автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Разработка способов и средств обеспыливания воздуха турбулентными струями для горнорудных предприятий

ОРДЕНОВ ЛЕНИНА И ДРУЖШ НАРОДОВ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ

Институт геотехнической механики

На правах рукописи

А[ЩРЕЕВ Анатолий Алексеевич

РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ И СРЕДСТВ ОБЕСПЫЛИВАНИЯ ВОЗДУХА ТУРБУЛЕНТНЫМИ СТРУЯМИ ДЯЯ ГОРНОРУДНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

05.IE.II - "Физические процессы горного производства" 05.05.06 - Торныэ машины"

'АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискаша ученой степени кандидата технических наук

Днепропетровск - 1991

ОРДЕНОВ ЛЕНИНА Л ДШШ НАРОДОВ А1САДЫШ НАУК

праины

Институт гэот-зий:чоскоЯ мохаиихи

На правах рукописи

АРМЕЕВ Анатолии Алэхсоович

разработка аюсочоо и срадотз обеспыливания воздуха

ТУРБУЛЕНТНЫМИ СТРУЖИ ДНЯ ГОРЧСРУДШ ПРЕДПРИЯГй

05.15.11 - "йкзичоск;'" процесс» горного производства" 05.05.0o - "Горные

АЫ0РЕ4КРАГ

диссертации на ссисканио ученой стегани кандидата технических наук

Дколр ¡петровок - 1901

:аоота виполмона, в Инст »'ту го гнотехничасхоГ: миханики л:'. >крайни.

ИЛУ-Ь'Ил РУКОиоДКТНЖ: доктор тихнических наук, профессор

ГРЕЦИНХЕР Б.К. дгчгор технических наук

шлт л.а.

О-л^ЬииЛшл (КЦЮкЩН'Ш: доктор технических наук, профисор

БЫРЕС11£ШЧ П.Ь. кандидат технических наук, доцент Ь!УРЛШ»1*И'1К В.И.

а^ЦУЧйЙ ^чЗДШГЯЩ: ассоциация УШШ'УЩЮМ.

Завлта д;:ссиртаци«1 состоится ибСЛОрЛ- 1991 г. ь часов на заседании специализированного'совета Д 016.40.0 Листп'/ута гоотехничоскоИ мохами-и н'Л Украины по адресу: 320600, 5-.Днепропотро11сч, ул.Симфоропо;1Л'",.кая. На.

С диссертацией молшо ознакомиться к бнбдиотике Института нио'гохпи.чоско!! механики ЛИ Украины.

ньторсфсрат разослан

"¿5"" НОЛЬП^У 1991

г

УчышП секретарь спициплияироийиного совета, кандидат технических наук I

Й1Л;\Ун0В И.А.

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работа. По данным Госкомстата СССР' в пгмосфзрньМ воздух страны за год зыбрасыЕ^этся 64,5 мин,тонн веществ, вредных для здоровья население и окружающей среды. Существенный вклад я загрязнение воздуха вносят пылэвке частицу горного производства, зид-ноо место в обеспыливании технологических процессов которого принадлежит турбулентны" струям.

При взаимодействии струй-с запыленной средой образуются многокомпонентные смеси. В резу :ьтато многократного ^сличения количест ва процессов, которые долины быть отражены в уравнениях, замкнут' систему уравнений движет я таких сред на удается, Т.о., ка.с 'дальнейшее развитие теоретических основ механики шогожшпоиентшэс сред, так и потребности практики в области экологии и борьб» с пылью, требуют проведения дальнейших исследований, нярапгивания объема знаний о многокомпонентных средах.

В спязн с этим разработка способов и средств обеспыливания воздуха турбулентны;.« струями для горнорудных предприятий являете;; актуальной в социальной и научно-техническом аспектах.

Материалы диссертационной работы являтач л составной частью исследований, вшюлненньэс в ИГТ.1 ¿*Ч Украины за период с 1975 по 1990 годы и отраженных в соответствующих отчетах (№ госрегкстрации 76067935 . 01640034415 , 010-500054175, 0.1670037В:7, 0:870037866).

Цель работа - разработка способов и средств обасылизашя воздуха турбулентными,струями на основе определения связей мепду параметра™ запыленного воздуха, струй и кассзсбмена з них.

Идея работы заключается в использовании свойства эзеенцик турбулентной струи и эффекта конденсации паров воды дл.; очистки воздуха от пылевых чостиц.

Научные пгчоасния, разработанные лично диссертантом и их ног 1зн?:

I. Теоретичен, л и экспериментально установлено, что модель безвихревого движения позволяет математически описач-ь динамику пылевых частиц, эжектируемых струей, адекватно реальности. В "амках ото!! модели функция тока течения, индуцируемо, о вертикальной струей в пространстве карьера, зависит от ого геометрических параметров, коэффициента г>рбулент;;о(! структуры, расхода и диы/отра струи и начальном сечении.

2. Начальны»! расход турбулентных газовых струй при обеспылива-н. и преды с использованием аффекта конденсации определяется балансом количества очищаемого воздуха и эжектируемого струя'»и через попу с пересыщением паров воды, превышающем единицу.

3. Скорость стефановского течения при вязком обтекании капли жидкости прямо пропорциональна ее радиусу, разности парциальных давлений паров кидкости у поверхности капля л в окружающей с'.реде, коэффициенту молекулярной диффузии и обратно пропорциональна давлении среды н квадрату расстояния от центра капли. При потенциальном обтекании горесть зависит от перечисленных параметров и толщины диффузионного пограничного слоя у поверхности капли.

4. Связь между расходом воздуха, эжектяруемогг факелом орошения при фиксированном давлении воды, и удалением от корня факела описываемся монотонно возрастающей, с более высоким, чем у газовой струи, градиентом, нелинейной завчеимостью, р.ссимптотически стремящейся к постоянной величине.

