автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Обеспыливание вентиляционных выбросов насыпными комбинированными фильтрами при производстве огнеупоров

На правах рукописи

005058941)

ЧУГУНОВА ИРИНА АНАТОЛЬЕВНА

ОБЕСПЫЛИВАНИЕ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ ВЫБРОСОВ НАСЫПНЫМИ КОМБИНИРОВАННЫМИ ФИЛЬТРАМИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ОГНЕУПОРОВ

Специальность 05.23.03 - Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж-2013

005058940

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежский государственный университет инженерных технологий».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

Красовицкий Юрий Владимирович

Официальные оппоненты: Сотинкова Ольга Анатольевна

доктор технических наук, Воронежский государственный архитектурно-строительный университет, кафедра теплогазоснабжения и нефтегазового дела, профессор

Лушкикова Елена Николаевна

кандидат технических наук, Воронежская государственная лесотехническая академия, кафедра электротехники, теплотехники и гидравлики, доцент

Ведущая организация: Федеральное государственное

бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежский государственный технический университет»

Защита диссертации состоится 21 марта 2013 года в 1300 на заседании диссертационного совета Д 212.033.02 при Воронежском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 394006, г Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84, ауд. 3220; тел./факс: (473)271-53-21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Автореферат размещен на официальном сайте Минобрнауки РФ и на официальном сайте Воронежского РАСУ.

Автореферат разослан 19 февраля 2013 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.И. Колосов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В связи с интенсификацией производства, износом технологического оборудования и нерациональной организацией природоохранных мероприятий запыленность окружающей среды постоянно растет. В этих условиях общий объем реальных вентиляционных выбросов из аспираци-онных систем, не учитываемых федеральной статистикой, увеличивается. Рациональным решением по снижению уровня воздействия пылегазовых выбросов на атмосферу является использование максимально замкнутых технологий и производств, позволяющих комплексно использовать перерабатываемое сырье и сводящих к возможному минимуму количество отходов непосредственно в самих технологических процессах.

В производстве конструкционных огнеупоров и строительных материалов наиболее распространены рукавные фильтры, которые имеют небольшой ресурс работы и не всегда способны осуществить очистку в соответствии с нормами ПДВ. Зернистые фильтры имеют ряд безусловных преимуществ по сравнению с рукавными: механическая прочность, высокая эффективность, способность к многократным регенерациям и созданию замкнутой технологии.

Одним из путей организации замкнутой технологии в рассматриваемых отраслях является использование насыпных комбинированных структур, которые обеспечивают высокую степень очистки и могут быть использованы вместе с уловленным материалом в производстве в качестве сырья.

В работе анализируется режим функционирования предложенного оригинального насыпного комбинированного фильтра с несвязанной структурой зернистого слоя (НКФ), способного осуществлять последовательную очистку от взвешенных частиц различной дисперсности.

Цель работы - разработка нового насыпного комбинированного фильтра для обеспыливания вентиляционных выбросов при производстве огнеупоров и создание замкнутой технологии.

Задачи исследования. Достижение поставленной цели потребовало комплексного решения следующих задач:

- анализ физико-химических свойств дисперсной фазы вентиляционных выбросов и существующих систем пылеулавливания на основе фильтров с несвязанной структурой зернистого слоя;

- разработка оригинального экспериментального фильтра и схемы его включения в технологическую производственную линию;

- построение адекватных математических моделей, эффективно прогнозирующих рабочие параметры предложенных фильтров на основе НКФ;

- проведение экспериментальных исследований для выявления оптимального технологического режима работы аппарата;

- разработка максимально замкнутой технологии пылеулавливания, позволяющей соблюсти нормы ПДВ и обеспечить экономическую эффективность от реализации и внедрения систем.

Методы исследования и достоверность результатов обеспечиваются совместным использованием классических закономерностей механики аэрозолей и

теории фильтрования, которые в сочетании с экспериментально-статистическими методами анализа обеспечили получение представительных и устойчиво воспроизводимых результатов. При проведении экспериментов использованы апробированные методики НИИОГАЗа, ГИНЦВЕТМЕТа и НИФХИ им. ЛЛ. Карпова. При этом максимальное расхождение результатов теоретических и экспериментальных исследований не превышает 8-10 % с доверительной вероятностью 95 %, что следует признать вполне удовлетворительным.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- предложено конструктивное решение процесса пылеулавливания доя огнеупорного производства. Принципиальная новизна этих решений, отраженная в полученных патентах, состоит в том, что последовательно расположенные фильтровальные слои могут быть установлены на различном расстоянии друг от друга, что позволит увеличить площадь фильтрования для достижения необходимой эффективности пылеулавливания;

- предложены и экспериментально проверены математические интерполяционные модели в обобщенных переменных для расчета общей и фракционной эффективности процесса фильтрования вентиляционных выбросов через насыпной комбинированный фильтр, которые учитывают большее количество факторов (Н, IV, <4 г), влияющих на гидродинамику процесса, чем классические модели, полученные с помощью дифференциальных уравнений;

- определены оптимальные технологические режимы фильтрования с помощью НКФ. Установлено, что удельная нагрузка на поверхность фильтрования составляет 30 м3/мгмин;

- впервые разработаны оптимальные способы регенерации насыпного комбинированного фильтра. Установлено, что обратная продувка через перфорированные продувочные трубки с использованием буферной емкости для сжатого воздуха является наиболее предпочтительным решением;

- установлено, что основными параметрами при расчете эффективности очистки воздуха от пыли через НКФ являются дисперсный состав пыли и высота зернистого слоя;

- предложена оригинальная схема, включающая транспортирующие устройства фирмы «Шраге», обеспечивающая замкнутый характер технологического процесса. Уловленная пыль вместе с отработанным фильтровальным материалом возвращается в производство.

На защиту выносятся:

- предложенное конструктивное решение процесса пылеулавливания для огнеупорного производства;

- математические интерполяционные модели в обобщенных переменных для расчета общей и фракционной эффективности процесса фильтрования вентиляционных выбросов через НКФ;

- оптимальные технологические режимы фильтрования с помощью НКФ;

- способы и технологические параметры регенерации НКФ;

- оригинальная замкнутая схема очистки вентиляционных выбросов промышленного назначения.

