автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Совершенствование процессов сухого пылеулавливания зернистыми слоями

На правах рукописи

МАНЬКОВ АЛЕКСАНДР АЛЕКСАНДРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СУХОГО ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ ЗЕРНИСТЫМИ СЛОЯМИ

Специальность 05.17.08 - Процессы и аппараты

химических технологий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж - 2008

003451519

Работа выполнена на кафедре «Процессы и аппараты химических и пищевых производств» Воронежской государственной технологической академии (ВГТА).

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Красовицкий Юрий Владимирович

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Энтин Владимир Исаакович

доктор технических наук, доцент Уколов Андрей Александрович

Ведущая организация - ОАО «Подольский завод огнеупорных

изделий»

Защита диссертации состоится 2008 г. в «/£> час. на за-

седании диссертационного совета Д 212.260.02 Тамбовского государственного технического университета (ПТУ) по адресу: г. Тамбов, ул. Ленинградская, 1, ауд.60.

Отзывы в двух экземплярах, скрепленные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 392000 г. Тамбов, ул. Советская, 106.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета, доцент Нечаев В.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Выполненная работа посвящена изучению и развитию процесса энергосберегающего сухого пылеулавливания, обеспечивающего снижение энергозатрат на процесс очистки и возвращение уловленной пыли в технологический процесс, повышение рентабельности производства и достижение социально-экологической эффективности мероприятий по защите окружающей среды.

В качестве объектов исследования нами использованы технологические процессы в огнеупорном и керамическом производстве (ОАО «Семилукский огнеупорный завод» и ПКФ «Воронежский керамический завод»), отличающиеся разнообразием пылевыделяющих агрегатов (дробилки, сушильные барабаны, печи обжига и т.д.) и настоятельной необходимостью обеспечения норм ПДВ в целях защиты атмосферы. Предлагаемые в работе средства и методы для достижения требуемых результатов в значительной мере приемлемы и для смежных отраслей промышленности.

Актуальность темы.

Производство огнеупорных и керамических изделий отличается разнообразием технологического оборудования, предназначенного для дробления, измельчения, классификации, транспортировки и обжига твердых, гранулированных и порошкообразных материалов и является достаточно серьезным источником пылевыделения в производственные помещения и окружающую воздушную среду. При этом теряется значительная часть дефицитного сырья и возникают условия для нарушения действующих санитарно-гигиенических норм. Например, в России предприятиями по производству огнеупоров ежегодно выбрасывается в атмосферу свыше 2 млн. тонн неорганической пыли. На территориях, примыкающих к огнеупорным заводам, годовой осадок пыли достигает 7 кг/м2, а размеры частиц колеблются от 0,01 до 1,0 мкм, что наиболее опасно для органов дыхания.

В этих условиях особое значение приобретает не только всесторонний анализ и оптимизация уже действующих пылеулавливающих комплексов, но и развитие наиболее перспективных технологий процесса пылеулавливания.

В этой связи особый интерес представляют зернистые фильтрующие слои, отличающиеся дешевизной, доступностью, прочностью, термостойкостью, высокой степенью очистки, возможностью регенерации различными способами, коррозионно- и окалиностойкостью, способностью противостоять резким изменениям давления, что позволяет обеспечить требуемые показатели нормативов качества.

Зернистые слои обеспечивают не только предельно-допустимые выбросы (ПДВ), но и создают условия для организации на отдельных участках производства безотходной технологии.

Концептуальные условия применения зернистых фильтровальных слоев изучены Ю.В. Красовицким, аэродинамические аспекты проблемы - Е.В. Асмо-ловой и В.Г. Ивановой, математическое моделирование процесса - Е.А. Шипи-ловой и Л.И. Щегловой, методологические вопросы - Н.Ю. Карнеевой, анализ различных способов регенерации фильтровальных перегородок такого типа -

В.Я. Башкардиным и С.Ю. Пановым, конструктивное оформление процесса -A.B. Малиновым и Н.М. Анжеуровым.

Несмотря на возрастающий интерес к слоевым зернистым фильтрам, ряд вопросов, связанных с их исследованием и практическим применением, изучен недостаточно, что в значительной мере сдерживает их внедрение и требует комплексного решения следующих задач: дальнейшее рассмотрение и развитие важнейшего механизма процесса - турбулентной миграции частиц к стенкам поровых каналов зернистого слоя; дополнительный анализ кинетики фильтрования на реальных пылегазовых потоках и интерпретация полученных результатов в обобщенных переменных для прогнозирования важнейших эксплуатационных параметров - чисел Эйлера, гомохронности и коэффициента проскока пыли; изучение и корректировка параметров регенерации зернистых слоев для. определения оптимальной зоны их применения; активная идентификация изучаемых динамических объектов, предусматривающая априорное ранжирование технологических факторов, влияющих на процесс фильтрования; сравнение энергозатрат, эффективности и эксплуатационных параметров зернистых фильтров и других пылеуловителей.

