автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Разработка системы очистки воздуха от пыли для асфальтобетонных заводов

РОСТОБСШ-НА-ДОЕ/ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА

На правах рукописи

ЗАШЕЗ Артур Мадавиевич

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ОЧИСТКИ В03Д7ХА ОТ ПЫ2И ДЛЯ ХФАЙЬТОЕЕТОННЫХ ЗАВОДОВ

05.26.01 - Охрана труда и шваркая безопасность

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону 1994

Диссертационная работа выполнена в Ростовской-на-Дриу государ -ственной академии строительства.

Научные руководители: заслуженный деятель науки и техники РФ ,

доктор технических наук , профессор Журавлев В.П.

кандидат технических наук , доцент Карагодин Ю.Н.

Официальные оппоненты: доктор технических наук ,

профессор Щтокман S.A.

кандидат технических каук , доцент Василенко А.К.

Ведудая организация - Ростовский Проу.стройНИИпроект.

Задата состоится "_"_ 199__ г. в_ ч __мин

на эаседак'ли диссертационного совета К С62.64.С2 .

при Ростсвской-на-Дону государственной академии строительства

(344С22, г. РОстОБ-яа-Дзку» Социалистическая, Не),

С диссертацией шнно ознакомиться в библиотеке РГАС.

Автореферат разослан "_"_ 199_ г.

Просим Вас отзывы на автореферат (в двух экз.) направлять по адресу: 544022, г. Ростов-на-Дрну, Социалистическая, 162, РГАС, диссертационный совет К 06S.64.C2. Ученому секретарю.

Ученый секретарь диссертационного совета

C.I. Пушение

ОЕЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из значительных источников твердых , загрязняющих атмосферу веществ язляется- производство строительных материалов, где по величине удельного выброса аэрозоля асфальтобетонные заводы (АЕЗ) занимают второе место после производства строительных вянущих. Зыбросы АКЗ в среднем составляют 20...25 кг на I тонну производимого асфальта. 0 масштабах загрязнения атмс -сферы этими заводами мояно судить по цифрам: в конце £С-х годов в России работало более ISCC асфальтосмесительных установок, которые выпускали около 35 млн. тонн продукции в год.

Запыленность воздуха на работах местах АБЗ в десятки раз превышает предельна допустимую (ГЦК); превышение ПДК наблюдается и а радиусе полутора километров от территории заводов.

Проблеме создания эффективных систем очистки воздуха от пыли ■* для AS3 стали уделять серьезное знюание с середины сС-х годов, когда началось активное государственное вмешательство з борьбу с загрязнением атмосферы. Основные работы по созданию пклеочисти тельных систем для АНЗ принадлежат ученым и инженерам НИИ0ГА2а и • ЗНИИСтройдормаша, а также УкрНШиняпроекта.

Внедрение разработанных систем позволило существенно улучшить состояние воздушной среды на этих заводах. Однако проблема оста -лась, так как действующие на AS пылеочистительные системы'имеют существенные- недостатку: в них плохо улавливаются мелкодисперсные коксовые и сажевые частицы, они чувствительны к колебаниям объема выброса, недостаточно надежны, а также не могут обеспечить эффек -тиеной газоочистки, которая особенно необходима при использовании на АШ вксокосернисткх мазутов.

Диссертационная сабота выполнена в пайках госбюджетной научно -исследовательской работы кафедры "Охрана труда и окруяалцей среды" РГАС "Разработка и внедрение в практику систем жизнеобеспечения в производственной и окружающей средах" (номер гос. регистрации 01. 9. 20 CC4S5I) и трех хозяйственных договоров кафедры.

Целью саботы является создание пылеочистительной системы, яв -ляшейся главным элементом системы очистки воздуха от пыли асфальтобетонных заводов, с разработкой аппарата мокрой очистки газа и теоретических основ процесса улавливания мелкодисперсной гидрофобной пыли ;кидкостыо, диспергированной до пленок.

Поставленная цель достигается селением следующих задач:

- анализом характеристик пылегазоЕОго выброса АЕЗ и работы действующих на этих заводах пылеочистительных систем;

- разработкой принципиальной схемы пылеочистительной системы АЕЗ и формулированием требований к аппаратам очистки;

- выбором наиболее эффективных и надежных аппаратов очистки для перЕОЙ и второй ступеней пылеочистительной системы;

- разработкой конструкции и теоретико-экспериментальным иссле -дованием работы аппарата мокрой очистки газа для последней ступени очистки;

- продымленными испытаниями на АЕЗ разработанного аппарата мокрой очистки газа и пылеочистительной системы в целом.

Основные направления теооетико-экспериментальных-исследований;

- выбор аппарата для мокрой очистки газа от мелкодисперсных коксовых и сааеБЫХ частиц пыли на основе анализа механизмов о.сак- -дения частиц из пылегазового потока на поверхность диспергирован -ной жидкости и условий эффективного диффузионного осаждения мелкодисперсных частиц;

- теоретическое обоснование необходимости использования растворов поверхностно-активных веществ (ПАЗ) в качестве ороаавдей кид -кости при улавливании гидрофобной пыли-в насадочном газопромывателе; - -

- экспериментальное исследование взаимодействия пыли с водой и растворами ПАЗ;

- установление теоретико-экспериментальной зависимости эффек -тивности'улавливания гидрофобной пыли в насадочном газопромывателе от параметров слоя насадки, оросавщей жидкости и пылевоздусного потока;

- создание на базе насадочного газопромывателя аппарата мокрой очистки газа для последней ступени пылеочистительной системы, ко -торый может работать в широком диапазоне скоростей очищаемого газа и позволит очистить пылегазовый поток до уровня ПДВ (что приведет к снижению запыленности на рабочих местах до норм ПДВ), а также удовлетворяет требованиям, предъявляемым к абсорберам.