Практическая ценность диссертации. Разработан и рекомендован фильтр для очистки аспирируемого воздуха от смесительного, дозирующего и шлифовального оборудования на ОАО «Семилукский огнеупорный завод», ЗАО «Семилукский комбинат строительных материалов», где использование крупногабаритных систем пылеулавливания нецелесообразно и недостаточно эффективно. Отдельные аспекты работы используются на практике Белгородским государственным технологическим университетом им. В.Г. Шухова, Воронежским государственным университетом инженерных технологий. Специальные рекомендации по методике и проведению 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 4-й и 5-й Всесоюзных научно-практических конференциях с международным участием «Экологические проблемы промышленных городов» (г. Саратов, 2009-2011 гг.); на XXI Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (г. Тамбов, 2008 г.); на 3-й Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии и оборудование для пищевой промышленности» (г. Воронеж, 2009-2010 гг.); на научной конференции с международным участием «Пищевая наука, техника и технологии» (Болгария, г. Пловдив, 2009-2010 гг.); на III Международной научно-практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии» (г. Тамбов, 2008 г.); на Московской международной научно-практической конференции «Биотехнология и экология крупнейших городов» (г. Москва, 2010 г.); на XXIV научной конференции стран СНГ «Дисперсные системы» (Украина, г. Одесса, 2010 г.).

Публикации. По результатам исследования опубликовано 22 научные работы, из них 6 - в изданиях, рекомендованных ВАК: «Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий», «Строительные материалы», «Химическое и нефтегазовое машиностроение».

В статьях, опубликованных в рекомендованных ВАК изданиях, показана технологическая и экологическая целесообразность использования зернистых фильтров из вентиляционных и аспирационных выбросов при сухом пылеулавливании, а также изложены основные результаты исследования. Получено четыре патента РФ и одно положительное решение патентной экспертизы.

Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, изложенных на 170 страницах машинописного текста, основных выводов, списка литературы, содержащего 130 наименований, и приложения.

Диссертация содержит 48 рисунков, 17 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлено современное состояние пылеулавливания вентиляционных выбросов, обоснована актуальность темы диссертационной работы, научная новизна и практическая значимость выполненных исследований.

В первой главе выполнен анализ современных способов фильтрования вентиляционных выбросов с твердой дисперсной фазой, изучены особенности технологического производства огнеупоров и строительных материалов, приведены данные медико-экологического мониторинга производства, рассмотрены основные нормативно-правовые аспекты работы огнеупорных предприятий в области пылеулавливания.

Детальный обзор и анализ способов фильтрования подтвердил необходимость создания и усовершенствования существующих систем пылеулавливания с зернистыми насыпными слоями и определил задачи работы.

В работе предложен алгоритм исследований, позволяющий анализировать и оптимизировать процесс обеспыливания вентиляционных выбросов с помощью НКФ.

Во второй главе дан анализ методик проведения замеров и основных физико-химических характеристик дисперсной фазы вентиляционных выбросов огнеупорного производства.

В качестве контролируемых параметров до и после фильтра выбрана оценка расхода пылегазового потока, гидравлическое сопротивление, общий перепад давлений, температурные условия пылеулавливания, общая и фракционная эффективность очистки.

В работе использован изокритериальный способ проведения пылегазовых замеров, состоящий в обеспечении равенства двух критериев Стокса: в устье заборного устройства

= и,тр / Д (1)

и в кольцевом пространстве между этим устьем и внутренним диаметром пылегазового тракта:

(2)

Изокритериапьность обеспечивается при условии

= 1» (3)

где м, - скорость аспирации аэрозоля; ие - скорость течения аэрозоля в зоне аспирации; тр - продолжительность релаксации; Д Д — внутренний и внешний диаметры наконечника зонда.

При этом отношение миделевых сечений устья заборной трубки и газохода не должно превышать 3,5 %, так как в противном случае нарушается представительный характер отбора пробы. Линейная скорость пылегазового потока измерялась микроманометрами типа ММН.

Эксперименты проводились на двух видах технологических пылей: перик-лаза и графито-периклаза. Для анализа дисперсного состава уловленную пыль изучали под микроскопом «№о{Ы-32». На рис. 1 представлены микрофотографии производственных пылей.

Как показывают микрофотографии, для зернистого слоя с толщиной 40 мм справедливо: для периклаза (0,06<Я,<20)-10"6м, для графито-периклаза (0,002< ¿„<10)-10"6м, где 1„- средний медианный диаметр частицы.

а) б)

Рис. 1. Микрофотографии реальных производственных пылей на зернистом слое (толщина 40 мм): а) гтериклаз; б) графито-периклаз

В третьей главе особое внимание уделено анализу идеализированных моделей, механизмов, особенностей и вторичных явлений при обеспыливании с помощью НКФ (модели Гагена-Пуайзеля, Вили-Спанглера, Карнелла-Катца и др.). Рассмотрены механизмы фильтрования аэродисперсных систем комбинированными фильтровальными слоями (инерционное осаждение, зацепление, седиментация, диффузия и турбулентная миграция), преобладающие в известном диапазоне изменения значения критерия Г1е от 5-102 до 1І04.

Общая эффективность пылеулавливания НКФ должна быть больше любой парциальной эффективности, но меньше, чем их сумма. Лучшее приближение достигается при допущении, что частицы, не уловленные в результате осаждения одним из механизмов, осаждаются под действием других. Выражение суммарной эффективности имеет вид

Э = 1 - (1 - Э, X1 - Э(, X1 - Э. X і - ЭД1 - Э. X1 - Э. .„ XI - Э„ „), (4)

где Э, - эффективность улавливания в результате инерционного осаждения, Э/,-эффективность улавливания в результате зацепления; Эд - эффективность улавливания в результате седиментации; Э^- эффективность улавливания в результате диффузии; Э„, - эффективность улавливания в результате термофореза; Э„,.м - эффективность улавливания в результате турбулентной миграции; Эжс„, - эффективность улавливания в результате электростатического осаждения.

Пыль, не уловленная в первом по ходу пылегазового потока слое фильтра, улавливается в последующих.