Поэтому актуальность углубленного изучения процесса пылеулавливания зернистыми слоями из технологических и аспирационных газов достаточно очевидна.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планом НИР кафедры «Процессы и аппараты химических и пищевых производств» Воронежской государственной технологической академии (№ госуд. регистр. 01960006217).

Цель работы - совершенствование процессов сухого пылеулавливания слоевыми зернистыми фильтрами из технологических и аспирационных газов и обеспечение требуемых норм ПДВ.

Эта цель достигалась комплексным решением следующих задач: изучением перспектив применения зернистых слоев для обеспыливания технологических газов и аспирационных выбросов и формулировкой концептуальных подходов к решению проблемы; анализом механизмов, гидродинамических особенностей и специальных видов фильтрования; разработкой условий представительного методологического обеспечения экспериментов; представлением результатов экспериментов в печати и обсуждением их в рамках научных форумов; прогнозированием перспектив развития и внедрения зернистых фильтров на предприятиях химической промышленности и в смежных отраслях техники; техно- и социально-экономической оценкой разработанных решений и рекомендаций.

При этом в основу теоретических и экспериментальных исследований положены классические закономерности механики аэрозолей, фильтрования и аэрогидродинамики пылегазовых потоков, разработанные Н. А. Фуксом, И.В.Петряновым-Соколовым, Е.П.Медниковым, В.А.Жужиковым, Т.А.Малиновской, Ю.В.Красовицким, А.Ю.Вальдбергом, которые в сочетании с извест-

ными монографиями Г. М. Гордона, ИЛ.Пейсахова и П.А.Коузова обеспечили получение представительных и устойчиво воспроизводимых результатов.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- показан перспективный характер дальнейшего совершенствования зернистых фильтрующих слоев при организации высокоэффективного пылеулавливания в широком диапазоне изменения физико-химических и гидродинамических параметров пылегазовых потоков и геометрических характеристик зернистых слоев;

- получены новые информационные, расчетные, конструктивные, экспериментальные, методические и эксплуатационные данные для решения этой проблемы;

- изучены условия образования автофильтра и механизмы процесса высокоэффективного пылеулавливания этим слоем. Проведена углубленная расчетная оценка механизма турбулентной миграции частиц к стенкам поровых каналов зернистого слоя с разработкой конкретных инженерных рекомендаций;

- изучена кинетика процесса фильтрования при постепенном закупоривании поровых каналов слоя и отложении осадка на его поверхности. Получены расчетные зависимости в обобщенных переменных для прогнозирования важнейших эксплуатационных параметров - чисел Эйлера, гомохронности и коэффициента проскока пыли;

- экспериментально проверены параметры регенерации зернистых слоев и сформулированы соответствующие рекомендации производству;

- впервые выполнен анализ процессов истечения и засасывания пылегазо-вого потока через цилиндрические фильтровальные перегородки и на этой основе сформулированы инженерные рекомендации по технологическому и аппаратурному оформлению процесса пылеулавливания;

- предложен расчет социально-экономических преимуществ при использовании зернистых слоев в качестве высокоэффективных пылеуловителей;

- при формировании методологического обеспечения работы четко разграничены возможности изокритериального и изокинетического способов пылегазовых замеров;

- разработаны многоцелевые экспериментальные стенды, представляющие интерес для смежных отраслей промышленности: в производстве асфальтобетона и строительных материалов, в теплоэнергетике, в химико-фармацевтической промышленности;

- предложено обобщенное соотношение «затраты-выигрыш» при использовании зернистых фильтров для обеспечения стандартов качества атмосферного воздуха.

Практическая ценность диссертации состоит в разработке рекомендаций промышленным предприятиям: Семилукскому огнеупорному заводу - внедрение рекомендаций в цехах №1-4 в системе реконструкции аспирационных систем технологических агрегатов, использование ЦЗЛ завода методологических рекомендаций по проведению пылегазовых замеров; Воронежскому керамическому заводу - внедрение зернистых фильтров на участках складирования ис-

ходного сырья, растаривания кусковых и сыпучих материалов, загрузки шихты в шаровые и коллоидальные мельницы, молотковые и щековые дробилки, во вращающиеся печи для варки фритты. Предложены зависимости, обеспечивающие уточненный расчет гидравлического сопротивления зернистых фильтров и своевременную корректировку эксплуатационных параметров.

