автореферат диссертации по энергетике, 05.14.16, диссертация на тему:Разработка энергетической теории и метода формирования систем снижения пылевого загрязнения атмосферы

I in пряппх рукописи

RECUA ЛОВ ВАДИМ ИГОРЕВИЧ

РЛ1РЛВОТКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ТГОРГШ И МЕТОДА ФОРМШ'ОИШШЯ П5С1 F.M СШЗЖЕШ1Я ШЛЛИВОГО ги'РЯ'ШЕИШЯ ATMOCWPM

05.31. ! Л - Тсхшиссккг средства защиты окруот¡omeíi среды (строительства)

АВТОРЕФЕРАТ диссертяпшз на с -v v* с -г í : : ï : • i; у « ; с п г- i i ercncsm доктора tïxûu icc;:;:r, ::::•/>:

Ростов-нл-Дону - 1995 г.

Работа выполнена в Ростовской государственно)'! академии сфоигельства.

I (яучный консультант: заслуженный деятель науки и техники

Российском Федерации, доктор технических наук, профессор В.1 (.Журавлев

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор ¡З.В.Кудряшов

доктор технических наук, профессор Е.Л.Медиокритскнй »:

доктор технических наук, профессор А.А.Цыцура

Недушпя орппипяция: Институт горного дета им, Д.А.Скочннскою, IЛюберцы, Московский обл.

Зящнтп состоится "„ШЛяиШШК— 1996 юли п 14.. часов ни "Шсединми диссертационного сопета Д 064.40.01 в Ссперо-Кппкаэском научном центре высшей школы по адресу: 344700, г. Росгов-на-Доиу, ул.Иушкипская, 540.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СКНЦ НШ.

Лвюреферат разослан "18" декабря 1995 года.

Ученый секретарь дпегершинопного совета, локюр кхпнческих паи-, профессор

/

Е.1¡.Гннуслтвскнй

/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

А к т у а л ь и о с т ь. Необходимость решения проблем охраны окружающей среды становится с каждым годом все более настоятельной. Развитие производственно-технологических разработок - и промышленного производства вывели проблему охраны окружающей среды в ряд важнейших общегосударственных задач, решение которой непосредственно связано с защитой здоровья люден.

Немаловажное место в комплексе задач охраны окружающей среды занимает "пылевой фактор". Производственная пыль не только отрицательно воздействует на организм человека, но также ухудшает производственно-технологическую ' обстановку, приводя к преждевременному выводу из строя зданий, сооружений и технологического оборудования. Часто, являясь взрывоопасной и представляя собой источник зарядов электричества, пыль может наносить серьезный ущерб производственно-экономнческому потепцналу. Без организации целенаправленных мероприятий резко возрастает концентрация пыл» в воздухе рабочей зоны производственных помещений и в пртемном слое атмосферы.

Поэтому сведение к минимальным или, хотя бы, к нормативным значениям концентрации пыли в воздухе является одиоП из актуальных проблем в области зашиты окружающей среды и здоровье населения.

Снижение концентрации пыли возможно в двух основных направлениях:

- разработка н организация технологических процессов, исключающих образование н выделение пыли;

- создание и реализация комплекса специальных обеспыливающих мероприятий, снижающих интенсивность образования, выделения и распространения пыли.

Для поддержания пылевлх параметров воздушной среды в соответствии с нормативными требованиями в настоящее время ишрохо используют второе направление, эффективность 'которого обусловлена рациональной организацией процессов связывания, локализации и удаления пылевого аэрозоля непосредственно в -зоне его образован!- ?, очистки трагепортнруемого потока от пыли и вывода его в атмосферу.

Формирование технических систем снижения за» рязнения атмосферы при их проектировании, реконструкции и эксплуатации должно иметь единую методическую - основу с учетом не голько максимальной эффективности, но и энергетической экономичности организации процесса обеспыливания.

Диссертационная работ и выполнена » сооинмггвин с планом НИР Ростовской государе i венной академии строительства 11« i псбшджетной теме: "Создать и внедрить инженерные системы обеспечении мнении воздуха в производственных помещениях и предупреждение заряжения атмосферы промышленных площадок" pei.N 01.8600/0360 в рамках комплексной научно-технической протраммы ГКПГ "Человек и окружающая среда", институт горного дела им. A.A.Ckomhhckoi о (i.-Люберцы Московской области) по ;еме: "l'a (работать и внедртпь межотраслевой комплекс автоматизированного проектирования и формирования высокоэффективных и экономичных систем борьбы с промышленной пылыо и газами для предприятий топливно-энергетического комплекса", а также но проекту: "Разработка комплексной системы технических мероприятий по снижению пылевых и газовых выбросов в атмосферу от предприятий сельхозмашиностроения" конкурса грантов "Общие вопросы машиностроения. Охрана окружающей среды".

Автор выражает искреннюю благодарность коллективу кафедры охраны труда и окружающей среды Ростовской государственной академии строительства за научные и практические рекомендации при подготовке диссертации.

Цель работы. Разработка энергетической теории описания процессов обеспыливания воздуха и метода формирования технических систем снижения загрязнения атмосферы промышленными выбросами.

Основная идея работы заключается в использовании энергетических характеристик как индикатора устойчивости пылевого аэрозоля и взаимодействующих с ним дисперсных. систем, а также разработке энергетического критерия оценки чх состояния.

Научная новизна наиболее существенных результатов работы и их значимость состоят ч том, что:

- разработан и предложен энергетический подход к рассмотрению процессов загрязнения н снижения загрязнения окружающей среды как совокупности последовательных . этапов зарождения, развития и разрушения дисперсных систем;

- исследованы процессы образования, выделения и распространения пылевого аэрозоля как дисперсной системы с у.¿том свойств его дисперсной фазы и дисперсионной среды, что позволило определить взаимосвязь этих свойств с энергетическими параметрами и изменением устойчивости пылевого аэрозоля;

- исследованы и описаны энергетические характеристики дисперсных систем, взаимодействующих в процессе пылеулавливания, который определяет решение внутренней задачи обеспыливания воздуха н ее место в общей проблеме;

- исследованы и описаны энергетические характеристики дисперсных систем, взаимодействующих в процессах пылеочнеткн и рассеивания

\

пыли, которые определяют решение внешней задачи обеспыливания воздуха н позволяют получить конечный результат - снижение загрязнения воздушной среды;

- получены аналитические зависимости энергосмкостного показателя как критерия оценки экономичности отдельных этапов процесса обеспыливания с учетом их эффективности, а также обобщенного энергетического критерия для полного цикла снижения загрязнения атмосферы пылевыми частицами;

- построена математическая модель энергетики процесса снижения загрязнения атмосферы пылевыми частицами, позволяющая прогнозировать направления реализации процесса и рассчитывать оптимальные режимные параметры систем снижения загрязнения атмосферы промышленной пылыо на основе выбора высокоэффективных и экономичных методов, способов и средств реализации отдельных этапов процесса;

получены эмпирические зависимости эффективности и-энсргоёмкостного показателя от физико-химических свойств

взаимодействующих дисперсных систем п соответствующих режимных параметров для процессов пылеулавливания, пылеочистки и рассеивания пыли;

разработана классификационная схема систем обеспечения нормативных параметров воздушной среды, показаны ее место и роль в общей структуре экологических аспектов производственной деятельности человека, выделена система борьбы с промышленной пылыо, для которой приведена упорядоченная терминология, отражающая технологическую и физическую сущности реализуемых процессов.

Достоверность научных положений выводов и рекомендаций обоснована выбором физических моделей, базирующихся на классических положениях фундаментальных теоретических исследований, достаточным объемом экспериментов в лабораторных и промышленных условиях, использованием современных мг^одик исследований п обработки экспериментальных данных, адекватностью теоретических положений к научных выводов результатам провЬденных автором экспериментальных исследований и работ других авторов, а также получением прогнозируемых результатов при практическом использовании разработанных Теоретических положений и инженерных технологий обеспыливания.

Практическое значение работы ->■жлю'- 'ется в следующей:

- результаты диссертационной работы позволяют оп| гделять энергетические характеристики и критерий экономичности ншсстнмх и вновь разрабатываемых методов, способов и средств реализации пронес ч обеспыливания воздушной среды;

- проведенная систематизация процессов обеспыливания воздуха в значительной мере облегчает выбор оптимальных (высокоэффективных и экономичных) систем борьбы с промышленной пылыо при их проектировании, строительстве, реконструкции и эксплуатации;

определены направления совершенствования процесса обеспыливания с целью экономичного обеспечения нормативной запыленности воздуха помещений и приземного слоя атмосферы. Разработаны инженерно-технические рекомендации по эффективному изменению режимных параметров пылеулавливания, нылеочисткн и рассеивания пыли;

- разработана методика, а на ее основе- пакет прикладных программ для ПЭВМ, позволяющие при проектировании, реконструкции и эксплуатации производства рассчитать оптимальные режимные параметры и осуществить формирование высокоэффективных н экономичных систем борьбы с промышленной пылью;

- разработаны высокоэффективные и экономичные способы и устройства пылеулавливания, пылсочисиси, рассеивания пыли, а также комплексные системы борьбы с пылыо и вспомогательные средства их реализации (оросители, диспергаторы, завихрнтели, стабилизаторы, составы жидкостей и т.п.), новизна которых подтверждена 42 авторскими свидетельствами и 9 патентами на изобретения.

Реализация работы. Научные и практические результаты диссертации использованы в рамках договорных и тематических работ с предприятиями строительной индустрии, топливно-энергетического комплекса, машиностроения, а также при проектировании и в научных исследованиях ряда организаций.

Новые способы и устройства обеспыливания включены в "Каталог паспортов научно-технических достижений, рекомендуемых для использования в сельском строительстве Северного Кавказа" и внедрены наряде предприятий различных отраслей промышленности.

На основе материалов диссертационной работы разработаны курсы лекций и серии лабораторно-практических работ по дисциплинам: "Механика многофазных сред", "Экология и основы охраны окружающей среды", "Системы обеспечения нормативных параметров. воздушной среды". "Технология проектирования систем бс^ьбы с промышленной пылью", "Математическое моделирование процессов очистки атмосферы", "Спецпатентоведение" и "Физика атмосферы", используемые в учебном процессе Ростовской государственной академии • строительства при подготовке инженеров по специализации "Экология. Охрана атмосферы" для предприятий строительной отрасли Северо-Кавказского региона. На защиту выносится следующие основные положения: • • пылевой аэрозоль и направленные на него внешние воздействия целесообразно рассматривать как дисперсные системы;

- энергетические параметры характеризуют изменение устойчивости пылевого ¡про !'• -!ч к взаимодействующих с ним дисперсных систем;

- процесс снижения загрязнения атмосферы состоит из циклов снижения загрязнения исходного сырья (технологического оборудования) и снижения загрязнения воздуха, каждый из которых включает соответствующие этапы реализации;

- к результирующим параметрам процесса снижения загрязнения атмосферы отнесен энсргоемкостный показатель, который учитывает эффективность обеспыливания, производственно-технологические условия, состояние окружающей среды, а также параметры свойств пылевого аэрозоля и взаимодействующих с ним дисперсных,систем;

- разработанная автором математическая модель энергетики процесса снижения загрязнения атмосферы позволяет прогнозировать эффективность и экономичность, а также оценивать и выбирать комбинации различных по физической сущности процессов снижения загрязнения атмосферы на различных источниках выделения пыли без. проведения сравнительных испытаний;

- разработанная методика позволяет осуществлять выбор и формирование оптимальных по эффективности и экономичности технических систем обеспыливания воздушной среды;

- анализ особенностей энергетики процесса снижения загрязнения атмосферы позволяет определить пути его совершенствования.

