автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Совершенствование систем местной вытяжной вентиляции в электросталеплавильных цехах

На правах рукописи

КОРОТКОВ ЕВГЕНИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ МЕСТНОЙ ВЫТЯЖНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ В ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ЦЕХАХ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 6 ЯН3 2012

Волгоград-2012

005009479

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»

Научный руководитель:

АЗАРОВ

доктор технических наук, профессор ВАЛЕРИЙ НИКОЛАЕВИЧ

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ГОЛОВАНЧИКОВ

АЛЕКСАНДР БОРИСОВИЧ

кандидат технических наук

ЧЕБОТАРЕВ

АЛЕКСЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

Ведущая организация

ФГБОУ ВПО «Ростовский государств венный строительный университет»

Защита диссертации состоится «13» февраля 2012 г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.026.01 при ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1 ауд. Б-203.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитеюурно-Строительный университет».

Автореферат разослан «12» января 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Пшеничкина В. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Обследование существующих систем местной вентиляции в электросталеплавильных цехах позволило выявить целый ряд причин их неэффективной работы: неудовлетворительная схема организации воздухообмена и неточный расчет его величины, несоответствие оптимальным объемам воздуха, удаляемого установками местной вытяжной вентиляции, не эффективные конструкции местных отсосов, забивание воздуховодов, неэффективная работа систем пылеочистки.

Одной из причин такого положения является то, что при расчете воздухообмена электросталеплавильного цеха по пыли из-за отсутствия ряда исходных данных (дисперсный состав и аэродинамические характеристики пыли; направление и подвижность воздушных потоков в цехе, массовый расход пыли, выбивающейся из технологического оборудования; амплитуда колебаний отходящих газов) невозможно рассчитать величину воздухообмена. Таким образом, только обобщив эти данные, возможно разработать предельно эффективную и экономичную конструкцию зонта в условиях конкретного производства.

Поэтому актуальным является исследование этих факторов и на их основе совершенствование методов расчета систем местной вытяжной вентиляции, а также совершенствование конструкций местных отсосов и определение объемов воздуха систем пылеочистки.

Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет».

Целью работы является совершенствование систем местной вытяжной вентиляции от дуговых электросталсплавильных печей в электросталеплавильных цехах для снижения уровня запыленности воздуха в цехах и уменьшения объемов выбросов вредных загрязняющих веществ в атмосферу.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- определение исходных данных для расчета воздухообмена при различных схемах его организации: распределение концентрации пыли по высоте цеха, дисперсный состав пыли и ряд коэффициентов, которые влияют на распределение этих параметров;

- теоретические и экспериментальные исследования аэродинамических характеристик пыли, выделяющейся из технологического оборудования, и разработка на их основе расчетной модели распространения пыли в воздухе цеха и вблизи вентиляционных зонтов;

- определение требуемых объемов воздуха, удаляемого установками местной вытяжной вентиляции от технологического оборудования, совершенствование конструкций местных отсосов и систем пылеочистки.

Основная идея работы состояла в локализации конвективного потока пы-легазовых выбросов от дуговой электросталеплавильной печи посредством со-

вместной работы вентиляционного зонта, расположенного несоосно источнику выделения вредностей и осевых вентиляторов со специальными насадками с учетом нестационарного характера поля скоростей воздуха.

Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, лабораторные и промышленные исследования, обработку экспериментальных данных методами математической статистики и корреляционного анализа с применением ПК.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений теоретического анализа, моделированием изучаемых процессов, планированием необходимого объема экспериментов, подтверждена удовлетворяющей требуемым критериям сходимостью полученных результатов экспериментальных исследований, выполненных в лабораторных и опытных условиях.

Научная новизна работы состоит в том, что:

- разработана расчетная модель, описывающая процесс улавливания пыле-газовых выбросов, выделяющихся от дуговой электросталеплавильной печи, при совместной работе накатного вентиляционного зонта, расположенного не соосно с источником пылегазовыделения, и бокового сносящего потока плоской струи воздуха, создаваемого вентиляторами;

- на основании результатов экспериментальных исследований получены данные о концентрации пыли в воздухе ЭСПЦ, подвижности воздуха в цехе, мощности и характере пылевыделений от дуговой сталеплавильной печи и эффективности действия вентиляционного зонта;

- по результатам вычислительного эксперимента получена зависимость эффективности работы вентиляционного зонта от скорости воздуха в рабочем сечении вентиляционного зонта и его площади, а также скорости бокового сносящего потока воздуха, создаваемого вентиляторами, и его углов наклона;

- получена экспериментальная зависимость, характеризующая эффективность работы вентиляционного зонта от скорости воздуха в рабочем сечении и угла наклона бокового сносящего потока;

- определены и систематизированы данные о дисперсном составе и основных аэродинамических характеристиках пыли, выделяющейся от дуговой электросталеплавильной печи.