Отдельные результаты работы используются систематически в практике ряда высших учебных заведений - Воронежской государственной технологической академии и Московском государственном университете инженерной экологии (новые конструктивные решения зернистых фильтров), Липецком эколого-гуманитарном институте (расчетные зависимости для курса промышленной экологии).

Специальные рекомендации по методике и проведения пылегазовых замеров выданы Федеральной службе по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Территориальному управлению по Воронежской области).

Апробация работы. Результаты выполненных исследований доложены и обсуждены: на ХЫУ (21-23 марта 2006 г.) и на ХЬУ (21-23 марта 2007 г.) отчетных научных конференциях ВГТА (г. Воронеж), на IX Региональной научно-практической конференции «Проблемы экологии и экологической безопасности Центрального Черноземья РФ» ( 7 декабря 2005г., ЛГТУ, г. Липецк), на 2-й Международной научно-практической конференции «Составляющие научно-технического прогресса» ( 21-22 апреля 2006 г.,ТГТУ, г. Тамбов), на IV Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы индустриальных мегаполисов» ( 5-7 июня 2007 г., МГУИЭ, г. Москва).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 работ, из которых 6 в ведущих научных журналах из перечня ВАК.

Структура и объем диссертации. Структура работы: основные условные обозначения, введение, пять глав, основные выводы, список использованных источников из 73 наименований и приложения, включающего документы, подтверждающие практические результаты диссертации.

Основной объем работы - 131 стр., в том числе, 34 рис., 9 табл.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель работы и задачи исследований, указаны объекты и предметы анализа, методы проведения экспериментов, научная новизна диссертации и положения, представляемые на защиту, практическая ценность и апробация полученных результатов, личный вклад соискателя в работы, опубликованные в соавторстве и структура диссертации.

В первой главе рассмотрены перспективы применения слоевого зернистого фильтра для тонкой очистки технологических и аспирационных потоков. Собраны достоверные и воспроизводимые сведения о массовых концентрациях, дисперсном и химическом составе, удельном электрическом сопротивлении,

слипаемости, абразивности и аутогезионной прочности реальных промышленных пылей. Анализ технологических особенностей и характеристик пылегазо-вых выбросов этих производств позволил оценить токсикологическое воздействие пыли на организм человека. Онкоэкологический мониторинг ситуации, приведенный в работе, позволяет оценить масштабный характер ситуации и разработать соответствующие инженерные решения проблемы пылеулавливания. Обзор и анализ способов и аппаратов для тонкой очистки пылегазового потока позволил отдать предпочтение зернистым фильтрам, обеспечивающим весьма высокую эффективность пылеулавливания высокодисперсных токсичных пылей и надежную защиту организма человека в сочетании с улучшенной возможностью утилизации пыли. Такой подход обеспечивает, как показано в работе, существенные экономические преимущества при реализации предлагаемого способа.

Выполнено технико-экономическое обоснование процесса обеспыливания и утилизации пыли зернистыми слоями.

Сформулированы основные направления работы по развитию гидродинамических и технологических условий эксплуатации пылеуловителей.

Во второй главе рассмотрено комплексное методологическое обеспечение экспериментов.

Абсолютное предпочтение в работе отдавалось проведению экспериментов на реальных пылегазовых потоках, отбираемых непосредственно из промышленных газоходов. Организация экспериментов на реальных пылегазовых потоках обеспечила высокую достоверность и практическую ценность результатов, так как позволила избежать достаточно трудоемкого и крайне ненадежного моделирования пылегазовых потоков в лабораторных условиях.

При проведении пневмометрических и пылегазовых измерений, обеспечивающих достаточно представительный характер получаемых результатов, в работе использованы известные методики НИИОГАЗа, обеспечивающие достаточно представительный характер получаемых результатов. Для наиболее распространенного в производственной практике круглого сечения значения средней скорости \ук определяли по формуле:

о ^ К/ (1)

где - значение истинной скорости в ¡-ой точке сечения, м/с; у- расстояние ¡-ой точки от оси сечения, м; наружный радиус кольцевого сечения, м.

При изучении нестабильных пылегазовых выбросов в работе применены прямые методы определения запыленности, связанные с применением заборной трубки с внешней или внутренней фильтрацией отбираемой пробы пылегазового потока.

Анализ различных подходов к определению массовой концентрации дисперсной фазы в пылегазовом потоке показал перспективный характер изокрите-риальной концепции отбора проб пыли, разработанной Е.П. Медниковым, при которой внутреннее и внешнее числа Стокса (БИ^, 51кс) определяют по формулам:

StkrUiTp/Dj, (2)

Stke=ueTp/De, (3)

где Dj, De - внутренний и внешний диаметры устья зонда; u„ ие - скорости снаружи и внутри устья зонда; тр - время релаксации.