Обоснованность и достоверность положений, выводов и рекомен-начи'Л подтверждаются: применением комплексных исследований, пклю-ччииих анализ и обобщение научио-техннчоскей и патентной инторма-ц'.и. аналитические исследования, лабораторный и нромшленнып эксперимент; использованием классических зависимостей и фундаментально* законов гидроапродинамлки, механики аэрозолей, теории турбулентных струи в качестве исход!шх предпосылок и методов анализа; использованием г, теоретических исследованиях общепринятых, и обосно-^■ыи.х допущений; .статистической обработкой оксперимэнтальних данных, достаточностью их объема, обеспечивающих надежность результатов не кике 9Ь %, и удовлетворительной (погрешность менее 15 %) ходимостью расчетных и окспериментальных данных; апробацией научных и практических результатов.

йначение работы. Научное значение работы заключается в обосновании правомерности применения модели потенциального течения при построении расчетных схем взаимодействия турбулентных струй с запыленной средой; в определении функции тока течения, индуцируемого вертикальной изотермической струей в пространстве карьера, и начального расхода газовых струй при обеспыливании среды с использованием эффекта конденсации; в установлении ранее неьэвест па зависимостей, определяющих скорость сгефановского течения при различи:« режимах движения шит тидкости, н оценке влияния массосимопн на эффективность улавливания ер пылепчх часгиц; в трактовке физики нзаимодей-

"¡твия факела орошения центробежной форсунки с окрунаюцэй средой, согласно которой он является специфической струей, выходящей лп рамки теории двухфазных струй; в разработке научно обоснованных методов экспериментальных исследований по оценке ме ¡стирающей способности' факела орошения и определения эффективности пылеподавле-ния в очаге преобразования в условиях нестабильности концентрации пыли во времени.

Практическое значение работы состоит в разработке на уровне изобретений способа и системы пылеподавления при дроблении горной массы, способа к устройстьа пылоподазленпя при оурзчпи взрывных скважин на карьерах; в разработке методов расчета проветривания осесимметричного карьера вертикальной струей и технологических параметров способа и системы пьшег.одавления при дроблении горной масс л. Результатц исследований могут быть использованы ;сак лрн совершенствовании, так и при создании новых систем обеспыливания различных технологических процессов горного производства, улучшающих экологи- эскую об зтановку в тэайане их нахождения и непосредственно на рабочих местах.

Реализация выводов и рекомендаций работы. 11а базе исследований, выполненных в диссертационной работе, разработан руководящий технический материал (РТЫ) "Указания по применению системы пылепидазле-ния на базе электрического проточного парогенератора дчя обеспыливания дробильных агрв1 атов цементного производства1 РШ 21-026312 2-21-86, который является руководством для проектировьлия и применения подобных систем введен в действие научно-исследовательским и проектным институтом по газоочистным сооружениям, технике безопасности и охране труда в промышленности строительных материалов (¡¡ШЮТСТРОМ). На базе способа пылеподавления при дробление горной массы ШГИОТСТРОМ разработан проект обеспыливания роторной дробилки СМД-98 Б длт Чечено-Ингулского цементного завода. Кроме того на -.амггдробильннх (КДЗ) и цементита заводах различной ведомственной подчиненности нэ территории Украины и других республик гчедрено более 100 комплектов системы пьыеподазления на бап электрического проточного парогенератора для обеспыливания дробильных агрегатов при сумма^ьом экономическом эффекте I млч.руб., на каждой дробилке иаслючен выброс в окружающую среду примерно 100 тонн пыли в год.

Апрпбсцчя работы. Основные положения и отдельные результаты диссертации докладывались и обсуждались на: конфереш?1И молодых уче-них ИГМ ЛИ Украины (г.Днепропетровск, 19?9г ); секции пром™-»-

ностк нерудных строительных маприалов научно-технического Со веч а Мш 1роистройкатер..ало1, Украины (г.Киев, 1981 г.); Всесоюзной научно-технической конференции "Аэродиспзрсные системы и коагуль-рш аэрозолей" (г.Караганда, 1982 г.); научно-техническом совете НЙПЖГСГРОМ (г.НоЕороссийск, IS86 г.); на II Всесоюзной научно-технической конференции "Азродисперсные сие;еш 1«. коагуляция аэрозолей" (г.Караганда, 1988 г.); городской научно-технической конференции по экологии, (г.Днепродзержинск, 1989 г.); на научных сешнаоах отдела Проблем разработки месторождений на больших глубинах ИГТМ АН Украины (г.Днепропетровск, 196^-1990 г.г.).

Разработанная с участием автора система пылеподавления для дробильных агрегатов экспонировалась'на ВДНХ СССР. Пос.ановлением ' £ 407-Н ст 26.06.В4 г. он утвержден участником ВДНХ СССР, а в 1986 г. за внедрение указанной системы в промышленность отмечен нагрудным знаком "Изобретатель СССР".

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 18 научных статей и получено 7 авторских свидетельств на изобретения.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, о глав и заключения, изложенных на 212 страницах мшиинописного гексга, содержит 27 рисунков, 2В таблиц, 2 приложения, а также список использованных источников из 144 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ '

Большой вклад в развитие теории и практики применения турбулентных струй для борьбы с пылью внесли ученые Абрамович Г.Н., Ги.нев-скии л.С., Ландау Л.Д., Абрамов Ф.А., Амелин А.Г., Фукс Л.А., Михэль-сон М.Л., Филатов С.С., Янов А.П., Бересневич П.Б., Кудряшов В.В., /ихачев Л.Я., В.уравлев В.11., Ицук П.Г., Поздняков Г.А., Саранчук В.И., ¿иськов М.И., Медведев И.И. и др.