Методы исследования:

- анализ, обобщение и синтез результатов исследований, прове -денных другими авторами;

- теоретическое описание механизма захвата (улавливания) пыли

жидкостью, диспергированной до пленок;

- лабораторные и стендовые эксперименты, промышленные испыта -ния, проводимые по стандартным и нормативным методикам;

- обработка экспериментальных данных методами математической статистики с применением ЭВМ.

Автором защищаются:

- порядок Еыбора наиболее рациональней схемы пылеочистительной систеш для АБЗ и наиболее эффективных и надежных аппаратов очистки для ее ступеней;

- рекомендации по выбору наиболее эффективного ПАВ, по порядку применения растворов этих веществ в качестве оро'^юдей жидкости аппаратов мокрой очистки газа, когда оросительная система этого аппарата организована по принципу замкнутого цикла;

- методика расчета скорости встречи частицы пыли с пленкой жидкости при прохождении пылевоздушого потока через слой орошаемой насадки;

- закономерности, описывавшие влияние на эффективность улавли -Еания гидрофобной пыли е насадсчном газопромывателе параметров слоя насадки, орозвддей жидкости и пылеЕОздусксго потока, в основе которых лежат положения теории физико-химического подхода к пыле. -улавливанию; — -

- методика расчета разработанного аппарата мокрой бчистки газа. -

Достоверность научных положений работы подтверждается: -

- использованием при проведении теоретических исследований современных достижений в области пылеулавливания, физики и химии дисперсных систем;

- использованием при проведении экспериментальных исследований стандартных и нормативных методик;

- адекватностью теоретических положений с результатами лабора -торных, стендовых и промышленных исследований и испытаний.

Научная новизна работы:

- развита теория физико-химического подхода к пылеулавливанию применительно к случаю улавливания мелкодисперсной гидрофобной пыли жидкостью (вода, раствор ПАВ), диспергированной до пленок, в насадочком газопромывателе;

- создана модель процесса прохождения пылевоздусного потока через слой орогаемой насадки, позволяющая, в частности, рассчитать скорость встречи частицы пыли с поверхностью пленки жидкости;

- установлена зависимость эффективности улавливания гидрофобной пыли в насадочном газопромывателе от параметров слоя насадки, орошающей жидкости и пнлевоздушого потока;

- доказана эффективность использования растворов ПАВ как оро -шажцей жидкости при улавливании гидрофобной пыли в насадочном га -зспроыывателе.

Практическая ценность работы:

- разработана пылеочистительная система для А КЗ, обеспечивающая выброс пыли из дымовой трубы завода не более ПДЗ, что приведет к снижению запыленности воздушной среды на рабочих местах АЕЗ до уровня, не превышающего ПДК;

- разработан аппарат мокрой очистки газа, позволяющий высокоэффективно очистить газ от мелкодисперсной гидрофобной пыли, рабо -тающий е широком диапазоне скоростей очищаемого газа, удовлетЕО -ряащий требованиям, предъявляемым к абсорберам; .разработана .ието -дика оасчета этого аппарата (конструктивные размеры, гидраздичее -кое сопротивление, эффективность улавливания пклп);

- разработана методика расчета подачи в срошагщуя жидкость, в качестве которой в аппарате мокрой очистки газа используется раствор ПАВ, дополнительного количества, погерхнастно-активного..вещества, необходимого для поддержания, постоянного поверхностного -катя -кения этой орошающей жидкости (аппарат-.улавливает--гидрофобную• пыль, его оросительная система организована по принципу замкнутого цикла).

Реализация результатов работы. Разработанный аппарат мокрой очистки газа внедрен в качестве третьей (последней) ступени пыле -очистительной системы АЕЗ треста "Спецстрой" города Ростова-на-Дону; по результатам внедрения получен социально-экологический эф -фект. Результаты исследований внедрены в учебный процесс: включены в курсы "Безопасность жизнедеятельности в производственной среде" и "Экология", читаемых в РГАС.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссерта ционной работы доложены и обсуждены на:

- Всесоюзной научно-технической конференции "Обеспыливание еоз-духа и технологического оборудования в промышленности" в городе Ростове-на-Дону в 1991 года",

- научно-технических конференциях профессорско-преподаватель -ского состава РГАС (бывший РЛСИ) в 1991 - 1992 г г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы четыре научные работы и получено' положительное решение на выдачу патента РФ по аппарату мокрой очистки газа.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем работы - 225 страниц, в том числе: 201 стр. - основная часть, содержащая 28 рисунков и 15 таблиц, 10 стр. - список лите -ратуры из IC5 наименований, 14 стр. - приложение.

Автор выражает сердечную благодарность доктору технических наук, профессору А.А.Цыцуре за консультации и ценные советы по вопросам разработки физико-химических аспектов диссертационной работы и коллективу кафедры "Охрана труда и окружащей среды" РГАС за помощь при организации и проведении экспериментальных исследо -ваний. .

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В пергой главе дан анализ состояния воздушной среды и работы систем очистки воздуха от пыли на асфальтобетонных заводах нащей страны, по результатам которого сделаны следующие выводы:

1. Воздушная среда на территории ASB загрязнена пнеЕМОКониозо -опасной пылью, несущей на себе канцерогенные углеводороды. -Концентрация пыли в Еоздухе в десятки раз превыщает предельно допусти . мую, кроме того, з нем содержится большое количество Ередных га -зов.