Нами использована пылезаборная трубка с неохлаждаемыми графитовыми и стальными наконечниками, прошедшая длительную экспериментальную проверку при выполнении замеров в промышленных газоходах.

Усредненное значение величины zcp определялось как средневзвешенное по скорости из всех проведенных замеров по сечению при снятии поля запыленности. При проведении дисперсного анализа пыли в работе использованы квазивиртуальные импакторы НИИОГАЗа, успешно зарекомендовавшие себя в нестабильных производственных условиях движения пылегазовых потоков.

Интерпретация результатов дисперсного анализа реализована нами в логарифмически-нормальном распределении (JIHP), что позволило представить полученные данные в виде прямых и охарактеризовать их всего двумя величинами: средним медианным диаметром частиц с1т и средним квадратическим отклонением логарифмов диаметров частиц lgo4.

Важнейшей составной частью методологического обеспечения экспериментальных исследований является активная идентификация исследуемого динамического объекта, которая предполагает не только проведение отсеивающих экспериментов, но и априорное ранжирование, учитывающее мнение специалистов о влиянии факторов. Выполненное нами ранжирование безразмерных комплексов - числа Рейнольдса, коэффициента гидравлического сопротивления £ , чисел гомохронности, Стокса, Пекле, параметров механизма касания, седиментации, электростатических сил, концентрации, термофореза и турбулентной миграции - показало, что доминирующими безразмерными комплексами в интересующей нас гидродинамической области, отвечающей практическому использованию зернистых фильтровальных перегородок для обеспыливания газов, являются Re, С,, Stk, Но, D.

В работе использованы цеховые опытно-промышленные установки и специальное оборудование ЦЗЛ ОАО «Семилуский огнеупорный завод», модифицированный автором стенд, лабораторные установки отдела №31 АО «НИИОГАЗ», а также лабораторные стенды кафедры ПАХПП ВГТА.

Погрешность при проведении пневмометрических и пылегазовых измерений в работе оценивали по нормальному закону распределения ошибок (закону Гаусса). При этом максимальное расхождение результатов теоретических и экспериментальных исследований составляет 12-46% с доверительной вероятностью 0,95.

В третьей главе рассмотрены механизмы и особенности кинетики фильтрования аэродисперсных систем зернистыми насыпными слоями.

При фильтровании промышленных пылей зернистыми слоями турбулентный режим наступает при критическом значении Re, намного меньшем, чем для

гомогенного потока, так как частицы пыли являются дискретными турбулизато-рами, дестабилизирующими устойчивость ламинарного течения.

Выполненная нами обработка опубликованных данных показывает, что для зернистых слоев из сферических и несферических гранул режим фильтрования лежит в пределах 0,5<Ке<11. Нами установлено, что турбулизация потока в поровых каналах приводит к тому, что размер удавливаемых частиц оказывается намного меньше минимального размера поры и определяется совместным действием различных механизмов - инерционным осаждением, зацеплением, седиментацией, диффузией, кинематической коагуляцией, турбулентной миграцией, термо- и электрофорезом и негидродинамическими факторами (магнитными, электростатическими и акустическими полями).

Улавливание частиц пыли в зернистых слоях подчиняется закономерностям, которые справедливы и для волокнистых фильтров. Поэтому при изучении эффективности влияния каждого механизма на процесс улавливания аэрозолей исходят из идеализированной модели фильтра, состоящей, как это принято при изучении волокнистых материалов, из одинаковых параллельных цилиндров, расположенных в шахматном порядке на определенном расстоянии друг от друга.

Оценка реальной эффективности различных механизмов г| может быть представлена зависимостью вида:

Г|=Р1к, Я, Б, Г)ЭЛ,Г|Т.М.) (4)

где - число Стокса; Я, О - параметры, характеризующие эффективность прямого зацепления и диффузии; г|эл - параметр характеризующий эффективность электростатического осаждения; г)тм - эффективность осаждения за счет турбулентной миграции.

В общем случае:

Л=1-(1-Л5.0(1-Г1к)(1-Ло)(М1эл) (5)

где %к, т]К, г|с, Г),„ - эффективности инерционного осаждения, за счет касания и диффузии и за счет электростатических сил на отдельном изолированном волокне.

Тогда:

К=К51к'Ка"Ко'Кэл (6)

где К, К51ь Кя, К0, Кэл - общий коэффициент проскока, коэффициенты проскока за счет инерционного осаждения, зацепления, диффузии и электростатических сил.

Общая эффективность всегда больше, чем эффективность за счет отдельных факторов, но меньше их суммы.