Вместе с тем е>це не изучены такие вопросы, как приемлемость модели безвихревого движения для описания пиле динамики в окрестности струи, учет индуцированного струей течения при расчете проветриванил карьера, оценка газовых струй как средства осаждения пылевых частиц путем их конденсацио1..юго укрупнения, связь скорости стефановского течения с параметрами запьшенной среды и движущейся капли, ышяние иассообмена посредством указанного течения на ^фекг'штсть улавливания частиц каплей, физика взаимодействия факела орошения о запыленной средой, его оценка как -.^ю.цстга осаждения п ¡ли, влияние нестабильности концентрации пин: п.: оир(»-;-.;л«ияи :1'П;'|(;кт11е!!оет.1 ее.- осакдення.

В этой свя5и в диссертации решались следующие задачи:

1. Проверить гипотезу о потенциальноеги индуцируемого струен течения и разработать метод расчета проветривания карьера.

2. Произвести оценку газовых струй как средства осаядения пылевых частиц путем их конденсационного укрупнения.

3. Установить связь скорости стефанэвского течения с параметрами запыленной среди и движущейся капли, оценить влияние массообменя на эффективность улцзливания пьшп.

4. Изучить взаимодействие (факела орошения с запыленной средой, оценить его как средство ^саждечня пыли и уточнить метод определения эффективности обеспыливания.

5. Разработать и вльдрить нозиэ спссобн и средства обеспыливания воздуха стругам и методы та расчета.

Проверка потенциал1 ностл индуцируемого струей течения с зуществ-лена сопоставлением расчетных и экспериментальных траекторий пылевой частицы массой ГП , оседающе" под действием силы тяжести и оказавшейся в угазаином течении в момент времени £ = 0. Расчетные траектории получеш с помощью математической модели, оп»сызшогдей динамику частиц п.лли, энектируемы:: затопленной струей. .Модель разработана на основе известных уравнения движения кесферической частиц по криволинейной траектории и функции тока индуцированного струей течения. Она имеет вид:

5{ксГх/Ш2 а 0,0195^"'-с(х/с№ ;

${кй2у/Ш2 =-О#О195У(У^22;",0+Х/Э 'Му/сН-^к ¥г;

й2гМЬ2 =-0,0Ш52(У2+н2rVf^x/5<)-£iz/dt; ( 1 }

2 ' 2 2 2 05

1=0; Х-Хо; с(х/сК=0; У = У0; с1У/сН--31кРг; г=20;с(2/<Й--0,

*\це - критерий Стокса; Рг - критерий 5руда; - плот-

ность частицы; - седи'-ентационный диаметр частицы; ^ - ускорение свободного падения; С(.о — диаметр началььиго сечения струи;

"0о - скорость истечения струи; ^ - динамическая вязкость воздуха, ^ - время; X > У . '£. - коордгчаты частицы.

Система уравнений ( I ) решалась методом Рунге-Кутта на ЭЬ.М. В общем случае траектории предссоапляют собой сложные пространствен-1П!Э кривые*. ;:о гее из которых замыкаются на поверхности струи. Сселяя симметрия дглтешх частиц не •.сбллдиогся. Струя эозму.^.эт С1>.';ц

далеко за предолш.,.1 турбулентной области, причем распределение част :ц по размера!,) видслзкеняется по отношению к невозмущенной среде в сторону увеличения доли пылевых частиц тонких фракций.

Экспериментальное определение траекторий частиц производилось путем их внесения со скоростью витания в заданную точку индуцированного течения и фотосъемка через теневую установку ИАБ-451.

Поскольку ь системе уравнений ( I ) поле скоростей индуцированного течения определено в предположении что оно яэляэтея безвихревым, то из совпадения расчетных и экспериментальных траекторий следует, что модел'-. безвихревого течения адекватна реальности.

В рамках этой модели методом источников и стоков определена функция тока Ф течения, пинцируемого вертикаль"ой изотермической струей в пространство карьера. При COflSt семейство линий тока имезг вид

J d+n)cos8+1-n

¡•до JO , 9 - полярные координаты; П , N - установлена ю функции геометрических параметров карьера, соэффициента турбуловт-ноГ; структуры, расхода и диаметра струи ь ее начальном сечен-и.

Знание функции тока Ф позволяет рассчитать все необходимые пгцшютры проветривания карьера и получить дополнительную по сравнению с известным методом расчета информацию - определить поле скоростей в пространстве между струей и боргамм карьера, положение фронта загрязнения с течением времени проветривания. Расчеты показали: фронт загрязнения, опускаясь с течением времени провстрива-г.1я, остается прямолинейным, что подтверждается данными лабораторных и натурных экспериментов, а время проветривания совпадает с расчетом по известному мотоду. Т.е. расчет проветривания карьера с пемощыэ функции Ч* адекватно отражает физику процесса рне турбулентной области.

Проветривание позволяет лишь регулировать запыленность среди в пространство и времени. Болоз радикальным решением является осаждение пыли, что может быть достигнуто укрупнением пылевых частиц путем конденсации на них паров йоды. ¿ сгруь, при смешении посредством эрекции разЕютомпоратурпых газов с различно/ концентрацией паров воды, обрчзузтея зона неравно:¡арного перостзн.ш 1г.>рг>в, при-

легающая к её начальному сечению. Под пересыщением поникают величину

3~Рп/РнпСТ),

где Рп - парциальное дав;.аниа пара; РНГ| - парциальное давление насыщенного пара; Т - температура смеси.

Для рационального использования влаги, т.е. конденсации паров только на поверхности пылинок, пересыщение в струе должно находить -ся в пределах

1 <З^Бкр , < 4

где Экр ~ критическое значение пересыщения, при котором начинается еюнтанная конденсагчя пара на сгустках молекул.