2. Система очистки Еоздуха от пыли на АЕЗ включает следующий комплекс мероприятий:

- выявление источников пылевыделения на территории АЕЗ и определение их характеристик;

- герметизация Есех источников пнлеЕЫделения;

- отсос воздуха от источников пылевыделения и его очистка в пылеочистительной системы;

- рассеяние очищенного выброса.

Главным элементом системы очистки воздуха от пыли является пы -леочистительная система.

3. Основным источником пылевыделения на АБЗ является сушильный барабан (70 - 8С% от общей массы выбросов). Так как другие пылящие узлы асфаль то смесителя имеют с барабаном воздушное сообщение, то

обычно устраивается только один отсос - от сушильного барабана.

4. Особенностью пылэгазового выброса AS3 является то, что его объем монет изменяться в до больно широких пределах, а одним из компонентов выбрасываемой пыли являются мелкодисперсные гидрофоб -ные коксовые и сажевые частицы (до 35% по массе), обладающие высокими адгезионными свойствами.

5. Наиболее рациональной пылеочистительной системой для АЕЗ следует считать трехступенчатую, в которой на первой ступени очи -стки происходит улавливание фракций песка (частиц крупнее

ICO нкм), на второй - фракций минерального порошка (менее ICC укм и более 5 мкм), ка третьей - окончательная очистка от мелкодис персной пыли.

6. Наиболее эффективными и надежными аппаратами первой и второй ступеней пылеочистительной системы являются соответственно пря -моточно-осеной циклон. кокструкх^п '5.VI.Солокатика к З.У.Тупиккка, группа циклонов СЦН-4С.

7. Ь настоящее время третья (последняя) ступень, эффективность очистки на которой долкка быть не менее 96%, является самым слабым звеном пклеочистительной системы АЕЗ. По объективным причинам ныне и в обозримом будущем следует ориентироваться'на применение в ка -честве третьей ступени аппаратов мокрей, очистки газа, работающих и как абсорбер.

о. Причинами низкой эффективности применяемых на АБЗ мокрых пылеуловителей являются: отсутствие в них условий для эффективного диффузионного осаждения частиц из пклегазового потока на поверх -ность диспергированной жидкости, чувствительность к колебаниям величины объема выброса, плохое улавливание гидрофобной пыли, недостаточная надежность (обусловленная, в частности, образованием на внутренних элементах конструкции и стенках аппаратов пылевых (шламовых) отложений. Не все мокрые пылеуловители удовлетворяют требованиям, предъявляемым к абсорберам.

' Проведенный анализ позволил сформулировать Чэль работы:

создание пылеочистительной системы, являющейся главным элемен -том системы очистки воздуха от пыли асфальтобетонных заводов, с разработкой аппарата мокрой очистки газа и теоретических основ процесса улавливания мелкодисперсной гидрофобной пыли жидкостью, диспергированной до пленок,

а также задачи, которые необходимо решить для ее достижения.

дтооая глава посвяшена теоретическое/ анализу процесса взакмо -действия пылегазового потока с диспергированной жидкостью в аппа -ратах мокрой очистки газа.

Работа практически, всех аппаратов мокрой очистки газа основана на использовании механизмов инерционного и диффузионного осаждения частиц из пылегазового потока на поверхность диспергированной жидкости.

Диффузионный механизм является основным при осаждении мелкодисперсной пыли. Главным условием его эффективной работы является наличие в аппаратах мокрой очистки газа развитой поверхности контакта пылегазового потока с жидкостью (которую для этого дисперги руют). Одним из вариантов конструктивного решения аппарата, при котором это условие выполняется, является насадочный газопромыва -тель, который принят нами за основу разрабатываемого аппарата мокрой очистки газа для третьей ступени пылеочистительной системы АВЗ.

Анализ теоретических зависимостей для эффективностей инерцион -ного и диффузионного осаждений частиц пыли в насадочном газопромывателе позволил установить следующие закономерности:

а) эффективность инерционного осаждения зависит от:

- числа Стокса: при любом виде обтекания насадочных тел эффективность осаждения частиц можно повысить, увеличив значение критерия Стокса; если числа Стокса еязкого и потенциального обтеканий насадочных тел рагны, то эффективность осаждения частиц при потенциальном обтекании всегда Еыпе, чем при вязком;

- числа Рейнольдса, но только для случая потенциального обте -кания насадочных тел: большим значениям чисел Рейнольдса соответ -ствует более высокая эффективность осаждения частиц.

б) эффективность диффузионного осаждения частиц можно повысить за счет: увеличения высоты слоя насадки, уменьшения размера наса -дочных тел, уменьшения скорости пылегазового потока (но при переходе от ламинарного режима течения к турбулентно^ происходит резкое повышение эффективности осаждения частиц).

Работа механизмов осаждения заключается в доставке частиц из пылегазового потока на поверхность осаждения, которой в насадочном газопромывателе является пленка воды. Условия улавливания осеЕших частиц определяются адгезией и смачиванием.

При осаждении частиц мелкодисперсной гидрофобной пыли на по

— —

верхность пленки еоды силы поверхностного натяжения на границе вода - воздух препятствуют погружению этих частиц вглубь пленки. Улавливание частиц возможно, если их кинетическая энергия больше работы погружения этих частиц в воду, то есть для каждой частицы существует предельная скорость, при которой (и Еыие которой) еоз -ионно ее надежное улавливание. Если скорость частицы меньше пре -дельной, то улавливание может и не произойти, так как плавающая частица может быть сорвана Еоздушным потоком, кроме того, такие частицы будут мещать осаждению других пылинок. Поэтому эффектив ' кость улавливания пыли далеко не всегда равна эффективности осаж -дения частиц пали на поверхность пленки жидкости.