В работе установлено, что инерционное осаждение симбатно с размерами, плотностью частиц и скоростью течения. Осаждение, обусловленное эффектом зацепления, возрастает с размером частиц и не зависит ни от их плотности, ни от скорости течения. Седиментационное осаждение симбатно с размером и плотностью частиц и антибатно со скоростью течения. Диффузионное осаждение анти-батно скорости течения и размерам частиц и не зависит от их плотности.

Особый интерес представляет анализ турбулентной миграции частиц к стенкам поровых каналов зернистого слоя, который позволяет считать этот механизм при обеспыливании газов зернистыми слоями не менее важным, чем классические механизмы инерционного осаждения, зацепления, седиментации и диффузии.

В работе показано, что эффективность осаждения за счет механизма турбулентной миграции Этм определяется по формуле:

Г 4 1 эп,м =1-ехр ——™„т„риб .

^ (7)

где с1э - эквивалентный диаметр поровых каналов зернистого слоя; и^ -скорость турбулентного осаждения частиц; Тпреб =НЛ\',| - продолжительность пребывания частиц в приделах слоя толщиной Н.

Этот вывод делает перспективным использование данного механизма осаждения при создании глубинных скоростных зернистых слоев.

Градация процесса фильтрования полидисперсных аэрозолей промышленного происхождения на стационарный и нестационарный режимы позволила нам впервые использовать вероятностную модель вида:

\+егД а—

м>

(8)

ЦКгт а = -

где , Дрс - гидравлическое сопротивление пылевого слоя; XV-

линейная скорость в поровых каналах; т]м - максимальное значение эффективности; ц - динамическая вязкость; I - период времени; т - время релаксации.

Выражение (8) использовано нами для оценки зависимости

На рис. 1 приведены полученные автором результаты обработки экспериментальных данных в вероятностной системе координат, при фильтровании запыленного кварцевой пылью воздуха через зернистый и стеклотканевый фильтр.

Таким образом, задачи эксперимента можно сформулировать так:

- создать в производственных условиях или использовать имеющиеся экспериментальные стенды и провести исследования процесса фильтрования полидисперсных аэрозолей промышленного происхождения зернистыми насыпными слоями;

- определить оптимальную гидродинамическую область фильтрования насыпными зернистыми слоями путем анализа экспериментально полученной зависимости вида К=/(Яе)\

- определить оптимальные способы и параметры регенерации зернистых

слоев;

- разработать рекомендации производству и обеспечить программное сопровождение полученных расчетных зависимостей.

Рис. 1. Зависимость эффективности пылеулавливания от (Др/\у) ' в вероятностной системе координат.

1 - зернистый слой при скоростях фильтрования, м/с: о - 1.18; □ - 0.21; х -0.28; Д - 0.33;+-0.42.

2 - стеклотканевой фильтр при скоростях фильтрования, м/с -102: А -1.35; в-2; • -2.6.

В четвертой главе выполнены анализ и сопоставление полученных автором результатов с математическими моделями других авторов, что позволило выявить ограничения, присущие соответствующим моделям процесса. Рассмотрены экспериментально полученные интерполяционные модели процесса фильтрования, проведены исследования механической прочности гранул зернистых слоев, обоснованы параметры процесса регенерации зернистых фильтровальных перегородок. Определено гидравлическое сопротивление фильтровальных перегородок цилиндрической формы при истечении и засасывании пылега-зового потока.

При исследовании механической прочности гранул для имитации условий, максимально приближенных к регенерации импульсной продувкой, была разработана экспериментальная установка, состоящая из фильтрующего элемен-

та диаметром 50 мм и высотой 200мм и компрессора с вентилем типа СВМ для подачи кратковременных импульсов сжатого воздуха.

Размер зерен - 1-3 мм, высота слоя Н = 0,15 м. Результаты экспериментов представлены на рис. 2 зависимостью п!-п21п\ =ф^ф), где пь п2 - массы навески до и после эксперимента; Иф- число импульсов общее и за одну регенерацию.

Рис. 2. Зависимость : П|-П2 /щ =ф(Ыф)

1 - кварцевый песок (20°С); 2 - магнезит (20°С ); 3 - кварцевый песок (380°С); 4 - марганцевая руда (20°С); 5 - доломит (20°С ).

Наиболее высокой механической прочностью из испытанных материалов обладали кварцевый песок и магнезит, рекомендованные в дальнейшем для организации зернистых фильтровальных перегородок с несвязанной структурой.

При исследовании кинетики фильтрования нами была получена зависимость Др = Дт), представленная на рис. 3. Здесь кривая 1 показывает кинетику изменения перепада давлений на лобовом участке слоя 1 ( Н1 = 10мм); кривая 2 -перепад давлений на 1 и 2 участке и т.д.