Практическое значение работы:

- разработано устройство для улавливания и очистки пылегазовых выделений от электродуговой сталеплавильной печи на основе надвижного вентиляционного зонта с приводом в виде поршневых пневмоцилиндров приводом (патент на изобретение № 2 420 342 Рос. Федерация), которое может быть использовано в химической, металлургической или других отраслях промышленности, для улавливания высокотемпературных выбросов предпочтительно в устройствах, выбросы от которых содержат ферромагнитные частицы;

- разработано устройство для улавливания и очистки пылегазовых выделе-

ний от электродуговой сталеплавильной печи на основе с вентиляционного зонта, разделенного на секции, в каждой из которых установлен датчик температуры (патент на изобретение №2 414 952 Рос. Федерация), которое может быть использовано различных отраслях промышленности, в том числе в строительной индустрии, для улавливания высокотемпературных выбросов предпочтительно в устройствах, выбросы от которых содержат ферромагнитные частицы;

- разработано устройство для улавливания и очистки пылегазовых выделений от электродуговой сталеплавильной печи на основе новоротного вентиляционного зонта с канатным приводом (патент на изобретение № 2416651 Рос. Федерация), которое может быть использовано различных отраслях промышленности, в том числе в строительной индустрии, для улавливания высокотемпературных выбросов предпочтительно в устройствах, выбросы от которых содержат ферромагнитные частицы;

- разработано устройство для улавливания и очистки пылегазовых выделений от электродуговой сталеплавильной печи на основе поворотного вентиляционного зонта с приводом в виде поршневых пневмоцилиндров, на что получено решение о выдаче патента на изобретение от 18.11.2010 (заявка № 2009132229/20(045264) от 26.08.2009); устройство может быть использовано в различных отраслях промышленности, в том числе в строительной индустрии, для улавливания высокотемпературных выбросов предпочтительно в устройствах, выбросы от которых содержат ферромагнитные частицы.

Реализация результатов работы:

- прошла испытания опытно-промышленная установка обеспыливающей вентиляции от дуговой электросталеплавильной печи ДСП-200-М01 электросталеплавильного цеха на ЗАО ВМЗ «Красный Октябрь» г. Волгоград;

- материалы диссертационной работы легли в основу технического отчета «Наладка системы аспирации ДСП-150 и аппаратов печь ковш» в ЭСПЦ на ОАО «Волжский трубный завод».

На защиту выносятся следующие основные научные положения:

- результаты экспериментальных исследований по концентрации пыли в воздухе ЭСПЦ, подвижности воздуха в цехе, мощности и характере пылевыде-лений от дуговой сталеплавильной печи и эффективности действия вентиляционного зонта;

- результаты исследований дисперсного состава и аэродинамических характеристик пыли, выделяющейся при работе дуговой электросталеплавильной печи;

- расчетная модель, описывающая процесс улавливания пылегазовых выбросов, выделяющихся от дуговой электросталеплавильной печи, при совместной работе накатного вентиляционного зонта, расположенного не соосно с источником пылегазовых выделений, и бокового сносящего потока плоской струи воздуха, создаваемого четырьмя осевыми вентиляторами со специальными на-

садками;

- экспериментальная зависимость эффективности работы вентиляционного зонта от скорости воздуха в рабочем сечении вентиляционного зонта и его площади, а также скорости бокового сносящего потока воздуха, создаваемого вентиляторами, и его углов наклона;

- экспериментальная зависимость, характеризующая эффективность действия вентиляционного зонта от скорости воздуха в рабочем сечении и угла наклона бокового сносящего потока.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались: на ежегодной научно-технической конференции Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета (Волгоград, 2006 г.), на V и XI Международных конференциях «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды».

Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 8 работах, из них 1 в рецензируемом журнале, а также в 3 патентах на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы 209 страниц, в том числе: 140 страниц - основной текст, содержащий 20 таблиц на 20 страницах, 39 рисунков на 36 страницах; список литературы из 122 наименований на 12 страницах, 3 приложения на 57 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследований, сформулированы цель, задачи и основная идея работы, её научная новизна и практическая значимость, приведены сведения об объеме и структуре диссертации и о научных публикациях автора.

В первой главе рассмотрено современное состояние оборудования систем местной вытяжной вентиляции исходя из физико-химических свойств пыли и особенностей технологического процесса.

Проблемами систем вентиляции локализующих пылегазовыделения от дуговых электросталеплавильных печей в различное время занимались ученые В.Д. Осипенко, С.Е. Бутаков, И.А. Шепелев, В.В. Батурин, Г.М. Алиев, А.Д. Киселев, С.М. Андоньев, О.В. Филипьев, П.И. Килин, О.Д. Волков, А.Д. Тулу-евский, И.Ю. Зинуров и многие другие.

Анализ характерных источников пылевыделений показывает, что наиболее интенсивное пылевыделение в электросталеплавильном цехе наблюдается от дуговой электросталеплавильной печи. Пылевыделение из печи наблюдается на протяжении практически всего времени выплавки стали. Местами выделения вредностей в период плавки являются: межэлектродные отверстия, рабочее окно, песочный затвор, сливной носок; при отводе свода печи в период завалки -всё сводовое пространство печи.

В условиях повышения производительности работы электродуговых сталеплавильных печей за счет интенсификации плавки хорошо зарекомендовали себя комбинированные схемы улавливания и отвода газов. Данные схемы представляют собой всевозможные комбинации отсоса газов непосредственно из печи и при помощи вентиляционных зонтов.

Слабым звеном в этой схеме являются зонты, поскольку на их долю приходится наибольшее количество негативных характеристик, как например: большие габаритные размеры, огромное количество удаляемого воздуха за счет значительного разбавления газов по мере их удаления от печи (если зонт расположен в подкрышном пространстве цеха) или периодический характер работы (если зонт расположен в рабочем пространстве для прохода крана, отвода и подъёма свода, наклона печи и т.д.). Помимо этого при повышенной подвижности воздуха в цехе, выделяющиеся потоки газов могут полностью отклоняться от проёма зонта, и эффективность улавливания может снизиться до нуля.

Применение традиционных конструкций вентиляционных зонтов зачастую затрудненно из-за специфики производственного процесса, сложной геометрической формы технологического оборудования и цеха, трудоёмкости обслуживания.

Для снижения негативного влияния поперечных потоков воздуха в цехе на работу вентиляционных зонтов, расположенных соосно источнику выделения вредностей, устанавливают экраны между печным и разливочным пролётами, уменьшают проёмы для рельсового транспорта в боковых стенах здания цеха, а в отдельных случаях применяют воздушные завесы, образующие по периметру зонта аэродинамическое укрытие печи.

Во второй главе анализируются исходные данные для проектирования вентиляционных зонтов от дуговых электросталеплавильных печей. Условия выделения вредностей из дуговых электросталеплавильных печей в электросталеплавильных цехах могут существенно различаться (режимы, марки выплавляемой стали, способы интенсификации плавки, размеры и конструкции печей, конструкции местных отсосов, схемы и режимы работы систем аспирации, конструкции цеха и организации потоков воздуха в нём и т.д.). В связи с этим, для всестороннего анализа воздействия всех факторов и объективной оценки работы конструкции вентиляционного зонта, было проведено комплексное обследование (визуальный осмотр и фото- и видеосъёмка, замеры аэродинамических характеристик и запыленности воздушных потоков) ряда характерных вентиляционных систем предприя тий Волгограда и Волгоградской области.

Были обследованы следующие наиболее характерные схемы отвода газов от дуговых электросталеплавильных печей в электросталеплавильных цехах:

1) удаление газов только через четвертое сводовое отверстие;

2) удаление газов через четвертое сводовое отверстие и надвижной вентиляционный зонт, расположенный под крановой балкой расположенный соосно с источником выделения вредностей;

3) удаление газов через четвертое сводовое отверстие и стационарный вентиляционный зонт, расположенный над крановой балкой расположенный соосно с источником выделения вредностей.