При изучении процесса улавливания пыли нами использована теория физико-химического подхода к рассмотрению механизмов Езаимодейст -зия пылевых аэрозолей с диспергированными жидкостями, разработан -ная А.А.Цицурой. Основное уравнение этой теории дяя эффективности улавливания пыли (т)) имеет вид:

БЕ (дАя + то.)

_ _¿5—

ВТ

т) = I - е , (I)

где - площадь, занимаемая колем.газа при адсорбции?'

дА5 - удельная энергия движения частицы (кинетическая энергия частицы, отнесенная к площади ее поверхности); ДА8 = = 1/6 рчгч7^, где рч, гч,уч - соответственно плотность , радиус и скорость в момент встречи с поверхностью осаждения . ■ (жидкость) частицы пыли;

- удельная энергия захвата частицы; "¥У3 = 26 соэв, где О - поверхностное натяжение на границе жидкость - еоздух, 0 - краеЕой угол смачивания (жидкость - пыль); й - универсальная газовая постоянная; Т - температура.

Зто уравнение, учитывающее влияние поверхностных явлений, при -нято нами в качестве базового для установления зависимости эффек -тивности улавливания пыли в насадочном газопромывателе от характеристик пылегазового потока, слоя насадки и орошающей жидкости. Но в виде (I) его применять нельзя, так как оно не учитывает елияния на эффективность еысоты слоя насадки, а также размера насадочных тел и плотности орошения насадки, кроме того, пока не установлена сеязь между скоростью пылегазового потока и скоростью Естречи час-

■гиги пыли с пленкой гладкости. В главе о уравнение (I) будет приведено нами к виду, применимому для расчета эффективности улавлива -ния пыли в насадочном газопромывателе.

В третьей глазе приведены результаты теоретико-эксперименталь -ных исследований на границе жидкость - воздух и пыль - жидкость, где- з качестве жидкости использовались вода и растворы различных ПАЗ разных концентраций.

Использование в насадочных газопромывателях растворов ПАВ как орошающей жидкости при улавливании гидрофобной пыли является необходимостью. Это объясняется тем, что попытка добиться требуемой эффективности улавливания только за счет высокой скорости пылега -зового потока наталкивается на ограничения, обусловленные сущест -вованием верхнего предела скорости, которое соответствует состояние захлебывания аппарата, поэтому, остается один путь - повышение удельной энергии захвата частицы (см. уравнение (I)).

Одним из основных требований, предъявляемых к ПАЗ, является их недефицитность в данном регионе страны. Изучение рынка-,токазгло, что на АВЗ Ростовской области еозможно применение ПО-огц-Прогресса и сульфонола.

С позиции уравнения (I) наиболее эффективным из перечисленных ПАЗ следует признать то, которое обеспечивает наибольшую''удельную энергию захвата 'У\Г3, а его оптимальной концентрацией является ми -нимальная, при которой функция 'УУ3 = 5 ^ПАВ^ Достигает своего максимального значения - концентрация раствора ПАВ).

После экспериментального установления для всех ПАЗ зависимостей б = ? (Сщ^) и е = ! (Сддд), нами рассчитаны функциональные зависи -мости Ш3 от Сддд (изображены графически на рис.1). Из графиков видно, что наиболее эффективным из исследованных ПАЗ является Прогресс, оптимальной концентрацией которого является 0,С£Й (мае -совая).

С увеличением количества пыли АБЗ (твердой фазы), присутствую -щей в растворе ПАВ, происходит повышение поверхностного натяжения этого раствора (рис.2 - результаты эксперимента). Это объясняется тем, что на поверхности каждой погружающейся Еглубь раствора пы -линки адсорбировано некоторое количество ПАВ, в результате с течением времени количество молекул ПАЗ в поверхностном слое раствора уменьшается, что приводит к повышению поверхностного натяжения раствора. Для оросительной системы аппарата мокрой очистки газа,

организованной по принципу замкнутого цикла, ото обстоятельство является причиной снижения эффективности улавливания пыли.

По результатам эксперимента нами получена аналитическая зависимость поверхностного натяжзния растворов Прогресса различной кон -центрации от количества пыли, присутствующей в этих растворах:

б' = 43 - 19,7(25Сцд£ - I) + 1,85(0,5Ствф - 2) +

+ 9,6{25Сдд2 - I)2, (2)

где О - поверхностное натяжение (адЛг) раствора Прогресса концентрации Сщр массовая) в присутствии твердой фазы; ■Ста ф - количество твердой фазы (пыли ЛЕЗ), содержащейся в I л раствора (г/л).

Для случая, когда аппарат мокрой очистки газа имеет ороситель — ную систег.у, организованную по принципу замкнутого цикла, и в нем улавливается гидрофобная, шльт- зазисш»сз:ь (2) псаволила;рассчи, ,--тать величину подачи в срошкуз жидкость дополнительного.количе -ства ПАВ, необходимого для глддергакия постоянного- псгзерхноетногй натяжения (равного шдеохноетаоцу натяхению начального раствора) этой орокзздей жидкости:-

мдп "

О.ОКСддв - СГ1АЗ}раЯок, (2)

где Сддд = 3,53«КГ2 - 4,57.1СГ4 б', (4)

«^дд - величина подачи в орояащую жидкость -дополнительного ко -

лкчества ПАВ (г/с); рв - плотность воды (кг/м°); q0J(, - подача

ороыаждел жидкости в аппарат (л/с).

Значение б' в выражении (4) находится из зависимости (2), в которой Стз ф определяется по формуле:

Ств.ф "^"вх / Чо«' (5)

где 0 и свх - соответственно расход очищаемого в аппарате газа (м"/ч) и концентрация пыли в нем (г/м^).