Схема фильтрования представлена на рис. 2. При фильтровании через насыпной комбинированный слой пылегазовый поток, переходя от слоя с большим размером зерна к слою с меньшим размером зерна, меняет концентрацию и дисперсный состав пыли. Изменяется и режим течения газа в порах - начинается процесс с преобладанием накопления осадка на поверхности слоя и образованием автофильтра с постепенным забиванием пор слоя. Именно поэтому для анализа перепада давлений на таком фильтре теоретически можно выделить преобладающий характер для каждого подслоя и, основываясь на таком подходе, получить данную характеристику для каждого из подслоев.

Общий перепад давлений будет равен

АР = АР' + АР"+АР'", (5)

где АР' - перепад давлений, возникающий на фильтре за счет возникновения автофильтра на первом по ходу пылегазового потока слое, Па; АР" - перепад давлений, возникающий за счет постепенного закупоривания пор первого по ходу потока зернистого слоя, Па; АР"' - перепад давлений, возникающий за счет постепенного закупоривания пор второго зернистого слоя, Па.

инерционное осаждение, зацепление,

турбулентная миграция.

инерционное осаждение, зацепление,

турбулентная миграция, седиментация

® Ш ® & 0 Ф ^ Ф ® коагуляция, зацепление,

» ® ® е • в • б седиментация

Рис. 2. Механизмы фильтрования через НКФ

Аналитическое выражение перепада давлений, создаваемого первым по ходу пылегазового потока слоем с диаметром зерна (3 < с13< 6) мм НКФ при протекании процесса с образованием автофильтра, имеет вид

(6)

Л К

Зависимость, характеризующая перепад давлений на первом слое зернистого фильтра при протекании процесса с постепенным закупориванием пор, имеет вид

днг)--"лАХ.------(7)

.г (■• ):(| (|

4 й,

Перепад давлений, возникающий на втором зернистом слое с диаметром зерна (1 < ё3< 3) мм по ходу пылегазового потока при протекании процесса с постепенным закупориванием пор, имеет вид

-Ч^М-(8)

' ( , V/, п2 '

——Г

После ряда преобразований и математической обработки получаем

,Лг, <24^, ИМ О , '4 (9)

где гос~ радиус осадка пылевого слоя, г,', г'— радиус зерна первого и второго по ходу пылегазового потока слоя НКФ, м; К - расход пылегазовой смеси, м'/с; ц -вязкость пылегазовой смеси, Па-с; Я — радиус фильтровального слоя фильтра, м; А; - высота первого по ходу пылегазового потока зернистого слоя, м; И2 -высота второго по ходу пылегазового потока зернистого слоя, м; г - продолжительность фильтрования, мин; х„ - начальная объемная концентрация дисперсной фазы в пылегазовом потоке; () - расход пылегазового потока, м3; К„ - начальный коэффициент проскока.

При прохождении через НКФ после первого слоя концентрация пыли изменяется и во втором по ходу газа слое процесс будет идти только с постепенным закупориванием пор зернистого слоя. Расчетные зависимости общего перепада давлений на НКФ от продолжительности процесса фильтрования ДР=1~(т) при разных начальных концентрациях пыли графито-периклаза в пылегазовом потоке приведены на рис. 3.

На рис. 4 приведены зависимости, полученные экспериментально и расчетным путем по уравнению (9). Полученные зависимости были использованы при разработке НКФ.

Рис. 3. Зависимость АР=/(т) при Я = 0,05 м:

1 ------- хн = 0,01 кг/м3

2--хн =0,001 кг/м3

Рис. 4. Зависимости ДР=/(т) при И — 0,005 м:

1 - по уравнению

2 экспериментально

В четвертой главе представлен разработанный автором насыпной комбинированный фильтр с продувочными трубками. Конструкция фильтра, показанная на рис. 5, позволяет оперативно менять сменную фильтровальную кассету, что обеспечивает мобильность и непрерывность работы оборудования.

Разработанная экспериментальная схема с насыпным комбинированным фильтром представлена на рис. б.

Рис. 5. Насыпной комбинированный экспериментальный фильтр: 1 - корпус фильтра; 2 - корпус сменной кассеты фильтра;

3 - металлическая сетка; 4 - фильтровальная ткань; 5 - ограничители толщины слоя; 6 — резиновая уплотнительная прокладка; 7 - распределительное устройство; 8 - камера запыленного воздуха; 9 - коллектор запыленного воздуха; 10 - коллектор очищенного воздуха; 11 - патрубок сбора уловленной пыли; 12 - зернистые (фильтровальные) слои различного гранулометрического состава; 13 - регенерирующие патрубки (дополнительные передвижные коммуникации для импульсной регенерации зернистых слоев); 14 - пружинные клапаны;

15, 17 - крепежные болты; 16 - металлическая решетка;

18 - штуцера для регенерирующего агента

©

©

© ©

-СЧ>4

Л

© ^ тп

® , г©~€НЕ}

©

Рис. 6.

Экспериментальная схема с насыпным комбинированным фильтром: 1 - производственный газопровод;

2 - эксперименталь-

ный патрон;

3 - микроманометр;

4 - модуль для замера пыли в пылегазовом

потоке (а - фильтровальная гильза, б — реометр, в - воздуходувка);

5 - воздуходувка; 6 -импактор НИИОГАЗа

Для оценки общей и фракционной эффективности улавливания частиц пыли использовали квазивиртуальный импактор НИИОГАЗа. Полученные результаты представлены в виде интегральных кривых на рис. 7. На данных графических зависимостях каждая точка показывает относительное содержание частиц с дисперсностью выше и ииже заданной. Интегральные кривые удобно использовать для фракционного анализа потока до и после пылеулавливающего устройства.

При работе с зернистыми слоями часто используют не эффективность Э, а коэффициент проскока К=1-Э. Наличие достоверных данных о дисперсном составе пыли позволяет определить фракционный коэффициент проскока:

Кп=К-Э„, (10)

где К„ - коэффициент проскока фракции с п размером частиц; 1)„ - вероятность нахождения частиц данной фракции в пылегазовом потоке после НКФ.

1 1 ;

/ — —1— - » " 1

/ X

1 / ^ ! I _

/ * ' До фильтра 1 1 < 1 ; 1

7

г

___

>

/ ✓

/ У /

/ У ✓ -■-До фильтра * После фильтра 11111

10 200

а)

Дисперсность частиц сН мим б)

Рис. 7. Дисперсный анализ: а) графито-периклазовой; б) периклазовой пыли

В работе исследовано влияние толщины зернистого слоя и диаметра зерен на коэффициент проскока, результаты исследований представлены в виде графических зависимостей на примере пыли графито-периклаза (рис. 8).