Апробация работы. Основные положения работы доложены и получили положительную оценку на: региональной научно-технической конференции "Состояние и пути снижения уровня загрязнения окружающей и производственной среды" (Караганда, 1985), всесоюзной конференции "Актуальные вопроси физики аэродисперсных систем" (Одесса, 1986),» областной научно-технической конференции "Реализация научно-технических достижений -основа совершенствования сельского строительства" (Ростов н/Д,1986), зональных семинарах, посвященных решению вопросов охраны воздушного бассейна и микроклимату производственных зданий (Пенза, 1986-1990), Ьсссогазпой научно-технической конференции, посвященной проблеме улучшения условий и охраны труда в промышленности и на транспорте (Севастополь, 1986), всесоюзной научг ^-практической конференции "Совершенствование охраны труда в народном хозяйстве республик Средней Азии" (Ташкент, 1988), всесоюзной научно-технической конференции, носвяшснной проблемам охраны труда к окр}- хающей^ средл (Москва, (988), всесоюзной конференции "Фундаментальные исследования и новые технологии в строительном матерпаловедснич" (Белгород, 1989), всесоюзной конференции "Актуальные вопросы физики азродиспсрсных систем" (Одесса, 1989), региональной школс-семннарс "Борьба с пылью в строительстве и промышленности" (Ростов и/Д,1989), региональной научно-

практической конференции, посвящепноп экологическим проблемам (Ростов н/Д,1989), всесоюзной научно-технической конференции, посвященной вопросам охраны окружающей среды (Ленинград, 1991), всесоюзной научно-технической конференции ' Обеспыливание воздуха и технологического оборудования в промышленности" (Ростов н/Д, 1991), международной конференции "Ресурсо- и энергосберегающие технологии строительных материалов, изделий и конструкций" (Белгород, 1995г.), на ежегодных научно-технических конференциях Ростовской государственной академии строительства(Ростов н/Д, 1984-1995).

Публикации. Результаты исследований по теме диссертации изложены в 105 работах, в том числе 1 монографин, 42 авторских свидетельствах, 9 патентах, а также в научно-технических отчетах по госбюджетным', хозяйственно-договорным и конкурсным работам.

Опьем и структура диссертации. Работа состоит из ^ведения, 5 разделов, основных выводов и заключения, списка использованной литературы и 29 приложений. В ней содержится 294 страницы основного машинописного текста, 24 рисунка, 9 таблиц и 113 страниц приложения. Список использованной литературы включает 248 наименований отечественных и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Анализ работ, посвященных изучению состояния атмосферы и характеристик загрязняющих ее веществ, показывает, что в результате постоянно усиливающегося воздействия человека на окружающую среду естественный баланс веществ в атмосфере все более нарушается. Возникли качественные изменения состава воздуха, и структуры атмосферы. Количеово веществ не входящих в постоянный состав атмосферы, с каждым годом непрерывно возрастает. В настоящее время таких веществ в атмосфере насчитывается сотни тыся".

В работе дан анализ отечественных и зарубежных исследований состояния атмосферы, ее загрязнения и вызываемых им последствий с учетом влияния особенностей городской застройки.' Анализ развития урбанизированных районов показывает, что это - своеобразные "территориальные фокусы", где особенно интенсивно происходят глубокие изменения воздушной среды.

Атмосферный воздух застроенных территорий представлен как аэродисиерсная система, включающая газообразную дисперсионную среду и дисперсную фазу, представленную переменным количеством водяного пара и различных примесей природного и антропогенного происхождения. Наряду с' другими примесями, входящими в состав загрязняющих веществ, особую опасность представляет пылевой аэрозоль.

Комплексное последовательное изучение состояния пылевого аэрозоля проведено на основе упорядоченного рассмотрения его параметров, характеризующих свойства дисперсной системы.• Параметры свойств (ПСаэ) распределены по группам, основным классификационным признаком которых является физическая сущность процессов, определяемых соответствующими параметрами: геометрические (ГПаэ), оптические (ОПаэ),аэродинамические (АДПаэ),гидродинамические (ГДПаэ), теплофнчическне (ТПаэ), электромагнитные (ЭМПаэ).

Обобщение параметров, определяющих свойства пылевого аэрозоля, позволило при исследованиях провести целенаправленную и последовательную оценку динамики образования, выделения, распространения и разрушеншгпылевого аэрозоля.

Приобретение, перераспределение и расход энергии пылевым .¡эрозолем количественно характеризуются энергетическими параметрами, которые определяются взаимосвязанным комплексом групп параметров свойств дисперсной фазы и дисперсионной среды. В работе рассмотрены энергетические параметры пылевого аэрозоля, отнесенные к известным видам энергии (кинетической Wkhh, оптической Won, адгезионной V/адг, энергии смачивания Wcm, тепловой WTen н электро- магнитной W3m), с учетом их перераспределения в процессах загрязнения и снижения загрязнения воздушной среды. ■

Для дисперсной фазы пылевого аэрозоля каждый энергетический параметр Wi записан в общем виде:

\"/кип(дф) = (ГПдф, ФПдф, АДПдф);

\Уоп(дф) = /2 (ГПдф, ФПдф, ОПдф);

\>/адг(дф) = (ГПдф, ФПдф);

V/смСдф)

\"/теп(дф)

^УэмСдФ) = (ГПдф, ФПдф, АДПдф. .'ДПдф. Т1 ¿дф, ЭМПдф).

В работе представлены аналогичные выражения для энергетических параметров Wi дисперсионной сре, .ы пылевого аэрозоля.

= /4 (ГПдф, ФПдф, ГДПдф); ■ = /5 (ГПдф, ФПдф, АДПдф, ТПдф);

В зависимости от того, какими группами параметров характеризуются свойства пылевого аэрозоля, энергетическое состояние его описывается соответствующими энергетическими параметрами. Учитывая, что процессы образования, развития (выделения и распространения), а также разрушения пылевого аэрозоля протекают на практике во времени, целесообразно рассматривал, энергетические параметры пылевого аэрозоля приведенными к единице времени и выражать их физически мощностью (Вт).

Выделенные энергетические параметры в совокупности определяют суммарную свободную энергию пылевого аэрозоля:

/13 (( Wкин(дф).Woп(дф),Waдr(дф),Wcм(дф),Wтeп(дф)lWэм(дф)), . (ЧУкин(дс)^оп(дс)1\Уадг(цс),\Усм(дс)^теп(дс),\Уэм(дс))).

Функциональная взаимосвязь отдельных энергетических параметров обусловливает возможность энергетического перераспределения, отражающей поведение пылевого аэрозоля,а значит, и его характерные особенности. Обладая определенным запасом суммарной свободной энергии, пылевой аэрозоль проявляет в окружающей среде свойства своего поведения, что сказывается на его устойчивости. Пылевой аэрозоль как дисперсная система благодаря большой удельной поверхности дисперсной фазы является термодинамически неравновесным,что выражается тенденцией к понижению его суммарной поверхностной энергии.

Обобщая накопленный опыт, можно заключить, что устойчивость является характеристикой степени (скорости) изменения параметров свойств (ПСаэ) и, следовательно, энергетических параметров (ХУб) пылевого аэрозоля за определенный промежуток времени г/Т в условиях внешних воздействий. Чем более устойчива система,тем медленнее изменяются ее параметры, чем менее устойчива систем а,тем быстрее изменяются ее параметры при внешних воздействиях на нее.

Такой подход к рассмотрению пылевого аэрозоля позволил рассмотреть .загрязнение и снижение загрязнения воздушной среды как еднниную • физическую последовательность процессов образования, выделения, распространения и разрушения пылегого аэрозоля.

Практически любой технологический процесс,связанный с использованием твердых матераалов.сопровождается первой стадией гтюцесса загрязнения воздушной среды - пылеобразованием (рождением ' пылевых частиц). Второй стадией этого процесса является выделение пылевого аэрозоля в окружающую среду. Возмущения с зоне пылевЫделения обусловливают развитие третьей стадии процесса

загрязнения распространение пылевого аэрозоля, выражающееся в его прострапстпенном переносе.

Физическая модель процесса загрязнения представлена в работе как совокупность последовательных стадии взаимодействия пылевого аэрозоля с другими объектами, каждый из которых вступает в это взаимодействие на конкретном стадии. Пылевой аэрозоль,проходя через все стадии процесса, претерпевает качественные и количественные изменения.В физической модели процесса загрязнения воздушной среды (рис. I) выделены следующие основные взаимодействующие объекты: производственное здание (помещение); технологическое оборудование; источник выделения загрязняющих веществ в воздух помещения; воздух помещения; источник выброса загрязняющих веществ в воздух р темного слоя атмосферы; воздух приземного слоя атмосферы; загрязняющие вещества (пылевой аэрозоль).

Анализ современного состояния проблемы обеспыливания воздуха в промышленности показал, что эффективное снижение концентрации пыли в воздушной среде может быть достигнуто реализацией двух основных циклов: обеспыливанием исходного сырья (технологического ооорудования) и обеспыливанием воздушной среды.

Хотя первый цикл процесса обеспыливания является более рациональным и экономичным, современный уровень развития науки к техники во многих случаях не позволяет предложить конкретные решения, связанные с изменением технологии производства.

Поэтому для поддержания пылевых параметров воздушной среды на уровне нормативных требований а настоящее время широко используют второй 1икл процесса, предполагающий создание комплекса вспомогательных инженерно-технических средств обеспыливания воздушной среды.

Известно большое количество методов,способов и средств' реализ'пшь систем обеспыливальл воздуха. Однако,» практике их применения сложилась тенденция • типизации технических решений относительно традиционных отраслевых .технологий. Такой подход к проектированию и эксплуатации систем обеспыливания в значительной мере ограничивает перспективы их развития н совершенствования.