3 четвертой главе дано описание конструкции аппарата мокрой очистки газа, разработанного для третьей (последней) ступени сис -темы очистки выбросов АБЗ от пыли; приведены методика стендовых испытаний аппарата и результаты исследований работы его первой и второй зон очистки.

Насадочный газопромыватель имеет существенный недостаток - подверженность насадки забиванию отложениями пыли.

Зависимость удельной энергии захвата пылинки от концентрации растворов ПАВ Шэ, мЦя/м:

Зависимо сть по в ерхно стного натяжения растворов" Прогресса от концентрации присутствую -щей в них твердой'фазы (пыли)

~ / 2 а, адя/м

-1С

О 0,04 0,08 0,12 0,15 0,2 Сддз (мае.), %

1-,;С-:К,2-црогресс,2~сульфснол.

75

со 55 45 35 25

а

Рч ✓

I/

0 0,02 0,04 0,06 0,06 0,1 СШЗ (мае.), % „_, г/л: 1-0, 2-2, 3-4, 4-6.

гас. а

принципиальная схема аппарата мокрой очистки газа

О

о

насадочныи газопромыватель

колонна с отражателями

циклон с еодяной пленкой

I - оросительное устройство, 2 - насадка, 5 - опорная решетка. 4'- отражатели, 5 - входной патрубэк, б - каплеуловитель

Рис. 3

Для предотвращения забивания насадки перед насадочнкм газопро -мывателем необходимо установить предосадитель. Ото требование стало основой конструктивного решения аппарата мокрой очистки газа.

Аппарат (рис.о) представляет собой комбинированную систему» в которой пылегазовый шток последовательно проходит три зоны очистки:

- циклон с . водяной пленкой; колонну с отражателями;

- насадочный газопромыватель.

Первая и вторая зоны очистки выполняют санкции предосадителя, а в третьей зоне происходит окончательная очистка газа от самой мелкой пыли.

В качестве насадки в разработанном аппарате рекомендуется при -менять керамзит.

Теоретический анализ возможностей аппарата позволил предполо -жить, что при повышении объема очищаемого газа, уменьшением высоты слоя насадки в аппарате южно поддерживать.требуемое гидравличес -кое сопротивление, при этом падение эффективности очистки в третьей зоне должно (хотя бы частично) компенсироваться ее повышением в первой и второй.

Экспериментальное исследование работы аппарата мы начали с его стендовых испытаний. Сначала исследовалась каждая.из выделенных ■ зон очистки.

Результаты теоретико-экспериментального исследования работы первой и второй зон очистки аппарата - циклона с еодяной пленкой (ЦЗП) и колонны с отражателями (эти зоны функционально взаимосвя -заны между собой и их нельзя исследовать раздельно) сводятся к следующим выводам:

а) работа зон основана на использовании инерционного механизма осаждения частиц из пылевоздушного потока;

б) экспериментально подтверждено теоретическое положение о том, что применение в качестве орошающей жидкости растворов ПАВ имеет положительный эффект только при улавливании гидрофобной пыли (если скорость газа невелика);

в) при больших скоростях очищаемого газа добавка в воду ПАВ не оказывает влияния на эффективность улавливания любой пыли потому, что удельная энергия движения частицы пкли становится значительно больае ее удельной энергии захвата и перестает влиять на эф -

фективность улавливания пыли (см. уравнение (I)).

г) по мере увеличения скорости очищаемого газа (Увх - скорость газа ео входном патрубке) кривая •?)» ? (Увх) постепенно переходит в прямую, параллельную оси"Увх, то есть скорость газа перестает оказывать Елияние на эффективность улавливания пыли; это объясняется тем, что возможности инерционного механизма осавдения частиц пыли

в этих зонах оказываются исчерпанными (в частности, возрастает вероятность того, что пылинка, пройда пленку жидкости в ЦЕП, ударится о поверхность металлической стенки корпуса, и, отскочив от нее, покинет пленку), и, таким образом, существует предельная скорость очищаемого газа, превышение которой не имеет смысла, так как при -водит только к лишним энергозатратам;

д) коагуляция частиц пыли в пылегазовом потоке - причина новы -шения эффективности ее улавливания при увеличении концентрации, но коагуляция не высокоэффективный механизм в данных условиях, поэтому, хотя с увеличением ся эффективность улавливания пыли позы кается, возрастает и остаточная^запыленность газа; при небольших концентрациях пыли (с0Х<2 г/м°) т) = сспз1 / Ис^);

е) з третью зону очистки аппарата - насадсчный газопромыватель поступает пыль мельче 5 мкм, концентрации не больше 2 г/м°.

Пятая глава посзяшена -теоретико-экспериментальное исследованию работы третьей зоны очистки разработанного аппарата мокрой очистки газа - насадачного газопромывателя.

При исследовании однофазного течения жидкости (воды) через на -садаг установлены минимальные значения плотности орошения и^ для шарообразных насадочных тел диаметра Вна„ = 20 мм, 50 мм, 40 мм, 50 мм, при которых наступает пленочный режим течения жидкости е насадке; величина Ц^ определяет минимальное значение плотности орошения, при которой эксплуатируется насадочный газопромыватель; установлено, что прямо пропорциональна удельной поверхности насадки.

Исследование однофазного движения воздуха через насадку позво — лило установить, что экспериментально полученная зависимость

= (б)

сл

гдедрц СуХ - гидравлическое сопротивление слоя насадки (су

хой); Нсл - высота слоя насадки; в - доля свободного объема

в неорошаемой насадке; "У5 - скорость воздуха (газа) перед входом в насадку (в свободном сечении насадочного газопро -мывателя);

хорошо описывается уравнением ЛЗурке-Пламмера: .