Экспериментальная оценка общего перепада давлений при работе НКФ представлена на рис. 9 и 10.

Анализ показал, что при высоте слоя, превышающей 2-10"3м, коэффициент проскока не меняется, а гидравлическое сопротивление возрастает, что приводит к росту энергозатрат. Установлено, что первый по ходу фильтрующий слой НКФ должен быть с крупными гранулами зерна (7-10"3м) (в 92-94 % случаев задерживаются частицы пыли со значением с1т> 7-10 мкм). Во втором слое, при ¿4 =3'10~!м, происходит более тонкая очистка - от частиц пыли размером 2—

7 мкм. Возможно использование последнего слоя НКФ по ходу пылегазового потока в качестве адсорбента для удаления токсичных компонентов из вентиляционных выбросов.

270 360 4М й*0 630 IX 8'0 »03 990 І0Є0 Продолжительность фильтрования, мин

Рис. 8. Зависимость К=/(г) при хн=16,Ы0 3 кг/м , <іт-А мкм, 35:

а) 3<4,< 9 мм; б) 10 <Н< 40 мм; ¿4 - диаметр зерна, Н - высота слоя, хн~ начальная концентрация, ¿4 - средний медианный диаметр частиц; сг- среднее квадратичное отклонение логарифма диаметров частиц

а)

Рис. 9. Зависимость АР=/(т) для периклазовой пыли при х„=26,110" кг/м3, =28 мкм, 0,32; Я=2-10"3м; <і3=7-10~3м

б)

Рис. 10. Зависимость АР=/(т) для графито-периклазовой пыли при хн=16,1-10'3 кг/м3, о'т=4мкм, /£о = 0,35; #=2-10"2м; с4=7-10"3м

3000

г

2600

Е

I ш (

I ¡500

I 1000

| 500 О

^ зооо

I 2500 с

I 2000

і »600 I

? 1000 I500

о

1 — Н=101Ш1

г— н=гоші

3- Н-ЗОю/ 4 —

Методом априорного ранжирования определены доминирующие факторы, влияющие на эффективность работы фильтра. Зависимость коэффициента проскока от исследуемых параметров представлена в виде

К= / (Н, м-, с1„ т), (11)

где Н - высота фильтрующего слоя, м; м/ - скорость пылегазового потока, м/с; с/э-диаметр эквивалентный порового пространства, м; т— время фильтрования, мин.

Для получения уравнений регрессии, характеризующих общий и фракционные коэффициенты проскока, рационально планировать эксперимент по методу Бокса-Уилсона с последовательной реализацией небольших серий опытов при варьировании значимых факторов.

В результате математической обработки получили уравнение общего коэффициента проскока для графито-периклазовой пыли:

ЫК1 = 1,28 - 0,09x1 - 0.07х2 - 0,038х3 + 0,03х4, (12)

где натуральные значения факторов Н, м, 4, г обозначены соответственно через X/, X2, Xз И Х4.

Особый интерес представляет определение фракционных коэффициентов проскока дисперсной фазы. Эти коэффициенты наиболее представительны при оценке работы НКФ. Они показывают, какие фракции дисперсной фазы и в какой степени задерживаются перегородкой. Серия опытов проведена для фракции 2-5 мкм и 7-10 мкм. Получены следующие уравнения регрессии:

!пК''2-ы,си=5,89 + О.ОбЗх, +0.063х2 +0,19х3 - 0,11х4, (13)

1пКГ'7^омы=5,02 + 0,13x1 -0, Об 1х2 + 0,029х3 - 0,7х4. (14)

На рис. 11 представлены графические зависимости К= $ (Н, полученные экспериментально и по уравнению (12).

Рис. 11. Зависимости К= ПН, ш)

Эффективность применения зернистых фильтров зависит от способа регенерации. В работе исследован метод регенерации обратной продувкой через перфорированные трубки и продувочные трубки с буферной камерой. Схема регенерации представлена на рис. 12.

При регенерации данным методом скорость обратной продувки 0,4-0,55 м/с. Проведен ряд экспериментов по определению цикла регенерации: установлено время протекания процесса фильтрования и продолжительность обратной продувки, определено время продувки фильтров при условии сохранения оптимальной высоты автофильтра (табл. 1).

регенерация

регенерация

Рис. 12. Системы регенерации НКФ: 1 - продувочные трубки; 2 -буферная емкость для сжатого воздуха; 3 -корпус фильтра; 4 - отверстия в продувочных трубках; 5, 6, 7 - соответственно 1-й, 2-й,3-й зернистые слои

фильтрование

фильтрование

Таблица 1

Параметры регенерации НКФ

Параметры пылегазового потока Параметры регенерации

Продолжительность

Фильтруемая пыль Вы- регенерации трсг, мин

сота фильт рую-щего слоя Н, м Концентрация ныли, кг/м' Дисперсность пыли, мкм Высота осадка, Ьос-10'3м Обратная про дув-ка С проду дувоч воч-ными трубками С продувочными трубками и буферной камерой

графи-

то-перик- 0,02 хн=16,Ы0'3 ¿,п=4 =0,35 7 74 45 2

лаза

гіерик- лаза 0,02 хн=26,Ы0"3 с1т=28 ІВа =0,32 8 48 45 2

В пятой главе произведены технические расчеты для установки фильтров на основе НКФ с расширенной поверхностью фильтрования и возможностью оперативного удаления отработанных насыпных слоев. Замкнутая схема очистки вентиляционных выбросов с НКФ на ОАО «СОЗ» (цех № 1) представлена на рис. 13.

Рис. 13. Схема включения НКФ на ОАО «СОЗ»: 1 - первая ступень очистки - батарейный циклон; 2 - насыпной комбинированный фильтр; 3 - газодувка; 4 - транспортирующая цепь; 5 - клапан; 6 - приводная станция транспортера; 7 - натяжная станция транспортера;

8 - электродвигатель; 9 - буферная камера пневморегенерации

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Доказана целесообразность процесса пылеулавливания с помощью НКФ в условиях производства огнеупорных и строительных материалов. Установлено, что наличие многокомпонентных полидисперсных потоков требует разработки многослойных фильтровальных элементов.