Общий перепад давления характеризуется кривой 4.

Лр1+2...+4 = ¥(<)•

(9)

Такая форма обработки данных удобна, так как перепад давлений на любом участке в произвольный момент может быть определен как разность соответствующих ординат в этот момент. Так, отрезок ВС определяет значение Ар на участке третьего зернистого слоя.

Ар Ю-2 Н/м2

15

10

Кривая 1.4р1 = £(т)

? 3.Лр1+2+3 ~ Ф(1) 4.Др1+2+з+4= т

/ г9

-•••.:2л1.;'-: / 1

9

7 / 1

к С/ у -П-

1 / / /

1 / и / /

41г

\

( 5 Iе'' ■ч

! в

э-Н } а- ¿,1

м* А **

л* ХУ **

! А \

0 20 40 60 80

Рис. 3. Зависимость Ар = у(т) для различных участков по высоте слоя.

Полученные результаты позволяют считать, что глубина погружения рыхлителей, предназначенных для разрушения лобового слоя, не должна превышать (3-4)с1з, что обеспечит достаточно эффективную регенерацию при относительно небольших энергетических затратах.

Результаты сравнительной оценки истечения и засасывания пылегазового потока при фильтровании через зернистые слои цилиндрической формы представлены на рис. 4 в виде функциональных зависимостей >.=Г(Кег). В качестве фильтровальной перегородки - глинозем (с13 =1-3мм; г=0,48; 01ф /Т)вн=1,4). Опыты были проведены непосредственно на Семилукском огнеупорном заводе. Из графика на рис. 4 видно, что указанная разница сопротивлений достигает 30%.

Значения X определяли по формуле: , 164 7,68

При этом значения Яег в диапазоне 3 < Яег < 1000 определяли в работе по формуле:

0,45 ^хср^З

Ле,. =-

(\-е У1е

(И)

10-

б 4

КГ

б 4

2

10

б 4

•

1 / / 2 г

с» / \ > /

\ ✓

V /

> \ /

о

-е

10 2 4 б 10 2 4 б ю2 2 4 б 103 Ие Рис. 4. Зависимость Х=Г(11ег), для пористого цилиндрического фильтровального слоя.

1 - истечение; 2 - засасывание.

Явные и существенные энергетические преимущества режима истечения пылегазового потока из фильтровальных элементов должны быть использованы только в процессе регенерации очищенным газом или предварительно компри-мированным воздухом. Попытки реализовать в этом режиме фильтрование пылегазового потока создавали практически непреодолимые эксплуатационные трудности, связанные с возникающими проблемами удаления уловленной пыли из внутреннего объема цилиндрических фильтровальных элементов.

В пятой главе рассмотрены обобщенная концепция соотношения затраты - выигрыш при использовании зернистых фильтров для обеспечения стандартов качества атмосферного воздуха и концепция оценки при использовании разработанных рекомендаций.

Рассмотрены перспективы применения результатов работы, подтвердившие целесообразность дальнейшего развития и совершенствования энергосбере-

гающих процессов сухого пылеулавливания. Одновременно предложена классификационная таблица для выбора сухих, энергосберегающих систем и аппаратов, предусматривающая широкое использование зернистых насыпных фильтров.

Приложения содержат характеристики пылегазовых потоков, результаты обработки экспериментальных данных, технико-экономические параметры некоторых пылеуловителей.

Раздел «Внедрение результатов работы» содержит документы, подтверждающие научное, научно-методическое и практическое использование выполненных исследований.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Показан перспективный характер развития процесса пылеулавливания зернистыми насыпными фильтрами, обеспечивающими нормы ПДВ и утилизацию уловленной пыли.

2. Для решения этой проблемы в работе получены представительные данные в широком диапазоне изменения физико-химических параметров пылегазовых потоков: 10"2 < \у < 10 м/с; (2,0 < с!ч< 20)-10"6 м; 8,5-10"2 < <Яе < МО4; 20°С < I < 350°С; 18-Ю"6 < ц < 32-10'6 Пах.

3. Проведен анализ механизма турбулентной миграции частиц к стенкам поровых каналов зернистого слоя; изучены условия образования авго-фильтра и механизмы процесса высокоэффективного пылеулавливания, обеспечивающие эффективность пылеулавливания до 99,8 %.

4. Для интерпретации экспериментальных данных, описывающих кинетику процесса, впервые использована вероятностная модель, позволяющая предложить практическую реализацию полученных результатов.

5. Изучена кинетика процесса фильтрования при постепенном закупоривании поровых каналов слоя и отложении осадка на его поверхности. Получены расчетные зависимости в обобщенных переменных для прогнозирования важнейших эксплуатационных параметров: чисел Эйлера, гомохронности и коэффициента проскока пыли.