Исходя из этого, для оценки газошя струй как средства осаждения пыли на баое известных соотногени"! составлен алгоритм, позволяющий го задаш-вл параметрам смешивающихся газов определять пара-к.атры, входящие в соотношение (3), и производить проверку выполнения неравенства (4) в полз течзния струи. Расчетами усталозлеко следующее. При вдуве струи охлажденного воздуха в среду с характерным для глубоких угольных тахт температурой к влажностью неравенство (4) выполняется, если ДТ ^ 60 град. Протяженность зоны с

I вд; ль ОС1' струи -¡оставляет при этом 100 (5?0-С(0/2 )> а количества сконденсировавшейся влаги, исходя из известчьх данных лабораторных и натурных экспериментэв, достаточно для осяиденил пыли с эффективностью не.менее 96 % при начальной запыленности среды не превышающей 0,5 г/мэ и условии, что время ^ пребыва-нля пьшевых частиц в зоне с в > I будет достаточнь-4 >- 15 с) для их конденсационного укрупнения. Для определения ^ получ,но соотношение

■Ь »СК0/г>0, с 5)

где С = С0П5"{; • г,той основе предложен спс';об сшиения зилы-лекности атмосферы глубоких угольных шахт.

При вдуве струи насыщенного пара в стеду с характерными для поверхностны* комплексоа температурой и влажностью нераЕенстоо (4) не выполняется, как правило, ¿'ЭкР 1 г» протяженность зоны с1 вдоль оси струи составляет 1000 0 . Поэтому рекомендовано емзле-чие струи пар:.1, с округлее Л среде'', осущзствлгть так, чтоОы чонден-

сацая паров прекращалась псог) скачкообразного образования плешш воды на поверхности гьшевых ядер, но допуская при этом спонтанной конденсации и конденсационного укрупнения ядор, Это обеспечивавгея сдувом пара ь среду с запыленностью, правышамцай 0.5 г/ы3, т.к. каждое пылевое ядро при образовании на нам пленки воды является как бы стоком пара (следовательно и пресыщения). Необходимо также свести к минимуму время лахождлтя пылевых частиц в зоне с Б> I, что достигается при минимакьнои |?д и приближающемся к скорости звука значении Од (см.еоотношениэ ^5) )♦ Р этом случае речь едет уие не о конденсационном укрупнении частиц, а об изменении физико-химических свойств их поверхности на какой-то период времени, об улучшения её .адгезионных свойств, что называют гидрофилизацией поверхности. Для осажден .я пыли струю пара поело обработки ею залы; энного воздуха (за зоней с в > I) необходимо направить в фильтр с развитой поверхностью фильтрации. В качество такого, но требующего регенерации, фильтра можно использовать пСгок горной массы или факел орошения. Указанные рекомендации реализованы в разработанном способе обеспыливания дробильных агрегатов струями пара и диспергированной воды. Отметим, что воздействию эффекта конденсации подвергаются лишь ге частицы, которые попадает в зону с Э I. поэтому начальный расход газовых струй при обеспыливании среда с использованием указанного эффекта следует определять из условия баланса количества очиняемого воздуха и эмектируемого струями через указанную зону.

Наряду с укрупнением частиц и гидрофилизацией их поверхности известно также проявление эффокта конденсации через стефановское .'очей э, порождаемое массообменом капли жидкости с окружающей средой. Ь зависимости от напралконич и интенсивности массообмена течение в той или иной мере отталкивает или притягивает пылевые частицы с капле, влияя тем самим на эффективность их улавливания. Для оценки этого влияния необходимо установить связь скорости стефановско-го течения с параметрами окружающей! среды и движущейся капли. Указанная связь установлена аналитически, исходя из закона ¿нка, определяющего плотность потока наосы одного из компонентов бинарной смеси за. счет молекулярной диффузии при условии, что Р^/Р<< 1 ( - парциальное давлений паров пещестпг капли, Р - давление емэси),'а токло из фо^.'улп ыаксиилла для скорости исплреьия капель с пепраько'; па «4>|<зкг с.чипо^ги стЫс.но некого точения •

II.ЙОГ I! !Д

Щ Р V ' 2Р / Я2 (6 5

где ¿2) - коэффициент молекулярной диффузии; рд - давление п.' вещества капли у её поверхности; - давление паров вещества капли вдали от-нее; - радиус капли; «О - расстояние от центра калли.

Оценкой известных экспериментальных данных о распределении скорости испарения по поверхности сферы установлено, что максимальное расхождение скорости для случаев Рб- 0 и = 1 .имеет место в критической точке и составляет 10 %, т.е. формула (6) спрагэдлива для движущейся капл.., когда число Репнольдса ( = ,

скорость движения капли, 1) - кинематическая вязкость воздуха) изменяется в пределах 0 $ ^ 1 • , т.е. для вязкиго режима её обтекания.

Для потенциального обтекания

1000) скорость стефановского течения определена в рамках теории пограничного слоя на осново известных соотношений Максвелла при общепринятом допущении, что толщина диффузионного пограничного еппя Ь весьма малая величина. В этом случае игкомаь связь имеет вид

при о

Толокна пограничного слсл определяется по полученной формуле о 21?

гДе БЬ ~ местный безразмерный коэффициент массообмена. (число Шервуда), который определен аппроксимацией данных ^реслинга о распределении скорости испарения по поверхности обдуваемого пара.