2. Исследован дисперсный состав пылей периклаза и графито-периклаза, получены интегральные кривые, позволяющие оценить диапазон действия НКФ, и при этом установлено, что с1т< 20 мкм.

3. Разработан экспериментальный многослойный фильтр, в котором в качестве фильтрующей среды использованы огнеупорные материалы различной зернистости, позволяющий осуществлять последовательную очистку полидисперсного потока, достигая общей эффективности очистки до 99,85 %.

4. Исследована кинетика процесса фильтрования НКФ, и получены экспериментально графические зависимости К=А;т), АР=^(т), позволяющие выявить оптимальные циклы фильтрования в диапазонах критерия Рейнольдса (35< Яе<165) и коэффициента проскока К>0,01.

5. Предложены математические интерполяционные модели в обобщенных переменных для расчета общей и фракционной эффективности процесса фильтрования через НКФ. Экспериментально подтверждена адекватность полученных уравнений.

6. Предложен метод регенерации НКФ - обратная продувка с использованием перфорированных трубок и буферной камеры, что позволяет осуществить

глубинную регенерацию зернистых слоев, уменьшая начальный перепад давлений при последующем цикле фильтрования, что приводит к снижению энергозатрат при эксплуатации фильтра. Получены технологические режимы проведения процесса регенерации НКФ.

7. Разработана конструкция НКФ с расширенной поверхностью фильтрования и возможностью замены фильтрующей среды при непрерывной работе систем аспирации. Предложена замкнутая схема очистки вентиляционных выбросов.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

Публикации в журналах, рекомендованных ВАК РФ

1. Чугунова, И.А. Многоцелевые зернистые фильтры-пылеуловители для очистки технологических газов и аспирационных выбросов / Ю.В. Красовицкий, И.А. Чугунова, КН. Лобачева, М.Н. Федорова // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. — 2010. - Т. б, № 1. - С. 163-167.

2. Чугунова, И.А. Технико-экономические аспекты высокоэффективного обеспыливания зернистыми фильтровальными слоями / Е В. Романюк, И.А. Чугунова, Ю.В. Красовицкий, М.Н. Федорова // Строительные материалы. - 2009. - № 12. - С. 62-64.

3. Чугунова, ИА Комбинированные фильтровальные структуры для высокоэффективного пылеулавливания в производстве строительных материалов / Ю.В. Красовицкий, Е.В. Романюк, И.А. Чугунова, М.Н. Федорова // Строительные материалы. - 2009. - № 9. - С. 70^71.

4. Чугунова, И.А. Экономические преимущества аэродинамической оптимизации систем и аппаратов пылеулавливания в производстве строительных материалов / Ю.В. Красовицкий, М.Н. Федорова, И.А. Чугунова, Е.В. Романюк // Строительные материалы. - 2009. - № 10. - С. 39-41.

5. Чугунова, И.А. Анализ механизма растекания пылегазового потока по распределительным устройствам пылеуловителей при производстве стройматериалов / Ю.В. Красовицкий [и др.] // Химическое и нефтегазовое машиностроение. — 2009. — № 10. - С. 43—46.

6. Чугунова, НА. Определение оптимальной гидродинамической области эксплуатации зернистых фильтров/Ю.В. Красовицкий [и др.]//Строительные материалы. —2011. 8. -С. 193-194.

Публикации в других изданиях

7. Чугунова, И.А. Регенерация зернистых фильтров / И.А. Чугунова [и др.] // Экологические проблемы промышленных городов: тр. 4-й Всесоюзной науч.-практ. конф. - Саратов: СГГУ, 2009. -С. 349-351.

8. Чугунова, И.А. Математические модели процесса фильтрования пылегазового потока для вращающегося зернистого слоя / НА. Чугунова, Р.А Важинский, Е В. Романюк // Математические методы в технике и технологиях: тр. XXI Междунар. науч. конф. - Тамбов: ТГТУ, 2008. - С. 20-21.

9. Чугунова, ИА. Фильтры с комбинированными элементами / И.А. Чугунова [и др.] // Экологические проблемы промышленных городов: тр. 4-й Всесоюзной науч.-практ. конф. - Саратов, СГГУ, 2009г.-313-315с.

10.Чугунова, ИА. Технико-экономический анализ возможности применения зернистых фильтров в технике пылеулавливания / И.А. Чугунова [и др.] // Экологические проблемы промышленных городов: тр. 4-й Всесоюзной науч.-практ. конф. - Саратов: СГТУ, 2009. - С. 228-230.

11 .Чугунова, ИА. Фильтр многосекционный с комбинированными элементами / И.А. Чугунова // Экологические проблемы промышленных городов: тр. 4-й Всесоюзной науч.-практ. конф. - Саратов, СГТУ, 2009. - С. 228-229.

12.Чугунова, ИА. Разработка математических моделей и программное обеспечение процесса фильтрования / И.А. Чугунова, Р.А. Важинский // Математические методы в технике и технологиях: тр. XXI Междунар. науч. конф. - Тамбов: ТГТУ, 2008. - С. 20-21.

13. Чугунова, И .Л. Расчет социально-экономической эффективности рекомендаций по защите атмосферы от полевых промышленных выбросов крупных городов / Ю.В. Красовицкий [и др.] // Экологические проблемы промышленных городов: сб. Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием. - Саратов, 2011. - С. 44-47.

14.Чугунова, И.А. Изокритериальный отбор пылегазовых проб из промышленных газоотходов при прогнозировании состояния окружающей среды в промышленной зоне / Ю.В. Красовицкий [и др.] // Экологические проблемы промышленных городов: сб. науч. тр. 5-й Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием. - Саратов, 2011. - С. 76-78.

15. Чугунова, H.A. Рациональная организация анализа дисперсного состава пыли для оценки эффективности пылеуловителей и прогнозирования состояния техносферы / Ю.В. Красовицкий [и др.] // Экологические проблемы промышленных городов: сб. науч. тр. 5-й Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием. - Саратов, 2011. - С. 80-82.

16.Чугунова, И.А. Унифицированный экспериментальный стенд для изучения зернистых фильтров-пылеуловителей, обеспечивающих экологически безопасные технологии / Ю.В. Красовицкий [и др.] // Экологические проблемы промышленных городов: сб. науч. тр. 5-й Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием. - Саратов, 2011. - С. 213-215.