дР» . 1>75 Рг^ I - е ^

н --]) з ' (7)

сл нас V

где рг - плотность газа (воздуха).

Б ходе исследования двухфазного движения газа и жидкости через

насадку для каждыхОнас и II (II - плотность оросения насадки; при -

нимала значения и,,,; 1,си • 2,си„.) • экспеоиментально определены ШР ПЛ' ' пл

скорость газа, соответствующая захлебыванию -Узахл, а также ин -терЕал эксплуатационных скоростей - С,6 ... С,9 'У'захл. Было

установлено, что:

- зависимость

= ! (У3) Для заданных Пнас и и, (8)

сл

где дрв 0р - гидравлическое сопротивление слоя оропаемсй насадки;

с высокой степенью точности описывается многочленом вида

^2=А1+А2уа + А37|+А4у3 , (9)

сл

где Ар А^, А^ - коэффициенты.

- с увеличением плотности орошения насадки захлебывание насту -пает при более низких скоростях газа;

- при одинаковых плотностях орошения скорость газа, соответст -Еующая захлебыванию, выше для более крупной насадки.

Для того, чтобы применять уравнение (I) для расчета эффективности улавливания частиц пыли в насадочном газопромывателе необходимо знать скорость Уч встречи этих частиц с жидкостью, которая диспергирована до пленок.

Нами создана модель процесса прохождения пылевоздушного потока через слой орошаемой насадки, которая базируется на следующих до -лущениях и предположениях:

1. Насадочные тела имеют форь?/ сферы диаметра DHac (радиуса Рнас'

2. i насадок всех размеров одинаковая доля свободного объема, е = const = 0,37 (экспериментально доказано, погрешность не более

сг\

3. Насадочные тела в слое расположены у порядочно, принят "тет -раэдральный" вид укладки, но при этом насадочные тела но соприка -саются, а находятся на некотором расстоянии 2S друг от друга, обеспечивавшем долю свободного объема,равную 0,37 (рис.4а).

4. Орошение сухой насадки приводит к образовании на насадочных телах пленки жидкости равной тодлины t (рис.46).

0. Увеличение гидравлического сопротивления орошаемой насадки, по сравнению с сухой, обусловлено только уменьшением доли свобод -кого объема е за счет образования на насадочных телах пленки жид -кости толщиной t.

б. Скорость встречи частицы пыли с пленкой жидкости принята раЕной максимальной действительной скорости пклегсзлу>.:кого потока при прохождении им слоя ороц&емой насадки.

Принятые допущения и предположения позволили применить и к орошаемой насадке формулу (7) (основная гипотеза) я рассчитать ско -рость встречи частицы пыли с пленкой жидкости в касадочном газо -промывателе.

Порядок расчета V4:

1. Вычисляется значение у по формуле

у = 1,814 АРн g"ac , (1С)

Рг Y1 Нсл

гдедрн 0р/Нсл рассчитывается по формулам (9) для данных DHac, U, vs; R„ac = 0,5DHac.

2. Зная у, из графика на рис.5 находим соответствующее ему значение х.

о. Искомое значение скорости рассчитываем по формуле vs

V4 = -(II)

I - 0,814 X2

На основании уравнения (I) и результатов теоретико-эксперимен -тальных исследований С.Калверта нами выведено теоретическое урав -

Пространственное расположение насадочных тел в'модели слоя орошаемой насадки

График функции х = ! (у)

40 80 120 160 2С0 Рис.5

Рис.4

Результаты экспериментального исследования насадочного газопромывателя

Условия эксперимента: ...

Ороашцая. жидкость - 0,02д-ный (мае.) раствор Прогресса Пылевоздушный поток (поступающий на очистку) содержит пыль АБВ хар-ками: р„ = 2С00 кг/м", гп = 1,8-Ю~6

6 = 17°; с„ = 2 г/к°

Задано: \'„ = б м/с; при таком значении скорости встречи расчетное 4 значение эффективности улавливания пыли равно 85,

Внас> и, НСЛ' Число Ее и дРн ор-

мм м/с м/с мм »нас тип потока Ла

• 20 0,0042 0,0063 0,0084 0,58 0,47 0,35 378 381 391 18,9 19 I 19,6 1145 - п. 1030 - п. 852 - п. 504 459 371

30 .. 0,0028 0,0042 0,0056 . 0,81 0,71 0,63 478 485 . 495 15,9 16,2 16,5 2038 - т. 1921 - п. 1795 - п. 489 479 462

40 0,002Г 0,0032 0,0042 0,96 0,87 0,80 676 687 697 16,9 17,2 17,4 2958 - т. 2833 - т. 2718 - т. 547 539 545

50 ' 0,0017. 0,0026 0,0034 1,05 0,98 0,92 1066 1079 1091 21,3 21 6 21,8 3842 - т. 3737 - т. ЗоЗЗ - т. 696 698 702

нение, устанавливающее зависимость эффективности улавливания пыли в насадочном газопромывателе от параметров аппарата, орошающей жидкости (в том числе от характеристик поверхностных явлений) и пылевоздущного потока:

кг Нсл

Лнг = 1-е , (12)

где т)нг - эффективность улавливания пыли в насадочном газопро -мывателе; Нсл - условная высота слоя насадки, то есть высота, при которой расчет производится по уравнению (I).

С позиции теории физико-химического подхода к пылеулавливанию Нсл - Еысота слоя насадки, при которой образуется поверхность исаждения такой площади, что каждая частица пыл ¿воздушного потока обязательно вступит в контакт (встретится) с этой поверхностью (пленкой воды), ко только один раз. Значения Н^ определялись экспериментально .

