
В качестве объектов исследования нами использованы технологические процессы в огнеупорном и керамическом производстве (ОАО «Семилукский огнеупорный завод» и ПКФ «Воронежский керамический завод»), отличающиеся разнообразием пылевыделяющих агрегатов (дробилки, сушильные барабаны, печи обжига и т.д.) и настоятельной необходимостью обеспечения норм ПДВ в целях защиты атмосферы. Предлагаемые в работе средства и методы для достижения требуемых результатов в значительной мере приемлемы и для смежных отраслей промышленности.
Актуальность темы.
Производство огнеупорных и керамических изделий отличается разнообразием технологического оборудования, предназначенного для дробления, измельчения, классификации, транспортировки и обжига твердых, гранулированных и порошкообразных материалов и является достаточно серьезным источником пылевыделения в производственные помещения и окружающую воздушную среду. При этом теряется значительная часть дефицитного сырья и возникают условия для нарушения действующих санитарно-гигиенических норм. Например, в России предприятиями по производству огнеупоров ежегодно выбрасывается в атмосферу свыше 2 млн. тонн неорганической пыли. На территориях, примыкающих к огнеупорным заводам, годовой осадок пыли достигает 7 кг/м2, а размеры частиц колеблются от 0,01 до 1,0 мкм, что наиболее опасно для органов дыхания.
В этих условиях особое значение приобретает не только всесторонний анализ и оптимизация уже действующих пылеулавливающих комплексов, но и развитие наиболее перспективных технологий процесса пылеулавливания.
В этой связи особый интерес представляют зернистые фильтрующие слои, отличающиеся дешевизной, доступностью, прочностью, термостойкостью, высокой степенью очистки, возможностью регенерации различными способами, коррозионно- и окалиностойкостью, способностью противостоять резким изменениям давления, что позволяет обеспечить требуемые показатели нормативов качества.
Зернистые слои обеспечивают не только предельно-допустимые выбросы (ПДВ), но и создают условия для организации на отдельных участках производства безотходной технологии.
Концептуальные условия применения зернистых фильтровальных слоев изучены Ю.В. Красовицким, аэродинамические аспекты проблемы - Е.В. Асмо-ловой и В.Г. Ивановой, математическое моделирование процесса - Е.А. Шипи-ловой и Л.И. Щегловой, методологические вопросы - Н.Ю. Карнеевой, анализ различных способов регенерации фильтровальных перегородок такого типа -
В.Я. Башкардиным и СЮ. Пановым, конструктивное оформление процесса -А.В. Малиновым и Н.М. Анжеуровым.
Несмотря на возрастающий интерес к слоевым зернистым фильтрам, ряд вопросов, связанных с их исследованием и практическим применением, изучен недостаточно, что в значительной мере сдерживает их внедрение и требует комплексного решения следующих задач: дальнейшее рассмотрение и развитие важнейшего механизма процесса - турбулентной миграции частиц к стенкам поровых каналов зернистого слоя; дополнительный анализ кинетики фильтрования на реальных пылегазовых потоках и интерпретация полученных результатов в обобщенных переменных для прогнозирования важнейших эксплуатационных параметров - чисел Эйлера, гомохронности и коэффициента проскока пыли; изучение и корректировка параметров регенерации зернистых слоев для. определения оптимальной зоны их применения; активная идентификация изучаемых динамических объектов, предусматривающая априорное ранжирование технологических факторов, влияющих на процесс фильтрования; сравнение энергозатрат, эффективности и эксплуатационных параметров зернистых фильтров и других пылеуловителей.
Поэтому актуальность углубленного изучения процесса пылеулавливания зернистыми слоями из технологических и аспирационных газов достаточно очевидна.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планом НИР кафедры «Процессы и аппараты химических и пищевых производств» Воронежской государственной технологической академии (№ госуд. регистр. 01960006217).
Цель работы - совершенствование процессов сухого пылеулавливания слоевыми зернистыми фильтрами из технологических и аспирационных газов и обеспечение требуемых норм ПДВ.
Эта цель достигалась комплексным решением следующих задач: изучением перспектив применения зернистых слоев для обеспыливания технологических газов и аспирационных выбросов и формулировкой концептуальных подходов к решению проблемы; анализом механизмов, гидродинамических особенностей и специальных видов фильтрования; разработкой условий представительного методологического обеспечения экспериментов; представлением результатов экспериментов в печати и обсуждением их в рамках научных форумов; прогнозированием перспектив развития и внедрения зернистых фильтров на предприятиях химической промышленности и в смежных отраслях техники; техно- и социально-экономической оценкой разработанных решений и рекомендаций.