В практике обеспыливания существует множество • типов обеспыливающих устройств и аппар'гов, которые достаточно трудно систематизировать, пользуясь существующими классификационными схемами. Кроме того, ' в последнее время разработка новых и совершенствование существующих устройств обеспыливания осуществляются по направлению комбинирования нескольких технических решений в одном устройстве. С одной стороны, это приводит к созданию

более компактных аппаратов, но, с другой стороны, в еще большей степени усложняет их классификацию, что создает трудности в принятии проектных решений и в поддержании рабочих параметров -аппарата при его эксплуатации. Для создания единой методики выбора конкретных

Физическая модель процесса загрязнения воздушной среды

Процесс загрязнения воздушной среды (Рт)

Процесс пылсобразовапия (Ро)

Источник пылеобразования

Технологическое оборудование

Сырьевой материал

Процесс пылсвыдслсния (Рв)

Пыль (пылепон ма герцам)

Внутренний источник пылсвыдслсния *— «—

Воздух помещения

мв^ —

Процесс распространения пылевого аэрозоля во - внутреннем объеме помещения (РрО_

Пыл:, (пылевой аэроюлъ)

Внешний источник пылсвыдслсния - /

Помещение

\

Процесс распространения пылевого аэрозоля в _приземном слое атмосферы (Ррг)

Источник загрязнения атмосферы <- Пьпь (пылевом азрозо;п>)

$- • Воздух пртсмиого сдои атмосферы

Рис. 1.

технических решений необходимо предварительно разработать целостную и взаимоувязанную классификационную схему технологии и К"- ,<,.ки. обеспыливания.

Процессы выделения и распространения пылевого аэрозоля наблюдаются как во внутренних объемах производствечных помещений, так и за их пределами, в приземном слое атмосферы. .

В первом случае пылевой аэрозоль распространяется во внутреннем объеме помещения, в большинстве случаев имеющем рабочие зоны.' Возникает опасность здоровью люден, находящихся на рабочих местах в зоне распространения пылевого аэрозоля. Поэтому к воздуху рабочей зоны предъявляются жесткие требования, в том числе, по содержанию твердых частиц - предельно допустимая концентрация пыли в рабочей зоне (ПДКрз). Важной особенностью внутренних объемов -производственных помещений является необходимость создания в них комфортных условий для работы люден, что предусматривает также нормирование влажности, температуры и подвижности воздуха. Эти особенности обусловили своеобразие методических подходов к исследованию процессов образования, выделения, распространения и разрушения пылевого аэрозоля в воздухе помещения, в совокупности формирующих "внутреннюю задачу обеспыливания воздуха".

Во втором случае пылевой аэрозоль распространяется в приземном слое атмосферы, который не имеет локальных границ и может рассматриваться как неограниченное пространство. Пылевой аэрозоль неизбежно попадает в приземный слой атмосферы либо в процессе образования и выделения, когда источники расположены за пределами помещения, либо в процессе распространения из объема помещения в приземный слой атмосферы, когда. источники расположены внутри помещения, но упомянутые объемы сообщаются между собой через различного рода проемы. Совокупность параметров состояния и краевых условий для приземного слоя атмосферы обусловили специфическое решение вопросов его обеспыливания и составили "внешнюю задачу обеспыливания воздуха".

Физическая модель загрязнения положена в основу разработки физической модели снижения загрязнения воздушной среды, сущность которой заключается в совокупности последовательно протекающих целенаправленных процессов снижения загрязнения воздушной среды, реализуемых на каждой стадии процесса загрязнения. Построение физической модели процесса снижения загрязнения проведено методом анализа параметров, характеризующих объегты, участвующие ь процессе загрязнения, и параметров дисперсных систем, воздействующих на эти объекты в процессе снижения загрязнения. С учетом .ложных прямых и , обратных связей в работе использован системный подход ч анализу параметров.

Сущность фишческой модели снижения загрязнения воздушной среды (рнс.2)с учетом возможности ,)еализгции соответствующих ■ зависимых последовательных событий выражена формулой:

РсГ 1 -(Г- Р0псв) • Рвлок- ррпу{\ - Рпупо)-(\ - Рпорп),

характеризующей вероятность процесса снижения загрязнения атмосферы (Рсз) как совокупность вероятностей протекания физических процессов

пылесвязывання (Р пев), локализации пылевого аэрозоля (Р лок), о ь

авливания (Р пу), пылеочистки (Р по) и рассеивания пыли (Р рп) .

пылеул,

пу

Физическая модель процесса снижения загрязнения (обеспыливания)

воздуха.

рабочая зона и производственном поясненииf подстилающая поверхность

"остаточная-2.1" система

" 0-2.1

1.ПС г fol. и-2 д-2-1

(ПС .ПС ) o-i.l

2.ws : 0-2.1

3.и

• коллектор»

подстилаюцая

поверхность

"остаточная-2-2". система

Ö-2.2

1.ПС = fo2 11-2.1 д-2.2

(ПС ,ПС ); о-2.1

2.Vis : 0-2.1

3.U

источник пьмевыдвдвния

"исходная-2" дисперсная! система

" " и-7 ьпс ;

и-2

2. ws ;

и-2

3.U

Ипу

"пронежуточная-2.1" система

п-2.1 и-2 д-2.1 .

.пс ifniinc ,пс >;!

п-2.1

З.и

с

Мпо

"промежуточная-2.2" система

п-2.2 п-2.1 д-2.2| 1.ПС :fn2(nc ,ПС Ii!

п-2.2 2-Ws ; п-2.2

3.U

приэеннш слои атмосферы "остаточная-2.3" система

0-2.3 п-2.2 д-2.3

1.ПС гГоЗШС ,ПС ); ..-2.3 !

2.Ws ; „ 0-2.3

3.U

пылеулавливание

А идополнительная-2.1 система

Ыпу ' Д-2.1 1.ПС ; д-2.1 2.Ws ; Д-2.1 3.и

^ ,. .;

пылеочистка

"дополнительная^.2 система

д-2.2 1.ng : д-2.2' 2.ЫЗ ; Д-2.2 3.и

Uno

Ч, -

рассеивание пыли

" дополните,«, ная-2.3 система

ьпГ2'; ' д-2.3,

Мрп

подстилакная поверхность "остаточная-2.4" система

Inf

0-2.4 п-2.2

1.ПС rfo4(ПС 0-2.4

2.us ; 0-2.4

3.U

2.3

Рис.?.

В процесс снижения загрязнения атмосферы на разных стадиях включаются те или иные объекты. В работе выделено определенное соответствие стадий процесса снижения, загрязнения этапам процесса загрязнения атмосферы:

- пылесвязывание должно быть организовано на стадии образования пыли;

- локализация пылевого аэрозоля - на стадии его выделения;

- пылеулавливание - на стадии распространения пылевого аэрозоля;

- пылеочистка и рассеивание пыли - на стадии разрушения пылевого аэрозоля.

Взаимосвязь физических моделей загрязнения и снижения загрязнения воздушной среды заключается в последовательном преобразовании дисперсных систем с изменением их устойчивости в процессе обеспыливания (рис. 3). Процесс обеспыливания,' включающий два основных цикла, рассмотрен как комплекс последовательно направленных воздействий "дополнительными" дисперсными системами на "исходные" и "промежуточные" системы. Целью каждого ' этапа процесса обеспыливания воздушной среды является снижение концентрации дисперсной фазы в "исходной-2", "промежуточных" и "остаточной-З" дисперсных системах.

Первый цикл процесса обеспыливания должен обеспечивать снижение концентрации пылевых частиц в объеме "нсходнон-1" дисперсной системы в зоне источника пылеобразования и предотвращать выход оставшихся пылевых частиц в окружающую среду в зоне источника пылевыделения. Положительный эффект от реализации первого цикла может быть достигнут в случае воздействия на пылевые частицы "дополнительной-!Л" дисперсной системой на этапе пылесвязывания и "дополнительной-!.2" системой на этапе пылезадержання. Индикатором достаточности реализации только первого цикла обеспыливания является ПДКрз.

Второй цикл процесса эбеспыливания должен обеспечивать дополнительное снижение концентрации твердой фазы пылевого аэрозоля в воздухе помещения до ПДКрз и в приземном слое атмосферы до максимально разовой (ПДКмр) или среднесуточной (ПДКсс) предельно допустимой концентрации. Реализация второго цикла обеспыливания должна разрушать пылевой аэрозоль как дисперсную систему, предотвращая его выход в приземный слой атмосферы.

Для успешного решения задачи в этом случае необходимо воздействовать на пылевой а розоль ("исходную-2" дисперсную систему (рис.3) "дополни гельной-2.1" дисперсной -истемой на этапе пылеулавливания, "дополнительной-2.2" системой на этапе пылеочиегки "дополнительной- 2.3 " системой на этане рассеивания пыли.

1С

Процесс обеспыливания воздуха может быть ограничен пылеулавливанием и пылеочисткой в тех случаях, когда "промежуточная-2.2" г днсперсная система при стабилизации пли незначительном увеличении устойчивости содержит при выходе в атмосферу минимальное количество дисперсной фазы, не превышающее ПДКмр пли ПДКсс.

Па практике даже применение современных средств обеспыливания часто не обеспечивает этого условия. Не помогает решить задачу и естественное рассеивание пыли в атмосфере, применение которого в глобальном аспекте нежелательно. В таких ситуациях второй цикл процесса обеспыливания дополняется третьим этапом - принудительным рассеиванием'пыли.

Предложенный подход к рассмотрению процесса обеспыливания позволил заключить следующее:

- организация процесса обеспыливания в общем случае предполагает реализацию двух основных циклов: обеспыливание исходного сырья и обеспыливание воздушной среды, каждый из которых включает несколько этапов;

необходимость реализации каждого последующего этапа Обеспыливания зависит, прежде всего, от эффективности реализации предыдущего этапа; ' •

- чем меньше этапов необходимо реализовать в процессе обеспыливания, тем экономичнее весь процесс и меньше энергии требуется на его реализацию. Этим объясняется экономичность первого цикла обеспыливания, включающего меньше этапов по сравнению со вторым циклом и предотвращающего переход дисперсной системы из состояния пылевого материала в состояние пылевого аэрозоля;

- к процессе обеспыливания обеспечивается переход одно|Т дисперсной системы в другую за счет принудительного изменения их устойчивости. Чем ближе к состоянию пылевого аэрозоля находится-дисперсная система, тем сложнее управлять ее параметрами в процессе обеспыливания, и наоборот, чем ближе дисперсная система к состоянию

, пылевого материала, тем меньше энергии потребуется на изменение ее устойчивости в процессе обеспыливания.

Перераспределение параметров свойств (ПС), энергетических параметров У/в и изменение устойчивости и дисперсных систем физически выражается их переходом из одного состояния в другое и может наблюдаться как в естественных процессах оГразования, выделения и • распространения пылевого аэрозоля (загрязнение воздушной среды), так и в принудительных процессах его разрушения (снижение зафя тения воздушной среды). Реализация процесса принудительного разрушения пылевого аэрозоля осуществляется технически системами борьбы с промышленной пылью (СБПП).