Экспериментальное исследование эффективности работы насадочногс газопромывателя на гидрофобной пыли асфальтобетонных заводов про -ведено в два этапа. На первом этапе в качестве орошающей жидкости использовали раствор ПА5 (0,02%-нш (мае.) раствор Прогресса), на втором - воду.

Исследования первого этапа показали:

- в условиях равенства параметров, входящих з уравнение (I) (в качестве параметра гч использовано значение среднеквадратичного радиуса частиц пылевоздушого потока - гп), величина площади по -верхности контакта пылевоздущного потока и диспергированной жидкости, необходимой для обеспечения эффективности улавливания пыли, рассчитанной по этом/ уравнению, есть величина непостоянная; эта величина зависит, прежде всего, от характера течения пылевоздущного потока: Н^/Е^^ = 1 (Ре) (см. таблицу);

- при работе насадочного газопромывателя в режиме эксплуата ционных скоростей минимальная площадь поверхности контакта фаз (имеются Еви,лу пылевоздущный поток и диспергированная жидкость), необходимая для обеспечения заданной эффективности улавливания пыли, достигается при таком диаметре насадочных тел, при котором турбулентный режим движения пылевоздущного потока закончил свое

формирование; работа механизмов осаждения в этих условиях наиболее эффективна; уменьшение или увеличение определенного таким образом . DHac приводят к увеличению необходимой площади поверхности контакта фаз (см. таблицу);

- для каждого диаметра насадочных тел DHac можно считать, что условная Еысота слоя насадки Н„_ является функцией только плотно -сти орошения U, а для каждых DHac к U южно принимать HCJI = const (экспериментальное доказательство, погрешность не более 2%);

- при турбулентном режиме течения пылевоздушного потока харак -тер влияния высоты слоя насадки на эффективность улавливания пыли, выраженный уравнением (12), хорошо согласуется с результатами эксперимента; при переходном режиме течения расхождения теоретических и экспериментальных данных существенны (до 18%);

- если в качестве критерия выбора оптимального диаметра наса -дочних тел принять минимальные значения отношения HGJI/DHac (работа механизмов осаждения наиболее эффективна) и энергозатрат (гидрав -лическое сопротивление плюс затраты энергии, связанные с подачей е аппарат орошающей жидкости), то оптимальным D„„„ из исследованных (20; 30; 40; 50 мм) является диаметр SO и.;;

- для заданных диаметра насадочных тел и плотности их орошения жидкостью при экспериментальном определении значения условной вы -соты слоя насадки можно применять произвольную входную скорость пылевоздусного штока из интервала эксплуатационных скоростей.

Исследованиями второго этапа установлено:

- неэффективно использование еоды как орошающей жидкости в на -садочком газопромывателе при улавливании в нем гидрофобной пыли;

-уравнения (I) и (12) справедливы и для случаев, когда орошающей жидкостью является вода, но е качестве параметра "радиус час -тицы" в этих формулах необходимо использовать значение среднеквадратичного радиуса, рассчитанного только для тех частиц очищаемого полидисперсного пылевоздушного потока, размеры которых позволяют уловить (захватить) их водой в данных_условиях.

Таким образом, положения теории физико-химического подхода к пылеулавливанию применимы и к случаю улавливания пыли в слое оро -шаемой насадки (насадочном газопромывателе). При этом необходим учитывать специфику насадочного газопромывателя, то есть существование явления захлебывания аппарата, влияние высоты слоя насадки на эффективность улавливания пыли и др.

В шестой главе приведена результаты стендовых и промышленных испытаний разработанного аппарата мокрой очистки газа, а также методика его расчета; аппарат проходил промышленные испытания в составе пылеочистительной системы, рекомендуемой нами к внедрению на асфальтобетонных заводах.

Б ходе стендовых испытаний аппарата установлено:

- уравнение (12) для эффективности улавливания пыли в насадоч -ном газопромывателе справедливо и з условиях различного дисперсного состава пыли;

- при увеличении скорости (или расхода) очитаемого воздуха от 0,5 Узахл до 0,9 Узахл и поддержании постоянного гидравлического сопротивления аппарата путем уменьшения высоты слоя насадки эффективность улавливая;« пыли в аппарате падает (ко незначительно), что теоретически прогнозировалось в главе 4.

Промьет.енкые испытания аппарата, проведенные на ЛЕЗ треста "Спецстрой" города гостона-на-Дзну, показали:

- оптимальней плотностью орошения насадки является то минимальное ее значение, при котором не происходит относительно быстрого ее забивания отложениями пыли; для насадки с = 2С мм о яти малькой плотностью ороаения является 0,СС4 м/с; объемная подача осошащей жидкости, рассчитанная исходя из оптимальной плотности орошения насадки, является оптимальной для аппарата в целом;

- остаточная запыленность выброса АЕЗ после его очистки н пылеочистительной системе, в которой в качестве третьей (последней) ступени установлен разработанный нами аппарат мокрой очистки газа, не превышала величины ЩЗ даже при значительных колебаниях его расхода;

- отложений пыли на внутренних стенках корпуса аппарата и эле -ментах конструкции (за исключением насадки) не наблюдалось.

Аппарат проходил испытания в составе пылеочистительной системы, в которую также входили прямоточко-осеЕОЙ циклон (I ступень очистки) и груша циклокоэ СЦН-40 (II ступень О'глсткл).

Исследование работы аппаратов I и II ступеней очистки показало, что они удовлетворяют требованиям, предъявляемым к ним, а следовательно, доказана перспективность установки и эксплуатации на АЕЗ пылеочистительной системы в составе: прямоточночюевого циклона, группы циклонов СЩ—40 и разработанного нами аппарата мокрой очистки газа.

Внедрение разработанной пылеочистительной системы на АЕЗ нормализует состояние воздушной среда на территории этих заводов, сни -зив запыленность воздуха на рабочих местах до уровня ПДК.