17.Чугунова, И.А. Гидродинамика фильтра с динамической регенерацией / С.Ю. Панов, З.С. Гасанов, Ю.В. Красовицкий, И.А. Чугунова // Теплообмен и гидродинамика в закрученных потоках: тез. 4-й междунар. хонф.-М.: Издательский дом МЭИ, 2011.— С. 288-289.

Патенты

18.Патент Российской Федерации на полезную модель № 105200 МПК В04С 9/00. Циклон-фильтр / A.B. Логинов, Ю.В. Красовицкий, Н.В. Пигловский, Е В. Романюк, М.Н. Федорова, И.А. Чугунова; заявитель и патентообладатель Воронеж, roc технол. акад. - № 2010146337/05; заявл. 13.11.2010; опубл. 10.06.2011. Бюл. № 16.

19.Патент Российской Федерации на полезную модель № 109984 МПК BOID 29/01. Фильтр для очистки гетерогенных систем / Ю.В. Красовицкий, Р.Ф. Галиахметов, С.Ю. Панов, З.С. Гасанов, И.А. Чугунова; заявитель и патентообладатель Воронеж, гос. технол. акад. - №2011115498/05; заявл. 19.04.2011.; опубл. 10.11.2011.

20.Патент Российской Федерации на полезную модель № 109987 МПК BOID 46/10. Фильтр для очистки гетерогенных систем / Ю.В. Красовицкий, Р.Ф. Галиахметов, С.Ю. Панов, З.С. Гасанов, И.А. Чугунова; заявитель и патентообладатель Воронеж, гос. технол. акад. - № 2011115454/05; заявл. 19.04.2011; опубл. 10.11.2011.

21.Патент Российской Федерации на полезную модель № 109985 МПК ВОЮ 29/01. Фильтр для очистки гетерогенных систем / Ю.В. Красовицкий, Р.Ф. Галиахметов, С.Ю. Панов, З.С. Гасанов, И.А. Чугунова; заявитель и патентообладатель Воронеж, гос. технол. акад. -№ 2011115496/05; заявл. 19.04.2011; опубл. 10.11.2011.

22.Положительное решение № 2011139431 патентной экспертизы на НКФ.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

АР' ~ перепад давлений, возникающий на фильтре за счет возникновения автофильтра на первом по ходу пылегазового потока слое, Па; А/!" — перепад давлений, возникающий за счет постепенного закупоривания пор первого по ходу потока зернистого слоя, Па; АР"' - перепад давлений, возникающий за счет постепенного закупоривания пор второго зернистого слоя; г,, г] - радиус зерна первого и второго слоя, м; Я - радиус фильтровального слоя, м; А, - высота первого зернистого слоя, м; h2 — высота второго зернистого слоя, м; г - продолжительность фильтрования, мин; хн - начальная объемная концентрация дисперсной фазы в пылегазовом потоке; О - расход пылегазового потока, м3; К„ - коэффициент проскока фракции с п размером частиц; А, - вероятность нахождения частиц данной фракции в пылегазовом потоке после НКФ; И — высота фильтрующего слоя; w - скорость пылегазового потока; d3 - эквивалентный диаметр порового пространства; Эз — эффективность улавливания в результате седиментации; Э, - эффективность улавливания в результате инерционного осаждения, Эй— эффективность улавливания в результате зацепления; 'I,- эффективность улавливания в результате диффузии; Эт - эффективность улавливания в результате термофореза; Э„„ - эффективность улавливания в результате турбулентной миграции; Эт„ - эффективность улавливания в ре-

зультате электростатического осаждения, и, - скорость аспирации аэрозоля; и, - скорость течения аэрозоля в зоне аспирации; тр - продолжительность релаксации; Д, 1)г — внутренний и внешний диаметры наконечника зонда.

Индексы: п - размер частиц; дин. — динамический; з - зерно; ц — цилиндр; ч — частица; сл. — слой; т. м. - турбулентная миграция.

ЧУГУНОВА ИРИНА АНАТОЛЬЕВНА

ОБЕСПЫЛИВАНИЕ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ ВЫБРОСОВ НАСЫПНЫМИ КОМБИНИРОВАННЫМИ ФИЛЬТРАМИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ОГНЕУПОРОВ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 18.02.2013. Формат 60x84 1/16.

_Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ №78_

Отпечатано в отделе оперативной полиграфии Издательства учебной литературы н учебно-методических пособий Воронежского государственного архитектурно-строительного университета 394006 Воронеж, ул.20-летия Октября, 84

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

На правах рукописи

04201354774

ЧУГУНОВА ИРИНА АНАТОЛЬЕВНА

ОБЕСПЫЛИВАНИЕ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ ВЫБРОСОВ НАСЫПНЫМИ КОМБИНИРОВАННЫМИ ФИЛЬТРАМИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ОГНЕУПОРОВ

Специальность: 05.23.03 - Теплоснабжение, вентиляция,

кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки РФ,

док.тех.наук., проф. Красовицкий Ю.В.

Воронеж 2013

СОДЕРЖАНИЕ.............................................................................2

ВВЕДЕНИЕ....................................................................................5

1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ СПОСОБОВ ФИЛЬТРОВАНИЯ ПЫЛЕГАЗОВЫХ ПОТОКОВ. МЕДИКОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ПРОИЗВОДСТВА. ЗАДАЧИ РАБОТЫ.........................12

1.1 Нормативно - правовые аспекты работы........................................12

1.2 Технологические особенности производства....................................14

1.3Медико-экологический мониторинг ситуации в зоне расположения

огнеупорного производства.........................................................19

1. Существующие способы высокоэффективного фильтрования пылегазовых потоков зернистыми слоями. Перспективы применения

НКФ......................................................................................23

1.5 Постановка целей и задач исследований.........................................28

2 МЕТОДОЛОГИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ......31

2.1 Основные контролируемые параметры, их характеристика..................31

2.2Выбор пылезаборных устройств, оптимальных в условиях

эксперимента...............................................................................33

2.3Методы улавливания пыли. Определение массовой концентрации пылегазовых потоков.....................................................................38

2.4 Измерение скорости и количества газа...........................................42

2.5 Методика и оборудование для проведения анализа дисперсного состава пыли......................................................................................45

3 АНАЛИЗ МЕХАНИЗМОВ ФИЛЬТРОВАНИЯ ПЫЛЕГАЗОВЫХ ПОТОКОВ...................................................................................49