В результате представлено были установлены минимальные вентиляционные объёмы для различных конструкций вентиляционных зонтов и схем газоулавливания. Определен характер движения пылегазовых потоков в условиях: -работы аэрационного фонаря и при не работающих воздушных завесах на дверных проёмах цеха (цех №1); при конструкции цеха без аэрационного фонаря с перегородкой между печным и разливочным пролётами и работающих воздушных завесах на дверных проёмах цеха (цех №2). Кроме того, установлен химический и дисперсный состав пыли, физические и аэродинамические характеристики пыли отобранной в системах местной вытяжной вентиляции и рабочей зоне на разных стадиях плавки (расплавления, продувки, доводки).

При оценке крупности пыли, выделяющейся от технологического оборудования, был проведен дисперсионный анализ пыли. Для анализа были построены интегральные функции распределения массы частиц по диаметрам (рис. 1).

0(с!ч),%

99.9

99.5

99

90

во

70 60 50 40 30 20

10

5

2 I

0.5 01

0,1 0,2 0,4 0,7 1 2 4 10 20 100 (150, МКМ

Рис. 1. Интегральные кривые распределения массы частиц пыли, выделяющейся от дуговой электросталеплавильной печи, по диаметрам в вероятностно-логарифмической сетке, отобранная: 1 - выброс в атмосферу после очистки в рукавном фильтре; 2 - в системе аспирации после крышного вентиляционного зонта расположенного на расстоянии 20,800 м от печи; 3 - в системе аспирации после надвижного вентиляционного зонта расположенного на расстоянии 8,140 м от печи; 4 - в системе аспирации в газоходе после четвертого сводового отверстия

-/ /-Ь

-- —■ V- --

--П

-1 /

V-,

гр

По результатам проведённого анализа дисперсного состава пыли установлено:

- пыль, выделяющаяся от дуговой электросталеплавильной печи, имеет диапазон изменения крупности пыли от 0,6 мкм до 80 мкм (медианный диаметр 55 мкм);

- удаляемая через вентиляционные зонты пыль, имеет диапазон изменения крупности пыли от 0,6 до 13 мкм (медианный диаметр 5-6,5 мкм);

- диапазон изменения крупности частиц пыли выбрасываемой в атмосферу после очистки в рукавных фильтрах составляет 0,6-4 мкм (медианный диаметр 2,6 мкм);

- пыль в воздухе рабочей зоны имеет диапазон изменения крупности от 3 до 18 мкм (медианный диаметр 12 мкм).

Методом седиментометрии была определена скорость оседания частиц пыли, выделяющейся от дуговой электросталеплавильной печи. Результаты проведённых исследований (рис. 2) положены в основу вычислительного эксперимента. Было проведено сравнение результатов полученных экспериментальным и расчетным путём.

Ж Медианный диаметр

- Минимальный диаметр О Максимальный диаметр

Рис. 2. Зависимость скорости оседания частиц пыли, отобранной в бункере рукавного фильтра, выделяющейся от дуговой сталеплавильной печи, от эквивалентного диаметра частицы полученная экспериментально

Глава 3 посвящена разработке теоретической модели процесса движения воздушных масс и движения частиц в системе «струя - боковой поток». При изучении процессов движения дисперсной примеси в виде твёрдых частиц использовались методы математического моделирования. При построении моделей гетерогенных течений самых разнообразных классов крайне важно определить вид и степень воздействия физических процессов. С одной стороны, необ-

ходимо учесть как можно больше протекающих в гетерогенных потоках физических процессов, что зачастую приводит к чрезмерному осложнению математической формализации рассматриваемых явлений. С другой стороны, детализация большого количества процессов, информация о каждом из которых в отдельности не всегда является бесспорной, может приводить к уменьшению достоверности создаваемой модели.

Особая сложность моделирования такого рода течений связана с наличием многосвязных двумерных и трехмерных областей с разрезами внутри расчетной зоны. В данной работе, используя прямые методы численного газодинамического нелинейного моделирования, изучены некоторые особенности поля скоростей в воздухе внутри металлургического цеха, где установлена вентиляционная система, изображенная на рис.3.

Кг

□53

м

(хг,гг)

X

Рис.3. Схема системы местной вытяжной вентиляции: 1 - надвижной вентиляционный зонт; 2 - дуговая электросталеплавильная печь; 3 - осевые вентиляторы со специальными насадками.

Газодинамическая модель движения воздушных потоков. Будем исходить из нестационарной гидродинамической двумерной модели, описываемой системой уравнений:

^ + (р-и)=0,{х,г\ 51 (1)

дй

ОI р

(2) (3)

и = щ .и

где р - плотность воздуха; р - давление; г *' - вектор скорости;

7=1,42- показатель адиабаты; ^ - дифференциальный оператор набла; 2, 0.и, <2е - функции источников.