Схема трансформации дисперсных систем в процессе снижения загрязнения (обеспыливания)

воздувной среды

Рис. 3.

lia подготовку (обеспечение заданных свойств) "дополнительных" дисперсных систем затрачивается определенное количество энергии, часть которой N с учетом потерь аккумулируется в "дополнительной" системе и участвует в процессе взаимодействия, целенаправленно изменяя энергетические параметры "исходной" или "промежуточных" систем'. Учитывая, что суммарная свободная поверхностная энергия является мерой устойчивости дисперсной системы, полагаем, что до такого взаимодействия "исходная" или "промежуточная" система характеризуется определенным значением этой энергии. После взаимодействия у вновь образуемых систем значение суммарной поверхностной энергии будет другим. Часть энергии W от внесенной N с "дополнительной" системой, которая реализовалась в процессе взаимодействия на изменение значения суммарной поверхностной энергии воздействуемой дисперсной системы, принята "полезной" в реализации каждого этапа обеспыливания. Роль "затраченной" выполняет энергия N.

Анализ энергетических параметров дисперсных систем, участвующих и образующихся в процессе пылеулавливания, а также характера перераспределения этих параметров показывает, что в качестве полезной Bi./ciynaer энергия, характеризуемая разностью суммарных свободных поверхностных энергий "исходной-2" к "промежуточной-!. I" дисперсных систем. Предполакш отсутствие потерь энергии в окружающую среду, можно считать эту разность равной:

Выделение для "дополнительной-2.1" дисперсной системы параметров свойств (Г1С) и энергетических параметров по группам для

дисперсной фазы и дисперсионной среды позволило получить неявные к зависимости энергетических характеристик процесса пылеулавливания от параметров "свойств взаимодействующих дисперсных систем. В процессе пылеулавливания вносится в "исходную-2" дисперсную систему энергия:

Образуемая в результате процесса пылеулавливания "промежуточная-2 I" дисперсная система характеризуется устойчивостью:

и-2 п-2.1 Wny = | Ws - Ws |

д-2.1 f д-2.1 f i д-2.1 д-2.1 Ыпу = N = f (ПС; ) = f (f (ПСдф , ПСдс )).

15

п-2-1 п-2.1 п-2.1 и-2

11 - Ws (ПС )> U

и-2

н-2,1

г де U

и U

- соо1ве1стветк> устойчивости "исходной-2" и

п-2.1

ипромежут©чной-2Л" дисперсных систем; - суммарная свободная

поверхностная "энергия "промежуточной-2.1" системы; ПС - совокупность параметров свойств "промежуточной-2.1" системы.

Доля энергии в затратах Ыпу, участвующая в улавливании и удалении пылевого аэрозоля непосредственно в зоне источника его выделения, является полезной:

I п-2.1 н-2

п-2.1 I и-2 д-2.1 где; У/8 = ^(№8, Ws ).

С учетом параметров свойств (ПС) взаимодействующих систем дня полезной энергии процесса пылеулавливания получена зависимость:

I I н-2 н-2 I I д-2.1 д-2.1 \Упу = С (Г (Г (ПСдф ,ПСдс)). Г (Г (ПСдф , ПСдс ))). и 17 а 18

Полезная энергия процесса пылеулавливания определяется параметрами свойств, а следовательно, энергетическими параметрами "исходной-2" и "дополнительной-2.1" дисперсных систем. \Vriy тем больше, чем большей суммарной свободной энергией обладает "дополнительная-2.1" дисперсная система по отношению к аналогичной энергии "исходноП-2" системы. Поэтому- при создании "дополнительной -2.1" системы необходимо стремиться к тому, чтобы максимальная доля энергеыческихк затрат Ыпу перераспределялась в суммарную свободную энергию создаваемой системы.

Процессом пылеулавливания можно управлять, изменяя устойчивость взаимодействующих дисперсных систем. Этого можно добиться, изменяя энергетические параметры и связанные с ними параметры свойств этих систем. Основы такого управления процессом-пылеулавливания базируются на выделении основных методов изменения устойчивости,' пылевого аэрозоля с учетом физических свойств взаимодействующих дисперсных систем. Например, в аэродинамическом методе основную долю "дополнителыюи-2Л" дисперсной системы составляют газовые потоки, в гидродинамическом - жидкость, в механическом твердые частицы (тела), в теплофизнческом - тепловой поток и т.д.

Методы реализации процесса пылеулавливания согласно пршшим а работе классификационным признакам определяют физическую суш>.\ль-нжфшшшмык на пылевой аэрозоль внешних воздействий. По мере

развитии пауки и техники, при описании новых видов митернн н знерпш, перечень методов можно дополнять и уточнять.

Каждый метод может быть реализован различными способимн, характеризующими физическую форму "дополнительнпП-2.1" дисперсно!! системы в процессе пылеулавливания. Например, в рамках аэродинамического метода выделены следующие способы: приточным потоком, всасывающим потоком, ириточпо-всасывающим потоком и другие; гидродинамического - каплями жидкости (орошением), йеной, туманом, слоем (пленкой) жидкости н другие.

Конкретизация реализуемых методов н способов достигается введением в классификационную структуру видов реализации, характеризующих технологию организации направленных па пылевой аэрозоль внешних воздействий.

Так, в аэродинамическом методе каждый способ может быть реализован: линейными, вихревыми и другими потоками. В гидродинамическом методе орошение может иметь следующие виды: низконапорное, высоконапорное, пневмогидроорошение и другие. Аналогичные структурные блоки составлены для ряда, других способов в рамках каждого выделенного метода.

Анализ энергетических параметров дисперсных систем, участвующих н образующихся в процессах пылеочнетки и рассеивания пыли, проведенный аналогично пылеулавливанию, а также характерных особенностей перераспределения этих параметров позволил определить в общем виде зависимости для соответствующих видов затраченной и полезной энергии: - для пылеочисткн:

д-2.2 II д-2.2 II II д-2.2" Ыпо = 1^ =Г (ПС ) = Г(Г(ПСдф,

II II п-2.1 л-2.1 II II д-2.2 д-2.2

\Vrio = 1: ((" (("(ПСдф , ПСдс )),Г (Г (ПСдф.ПСдс ))); 16 17 Ь 18

15

II II д-2.2"

18

- для рассеивания пыли:

д-2.3 III д-2.3 III Ш д-2.3 Мри - N = Г (ПС ) = Г (Г (ПСдф ,

15

15

Ш Ш п-2.2 и-2,2 III Ш д-2.3 д-2.3 \Vpii - Г (Г (С (ПСдф , ПСтс )),Г (Г (ПСдф, ПСдс )),

I £ I ? <• I & *

16 17 с

13

Формирование оспой управления процессами иылкочнегки и рассснниния ш,(ли нук'м тиснения устойчивости взаимодействующих

дисперсных систем посредством варьирования их энергетических параметров также базируется на организации соответствующих методов, способов и видов. Анализ построенных для пылеочистки н рассеивании пыли классификационных структур основных направлении их практической реализации показал нх пслную аналогию с таковыми для процесса пылеулавливания.

Электризация, намагничивание, щелочение, нейтрализация дисперсной фазы нлн дисперсионной среды "дополнительных" систем перед их введением в соответствующее зоны активного взаимодействия не могут являться способами или видами в рассмотренных структурах, так как они изменяют лишь конкретные свойства системы, не меняя ее физической сущности. Такие процессы следует отнести к предварительной обработке "дополнительной-2.Г системы с учетом соответствующих энергозатрат в энергии П.

В настоящее время эффективность принята в качестве определяющего показателя реализации этапов, циклов и процесса обеспыливания в целом. Для решения вопросов выбора рационального для- конкретных производственно-технологических условий комплекса методов, способов и видов реализации процесса обеспыливания воздуха наряду с эффективностью Еэф в работе использован предложенный и

апробированный ранее автором энергоемкостный показатель

Приведены определения эффективности н энергоемкостного Показателя каждого этапа процесса обеспыливания воздушной среды, исходя из достижения соответствующих экологических результатов.

Описана эффективность процесса снижения загрязнения атмосферы пылью с учетом вероятностного характера последовательное™ зависимых этапов:

Б (сз)= I- (1-Е (пев)) • Е(лок) • Е(пу) «(1-Е (по)) • (I-Е (рп)), эф эф эф эф эф эф

где Е (пев), Е (лок), Е (пу), Е (по), Е (рп) соответственно

эф -эф эф эф эф

эффективности реализации процессов нылесвязывання, локализацн пыли, пылеулавливания, пылеочнеткн и рассеивания ныли. Для процесса обеспыливания воздуха, включающего этапы пылеулавливания, пылеочнеткн и рассеивания пыли, эффективность определена по формуле:

Е (ов)= 1-Е (пу) "(1-Е (но)) *(1-1: (рп)), эф эф эф эф

ж энергоемкосгный показатель, позволяющий оценшь использование 'подведенной к процессу обеспыливании жергии с мчкн зрения снижения звдшзенкости воздуха, описан формулой:

Э ПСИ

Ь(Ы=

W +

,'ЮК

ну

+ W 1-по

ч/

рп

N + N +

пев лок

N + пу

N '+ N по рп

1де '\Vrtce, \Ул<ж, Ш/ю, - полезно реализованная энергия

соответственно в этапах связывания, локализации (задержания), улавливания, очистки и рассеивания пыли; Ыисв, Ылок, Ил;', Ы«<з, -

энергия, затраченная на реализацию соответственно связывания, локализации (задержания), улавливания, очистки и рассеивания пыпи.

Функция энергоемкостного показателя геометрически интерпретируется в трехмерно!! системе координат (W, N. Е3 ) поверхностью сложной формы. Площадь части, этой поверхности, ограниченная линиями минимальной и максимальной полезной №¡1 и зафаченной N¿2 энергии в конкретном методе, способе или виде, характеризует его энергоемкость и описана критерием:

V,,

къеГ

Ж А

2

+

И',,

теп 6 I

л ер)

который дает укрупненную оценку экономичности рассматриваемого процесса и использован в работе для первичного (предварительного) сравнения методов, способов или видов реализации процесса обеспыливания, так как характеризует для каждого из них конкретные области существования значений энергоемкостного показателя.

Значимость энергоемкостного показателя в теории обеспыливания под1верждена также результатами исследований других авторов, использовавших его в теоретических и практических разработках.

В работе представлен общий алгоритм получения параметрических зависимостей энергоемкостного показателя.

Анализ действующих механизмов в процессе обеспыливания позволил дополнить перечень полученных автором ранее

параметрических зависимостей энергоемкостного показателя для

пылеулавливания, ныпеочистки и рассеивания пыли.