6. Экспериментально проверены параметры регенерации зернистых слоев и сформулированы соответствующие конкретные рекомендации производству. При этом оптимальное значение скорости схода зернистого материала, как это установлено экспериментально, определяется соотношением : 0,17-10"3 < \¥сх < 0,70-10"3 м/с.

7. В процессе методического обеспечения экспериментальных исследований установлены и реализованы преимущества перехода к изокритери-альной схеме отбора проб, доказана целесообразность применения квазивиртуального импактора НИИОГАЗа при определении дисперсного состава пыли, использована активная идентификация изучаемых динамических объектов, предусматривающая априорное ранжирование факторов, влияющих на анализируемые функции отклика.

8. Статистическая обработка результатов по методу Бокса-Уилсона позволила получить зависимость в обобщенных переменных, связывающую коэффициент проскока, число гомохронности и параметрический критерий-симплекс геометрического вида, весьма удобную для прогнозирования эффективности зернистых слоев.

9. Применительно к поставленным задачам разработаны унифицированные многоцелевые экспериментальные стенды, представляющие очевидный интерес для различных отраслей промышленности: химической и пищевой технологии, производства строительных материалов и асфальтобетона, в теплоэнергетике.

10. Проведено сравнение энергозатрат, эффективности и ряда эксплуатационных параметров пылеуловителей, показавшее очевидные преимущества зернистых слоев: диаметр улавливаемых частиц пыли - до 0,4-10"6 м; удельная газовая нагрузка-до 30 м7м2-мин; максимальная начальная запыленность - до 30 кг/м"; температура очищаемых газов - до 850 °С; максимальный перепад давлений газов - до 1500 Па; степень очистки -до 99,8%.

11. Предложена обобщенная концепция соотношения «затраты-выигрыш» при использовании зернистых фильтров для обеспечения стандартов качества атмосферного воздуха.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В

РАБОТАХ:

Добросоцкий В.П. Определение экономически целесообразной удельной нагрузки на зернистые фильтровальные перегородки при пылеулавливании / В.П.Добросоцкий, К.С. Громов, A.B. Малинов, Г.В. Кольцов, Ю.В. Красовицкий, В.Г. Иванова, A.A. Маньков // Химическое и нефтегазовое машиностроение. -2005. - №5. -С. 36-38.

Добросоцкий В.П. Перспективные разработки систем пылеулавливания в керамическом производстве / В.П. Добросоцкий, К.С.Громов,

A.В.Малинов, Г.В.Кольцов, Ю.В.Красовицкий, А.А.Маньков // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2005. - №7. - С.37-38. Добросоцкий В.П. Обеспыливание газов зернистыми слоями /

B.П.Добросоцкий, В.Г.Иванова, Д.Б.Трощенко, А.А.Маньков, М.Н.Кузнецова // Экология Центрально-Черноземной области РФ. -2006.- №1 -С.89-90.

Ермолычев Д.А. Количественная оценка степени неравномерности распределения пылегазовых потоков по рабочему сечению газоходов и пылеуловителей при решении экологических проблем в производстве огнеупоров / Д.А.Ермолычев, Ю.В.Красовицкий, Е.В.Архангельская, А.А.Маньков // Сб. материалов II Междунар. науч.-практ. конф. «Составляющие научно-технического процесса» / Тамбов, гос. техн. ун-т -Тамбов, 2006. - С.217-218.

5. . Кабаргин C.JI. Токсикологические аспекты загрязнения воздушной сре-

ды при производстве огнеупоров / С.П.Кабаргин, Ю.В.Красовицкий, Е.В Архангельская, А.А.Маньков // Сб. материалов И Междунар. науч.-практ. конф. «Составляющие научно-технического процесса» / Тамбов, гос. техн. ун-т - Тамбов, 2006. - С.220-222.

6. Колбешкин Б.Г. Анализ современных математических моделей фильтрования пылегазовых потоков зернистыми слоями / Б.Г. Колбешкин, В.П.Добросоцкий, О.А.Панова, А.А.Маньков // Экология ЦентральноЧерноземной области РФ. - 2006. - № 1. - С.45-47.

7. Маньков A.A. Тенденции изменения биосферы в процессе технической деятельности человека / A.A. Маньков // Материалы XLIV отчет, науч. конф. за 2005 г.: в 3 ч. / Воронеж, гос. технол. акад. - Воронеж, 2006. -Ч.З.-С.107-108.