В основе численной модели лежит алгоритм ТУИ в декартовой системе координат, который продемонстрировал свою эффективность для широкого круга задач. Внутри расчетной области задаем положения вентиляционного зонта,

осевых вентиляторов и печи набором координат ^ '' 1 ^, которые определяют

отрезки Ьг, и Ц, вектора 1'Г^Х> иЛх>г), ив{х,г) вд(шь лшшй 1Рт{х,ъ)

(рис.3). В качестве базовой модели выберем тах(^) =2,5 м/с, тах(й/г)=з

м/с, тах("в)_12,5 м/с. В качестве начального состояния выбираем момент

одновременного включения потока воздуха от печи вентиляционного

зонта и осевых вентиляторов.

На рис.4 показана структура вентиляционного течения по результатам чис-

{х г I

ленных расчетов. К числу свободных параметров относятся: ■> , профили

скорости ^ йА{х,г)^ йв(х,г) ц зависимости от параметров системы,

возможно два режима течения, когда воздух из осевых вентиляторов затягивается вентиляционным зонтом, и когда этого не происходит.

а б

в г

Рис.4. Структура течения воздуха в различные моменты времени. Показаны линии тока.

В расчетной области имеется два четко выделенных потока: 1) вентиляционный зонт перехватывает воздух от печи, что формирует первую струю; 2) второй поток генерируется осевыми вентиляторами. Последний взаимодействует с первым, сильно отклоняя его влево (рис. 4). Имеется переходная зона между этими двумя потоками, в которой тангенциальная компонента скорости воздуха сильно меняет свое значение. Типичная ширина зоны составляет 0,5 - 1 м. Именно из-за неустойчивости Кельвина-Гельмгольца, несмотря на стационарный режим работы печи, вентиляционного зонта и осевых вентиляторов, расчеты демонстрируют отсутствие стационарной картины. В более реалистичной модели печи, где поток не задается, а моделируется свободная конвекция, нестационарные процессы должны усиливаться. Этому будет способствовать переход от 20-моделей к ЗБ.

Область тангенциального разрыва скорости является неустойчивой с инкрементом, который пропорционален скачку скорости 1т(о>) =\У1-У1\к, (к -волновое число вдоль поверхности разрыва). Наличие в реальной системе конечной переходной зоны шириной I уменьшает инкремент неустойчивости, но при к!< 1 условия для неустойчивости сохраняются. Возникновение гидродинамической неустойчивости и последующей турбулизации вещества способно существенно усложнять динамику примесей.

Поскольку крупных частиц пыли в газах, выбивающихся из печи, очень мало, то ощутимого отклонения от вертикали с выпадением частиц из потока практически не наблюдается. Большая часть частиц небольших размеров, не подвержены действию силы тяжести и, отклоняясь боковым потоком осевых вентиляторов, попадают в зону действия вентиляционного зонта.

На основании проведенного анализа процесса локализации выбросов посредством вентиляционного зонта и осевых вентиляторов был проведён вычислительный эксперимент методами планирования, где в качестве варьируемых факторов были выбраны: Уио - средняя скорость во всасывающем сечении вентиляционного зонта, м/с; Уп - средняя скорость струи сносящего потока на оси факела пылегазовыделения, м/с; <рА - угол направления потока осевых вентиляторов, град; Fмo - площадь рабочего сечения вентиляционного зонта, м2.

Интервалы и уровни варьирования определяющих факторов вычислительного эксперимента сведены в табл. 1.

Таблица 1. Уровни и интервалы варьирования определяющих факторов вычислительного эксперимента.___-_

Интервалы варьирования Уровни факторов

Факторы Основной 0 Верхний +1 Нижний -1

Фа - угол направления потока осевых вентиляторов, град 3 25 30 20

Уп - средняя скорость струи сносящего потока на оси факела пылегазовыде-ления из печи, м/с 3 10 12,5 7,5

^мо- средняя скорость в рабочем сечении вентиляционного зонта, м/с 3 3 4,5 1,5

Ры0 - площадь рабочего сечения вентиляционного зонта, м2 3 42 48 36

т у V -V0 р

1 А<рл А Уп ' 3 аУмо ' ( >

В качестве функции отклика была принята эффективность действия венти-

ляционного зонта , где Ми - интенсивность пылевыделений, кг/ч;

Мул - количество пыли уловленной местным отсосом, кг/ч.