Осуществленное авюроь. в рамках предлагаемого подхода ма^мапикткж- ошишше процесса обеспыливания заключалось в получении нарлмефнческих зависимостей эффект!.аности и

энерюемкоиного ноьазакля как рез> цьги^ующих характеристик процесса с учетом совокупнос|н исходных независимых параметров,

характеризующих взаимодействующие дисперсные системы, и также граничных условий, определяющих обстановку (технологическую, экологическую, ландшафтную и другие), в которой реализуется рассматриваемый процесс.

Примеры полученных автором зависимостей эффективности и энергоемкостного показателя как выходных параметров процесса обеспыливания для наиболее распространенных методов, способов и видов реализации пылеулавливания, пыпеочисткн и рнссснииии;; пыли представлены в табл.1. Анализ представленных в табл.1 примеров показывает,-что в,каждом конкретном случае можно получить зависимости эффективности и эпергоемкостного показателя практически для любого метода, способа и вида реализации того пли иного этапа процесса обеспыливания. Для этого необходимо знать механизм соответствующего процесса и-характерные параметры свойств и энергетические параметры взаимодействующих дисперсных систем.

В результате проведенных теоретических исследований для большинства применяемых на практике механизмов реализации различных этапов , процесса обеспыливания воздуха построены . математические модели, представляющие собой в совокупности математическую модель процесса обеспыливания в целом с учетом краевых условий, характеристик взаимодействующих дисперсных систем, свойств , окружающей среды н технологических характеристик реализации процесса. Структура модели позволяет по мере уточнения особенностей протекания процесса обеспыливания и получения их количественных оценок дополнять н овершенствовать модель.

Для обеспечения возможности реализации модели разработан алгоритм расчета и программа "ADDY" для ПЭВМ с учетом:

- минимальных затрат ручного труда при формировании исходных данных;

- автоматического формирования уравнений эффективности и энергоемкостного показателя на основе анализа каждого -этапа процесса обеспыливания воздуха;

- минимизации объема оперативной памяти;

-контролируемости этапов анализа,

- открытости алгоритма для расширения операций по формированию н обработке уравнений.

С помощью программного комплекса осуществлено имитационноз модеямрозвние ' этапов процесса обеспыливания воздуха для всего спектра реально возможных параметров. Анализ результатов расюв

Таблица \ з

Примеры функциональных зависимостей эффективности Езф и энергоемкостного показателя Е пылеулавливания, пылеочистки и рассеивания пыли, организуемых различными методами,

способами и видами

Этап процесса обеспидхаанха возддха йетод, способ к а<д реадхза-цхх |5«кдяоаал1ние завхсяхостх

Э|^ектхс ность Эасргоеякостных оокаэатедь

1 2 ■ 3 4

пылеу1азлкааяае аэродхяаяячесххх дянэхныхя сддзо-всаснзаяцххх потоках« #(/>"-?&) Ъ'&иг ~ „.-утл ЪпЪ » * /П7ь л*, \ >

гхдродхнаххчеокхх пнээхогхдроорокэ-нхех /, Ш, )) г -но"' //' г ^(Нн + и^Л^ъЩ/^ -

гхдродхнаххчеокхх паяных слое» , /¿(Гнг^-М^Х , \ ,

пылаочястка аэродхяанхческхх лхнеяяыхх аоздди-потокахх X г Хъ +1].

' ' ' уо/ю?*±/ ' 1 1/0,00?'¡' Ч/ . , „ *

vo (ti

ш ж Я ш

M

«я о ВС о а. С

ю c\J

Ж • • ж

ж OJ M

M M «

CJ о CJ

о; с«. tu

f О t»* ж

M о M cu

ж а. Ж о

rt) -с nf «-i

ш м m cj

к ж

•с о "С ж

О ж о Г*

с*, m ж m

«« aj си -с «

M Я M ж cu

u а м е.. и

ai ir

т -г

И i

nt V

te

м о

м cu 5 t. Cl ni

M -t

U CJ

<U CJ ir- m M

Ж M

"Í »3 к ил»

M Ш rtj

•f» w

о m cj

ПКО -1 Li

энергоемкое то! о показателя и эффективности наиболее час го реализуемых методов, способов и видов реализации процесса обеспыливания подтверждает вывод о .ом, что нецелесообразно ставить вопрос об их лучшей комбнгшии и о лучших режимных параметрах безотносительно к условиям применения.

По результатам расчетов для различных этапов и механизмов реализации процесса обеспыливания воздуха построены графические зависимости энергоемкостного показателя от энергетических параметров, характеризующих положительную и затраченную энергию. Примеры таких зависимостей для некоторых из представленных в табл.1 этапов реализации процесса обеспыливания воздуха приведены на рис.-1,5, иллюстрирующих области существования значений энергоемкостного показателе процесса обеспыливания в конкретных, производственно технологических условиях.

С целыо определения возможности практического использования результатов теоретических • исследований нами ■ проведена серия экспериментальных исследований в лабораторных условиях н в условиях промышленного производства. .

Для проведения экспериментальных исследований в лабораторных условиях разработан и смонтирован экспериментальный стенд, включающий: камеры пылеулавливания, пылеочнетки и рассеивания пыли, насосы высокого (ВМ-840) и низкого (НШ-40) давления, резервный насос (НШ-10Е), воздушный компрессор (0168), питательный бак, отстойник пульпы, дозатор пыли с электроприводом, оросительное у тройство, пеиогенернрующую установку, фазовый смеситель, вентиляторы высокого давления (ВР12-26 N4), внутренний и внешний источники выделения пыли, разъемные соединения, соединительные воздуховоды, трубопроводы и запорно-регулирующую арматуру. К вспомогательному оборудованию стенда отнесены блоки устройств и конструкций, позволяющих организовать ту или иную группу (метод, способ и вид) реализации каждого функционального элемента, а также контрольно-измерительные приборы, позволяющие проводить измерения рабочих параметров функциональных элементов СБПП.

Для расширения диапазона значений измеряемых параметров и выявления степени учета реальных производственно-технологических факторов в теоретических разработках, эксперигемтопьные исследования проведены также на действующем производственном оборудовании:

дробеметной камере модели 42634 лшейьло цеха н/о "Орелхимтексшльмаш" (обрубочное о (деление);

- узле нерегр) ¡кп г ¡»сл^ <а подач а шлаки домостроительного комбинат "Глаьк.шлшнк >рор I с I роя'':

факте ичм.1411 i р.ш> пп| .'йИнно г) керамнпа комбината строию^ынлх ишелнй '1 .'ышншннкуроркфои".

\

Зависимость внергоемкостного показателя дла гидродинамического пвлеулавливания оровениен для различных видов пили

Ы>Вт 1000,0

100,0

10,0

1,0 0,5

г

/<><6Н1С ^«ГлГпг- /

10*

1«

о, не

10 1Ô0 1000 ÎOÔOO

1-низконапорное оровение; 2-внсоконапорное оровение; 3 инивмо гидроороиение

Рис. 4.

Зависимость энергоемкостного показателя для гидродинамической пилеочистки пеной (угольная пиль, концентрация раствора 0,1%, спутное двикенйе)

W,Bt. ВЭ= ЮОК ЮК l'A

10,0 " ^

1,0

0,1 0,02

^fr

г£>-С/ С У о/ J-

Jrf

10

100

0,lv<

O.OfX

10Û0 2000

M,Вт

1-пеннвм слоем; 2-пенным аэрозолем

Рис. 5.

При проведении экспериментов измеряли параметры свойств и энергетические -параметры взаимодействующих дисперсных систем (пылевого аэрозоля, воздушных пот оков, жидкостных по токов и других) в активных зонах обеспыливания и в экологически значимых точках окружающей среды. Проведение экспериментальных исследований каждого этана обеспыливания базировалось на общей методике. В работе представлен перечень варьируемых параметров и диапазоны их изменения. Измеряемыми результирующими параметрами являлись эффективность обеспыливания П энергетические затраты на организацию воздействующей "дополнительной" дисперсной системы. Объем проведенных экспериментальных исследований соответствует описанным в теоретических разработках методам и способам реализации каждого этапа обеспыливания с учетом обеспечения достоверности результатов эксперимента с доверительной вероятностью р=0,95.

Обработку экспериментальных данных, а также определение сходимости результатов экспериментальных и теоретических исследований проводили нетрадиционным методом теории подобия, позволившим одновременно углубить теоретические разработки физической модели математического описания процесса обеспыливания воздуха.

• Для количественной проверки теоретических разработок определены эмпирические функциональные связи основных параметров дисперсных систем, участвующих в процессе обеспыливания. С учетом многообразия этих параметров, их взаимосвязей и физического единства механизмов взаимодействия дисперсных систем для различных способов реализации в рамках каждого метода процесс обеспылиивания описан с помощью теоремы, позволившей наряду со статистической обработкой накопленных экспериментальных данных получить критериальные зависимости между группами параметров процесса обеспыливания воздушной среды. В табл. 2 представлены примеры полученных критериальных зависимостей для наиболее часто применяемых на практике методов, способов и видов реализации пылеулавливания, пылеочистки и рассеивания пыли.

Сопоставление результатов теоретических разработок и экспериментальных исследований проведено графическим способом с учетом погрешности проведенных измерений:

- максимальная погрешность измерений концентрации пыли в воздухе используемыми приборами составила 13,26% при доверительной вероятностр р=0,95;

- максимальная погрешность измерений затраченной энергии используемыми приборами составила 9,70% - при доверительной вероятности р-0,95.

На рис. 6 представлен пример графического сопоставления результатов /ксиеримешальных исследований с теорешческими при обозначенных пределах пофешносги измерений. Анализ резулыаюв

сопоставления показал, что с учетом погрешности измерении, теоретические разработки в достаточной степени согласуются с данными экспериментальных исследований процесса обеспыливания воздуха с позиций энергетического подхода.

Таблица 2

Эмпирические зависимости эффективности и энергетических затрат для различных этапов, методов, способов и видов обеспыливания

Метод « способ«а ид реализации Эффективность &С Затраченная энергия ^■Рп'^п /МР

П ы л & у л а вл и а а н и е

Гидродинамический НМЗКОНаПОрНЬШ орсыэниеп 2,По*<Хь'45

Гидродинамический пнеоногидроороые-нием 3,0-10

Пылеочистка

Гидродинамический низконапорньш орошением1с"утна 4.6-/09 £е<>85

Гидродинамический п неи могидроороые-имен« спутпо 3,4-10 "тс^

Гидродинамическнй низконапорным орошеяие«1встречно

Гидродинамический пнепиогидроороыв-нмем« остречно

Гидродинамический пенным слоем

Р а с с е и а а н и е пыли

Аэродинамический линейными потоками

Примечание^для табл.2: 71 = Н • р • О / Ц - безразмерный комплекс, характеризующий

3 н п п ж

динамическое давление жидкости в процессе; Яе- число Реннольдса; Иг- число Фруда: \rVe- число Вебера;

Д- первый критерий пенообразования (число Дъяконова); 2 ■ 2

7Г = Н • р * О /' - безразмерный комплекс, характеризующий

4 В П Г1 В

динамическое давление газа в процессе.