3.1 Анализ идеализированных моделей, механизмов, особенностей и вторичных явлений в насыпном комбинированном фильтре, расчет эффективности фильтрования в НКФ.................................................49

3.2 Вывод зависимости для расчета перепада давлений на насыпном комбинированном фильтре..............................................................56

3.2.1 Определение перепада давлений, создаваемого первым по ходу пылегазового потока подслоем НКФ при протекании процесса с образованием автофильтра...............................................................59

3.2.2 Определение перепада давлений, создаваемого на первом по ходу пылегазового потока подслое НКФ при протекании процесса с постепенным закупориванием пор.......................................................................61

3.2.3 Определение перепада давлений, создаваемого на втором по ходу пылегазового потока подслое НКФ при протекании процесса с постепенным закупориванием пор и общего перепада давлений на НКФ.......................64

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.............69

4.1 Насыпной комбинированный фильтр для проведения экспериментов на реальных производственных пылегазовых потоках................................69

4.2 Анализ основных эксплуатационных параметров НКФ и оценка энергосберегающего эффекта................................................................73

4.3 Обсуждение результатов дисперсного анализа пылей и предварительные инженерные рекомендации производству...........................................77

4.4 Обработка экспериментальных данных и построение интерполяционных зависимостей...............................................................................79

4.5 Экспериментальная оценка гидравлического сопротивления...............83

4.6 Оценка различных способов регенерации, эксергетический анализ этого процесса.....................................................................................86

4.7 Расширенные инженерные рекомендации.......................................90

5 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ФИЛЬТРОВ НА ОСНОВЕ НКФ...................................93

5.1 Специфика применения разработанных рекомендаций в производстве огнеупоров, технической керамики, стройматериалов и в химической промышленности..........................................................................93

5.2 Социально-экономические преимущества реализации полученных результатов.................................................................................105

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ....................................115

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ......................................117

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ....................................118

ПРИЛОЖЕНИЕ...........................................................................132

ПРИЛОЖЕНИЕ А Характеристика сырья и аспирационных линий..........133

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Лабораторный насыпной комбинированный фильтр.....139

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Технические показатели фильтровальных полотен......143

ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Номинальный годовой фонд времени оборудования.... 145

ПРИЛОЖЕНИЕ Д Отзывы, заключения, сертификаты акты внедрения, патенты....................................................................................147

Введение

Выполненная работа посвящена - обеспыливанию вентиляционных выбросов насыпными комбинированными фильтрами для обеспечения действующих в Российской Федерации норм ПДВ и ПДК в зоне промышленных предприятий [8, 9, 20, 27].

Из всей массы, загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу от антропогенных источников, около 90%- составляют газообразные, 10%- твердые и жидкие вещества [ 90, 124].

В Законе Российской Федерации «Об охране окружающей природной среды» установлены требования к нормированию качества среды обитания и уровней воздействия на окружающую среду.

Нормативы качества окружающей природной среды определяют научно обоснованную меру сочетания жестких экологических требований к качеству среды обитания и возможностей их соблюдения в хозяйственной деятельности.

Российская Федерация уделяет особое внимание охране здоровья населения нашей страны, защите природы от вредных выбросов, рациональному использованию природных ресурсов. Масштабы развития экономики достигли такого уровня, что решение вопросов, связанных с защитой окружающей среды, стало первоочередным.

В основу нормативов качества положены три показателя:

- медицинский (пороговый уровень угрозы здоровью человека, его генетической программе) [20, 24, 29];

- технологический (способность промышленности обеспечить выполнение установленных пределов воздействия на человека);

- научно-технический (способность технических средств обеспечить контроль над соблюдением пределов воздействия по всем параметрам).

Загрязненность окружающей среды увеличивается в связи с интенсификацией производства, износом технологического оборудования и нерацио-

нальным использованием вложений на природоохранные мероприятия. И, как следствие, общий объем реальных пылегазовых выбросов, не учитываемых федеральной статистикой, увеличивается как в абсолютном выражении, так и на единицу выпускаемой продукции.

При этом теряется не только значительная часть дефицитного сырья, но и возникают условия для нарушения действующих санитарно гигиенических норм. Создание безотходной технологии и внедрение пылеулавливающих комплексов на действующих предприятиях по ряду технических причин (жесткое ограничение производственных площадей, недостаток средств на реконструкцию, отсутствие имеющих соответствующую подготовку специальных служб по эксплуатации систем пылеулавливания и т.д.) сталкивается с серьезными затруднениями.

Производство огнеупоров и стройматериалов, отличающиеся высокой концентрацией, разнообразием и энергоемкостью технологического оборудования, предназначенного для дробления, измельчения, классификации, транспортировки и обжига твердых, гранулированных и порошкообразных материалов, является достаточно серьезным источником пылевыделения в производственные помещения и окружающую воздушную среду [39 ,88, 89].

В этих условиях особое значение приобретает не только всесторонний анализ и оптимизация уже действующих пылеулавливающих комплексов, но и разработка перспективных процессов и технологий пылеулавливания. При этом особый интерес представляют зернистые фильтрующие слои, отличающиеся дешевизной, доступностью, прочностью, термостойкостью, высокой степенью очистки, возможностью регенерации различными способами, способностью противостоять резким изменениям давления [9,13,23,49].

Зернистые слои позволяют не только обеспечить предельно-допустимые в огнеупорном производстве выбросы (ПДВ), но и организовать на отдельных участках производства безотходную технологию.

Объекты исследования - ОАО «Семилукский огнеупорный завод», ЗАО «Семилукский комбинат строительных материалов». Такой выбор обусловлен общими принципами протекания технологических процессов и практически идентичным оборудованием (дробилки, печи обжига, мельницы, сушильные барабаны, шликерные мешалки, дозаторы сыпучих материалов и т.д.). Нами произведена оценка этих предприятий по степени их экологической опасности и по количеству образующихся отходов, зависимость пылевых выбросов данных производств от состава сырья, вида топлива, выбора технологических схем. [66,68,69] .При выполнении работы автор стремился приблизить полученные результаты для смежных отраслей промышленности.