На первом этапе был реализован полный факторный эксперимент. В качестве плана эксперимента принят ортогональный план четвертого порядка З4. По результатам вычислительного эксперимента было получено уравнение регрессии первого порядка. Уравнение регрессии в натуральном масштабе имеет вид:

а V -Vя V ^

у = 0,9317-0,0211 о,0343 1л-1л..-0,00960,001 ^; (5)

Результаты экспериментальных исследований представлены графически на рис. 5.

Рис. 5. Результаты экспериментальных исследований эффективности работы зонта при средней скорости струи сносящего потока на оси факела пылегазовыделения из печи: 1 - 7,5 м/с; 2 - 12,5 м/с; 3 - при отключенных осевых вентиляторах.

Оценка значимости полученных коэффициентов регрессии производилась по критерию Стьюдента для уровня значимости дг=0,5 при принятой для технических экспериментов доверительной вероятности Р=0.95.

По таблице Стьюдента находим ТТАБЛ:

ТКРИ,(п-тЛ-,а) = (76;0.05) = 1.664

Поскольку ТТАБд>ТкРИТ, то отклоняем гипотезу о равенстве 0 коэффициента корреляции. Другими словами, коэффициента корреляции статистически -значим.

Адекватность уравнений регрессии проверялась сопоставлением расчетного и табличного (при заданных # и числе степеней свободы) значений критерия Фишера Р, представляющего собой отношение дисперсии адекватности к ошибке опыта.

5>,-Х>2 1,0355 1-й2

Табличное значение при степенях свободы к} = 4 и к2 = п-т-1 = 76, ^(4;76) = 2,45.

Поскольку фактическое значение то коэффициент детерминации

статистически значим и уравнение регрессии статистически надежно.

В 4 главе приведены результаты экспериментальных исследований на опытно-промыщленной установке, схема которой представлена на рис. 6. Основными элементами установки (рис. 6) являются накатной вентиляционный зонт 3 и четыре осевых вентилятора ПАМ-24 4 со специальными насадками. Вентиляционный зонт 3 имеет гидравлический привод 5, предназначенный для отката зонта в случае отвода свода печи 1. Осевые вентиляторы 4 предназначены для направления конвективных потоков пылегазовых вредностей, выделяющихся из печи 1 в зону действия вентиляционного зонта 3. Насадки на крайних осевых вентиляторах расположены вертикально, на внутренних - горизонтально. При таком расположении создаётся воздушная завеса, направляющая пылегазовые выделения от печи к зонту и отсекающая

ционного зонта и осевых вентиляторов со специальными насадками от дуговой электросталеплавильной печи

В качестве функции отклика была выбрана эффективность действия вентиляционного зонта. При проведении опытно-промышленных исследований было уменьшено количество факторов, по сравнению с вычислительным экспериментом, в результате исключения незначимых. Для проведения экспериментальных исследований был выбран ортогональный план второго порядка З2. В качестве варьируемых факторов были выбраны: Ум0 - средняя скорость в рабочем сечении вентиляционного зонта, м/с; Уп - средняя скорость струи сносящего потока на оси факела пылегазовыделения, м/с.

Угол направления потока осевых вентиляторов и площадь рабочего сечения вентиляционного зонта были исключены из факторов эксперимента по результатам математического моделирования. Сравнение уравнений регрессии,

полученных в результате вычислительного и физического экспериментов, даёт сходимость результатов с достаточной степенью точности. Следовательно, зависимость (5) можно использовать при инженерных расчётах.

Зависимость относительной концентрации пыли в рабочей зоне от различных режимах совместной работы вентиляционных зонтов и осевых вентиляторов показана на рис. 7.