При этом в основу теоретических и экспериментальных исследований положены классические закономерности механики аэрозолей, фильтрования и аэрогидродинамики пылегазовых потоков, разработанные Н. А. Фуксом, И.В.Петряновым-Соколовым, Е.П.Медниковым, В.А.Жужиковым, Т.А.Малиновской, Ю.В.Красовицким, А.Ю.Вальдбергом, которые в сочетании с извест-
ными монографиями Г. М. Гордона, ИЛ.Пейсахова и П.А.Коузова обеспечили получение представительных и устойчиво воспроизводимых результатов. Научная новизна работы состоит в следующем:
показан перспективный характер дальнейшего совершенствования зернистых фильтрующих слоев при организации высокоэффективного пылеулавливания в широком диапазоне изменения физико-химических и гидродинамических параметров пылегазовых потоков и геометрических характеристик зернистых слоев;
получены новые информационные, расчетные, конструктивные, экспериментальные, методические и эксплуатационные данные для решения этой проблемы;
изучены условия образования автофильтра и механизмы процесса высокоэффективного пылеулавливания этим слоем. Проведена углубленная расчетная оценка механизма турбулентной миграции частиц к стенкам поровых каналов зернистого слоя с разработкой конкретных инженерных рекомендаций;
изучена кинетика процесса фильтрования при постепенном закупоривании поровых каналов слоя и отложении осадка на его поверхности. Получены расчетные зависимости в обобщенных переменных для прогнозирования важнейших эксплуатационных параметров - чисел Эйлера, гомохронности и коэффициента проскока пыли;
экспериментально проверены параметры регенерации зернистых слоев и сформулированы соответствующие рекомендации производству;
впервые выполнен анализ процессов истечения и засасывания пылегазо-вого потока через цилиндрические фильтровальные перегородки и на этой основе сформулированы инженерные рекомендации по технологическому и аппаратурному оформлению процесса пылеулавливания;
предложен расчет социально-экономических преимуществ при использовании зернистых слоев в качестве высокоэффективных пылеуловителей;
при формировании методологического обеспечения работы четко разграничены возможности изокритериального и изокинетического способов пылегазовых замеров;
разработаны многоцелевые экспериментальные стенды, представляющие интерес для смежных отраслей промышленности: в производстве асфальтобетона и строительных материалов, в теплоэнергетике, в химико-фармацевтической промышленности;
предложено обобщенное соотношение «затраты-выигрыш» при использовании зернистых фильтров для обеспечения стандартов качества атмосферного воздуха.
Практическая ценность диссертации состоит в разработке рекомендаций промышленным предприятиям: Семилукскому огнеупорному заводу - внедрение рекомендаций в цехах №1-4 в системе реконструкции аспирационных систем технологических агрегатов, использование ЦЗЛ завода методологических рекомендаций по проведению пылегазовых замеров; Воронежскому керамическому заводу - внедрение зернистых фильтров на участках складирования ис-
ходного сырья, растаривания кусковых и сыпучих материалов, загрузки шихты в шаровые и коллоидальные мельницы, молотковые и щековые дробилки, во вращающиеся печи для варки фритты. Предложены зависимости, обеспечивающие уточненный расчет гидравлического сопротивления зернистых фильтров и своевременную корректировку эксплуатационных параметров.
Отдельные результаты работы используются систематически в практике ряда высших учебных заведений - Воронежской государственной технологической академии и Московском государственном университете инженерной экологии (новые конструктивные решения зернистых фильтров), Липецком эколого-гуманитарном институте (расчетные зависимости для курса промышленной экологии).
Специальные рекомендации по методике и проведения пылегазовых замеров выданы Федеральной службе по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Территориальному управлению по Воронежской области).
Апробация работы. Результаты выполненных исследований доложены и обсуждены: на XLIV (21-23 марта 2006 г.) и на XLV (21-23 марта 2007 г.) отчетных научных конференциях ВГТА (г. Воронеж), на IX Региональной научно-практической конференции «Проблемы экологии и экологической безопасности Центрального Черноземья РФ» ( 7 декабря 2005г., ЛГТУ, г. Липецк), на 2-й Международной научно-практической конференции «Составляющие научно-технического прогресса» ( 21-22 апреля 2006 г.,ТГТУ, г. Тамбов), на IV Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы индустриальных мегаполисов» ( 5-7 июня 2007 г., МГУИЭ, г. Москва).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 работ, из которых 6 в ведущих научных журналах из перечня ВАК.
Структура и объем диссертации. Структура работы: основные условные обозначения, введение, пять глав, основные выводы, список использованных источников из 73 наименований и приложения, включающего документы, подтверждающие практические результаты диссертации.
Основной объем работы - 131 стр., в том числе, 34 рис., 9 табл.