На основе известного уравнения движения частицы в поле скоростей, формируемым каплей в набегающем потоке с учетом формул (С-Й) разработана математическая модель улавливания пьлевых частиц кш: .ей, учитывающая влияние массоилкена на их с'лияенлз. Сна представляет собой три системы по.и.лейнмх днЛфэреш^.алыгых уравнен, л в безразмерном в"де, соотьегсгвенчо, Ке-П , Ке < 1 » Ре > 1000 с об-

непринятыми начальными условиями. Из результатов численного решения указанных систем уравнений следует, ^о влиячие массообмена на эффективность улавлившшя пыли каллей сказывается при 01<{еЛ000, причем, с росток чисел Рейнольдса и Стокса оно ослабевает. Эффективность уавлыпания частиц тонких фракций при обеспечении условий для конденсации ларов на капле возрастает в два и более раза.

При обеспыливании технологических процессов горнорудных предприятий капли жидкост!. генерируются форсунками в виде фекела орошокия. Изучение взаимодействия факела ороыония с запыленной средой осуществлено путем проведения комплекса экспериментальных исследований. Он включвет определение по известным методикам гидравлических параметров форсунки, визуализацию течен"я в окрестности факела и непосредственно в факеле, изнпрение плотности потока жидкости вдокь оси факела и вдоль его радиуса. Визуализация течения вне факела осуществлялась струйками табачного дыма, а в факеле плоским лучем света, полученным с помощью диапроектора ЛЭТИ-60, в кадрирующую рамку которого вставляется светонепроницаемая пластинка с тонкой щелевиднои прорезью.

результате установлено, что факел орошения, является специфической двухфазной струей, выходящей за рамки известной теории двухфазных струй. Специфика заключается в том, что начальный чипу.чье капель концонтрируется вдоль конической поьзрхности с уг :ом при вс*"шше, равном корнеьому углу факела. Такая неравномерность распределения импульса в пространство приводит к экранизации области факела, прилегающей к его оси, препятствует проникновении воздуха из окружающим среды в эту область. Вокруг оси струи образуется разрежение, под действием которого в наиболее слабом мосте, обусловленном окружной неравномерностью распределения жидкости, периодически происходит прорыв экрана с образованием крупномаежаб-ньк вихрей в объеме факела. Из анализа движениг отдельных капель в факеле счедует, что одни из них эжектируют воздух из окружающей среды, см.рис.1, другие полностью или частично увлекаются к транспортируются эжектируемым вооду: ом, т.е. в факе;^ всегда имеется семейство капель для которых реализуются режимы вязкого и переходило обтекания, когда ыассообмон посредством стефановского течения 'окот существенно влиять на эффективность улавливания частиц пыли единичной каплей.

Взаимодействие факела с окружающей среден начинаемся далеко за его границ.-..ш и подобно взаимодействию газовой струп. Поэтому для

него также спрасадлив вывод э том, что функция распределения дисперсных частиц по размерам, характеризуют^ запыленную среду до взаимодействия, в ходе последнего видоизменяется. Псско..ьку в фа:—'-ле имеются капли, которые подобно пылевым частицам увлекаются ^«ек-тируемым воздухом, то сказанное относится и к распределению капель.

щ-

ь ,«

Ы7

V

ЩШШЫ

щ

• ."¿-чл

■У-г-Ч

Рис Л. Визуализация т( че-нил в окрестности (Ьакела орошения

В этих условиях необходима разработка методов оценки эффективности осаждения пыли факелом как единш целый!, например, через определение интегральных характеристик многофазной струи. Одной из таких характеристик является количество воздуха, ожектируемоо факелом орошончт. Для его определЁния разработан метод, суть которого состоит в том, что факел пропускают через диафрагму, которую устанавливают перпендикулярно оси факела в сечении определения характеристики, осакдают жидкую фазу в-глкрг^ую емкость, а вояпух отводят по радиальному каналу, гцо измеряют скорость его движения. По скорости и площади сечения канала определяют искомую величину. Результаты определения для ,.'*кб-ла форсунки 35-1,6-7Г> при перепад,о давления вс,и на ней Др и расстоянии от форсунки X приведены на рмс.2.

Оценка факела орошения как средства осаждения пыли произведена экспериментально но известной методике. Показано, что при0,25

„___ ( ¿0 " скорость истечения веды,

ГК ~ скорость набегающего на фа-

" ^ кел потока) факел является гидродина-

мическим фильтром со стабильными пропускной способностью и эффект л...остьь очистки запыленной среды независимо от ориен:ации факела относительно вектора скорости набегг«ои;его мл него потока. Получены эмпирические ¡о;мулы, определяющие указанные

Рис.Р..

доличество ь^здуха, зяектируемого факз-ячк орошения

рнстикп для форсунки 35-1,6-75 при 0,2^AR¿ 0,6 МПа и размерах частиц менее GO ыкм гранитной или известняковой пыли, полученной в производственных условиях при дроблении горной массы:

- 0,134 fn дР+ 0,5619 fn Д Р Q<p = 0,929G7e ,

Еф = 0,064 +2,634 дР- 2,ИЗ(ДР)2. >

Аналитически установлена связь эффективности пылеподавлэчия смачивающими агентами с ко центрациой пыли в пробах воздуха и моментами времени, характеры!п.м для их отбора по весовому методу. Она позволяет при увеличении количества проб, по сравнению с известным методом, нэ одну исключить присущую ему методическую погрешность определения эффективности, обусловленную нестабильностью запыленности воздуха во времени. Повышение точности определения эффективности пылеи^давления обосновано аналитически и подтверждено экспериментально.

lia базе выполненных исследований разработаны способ и система пылеподавдения для дробильных агрегатов. Способ основан на докали- . зации и ссазденли пыли струями пара и диспергированной воды в пределах дробилки. Завесл из паровых струЕ предотвращает выброс пъли в пронь^одстиенное помещение через загрузочный зев дробилки. Расстояние от моста вдува пара до зон" дробления составляет 1000 R0. На выходе из зоны дпобления насыщенный паром пылевоздушньгй поток обрабатывается струями диспергированной воды. Система пглеподавления реализует указанны." способ. В её состав входят: цит с управляющей электроаппаратурой; установка парогенераторная; коллектор с соплами .для формирования завесы из паровых струй; коллектор с форсунками 32-1,6-75 для формир ")ва'*ия завесы из "Л ¿j Л диспергированной водь, блок-Лильтра очистки воды от механических примесей; соленоидный вентиль для согласования подачи пылеподллэлгощих агентов синхронно с подачлй горкой к.ассы в дробилку.