Заключение

Анализ и обобщение литературных данных по проблеме создания эффективной системы очистки Еоздуха от пыли для АЕЗ, проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили сделать следующие общие выводы:

1. В настоящее время воздушная среда на территории АЕЗ загряз -нена пн еЕ !.н ко н ко з о с па с ко й пылью, несущей на себе канцерогенные углеводороды (беяз(а)пирен и т.д.). Концентрация пыли в воздухе а десятки раз превышает ПДК, кроме того, в зоздухе содержится боль -шое количество вредных газов (сернистый ангидрид и др.).

2. Главным элементом системы очистки воздуха от пыли для АЕЗ является пклеочистительная система (ПС), наиболее рациональной схемой которой для этих заводов признана трехступенчатая.

5. наиболее эффективными и надежными аппаратами счистки для первой и второй ступени ПС АЕЗ являются соответственно прямо точно-осевой циклон конструкции В.И.Соломатина и ЗЛ.Тупикина, группа циклонов СЦН-4С.

4. Третья (последняя) ступень, эффективность, очистки на которой должна быть не менее 965?, в настоящее время является самым слабым звеном ПС АЕЗ. По объективным причинам пока следует ориентироваться на применение в качестве этой ступени аппаратов мокрой очистки газа, работающих и как абсорбер.

5. Причинами низкой.эффективности применяемых на АЕЗ мокрых пылеуловителей 'являются: отсутствие во многих из них условий для эффективного диффузионного осаждения' частиц, недоучет при разработке их конструкции специфических характеристик пылегазового выброса АЕЗ (значительные колебания величины объема выброса, гидрофобность и высокие адгезионные свойства пыли и др.).

6. Для третьей ступени ПС АЕЗ нами разработан аппарат мокрой очистки газа (конструкция защищена патентом РФ). Аппарат представляет собой комбинированную систему, в которой пылегазовый поток последовательно проходит три зоны очистки от пыли: циклон с еодя -ной пленкой, колонну с отражателями,, насадачный газопромыватель.

Первая и вторая зоны очистки выполняют функции предосадителя, а в насадочном газопромывателе, который явился основой разработанного аппарата, происходит очистка от самой мелкой пыли. Известно, что насадочный газопромыватель является высокоэффективным абсорбером; этот факт учтен при разработке конструкции аппарата.

7. Основные итоги теоретико-экспериментального исследования работы насадочного газопромывателя таковы:

- доказана эффективность использования растворов ПАЗ в качестве орошающей жидкости при улавливании гидрофобной пыли, разработаны рекомендации по выбору наиболее эффективных ПАЗ и оптимальных концентраций их растворов, а также по порядку применения ПАВ в слу -чае, когда оросительная система аппарата мокрой очистки газа организована по принципу замкнутого цикла;

- на основании развитой в работе теории физико-химического подхода к пылеулавливанию и созданной модели процесса прохождения пы-левоздушкого потока через слой оришаемой насадки, получены закономерности влияния на эффективность улавливания пыли параметров слоя насадки, орошающей жидкости и палевоздушкого потока.

8. На основании результатов теоретике-экспериментальных иссле -дований каждой из зон очистки аппарата, а также аппарата в целом, разработана методика расчета аппарата (основные конструктивные размеры, гидравлическое сопротивление, эффективность улавливания пыли).

9. Разработанный аппарат мокрой очистки газа прошел прсмышлен -ные испытания и внедрен на АЕЗ треста Спецстрой города Ростова-ка-Дзну в качестве третьей ступени пылеочистительной системы, в сос -таг которой также входили прямо точно-осевой циклон и группа циклонов СЩ-40. Исследование работы аппарата и пылеочистительной сис -темы в целом показало, что урозень остаточной запыленности выброса АВЗ не превышает ДЦВ, следствием чего является снижение запыленности Еоздуха на рабочих местах завода до корм ПДК. Таким образом, доказана перспективность установки на асфальтобетонных заводах разработанной пылеочистительной системы.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в еле -дующих работах:

1. Валиез A.'i., Карагодлн vl.ij. Разработка аппарате в системы очистки выбросов AS // Системы обеспечения нормативных параметр воздушной среда: Сборник научных трудов. - Роста в-на-Дзну: Рост, гос. .академия строит-ва, 1593.

2. Вал;:ев А.У. Ресурсосбережение при проектировании и зкеплуа тации пылеочистительных систем на асфальтобетонных заводах // СС рзкение материальных и энергетических ресурсов з системах отоплс нпя и вентиляции: Сборник научных трудов. - Ростов-на-Дону: Рос: гос. академия строит-ва, 1993.

3. ¿Журавлев З.П., Залп ев A.M. Аппарат мокрой очистки газа: '/.г фермациеннын листок / Оренбургский центр научно-технической кнф: мацни, 1592. - Я У7 - 92.

4. Карагсдин й.2., Валиез A.M. Оценка злиянпл параметров про цесса сущки на неличину аэрозольного выброса при производстве ас сальто бетона //Обеспыливание воздуха л технологического обо руд: ган'/я з прома^енкости: Сбзркик трудов Беесонзней научно-технич; кой конференции. - Тем I. доклады. - ?сстов-на-Дону:. Рост, и:-::?..-строит, ин-т, 1991.

Лицензия ЛР C203IS. Подписано э печать 20.05.94. Формат 60 х 84 I, Цумага писчая. Печать офсетная. Уч.-изд. л. 1,0. Тираа 70 экз. CZ.

F г дак цио:-: но - л з дат г ль с кий центр РостоЕСКой-на-Дэну государственной академии строительства.

344022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162.