Актуальность работы. В связи с интенсификацией производства, износом технологического оборудования и нерациональной организацией природоохранных мероприятий, запыленность окружающей среды постоянно растет. В этих условиях общий объем реальных вентиляционных выбросов, из аспирационных систем, не учитываемых федеральной статистикой, увеличивается. Рациональным решением снижения уровня воздействия пылегазовых выбросов на атмосферу является использование максимально замкнутых технологий и производств, позволяющих комплексно использовать перерабатываемое сырье и сводящих к возможному минимуму количество отходов непосредственно в самих технологических процессах [15, 46, 107, ].

В производстве конструкционных огнеупоров и строительных материалов наиболее распространены рукавные фильтры, которые имеют небольшой ресурс работы и не всегда способны осуществить очистку в соответствии с нормами ПДВ. Зернистые фильтры имеют ряд безусловных преимуществ по сравнению с ними: механическая прочность, высокая эффективность, способность к многократным регенерациям и создание замкнутой технологии.

Одним из путей организации замкнутой технологии в рассматриваемых отраслях, является использование насыпных комбинированных структур, ко-

торые обеспечивают высокую степень очистки и могут быть использованы вместе с уловленным материалом в производстве в качестве сырья.

В работе анализируется режим функционирования предложенного оригинального насыпного комбинированного фильтра с несвязанной структурой зернистого слоя (НКФ), способного осуществлять последовательную очистку от взвешенных частиц различной дисперсности.

Цель работы - разработка нового насыпного комбинированного фильтра для обеспыливания вентиляционных выбросов при производстве огнеупоров и создание замкнутой технологии.

Задачи исследования. Достижение поставленной цели потребовало комплексного решения следующих задач:

- анализ физико-химических свойств дисперсной фазы вентиляционных выбросов и анализа существующих систем пылеулавливания на основе фильтров с несвязанной структурой зернистого слоя;

- разработка оригинального экспериментального фильтра и схемы его включения в технологическую производственную линию;

- построение адекватных математических моделей, эффективно прогнозирующих рабочие параметры предложенных фильтров на основе НКФ;

- проведение экспериментальных исследований для выявления оптимального технологического режима работы аппарата;

- разработке максимально замкнутой технологии пылеулавливания, позволяющей соблюсти нормы ПДВ и обеспечить экономическую эффективность от реализации и внедрения систем;

Методы исследования и достоверность результатов обеспечиваются совместным использованием классических закономерностей механики аэрозолей и теории фильтрования, которые в сочетании с экспериментально-статистическими методами анализа обеспечили получение представительных и устойчиво воспроизводимых результатов. При проведении экспериментов использованы апробированные методики НИИОГАЗа, ГИНЦВЕТМЕТа и

НИФХИ им. Л .Я. Карпова. При этом максимальное расхождение результатов теоретических и экспериментальных исследований не превышает 8 - 10 % с доверительной вероятностью 0,95 %, что следует признать вполне удовлетворительным.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- предложено конструктивное решение процесса пылеулавливания для огнеупорного производства. Принципиальная новизна этих решений, отраженная в полученных патентах, состоит в том, что последовательно расположенные фильтровальные слои могут быть установлены на различном расстоянии друг от друга, что позволит увеличить площадь фильтрования, для достижения необходимой эффективности пылеулавливания;

- предложены и экспериментально проверены математические интерполяционные модели в обобщенных переменных для расчета общей и фракционной эффективности процесса фильтрования вентиляционных выбросов через насыпной комбинированный фильтр, которые учитывают наибольшее количество факторов (Н, м>, йэ, т), влияющих на гидродинамику процесса, чем классические модели, полученные с помощью дифференциальных уравнений;

- определены оптимальные технологические режимы фильтрования с помощью НКФ. Установлено, что удельная нагрузка на поверхность фильт-

3 2

рования составляет 30 м /м мин.

- впервые разработаны оптимальные способы регенерации насыпного комбинированного фильтра. Установлено, что обратная продувка, через перфорированные продувочные трубки с использованием буферной емкости для сжатого воздуха, является наиболее предпочтительным решением;

- установлено, что основными параметрами при расчете эффективности очистки воздуха от пыли через НКФ - дисперсный состав пыли и высота зернистого слоя;

- предложена оригинальная схема, включающая транспортирующие уст-

ройства фирмы «Шраге», обеспечивающая замкнутый характер технологического процесса. Уловленная пыль вместе с отработанным фильтровальным материалом, возвращается в производство.

На защиту выносятся:

- предложенное конструктивное решение процесса пылеулавливания для огнеупорного производства;

- математические интерполяционные модели в обобщенных переменных для расчета общей и фракционной эффективности процесса фильтрования вентиляционных выбросов через НКФ;

- оптимальные технологические режимы фильтрования с помощью НКФ;

- способы и технологические параметры регенерации НКФ;

- оригинальная замкнутая схема очистки вентиляционных выбросов промышленного назначения.

Практическая ценность диссертации. Разработан и рекомендован фильтр для очистки аспирируемого воздуха от смесительного, дозирующего и шлифовального оборудования на ОАО «Семилукский огнеупорный завод», ЗАО «Семилукский комбинат строительных материалов», где использование крупногабаритных систем пылеулавливания нецелесообразно и недостаточно эффективно.

Отдельные аспекты работы используются на практике ряда высших учебных заведений: Белгородским государственным технологическим университетом им. В.Г.Шухова, Воронежским государственным университетом инженерных технологий.

Специальные рекомендации по методике и проведению 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 4-ой и 5-ой Всесоюзной научно-практической конференции с

международным участием «Экологические проблемы промышленных городов» СГТУ (г. Саратов, 2009-2011гг.); на XXI Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» ТГТУ (г. Тамбов, 2008г.); на 3-ей Международной научно - технической конференции «Инновационные технологии и оборудование для пищевой промышленности» ВГТА (г. Воронеж, 2009-2010гг.); на научной конференции с международным участием «Пищевая наука, техника и технологии» (Болгария г. Пловдив, 2009-2010гг.); на III Международной научно - практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии» СЭТТ (г. Тамбов, 2008г.); на Московской международной научно - практической конференции «Биотехнология и Экология крупнейших городов» (г. Москва 2010г.); на XXIV - ой научной конференции стран СНГ «Дисперсные системы» (г. Одесса Украина 2010г.).

Публикации. По результатам работы опубликовано 34 научные работы, из них 6 - в изданиях, рекомендованных