До промышленных испытаний системы были определены следующие её технологические параметры: расход пара Q q и расход иода Оводы ' количество паровых сопел P!q количество форсунок |~|<р , а также ?Ф?)йк ¡'иънэсть осажде ля пыли струями, аоды Еф . Указанные пара-гетры опр дслявтся но формула;.::

адр/0з = 2,!8(ахЛго+0,29), Х = Ю001?о ; < " > Пф-Одр/Оф , 0ВОАЬ) Ч6(10ДР)0'БП«,, С 13 )

где Ос- объемный расход лара, м3/с; (^р.расход воздуха чорез дробилку, ьГ/с; К - показатель адиабаты (для сухого насыщенного каре. К «з 1,13); О. - коэффициент турбулентной структуры струи ( С( = 0,075); Р0 - абсолузтное давление пара в коллекторе, откуда происходит истечение, Ц/м*1; Уо - удельный объем пара г "оллакторе, мэ/кг; - см.формулу (9); -'см.формулу (10).

В ходе промышленных испытаний, которьми были охвачены 2к. дробилки (шековыа, конусные, роторные) производительностью ог 39 до 365 т/ч, подтверждена правильность определения параметров г.о формулам (9-13), получена формула для определения эффективности обеспыливания дробилки струями пара :

Еп=-32/И3 + 0,238ТЧ259 Ю4Т;%7ЭЯ*308°К;< и > ЕП = 0,367 + 0,19СН(Г2Т, 247^Т<273°К, , 15 >

где Т - температура окружающей среды

Установлено, что общая эффективность обеспыливания при совместном применении воды и пара составляет 0,90-0,98 и определяется формулой

ЕИ-(1-ЕП)(1-Еф). ( ю '

Подтверждено также, установленное теоретически увеличение эффективности осаждения пыли тонких фракции. Частицы размером 0-9,8 кмк подавлялись испытуемой системой с эффективностью 0,86-0,98, которая в два и более раза выдаз, чем при орошении.

Решением междуведомственной комиссии система рекомендована к внедрению. Внедрено более 100 комплектов системы с обртчм экономическим эффектом I г_ш.руо.который достиг, зтоя в основном'за смет снижения капитальных и эксплуатационных затрат. При это! кш«дыи

комплект исключил выброс в окружающую среду примерно 100 тонн пыли в год. Результаты выполненных исследований зошли в разработанный совместно с .ЛЛИОТСТРОМ руководящий технический материал и реализованы в проекте обеспыливания роторной дробилки на Чечено-Ингушском цементном заводе.

С целью распространения результатов исследований на другие технологии горного производства разработана способ и устройство для обеспыливания струям; пара и диспергированной воды станков шарошечного бурения. Изготовлен экспериментальный образец устройства для. станка 2Ш11-200. Его прогнозируемые показатели: эффективность обеспыливания до 99,9 %; расход воды 8 л/мин; экономическая эффективность 20 тьш.руб. в год на I станок за счет увеличения стойкости долот и скорости бу, зния.

ЗАКЛЮЧЕН И 1:1

В ,;\ссертации дано новое решение актуальной научно-технической задачи - разработаны способы и средства обеспыливания воздуха турбулентными стоуяыи, внедрение которых позволяет существенно снизить выброс пыли в окружаюи;/ю среду.

Получены следующие основные результаты:

1. Разработаны математическая модель динамики эжектируемых струей пылевгк часа щ и методикр экспериментального определения

их траекторий, позволившие установить соответствие модели реальности при нулевом роторе скорости индуцированного течения. Путем определения функции тока течения разработан метод расчета проветривания карьера вертикальной изотермической струей, адекватно отражающий физику процесса вне './рбулентной области.

2. Установлено, что струя холодного воздуха обеспечивает очистку сроды с характерными для добычи угля на больших глубинах температурой и влажностью. Конденсационное укрупнение происходит в зоне, вытянутой вдоль оси струи на т00 ттадиусов ее нгчсльного сечения. Эффоктивнс 1ть осаждения I _>е выкает 96 % при исходной запыленности не более 0,5 г/м3, перепаде температур в 60 градусов, н; чал^ном расходе сгруи, обеспечивающем гчекцию все. о объема среды через указанную зону, и пребывания там частиц не менее 15 с. На этой основе предложен способ очистки атмосферы глубоких угольных шахт.

3. Рекомендовано конденсационное укрупнение в струе насыщенного пара, развивающейся в сргде с температурой и влажностью, характерном дл! поверхностных комплексов, из-за повышенного расхода пара ограничить гидрофклизацией поверхности частиц путем вдува струи

в .-.реду с. аат'ленностьп Ь г/г3 и бол-зе при скорости истечения близ-

кой к звукслай.Д;я осаждения частиц паро-пылевездушнуо смесь за зоной гидрл|)ялиэац!1и, вытянутой на 1000 радиусов начального сечения струи, следует пропустить через фильтр, не требующий регенерации: поток горной массы, факел орошения и т.п. Рекомендации реализованы в разработанном способе обеспыливания дробилок.