Зависимость эффективности и затраченной энергии пылеулавливания , низконапорным орошением оглавления орошающей жидкости (вода) при использовании керамзитовой пыли

Е эф,%

Рис. 6.

Решение задачи снижения загрязнения воздушной среды пылевыми выбросами предполагает ведущую роль группы технических меро. риятий. На основе выделения технических мероприятий разработана классификационная схема - (рис. 7) системы обеспечения нормативных параметров воздушной среды (СоНПВС), которая включает:

- систему борьбы с загрязняющими веществами (СБЗВ), управляющую преимущественно группами геометрических и физико-химических параметров пылевого аэрозоля;

- систему обеспечения нормативных параметров микроклимата (СОНПМ), управляющую преимущественно группами аэродинамических, гидродинамических и теплофизических параметров окружающей среды;

- систему вспомогательной защиты (СВЗ), позволяющую предыдущим двум системам организовать эффективное управление соответствующими группами параметров дисперсных систем.

В структуру СБЗВ входят: система борьбы с промышленной пылью (СБПП) и система борьбы с газовыделениями (СБГВ). СБПП может быть реализована в общем случае пятью функциональными элементами: пылесвязыванием (ПСВ), пылезадержанием (ПЗ), пылеулавливанием (ПУ), пылеочнсткой (ПО) и рассеиванием пыли (РП).

Каждый функциональный элемент СБПП согласно классификационной схеме процесса обеспыливания воздуха может быть реализован различными методами. Основой формирования перечня методов явились выделенные направлений изменения устойчивости дисперсных систем в пропессе. Следующей ступенью классификации СБПП являются способы и виды реализации. И, наконец, каждый способ и вид могут быть реализованы различными техническими средствами, которые являются последней ступенью предложенной классификации. Разработанная структурная схема СОНПВС основана, таким образом, не на технических средствах как в традиционных классификационных схемах, а на физической сущности механизмов взаимодействия дисперсных систем в процессе снижения.загрязнения воздушной среды. Это отличие позволяет при использовании математической модели оптимизировать параметры процесса, а не конкретного технического средства как принято в традиционных методиках. Зная оптимальные параметры процесса, можно предложить для их реализации в конкретной производственно-технологической ситуации серию технических решений.

Аналогично СБПП в общей классификационной схеме СОНГШС . построена структура СОНПМ, которая предусматривает реализацию: системы обеспечения нормативной подвижности воздуха' (СОНПВ), системы обеспечения нормативной температуры воздуха (СОНТВ),системы обеспечения нормативной влажности воздуха (СОНВВ) и системы обеспечения нормативного давления воздуха (СОНДВ). Эта структура имеет прямую и обратную связь с СБПП. Системы вспомогательной защиты (СВЗ) также имеют аналогичные классификационные признаки и структуру.

При прак'.лческой реализации процесса обеспыливания зачастую приходится сталкиваться с необходимостью конструирования принципиально новых инженерных решений для организации полученных расчетом оптимальных параметров процесса обеспыливания в особо сложных по пылевому фактору производственных условиях. Кроме того, во многих практических ситуациях требуется повысить эффективность даже оптимального по энергоемкостному показателю в конкретных производственных условиях процесса обеспыливания.

Анализ расчетных зависимостей математической модели ношо'лнл разработать принципы совершенствования фтических механизмов

ьг

комплексная система обеспечения естественного экологического состояния воздушной среды (классификационная схема)

ÍC*cTs»«i обеспгчеш sopnгхаянг параяетроа всздуиио* среды • С О Я П В С

¡C»стена борьбы с эагрязяявцхя* ае^астааях - С Б 3 В

Схстаяа борьбы с прояьшлеяяоя ¡шья С Б В П

Схстеяа Sopié« с гаэоэыдалаахяях С В Г 8

Сястеяа обеспачет корхатхвши варзяетроз яякрокдяяата - С О й В И

♦ иакцконзльные з

~т"т ~ т~. г "i—:,---т

9 5 9

Вьцггазо-саязиаааха

Еьиегззо-задархааха

[

Пылагазо-раашаяяа

~| Пьмаг

,!агазоочяст!са^|-| Пн.!егазорассахэаяяе

____1

Схстаяа обаспаяе-яяя яор-яатявяоя подаях-яосгх so-aivxa -

Совав

Сястаяа обеспечения яор-яатявяок таяпара-' тур« 80" здчга -

Sohtb

Сястаяа обеспача-яяя яор-яатяэяоя адахяостх аоэдуга -

Сястаяа обесяече-яяя яор-яатяэяого даваааяя аозта -СОЩ

ТЕ"

Схстеяы аспояогательяоя заняты - С В 3

□

(гхдродхяаяхчесххя

азродхааяхчаст

здехтроаагяхтяах

теплофязячаскхя

Бс*.

с

аэродяяаяхческхх |гхдродяяаяяческхя

злектрояагахтаыя

ТЗПЛОфЯЗЯЧаСКХХ

п о с

азродхааяхческхх

|гхдрадхяааячгтя

здектрояагаятяия

таплофязячасяяя

б U

азродяяаяя-ческхх

яахаяячас-

SCXX

T9ü.<0fX3R-Ч9СКХЯ

здактрояа-гяятяых

j___L_. i_LTE

эдектрояаг-ахтяых "

гядродяяа-яхчесхях

оргаахэаця-ояяия

_ 1 Д

Т9ХНХЧ9С-KXR

ХЯ9р5ХОЯЯЫ5 ¿ЯЯ9ЯаЬ!9 В0701С*

хяардхояяые аяхреаые потояя -

орокеах9 ххдкость»

i

црххаяаахе naau f->

ярхяеяаяяа пара

3

1L___I___ДГ

т " е i

|хяерцяоааые .(яаехаые' üotoícx^ яяарияояяыа зяrpesas яотокя[-

ч--С±

|оро*еяяе ххдкостьг | врхяаягяха ааяа

пряяеаеяхе аара

q

□

грааята^яояяыя

яяарцхояяыа .*я-яаяяые яотокх

яяерчяоя- ¿яяея-

!Ш9 .«.яяа- Я09 -29"

яяна по- pssa^e-

1 ток я яяе

хяер^яояяые

аяхреаыа

вотокя

радхацх-

ояяыя

т?яаяооб-разоаааяа

запра.ча--хнях

предпя-

сыаа»-

*яя

геряатя-зацяя

Рис, 7.

)еализации функциональных элементов СБПП. Известные рекомендации [акого рода, как правило, привязаны к конкретным производственным условия'! и при их изменении не работают. Реализация принципов юзволяет на инженерном уровне решить практически любую конструкторскую задачу по обеспыливанию воздуха. Примеры разработанных принципов совершенствования пылеулавливания, пылеочнстки и рассеивания пыли представлены в табл.3. Их реализация обеспечивает разработку инженерных решеннт для повышения

эффективности и энергетической jkohomumhocth процесса обеспыливания воздуха.

Примерами практической реализации выделенных принципов совершенствования пылеулавливания явля.отся разработанные устройства серии "ОТПУ" (а.с. NN 1448077, 1502847, 1502912, 1567183, 1633141 и другие), а также способы пылеулавливания (а.с. NN 1375835, 1434128 и другие). . " .

Примерами практической реализации выделенных принципов совершенствования пылеочнстки являются разработанные устройства серии "ОТПО" и способы пылеочнстки (а.с. NN 1460334, 1507427, 1518541, 1526838, 1574253, 1384791 и другие).

Примерами практической реализации выделенных принципов совершенствования рассеивания пыли являются разработанные устройства серии "ОТРГ1" и способы принудительного рассеивапмя пыли (а.с. NN 1687313, 1672142, 1729631, 1665192, 1668690, 1714158 и другие).

Разработана также серия комплексных технических средств, реализующих несколько функциональных элементов СБПП, а также вспомогательных устройств, обеспечивающих экономичную и эффективную работу СБПП. Примерами таких разработок являются устройства серии "ОТУО" (a c.NN 1615391, 1580033, 1690824 и другие), оросители и способы диспергирования жидкости (а.с. NN 1355728,1606715,1708430 и другие).

Приведенные примеры разработанных инженерных способов и средств организации СБПП иллюстрируют возможности энергетического подхода в плане развития технологии и техники снижения загрязнения воздушной среды.

Для обеспечения возможности формирования высокоэффективных и экономичных с энергетической точки зрения систем борьбы с промышленной пылью (СБПП) при проектировании, реконструкции и эксплуатации промышленных предприятий разработана методика выбора СБПП, включающая этапы:

1. Формнрс зание информационного блока норматично-спрагочных параметров объектов, участвующих в • процессе обеспыливания (производственно-технологического оборудования,- сырьевого материала, источника пылевыделения, пылевого аэрозоля, производственного помещения, воздуха внутри помещения, источника выбросов, воздуха приземного слоя атмосферы ц других).

2. Сбор информации о реально возможных в условиях конкретного

Таблица 3

Примеры разработанных принципов совершенствования процесса обеспиливания воздувной среди

Параметр процесса Направление изменения параметра Принципы * технического совершенствования процесса

1 2 3

АЭРОДИНАМИЧЕСКОЕ ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЕ ВИХРЕВЫМИ ПОТОКАМИ

Линейная компонента вертикальной скорости всасывания (\'в) увеличить 1.Использовать побудитель тяги с повы-иеяныяя аэродинамическими характеристиками- 2-Создать дополнительный коридор разрежения между всасывающим сечением и . пылинкой по ходу ее движения (*).

Подменная сила (Рп) увеличить 1-Саздэть вихревое ядро в центре везем-оамввго патока (ч). 2-Уменьшить массу пылевых частиц, не увеличивая их дисперсность -х 3»Активировать всасывающий поток нагнетающим С * ! *

ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ ПЫЛЕОЧИСТКА НИЗКОНАПОРНЫМ ОРОШЕНИЕМ

Масса капли (ш > к увеличить 1.Использовать жидкость с большой плотностью в качестве ядра капли (*>. 2-Использовать твердое тело в качестве ядра капли.

Скорость капли ( ) к увеличить 1-Создат.-. коридор разрежения перед каплей по Уоду ее движения. 2-Увеличить массу капли при негтзкемном ее объеме и давлении орошающей жидкости (*) •

Число капель (п' ), столкнувшихся с пы/тшса к и увеличить 1»Увеличить степень заполнения факела' орошения каплями (#>. 2-Увеличить вероятность пересечения траекторихЧ движения капель и пылинок < ■*>. 3-Увеличить время контакта пылинки с каплг>н в процессе их движения (*)-

Объем активной зоны факела орошения ( УаФ> увеличить 1-Изменить кснфигурацию факела при неизменном давлении орошающей жидкости ( *). 2.Увеличить площадь сечения факела за счет тангенциальной составляющей скорости капли (*).