8. Маньков A.A. Перспективы применения зернистого фильтра при тонкой очистке от пыли газовых технологических сред в химической промышленности / A.A. Маньков, Н.М. Анжеуров, Е.В. Романюк // Материалы XLV отчет, науч. конф. за 2006 г.: в 2 ч. / Воронеж, гос. технол. акад. -Воронеж, 2007 - Ч. 2. - С.28-29.

9. Добросоцкий В.П Аэродинамические способы сухого пылеулавливания в производстве строительных материалов / В.П. Добросоцкий, Г.В. Кольцов, И.Н. Дутов, Ю.В. Красовицкий, Д.Б. Трощенко, A.A. Маньков, Е.В. Романюк, Б.Г. Колбешкин, М.Н. Кузнецова, О.В. Митюкова // Сб. науч. тр. III Всеросс. науч.-практ. конф. «Экологические проблемы промышленных городов», Саратов, 4-5 апр. 2007 г. - Саратов, 2007. - С. 72-74.

10. Добросоцкий В.П Обеспыливание воздуха в системах пневмотранспорта / В.П. Добросоцкий, Г.В. Кольцов, И.Н. Дутов, Ю.В. Красовицкий, Д.Б. Трощенко, A.A. Маньков, Е.В. Романюк, Б.Г. Колбешкин, М.Н. Кузнецова, О.В. Митюкова // Сб. науч. тр. III Всеросс. науч.-практ. конф. «Экологические проблемы промышленных городов», Саратов, 4 -5 апр. 2007 г. - Саратов, 2007. - С. 75-77.

11. Добросоцкий В.П Токсикологическое воздействие пьшей керамического производства / В.П. Добросоцкий, Г.В. Кольцов, И.Н. Дутов, Ю.В. Красовицкий, Д.Б. Трощенко, A.A. Маньков, Е.В. Романюк, Б.Г. Колбешкин, М.Н. Кузнецова, О.В. Митюкова // Сб. науч. тр. III Всеросс. науч.-практ. конф. «Экологические проблемы промышленных городов», Саратов, 4-5 апр. 2007 г. - Саратов, 2007. - С. 83-85.

12. Кольцов Г.В. Аэродинамические проблемы пылеулавливания зернистыми слоями / Г.В. Кольцов, Д.Б. Трощенко, Е.В. Романюк, Ю.В. Красовицкий, A.A. Маньков, В.Г. Иванова // Тр. IV Междунар. науч.-практ. конф. «Экологические проблемы индустриальных мегаполисов», Москва, 5-7 июня 2007 г. - Москва, 2007. - С. 184 - 187.

13. Красовицкий Ю.В. Унифицированный экспериментальный стенд и система мониторинга для оценки эффективности фильтровальных перего-

родок / Ю.В. Красовицкий, Е.В. Романюк, Е.Л. Заславский, Е.В. Архангельская, A.A. Маньков, H.H. Лобачева // Строительные материалы. -2008. -№ 1.-С.66-67.

14. Маньков A.A. Определение гидравлического сопротивления фильтровальных перегородок цилиндрической формы при истечении и засасывании пылегазового потока / A.A. Маньков, Ю.В Красовицкий, В.Г. Сто-гней, Д.Б. Трощенко, Е.В. Архангельская, H.H. Лобачева // Вестник Воронежского государственного технического университета / Воронеж, гос. техн. ун-т. - Т. 4. - №3. - Воронеж, 2008. - С. 18-20.

15. Романюк Е.В. Особенности применения фильтров со связанной структурой зернистого слоя при высокоэффективном пылеулавливании из технологических газов и аспирационных выбросов / Е.В. Романюк, Ю.В Красовицкий, В.Г. Стогней, ДБ. Трощенко, H.H. Лобачева, Е.В. Архангельская, A.A. Маньков // Вестник Воронежского государственного технического университета / Воронеж, гос. техн. ун-т. - Т. 4. - №3. - Воронеж, 2008.-С. 51-54.

16. Трощенко Д.Б. Перспективы применения зернистых фильтров для обеспыливания отходящих газов при проведении высокотемпературных технологических процессов / Д.Б. Трощенко, В.Г. Стогней, Ю.В Красовицкий, A.A. Маньков, H.H. Лобачева, Е.В. Архангельская, Е.В. Романюк// Вестник Воронежского государственного технического университета / Воронеж, гос. техн. ун-т. - Т. 4. -№3. - Воронеж, 2008. - С. 129-131.

Подписано в печать 03.10.2008. Усл. печ. л./Д Тираж 100 экз. Заказ33 т*

ГОУВПО «Воронежская государственная технологическая академия» (ГОУВПО «ВГТА») Отдел полиграфи': ГОУВПО «ВГТА» Адрес академии и отдела полиграфии 394000, Воронеж, пр. Революции, 19