А, Установлена сбя^ь скорости стефянозского течения с параметрам;) капли жидкости при вязком и потенциальном _ ежимах гз движения и о«ругающей среды. Разработана математическая модель улавливания пиленых частиц каплей, уитыпающая влияние мо.есообыенр на их сближение. У .тановлена возмолшость интенсификации улавливания пыли, ос сбенно тонких её фракций, при создании условий для конде'хац'ди паров на каплях фшсела орошения.

5. Изучено г.запмодеистЕие факела ороаенил с запиленной средой. Установлено, что сн является специфической струей, аихсдя^и за ранкп теории двухфазных струй. Разработан .'-етод определения расходе, эжектируенсго гоздуха в зависимости от давления вода и удалении от корня факела. Определены условия взаимодействия, позволяющие тепретиропать факел как фильтр со стабильными производительностью и эф4!е;''г'1п:10й1'ью очистки, для расчета которых по данным лабораторного эксперимент получены эмпирически^ формулы и обоснована возможность их ^аспрс--"гранення на натуру.

6. Устранена методическая погреоность определения объективности сбеспылипакия при подаче смачивателей в очаг пшевыделения за счет увеличения на одну количества проб воздуха на запыленность и использования установленной аналитическим путем связи эффективности с 70нцентрацион пыли в пробах и моментами времени, характерными для установигжейся методики их отбора.

7. Разработаны способ пылеподавления, замечающийся в струпной подаче насыщенного пара в зону дробленш горной массы лреэ загрузочный зев дробилки и обработке паро-пылезоздушного потока на выходе из нее* 2Tpy.Ti.iii диспергированной воды, и реализующая способ система пылеподавления с автономны).: источникам пара - проточным электропарогенератором электродного типа.

8. С целью распространения результатов исследовгний на другие технологии горного производства разработаны способ п. устройство обеспыливания струями папа и диспергированной воды г^юцесса бурения вэрпных сквалпн на карьерах. Изготовлен эксперамонт&льнш оо-ра^ец устрогстпа для станка шарошечног бурения 2СК1]-?.00.

9. Но результатам исследований и промышленных нст^ании с.ютом/

пылеподавления для дробилок разработана методика расчета её технологических параметров, которая вошла в нормативный документ, разработанный ИГ*Л АН Украины совместно с НИПИОТСТРОМ и являющийся руководством по проектированию подобных систем, На камнедробильных заводах разли"ных ведомств внедрено более 100 комплектов системы с экономическим аффектом 8-13,4 тыс.руб. на один комплект. Каждый из них предотвращает выброс в окружающую среду примерно 100 тонн пыли в год, улучшая околсгическую ситуацию в районах размещения заводов.

Основную положения и результаты работы изложены в следующих __публикациях:_

1. Андреев A.A. Конденсационный способ борьбы с пылью на х'лубоких угольных шахтах; АН УСС^ ИПМ. - Днепропетровск, 1979. - 5 с. -Дел. в ИШТИ Ji» 3373-79.

2. Анд; )ев A.A. Эффективность столкновения капли с пылавши частицами в потенциальном потоке с учетом массообмена; АН УССР ИПШ.

- Днепропетровск, 1930. - 12 с. - Деп. в ВИНИТИ F? 4312-80.

3. Андреев A.A. Осаждение частиц пыли на каплях в условиях массообмена с вязким потоком; АН УССР ИГТМ. - Днепропетровск, 1980,-Э с. - Деп. в ВИНИТИ № 4313-80.

4. Андреев A.A. О лзаимодействп затопленной турбулентной струи с запыленной средой; АН УССР ИПМ. - Днепропетровск, 1980. -12 с.

- Деп, в ВИНИЛ! № 4314-80.

5. Грецккгер Б.Е., Шинковский В.А., Андреев A.A. О скорости стефа-новского течения: АН УССР ИГТМ. - Днепропетровск, 1980. - 9 с.

- Деп. в виши: юв50-в0.

6. Влияние массообь'на ;.а эф$ективность столкновении витающих частиц пыли с неподвижной каплей / Б.Е.Грецингер, В.А.Шинковский, А.А.Андреев, С.В.Галатова; АН УССР ИПШ. - Днепропетровск, 1980.

- II с. - Деп. в ВИНИТИ № 3849-80.

7. О мех£ ¡изме коагуляци/. при взаимодействии струйных течений пыле-подавляющих агентов с запыленной средой / Б.Е.Грецингер, В.А.Шинковский, А.А.Андреев, И.й.Чемирпс.// Аэродисперсгале системы и коагуляция аэрозолей; Всесоюз.науч.-техн.конф. (г.Караганда, 25-27 мая 1982 г.); Тез.докл. - М.. 1982. - C.I0I-I02.

ь. Система конденсационного пылеподавления / И.Ф.Чемерис, А.А.Андреев. В.П.Горб, В.П.Кухаренко.// Там же. - М., 1982. - C.II5-II6. 9. Тренинг/р Б.К., Шинковский В.А.. Андреев А.Р Оценка влияния млссообмыа на объективность столкновений частиц с каплей в пы-

J.7

лвиэадушюн потоке; АН yCXJP ¡TIM. - Дч.гпропотрово.?, l'Jdl. 9 с.- Деи. ь Ь'ЛИЛТ'Л № 6370-04. Ю. 1'рьцингер Б.Е., Андреов A.A., Андролчиико i.A. I'. ¡-.асччгу и: о-ветриэашя осесимме -ричиих карьерой ре^икальч-ли струш.м -г.-реэ вторично.) течения; Aii УССР i'i'iV.. - Днепроивтрл-ск, - с. •->!). п hiüLiT.i

11. Андрезв A.A., АндрзПчоино Т.ч. Определен.«» '.,.•>: тип.'чл.:, выэиваекьос вертмка-чьк'лм струями а ocecmw тричнсч хармм-чл, АН УССР ИПМ. - Днепропетровск, 19Ьэ. - 14 с. - деп.и u.l.VW № 7671-аЗо.