АЭРОДИНАМИЧЕСКОЕ РАССЕИВАНИЕ ПЫЛИ ЛИНЕИН^МИ. ПОТОКАМИ

Диаметр шленых частиц(Оп) увеличить 1-Организовать интенсивную коагуляцию пыле"ых частиц непосредственно перед их выходом в атмосферу.

Размеры циркуляционной зоны (а ,Ь ,Ь > и и и уменьшить 1.Направить внешние воздушные потоки в циркуляционную зону (*). 2.Использовать капли жидкости п циркуляционной зоне в качестве ядер коагуляции ( *) -

Раог"?ры зоны гра-вит^ц.иы-сев ^ (а ,Ь ) г г г уменьшить 1«Организовать расслоение факела выброса по пылевым Фракция« и направить 1. *иболее мелкие Фракции к подстилающей поверхности (*>. 2-Направить Факел выброса к подстилающей поверхности - коллектору (*).

Примечание: (*) - разработки, зачищенные авторскими свидетельст-

вами или патентами.

производства марамефах реализации функциональных элементов СБПП на основе имеющихся па предприятии типов технологического оборудования для реализации процесса обеспыливания (вентиляторы, компрессоры, воздушные насадкн, форсунки, насосы, пеногенераторы и другие основные и вспомогательные устройства).

3. Формирование для элементов СБПП групп реализации (метод, способ, вид) на основе заданных по п.2 параметров.

4. Сопоставление возможностей подобранных групп реализации с реальными условиями производства и прилегающей территории (недопустимость переувлажнения сыпья и воздуха, превышения их температуры, взрыво- пожаробезопасность и другие).

5. Б рамках каждого функционального элемента СБПП для каждой группы реализации расчет эффективности обеспыливания по предложенной * математической модели процесса и отбор групп, обеспечивающих соблюдение ПДК (в рабочей зоне помещения - для пылеулавливания, в приземном слое атмосферы - для пылеочисткн и рассеивания пыли). При невозможности такого* соблюдения - выбор групп по максимальным значениям эффективности.

6. Формирование набора функциональных элементов в СБПП по каждой выбранной в п.5 группе.

7. Расчет энергоемкостного показателя обеспыливания по предложенной математической модели процесса для каждой группы реализации, отобранной в п.п.5 и 6.

8. В рамках каждого функционального элемента СБПП выбор ■оптимальной группы реализации с максимальным значением энергоемкостного показателя. Если для нескольких групп реализации значения энергоемкостного показателя окажутся равными - выбор по минимальному из соответствующих значений удельной затраченной энергии.

9. Формирование оптимальней (по эффективности и энергоемкости) СБПП на основе функциональных элементов и соответствующих им групп реализации, выделенных в п.8.

10. Определение оптимальных режимных параметров СБПП, соответствующих максимальным значениям энергоемкостного показателя каждого функционального элемента (обратная задача).

М. Подбор технических устройств для реализации каждого функционального элемента СБПП и определение возможное™ совмещения этих элементов в одном т- эпическом устройстве на основе рс .симных параметров, полученных и «• 10, из числа известных инженерных решении.

В случае отсутствии таких решений - разработка новых конструкций на основе принципов совершенствования фоцесса обеспыливания.

Выбор СБПП для конкретных производственно-технологических условий по разработанной методике предполагает на определенном этапе

реализацию математической модели процесса обеспыливания воздуха с применением сложных аналтчко-лоппсских схем, включающих большой объем оперативной и нормативно-справочной информации, сложность параметрических зависимостей, красимо условия. Это предопределило разработку программного комплекса "Л 00\'-2",-реализующего на ПЭВМ методику выбора СБГШ.

Отличительными особенностями программно;о комплекса "ЛООУ-2" являются:

- возможность принятия к рассмотрению набора методов, способов и видов реализации пылеулавливания, пылсочистки и рассеивания ныли в СБПП для задаваемых ироизводственно-технологическнх условий:

- обеспечение поиска их рационального по ряду критериев (взрыво-пожаробезопасность, непереувлажнение сырья, воздуху- и другие) сочетания;

- оптимизация этого сочетания по эффективности и энергоемкостному показателю.

г Целью предложенной теоретической концепции и практических разработок является обеспечение возможности проектирования и применения в реальных производственно-технологических условиях эффективных к энергетически выгодных СБПП. Достижение этой цели обеспечено в работе на основе:

- физической модели процессов загрязнения и обеспыливания воздушной с,.еды, позволившей изучить процессы образования, выделения, распространения и разрушения пылевого аэрозоля как дисперсной системы;

- математического описания, позволившего выделить и описать результирующие параметры процесса обеспыливания воздушной среды;

- методики формирования СБПП, позволяющей для конкретных производственно-технологических условий выбирать оптимальный по эффе шв'-ости и энергоемкости комплекс техническлх средств обеспыливания воздушной среды.

Полученные результате' алробгрованы автором в различных отраслях производственно-хозяйственной ■ и ' научной деятельности. Основные характеристики объектов, выбранных для апробации результатов исследований, представлены в табл.4.

Практическая реализация теоретической концепции и построенной на е», основе методики выбора СБПП осуществлена:

- на ряде технологических участков, не имевших ранее систем обсспылинання воздуха (дробсметная камера модели 42634 цеха крупного литья п/о "Орелхимгскстильмаш", конвейер вибрационной решетки Ивано-Фра-ковской линии цеха мелкого литья п/о "Орелхимтекст нльмаш", конвейер транспортировки горелой формовочной смеси землепригото-

v j ' Таблица 4

Характеристик!) объектов, выбранных для практической реализации результатов исследований

I ' Сфера j применения Объект внедрения Источник пылевыделения Вид | пыли

3Эксплуатация (предприятий |< литеиное {¡производство) Цех крупного литья п/о "Оралхимтекс-тильмаы" Цех мелкого литья ' п/о "Оролхимтекс-тильк^ш" Цех мелкого литья п/о "Оролхимтекс-тильнам" дробеметная камера конвейер вибрационной решетки конпейег> транспортировки горело И формовочной смеси металли- ! ческая 1 окалина,■ горелая 1 формовоч- 1 кая смесь 1 то же металлическая окалина| горелая Формовочная смесь

1(строительная 1 индустрия) Асфальтобетонный оааод Орловской дпгас-5 Ас Фаль тобетонный азпод Орловской ДПМК-5 Домостроительные комбинат "Главкап-мннкурортстрой" ' Комбинат строительных поделки г-Пятигорска П/о "Ставропольне-руд" г•Пятигорска смеситель топка реактора окисления узел перегрузки сыпучих материалов тракт подачи гранулированного заполнителя узел перегрузки мраморной кройки пыль песка и щебня сажа, пыль песка и щебня шлак керамзит мраморная пыль

8 Проектирование б( ТОПЛИВНО- 1 энергетический ¡комплекс) Березовская ГРЭС-1 Котельная шахты "Южная" Котельная иахты "Октябрьская-Южная" Котельная завода ЖНИ Эверево-Грязне-вского проиузла лопастной питатель тракта топ-лииоподачи дымовая труба дымовая труба дымовая труба угольная зола зола зола

( литейное производство) < строительная индустрия). Машиностроительный завод г.Каненска Ростовский ЖНИ N352 Ростовский ЖЕИ H3S2 Ростовский ЖБИ Н352 плавильные печи - конвейер и бетономешалки БСи • иеталлизатор и сварочные посты „надштабельний транспортер склада щебня окалина пыль цемента и щебня сварочный аэрозоль * пыль песка пы. ь щебня различные

Научные исследования Карагандинский гос-унио врсктет различные

Учебный процесс Ростовская гос. акадэкия строительства Киевское.высшее военное инженерное авиационное училище различные различны*» различные различные

вительного отделения цеха мелкого литья п/о "Орелхимтекстнльмаш", ни выхлопной трубе топки реактора окисления и на выхлопной трубе смесителя АБЗ Орловской ДПМК (Ростовская область); - при проектировании промышленных комплексов и городских . застроек (Березовская ГРЭС-1 (Ростовское отделение института "Теплоэлектропроект"), котельная шахты "Южная" Ростовской области (институт "Ростовгипрошахт"), машиностроительный завод в г.Каменске Ростовской области (институт "Ростовгипрошахт"), реконструируемая котельная завода ЖБИ ДСК Зверево-Грязневского промузла Ростовской области (институт "Ростовгипрошахт"), котельная шахты "Октябрьская-Южная" Ростовской области' (институт "Ростопптрошахт"),подающий конвейер и бетономешалка бетоносмеснтсльного узла Ростовского завода ЖБМнК N 352 (технический отдел завода), металлитагор и сварочные посты- Ростовского завода ЖБИиК N 352 (технический отцел завода), надштабельный транспортер склада щебня Ростовского завода ЖБИиК N 352 (технический отдел завода);

- при контроле за работой действующих С.БПП предприятий (СБПП узла перегрузки сыпучих материалов домостроительного комбината "Главкавминкурортстроя" (г.Пятигорск Ставропольского края), СБШ1 тракта подачи гранулированного керамзита комбината строительных изделий п/о "Ставропольнеруд" (г.Пятигорск Ставропольского края),СБПГ1 узла перегрузки мраморной крошки дробильного отделения п/о "Ставропольнеруд" (г.Пятигорск Ставропольского края);

- при проведении обучения и научных исследовании (кафедра коллоидной химии и экологии Карагандинского государственного университета, кафедра охраны труда и окружающей среды Ростовской государственной академии строительства, лаборатория аэрогидродинамики Киевского высшего военного инженерного авиационного училища).

Результаты промышленных испытаний и внедрений подтвердили возможность практического использования энергетическою подхода, включающего физическую модель и математическое описание процесса обеспыливания воздуха, для различных производственно-технологических ' условий при проектировании, реконструкции и эксплуатации СБПП на предприятиях различных отраслей промышленности, а также в научных исследованиях н в учебном процессе. Вспомогательными средствами практической реализации предложенного подхода являются разработанные: методика выбора СБПП, соответствующее про!раммное обеспечение и принципы совершенствования физических механизмов организации процесса обеспыливания воздушной среды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ'

В результате проведенных теоретических и ' экспериментальных исследовании процесса снижения загрязнения атмосферы пылью в работе:

1. Предложен и разработан энергетический подход к описанию процессов загрязнения и снижения загрязнения окружающей среды как совокупности последовательных этапов зарождения, взаимодействия и разрушения дисперсных систем.