12. Система хопдинсациош-.ого пилбподавлшим дл* !:|«дот«{аци>!.:.ч ••:/<-росов годи в a'inoct-эру пр.; годной иааи / .l.i.'i'.';-. .■;:.', , Ь.Ц.Горб, Б.К.Грецингор, Ь.А.иликоч^киГ;, о. ■'.. ч.ч-лий.Р.п.Розм.жов. - Днепропетровск. 19i&>. - I о.

13. Некоторое riopcnuKTiiBiiLw способы коагуляции аэ^кюлой / f1 -цнкг./р, й.л.ьг.пковечий, А.Н.Анлреоа, ■..!'.С.■:лч".а.// Aaj^i'-

нь.о c'.ictohu и •:одгул;(ц-,.я'а:<;:о:илс;1; I! Бсосовд.лмуч.-т.г.т.кои;. (г.Караганда, IU-2U мая 19ов р.); 1'ез.докл. - Ii., I&M. -U.iü-lJ.

14. Нзаимодейстпич факела орошения с знпилемной сгодо.! / b.K.i't»"-ци.чгер, £.Д.П:шковскш1, A.A.Агдреов // Таи v.«. - ; iv'äu. -С. 24-25.

Сзнько Л.Г., Ачдрие^ A.A., Ломика Б.!'. Utile подпадем, и; с ■ нгжием пира на дрооиыых агрегатах цм-онтш» аакод'Ш // .кту-axtu'jo проблемы зчшты окручаь'цо!'. сро/ф. и oxi.^u. тру;;'-»; V:-;',.• НПО Соизстромэкодогия. - Новороссийск, I9Ü43. - С.Кь-ХЛ.

16. Андрэов A.A. ¿кспориыоитальноо определение xv£<:><uc?u4 «кодируемого факелом орожнлн; А.» УССР 'rllTii. - Димро^етроиск, I9&3. - 7 с. - Д«п. j Ы.ьГМ Я- ЛИО-ЫкЗ.

17. Андреев л. А. Ü «¿..оторых осооокностда з*«гкции зонтичного i; орошо^'м; А:; УоС;' - Днепропетровск, I9cto. - 13 с. Д-ги. ¡>

dl к

IÖ. Рулчт A.i., Андроав л.А. О методический иогр'яыоот:: оиртдзлии.и« и-Г);к!КТ.1Ь.чо("Г11 |1!:;11!пода!;лен.'я; А.ч УССР кГТ.«. - Д"И1р>п*10о"СН, I990. - 16 с. - ь JUI.uir.t К-19. A.c.ült'ilb СССР. '¿л.1'1 п Iii У о/Си. Скосоо сиасонля замкияйл-

С.ТЛ руДМИЧМО!', аТМОСф^рЧ/ Ü. A.iL'l-KOSCKÜii, л.п.л.ЧЛР'зиЬ, C.b.nl'.j-

м-оь - -Л'.' 'j.i. ¿;.о7,7ü. >/ ¿'. .

£0. д.с. ÖoVÖO? ССОР, 6 21 i-' Ь/ОС. Сносоо -р»"'

.;.Pü'j::en;i.' гордой 'леи11/ .i.n..ji,ii: "-'-'ч, Б.л. Лооцпшч-'р,

i\.i.b'f3H.n«¡i. - Опубл. :>J.IÜ.Ü2. Бил. № 40.

. A.c. \hö4ül СССР, iüú'i0 Ь 02 С 22/24. Система лылеп давления/ i!.i.4f;.vup¡n'., Ь.П.ГорО, Б.К.Грзцикгер, В.л.Янковский, А.А.Андрэ-чи. .¿.Л.Кактаимкко, rJ.А.Чалый, Р.а.Резлйкоо. - Опубл.07.Otí.Ü2. Ьг.п. $ 29.

5.<. Л.с. ХЗОоЗЭО СССР, MKi' Ü 21 Р 5/00, 1/00. Способ определения iwp-iveTpob ^»кал-л ороаоиия / А.А.Андреев - Опубл. 23.04.67. Ь'ал. ¡i 15.

¿.'-'i. и.о. Io'SjZ'A СССР, МЫ!"* ¿ 21 С 7/00. Способ пыяеподавления при ?уро.пи Д-.Е.Грг.цмпРйр, Б.А.шнпиовскпЙ, А.А.Андреев, С.В.Гала-■imoü, О.А.Аяфсров. Опубл. 23.09.ifr. Шл. № 35. .i.e. i;>I3I5i COCI3, МИ'4 К 2I Р 5/00. Способ определения оЗДек-jMiiiiOcrt: 'подавления пыли в кзето еэ образования . /Л.А.Андреев. -Onyuí. 07.10.с.9. Lra.,!¿37.

. '). A.c. 1Ь2Ь903 СО/О?, Ж'/' Е 21 С 7/00. Гимеподавлякдее устройст-F.P а,1:« йуррпых ci'wixob / Б.fe,.Гро.икгер, В.А.Шинкоьскнй, А.А.Анд-í'hTj, i'i.'i.'icwyjy.c, В.П.Гор<1. O.A. Алферов, С.ИЛ'олатоса. -Опубл. L>.r¿.t>9. 1>ыв. .V 46.

к in,и к 'ifu.iTii

. -Т"! . .Mi'] 1,1)

¿ f. Vi .91'

'J-ojtmuv tüxB4/K> ¿'ч.-иод.лчет i,0

i'.'.'.Ti'O" ynívi.'ii' ми:, i mv(,v.T,». ••I i ¡> 'l>"l, . . I vintvi,.,-.