2. Исследованы процессы образования, выделения н распространения пылевого аэрозоля как дисперсной, системы с учетом совокупности параметров свойств его дисперсной фазы и дисперсионной среды, что позволило определить взаимосвязь этих параметров с энергетическими параметрами, определяющими изменение устойчивости пылевого а^озоля.

3. Выделена внутренняя задача обеспыливания воздуха и исследован процесс пылеулавливания, определяющий ее решение, а также внешняя задача обеспыливания воздуха и исследованы процессы пылеочнеткн и рассеивания пыли, определяющие ее решение, на основе анализа энергетических характеристик и изменения устойчивости взаимодействующих дисперсных систем, что дало возможность рассмотреть эти процессы в качестве закономерной последовательности - процесса обеспыливания воздуха.

4. Разработаны физические модели процессов ■ загрязнения и снижения загрязнения воздушной среды на основе анализа изменения энергетических параметров и устойчивости пылевого аэрозоля в- этих процессах.

5. Получены зависимости энергоемкостного показателя как критерия экономичности отдельных этапов и полного цикла обеспыливания воздуха с учетом их эффективности.

6. На • базе энергетических параметров пылевого аэрозоля н ' взаимодействующих с ним дисперсных систем построена математическая модель процесса обеспыливания воздуха, позволяющая прогнозировать направления (методы, способы и виды) реализации процесса и определять его оптимальные режимные параметры lia основе выбора эффективных и энергетически выгодных методов, способов и ' средств реализации отдельных этапов процесса для конкретныл пронзводственно-технологическнх условий.

7. Выявлены место и роль системы борьбы с промышленной пылыо в общей структуре экологических аспектов производственной деятельности людей. ' Разработана классификационная схсма системы борьбы с промышленной пылью, для которой на осноле классификационных признаков представлена упорядоченная терминология функциональных элементов, методов, способов, видов и средств реализации

процессов в этих элементах, отражающая их физическую и технологическую сущность.

8. Определены пути совершенствования процесса обеспыливания с целью экономичного обеспечения нормативной запыленности воздуха в рабочей зоне и в приземном слое атмосферы. Определены направления эффективного изменения параметров пылеулавливания, пылеочнстки и рассеивания пыли. ^

9. Разработана методика, а на ее основе - пакет прикладных программ для ЭВМ, позволяющие при проектировании, реконструкции и эксплуатации промышленных объектов определять оптимальные режимные параметры, а также осуществлять формирование высокоэффективных и экономичных систем снижения загрязнения атмосферы, применение которых обеспечит соблюдение ПДК^ в атмосфере промышленных площадок и прилегающих селитебных территорий.

10. Разработаны эффективные и экономичные способы, а также устройства пылеулавливания, rii.u ^очистки, расссивания пыли, комплексные- системы борьбы с пылыо и вспомогательные средства их реализации (оросители, диспергаторы, завихрители, стабилизаторы, составы жидкостей и т.п.). По результатам разработок получено 42 авторских свидетельства и 9 патентов на изобретения.

11. Результаты исследовании внедрены:

- при реконструкции и эксплуатации систем борьбы с пылью на действующих промышленных предприятиях (8 объектов);

- при проектировании системы борьбы с пылыо для промышленных предприятий (8 об-.ектов);

- при изучении н моделировании процесса обеспыливания воздушной среды в научных исследованиях и учебном процессе (3 вуза).

Содержание диссертации опубликовано в 105 работах. Основные m них следующие:

1. Журавлев В.П., Беспалов В.И., Васильевский C.B. и др. Оценка способов борьбы с пылыо на основе энергетических характеристик межсЬазного , взаимодействия / Межведомственный сб. научн.тр. "Исследование и разработка способов и средств борьбы с дисперсными системами, загрязняющими окружающую среду".- Караганда:Изд-го К«>,»Г'\ 1987,-С.46-52.

2. Жураппев В.П., Беспалов В.И. Выбор способов н проектирование систем борьбы с пылью на источниках, пылсобразовапия промышленных предприятий I Известия вузов. Строительство и архитектура.- 1988, N 10.-C.7R-&2.

3. Беспалов В.И., Васильевский C.B., Вяснленхо В.П. Борьба с пылью дробсмсмюп камеры I Лшелпое прошводсгво,- 1989, N 1.- С.19-2(К

4. Жураилев В.П..Беспалов В.И.,1(лойзнер В.Х. Системный подход к решению проблемы обеспыливания воздуха в строительной индустрии /Iез.докл.псес.науч.-техн.конф. "Фундаментальные исследования и новые технологии в строительном матгриаловедепии. Охрана окружающей среды"(г.Бмп ород. 1989).-Белгород:! Ъд-во Ti П1СМ, 1989.-Ч.8.-С.36-37.

5. Журавлев В.Г1., Беспалов В.И. Моделирование и проектирование систем борьбы с промышленной пылью / Межвузовский, сб. "Обеспыливание при проектировании, строительстве и реконструкции промышленных предпрнягни".- Ростов н/Д: Изд-во PUCH, 1989.-С.4-13..

6. Беспалов В.И., Василенко В.П. Обеспыливание тракта транспоршровкн отработанной формовочной смеси / Литейное

•ронэводстпо. 1989,-N I2.-C.20-2I.

7. Журавлев В.II., Беспалов В.И. Физико-энергетический подход к описанию процессов обеспыливания технологического сырья и воздушной среды / Тез. докл. всес.науч.-техн.коиф. "Обеспыливание воздуха и технологического Оборудования в промышленности" (г. Ростов н/Д, 1991 г.).- Ростов и/Д: Изд-во РоЦИ'ГИнП, 1991,- С.24-31.

7. Беспалов В.И. Совершенствование систем борьбы с промышленпойпылмо / Тез.докл.зон.семинара "Реконструкция вентиляции, аспнрацпип пневмотранспорта промышленных цехов с целью повышения

. эффективности охраны окружающей среды"(г.Пенза,|989).-Пенза:Изд-во ИДНТП, 1989.-С.3-4.

8. Журавлев В.П.,Беспалов В.И. Управлепне процессами развития и разрушения аэродисперснои системы с целью обеспыливания воздуха / Тез. докл. всес.науч.-техн.коиф. "Физика азродисперсных систем" (г.Одесса, 1989).- Одесса: Изд-во ОГУ, 1 "89.- Т.2.- С.72-73.

9. Журавлев В.П.,Беспалов В.И. Системный подход к решению проблемы обеспыливания воздуха в промышленности / Тез. докл. регнои. школы-семинара "Обеспыливание воздуха и технологического оборудования в промышленности" (г.Ростов и/Д, 1989).- Ростов н/Д: Изд-во НТО"Стройиндустрия",1989.-С. 8-14: •

10. Беспалов В.И., Берлин А. Л. К расчету энергоемкостного показателя процесса обеспыливания Ъоадуха пеной / Тез.докл.регнон. школы-семинара .."Обеспыливание воздуха и технологического оборудования л промышленности" (г.Ростов н/Д, 1989).- Ростов н/Д: Изд-во НТО "Строииндустрия", 1989.. С.56,

П. Беспалов В.И., Клойзнер В.Х. Методика выбора 'и перспективы совершенствования технических средств рассеивания пыли в атмосфере / Тез.докл.зон.семинара "Социально-экономические проблемы экологии* (г.Пенза, 1990).- Пенза: Изд-во ИДНТП, 1990.-С.94-96.

12. Журавлев В.П., Беспалов В.И. Физико-энергетический подход к описанию процессов обеспыливания технологического сырья н воздушной среды / Тез. докл. всес.науч.-гехн.конф. "Обеспыливание воздуха и технологического оборудования в промышленности" (I. Гостов н/Д, 1991 г.).- Ростов н/Д: Изд-во Ро1Д1 П ИиП, 1991.- С.24-31.

13. Журавлев В,П., Беспалов В.И. Фактор устойчивости дисперсных снс1ем как основа решения проблемы обеспыливания / Межвузовский сб. "Обеспыливание в строительстве". -Ростов н/Д: Изд-во РИГИ,1991. -С.3-10.

14. Журавлев В.П., Беспалов В.И., Ишук И.Г. Реализация процессов обеспыливания технологического сырья н воздушной среды с помощью физико-энергетического подхода / Г орный вестник,- 1994, N I. - С. 40-44.

15. Журавлев В.П.,Беспалов В.И..Страхова Н.А, Разработка и формирование комплексных систем защиты воздушного бассейна территории комплексной застройки/Тез.докл.междунар.няуч,-. техн.конф."Ресурсо-и энергосберегающие технологи» строительных материалов, изделий и конструкций (г.Белгород, 1994).-Кенгород:Итд-во DTUUM.1994.-C.130.

16. Саранчук В.И., Журавле» В.П., Беспалов В.И. н дрд Системы борьбы с пылью на промышленных предприятиях - Киев: 11аукопя думка,

184 с.

17. Журп&деп В.П.«БуянОЬ А.Д.,Бесналов В.И.. Соколова Г.И. Альбом теммчеекнх решений (пылеулавливание, пылеочнетка, рассеивание чьчт).-Украина-Россия. • Алчевск: Изд-во"Кония",1995.- 139с.

18. Беспалов В.И. Физнко-энсртетнчсская концепция описания процессов и системный подход к выбору высокоэффективных и экономичных инженерных комплексов защиты воздушной среды от выбросов загрязняющих веществ / Известия Северо-Кавказского научною центра высшей школы. Естественные науки (эколо!ия).-1994, N 3.- С.21-30.

Условные обозначения

I/-устойчивость дисперсной системы; Г- вероятность;

¡1 в, Ц ж - динамическая вязкость фазовых компонен гоп; рв. рж, рн - плотность фазовых компонентов; 9». (¿н, Qp, - расход фазовых компонентов; рк - сила; Н-давление;

ц- коэффициент расхода вспомогательных средств ■обеспы.чнввиия (насадок, форсунок п т.н.);

уфД^т.П - количество пассматриваемых в задаче объектов, процессов, явлении и т.п.;

х,(1,11, Я - характерные линейные размеры; И - площадь; V. объем;

Он, Эк, Опп - средний диаметр частиц дисперсной фазы; Т - время; т - масса;

, 1

г- скорость движения; I - температура;

А1,Ш - константы взаимодействия дисперсных систем; О - динамический (гистерезнсный) краевой угол смачивания; q - электрический заряд;

Еоф- эффективность механизма, этапа, процесса обеспыливания;

£э - энергоемкостный показатель механизма, этапа, процесса

обеспыливания;

- коэффициент поверхностного натяжения; 81к - число Сгокса.

ЛР 020813_;__

Подписано в печать Формат 60x84 1/16

Бумага писчая Усл.печ.л. - 2,0 п.л.

Печать офсетная . Тираж 100 экз.

Заказ Бесплатно

Отпечатано на ротапринте РГАС, 344022, г.Ростоп н/Д. ул.Сошюлис-тнчсская, 162