Рис. 7. Относительная концентрация пыли в воздухе рабочей зоне в зависимости от скорости воздуха в рабочем сечении вентиляционного зонта: 1 - при средней скорости струи сносящего потока на оси факела пылегазовыделсния 7,5 м/с; 2 - при средней скорости струи сносящего потока на оси факела пылегазовыделения 10 м/с; 3 - при средней скорости струи сносящего потока на оси факела пылегазовыделения 12,5 м/с

Результаты экспериментальных исследований показывают, что наиболее эффективными режимно-контруктивными параметрами совместной работы вентиляционного зонта и осевых вентиляторов для локализации выделения вредностей от дуговой электросталеплавилыюй печи, при которых концентрация вредных веществ в воздухе рабочей зоны не превышает норм ПДК, являются: скорость воздуха в рабочем сечении вентиляционного зонта 3,5 м/с, средняя скорость струи сносящего потока на оси факела пылегазовыделения 12,5 м/с при расстоянии по вертикали 8,800 м и по горизонтали 16,1 м между центром источника вредных выделений и вентиляционного зонта, угол наклона осевых вентиляторов по 25° горизонтали.

Глава 5 посвящена практическому применению полученных теоретических и экспериментальных результатов. На основании данных исследований

разработаны конструкции вентиляционных зонтов, на которые получены патенты на изобретение.

Проведен сравнительный анализ эколого-экономического эффекта двух вариантов конструкций вентиляционных зонтов: накатного зонта конструкции аналогичной рассмотренной во второй главе и разработанной автором конструкции бокового надвижного вентиляционного зонта с осевыми вентиляторами (рис. 8). В качестве источника выделения вредностей принята дуговая электросталеплавильная печь ДСП-200-М01 электросталеплавильного цеха.

Согласно расчетам, эколого-экономический эффект от внедрения предлагаемой конструкции вентиляционного зонта составит 475 281 руб/год.

• ".-¡аавап ги —.............................£

^' г-._________ '

, ' V 1

¡и^йа

вИв

§ - ^Ж^ Ш да*" -

Ш "ЩШШж

Рис. 8. Опытно-промышленная установка внедрена в систему местной вытяжной вентиляции дуговой электросталеплавильной ДСП-200-М01 печи на ЗАО «ВМЗ Красный Октябрь»

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано решение актуальной задачи совершенствования вентиляционных зонтов систем местной вытяжной вентиляции электросталеплавильных цехов. На основании результатов проведенных теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие основные выводы по работе:

1. Определены необходимые объемы воздуха, удаляемого установками местной вытяжной вентиляции от дуговых электросталеплавильных печей, при которых в электросталеплавильных цехах достигаются нормы ПДК пыли в воздухе рабочей зоны.

2. Определены, уточнены и систематизированы данные об аэродинамических характеристиках и дисперсном составе пыли, поступающей в систему вентиляции от дуговой электросталеплавильной печи на различных стадиях процесса плавки. Построены интегральные функции распределения массы частиц по диаметрам. Распределение является усечённым логарифмически-нормальным.

3. Предложена расчетная модель движения воздушных потоков вблизи вентиляционного зонта с учетом восходящих конвективных потоков печи и сносящего потока от осевых вентиляторов.

4. Исследована зависимость эффективности вентиляционного зонта при совместном действии и осевых вентиляторов со специальными насадками при локализации выбросов от дуговой электросталеплавильной печи от площади рабочего сечения и скорости воздуха в рабочем сечении вентиляционного зонта, скорости сносящего потока и угла направления потока осевых вентиляторов.

5. Характерной особенностью моделируемого течения является нестационарный характер поля скоростей воздуха. Причина отмеченной нестационарности течения связана с развитием неустойчивости Кельвина-Гельмгольца на существенно нелинейной стадии.

6. Проведенные экспериментальные исследования на опытно-промышленной установке подтвердили высокую точность расчетной модели. Теоретические и экспериментальные исследования показали расхождение моделей не более 5%.

7. Разработаны и запатентованы модели вентиляционных зонтов для систем вентиляции от дуговых электросталеплавильиых печей. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования показывают действенность работы осевых вентиляторов по увеличению эффективности работы предложенного вентиляционного зонта.

8. Эколого-экономический эффект от внедрения результатов исследований составит 475 281 руб/год.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

р - плотность воздуха, кг/м3; (- время, с ;р- давление; и ={их, иг} - вектор скорости; у - показатель адиабаты; V - дифференциальный оператор набла; <3,

Ое- функции источников; А - волновое число вдоль поверхности разрыва; I - ширина конечной переходной зоны, м; Ум0 - средняя скорость во всасывающем сечении вентиляционного зонта, м/с; Уп - средняя скорость струи сносящего потока на оси факела пылегазовыделения, м/с; (рл - угол направления по-

тока осевых вентиляторов, град; FMo - площадь рабочего сечения вентиляционного зонта, м2, Ц - эффективность действия вентиляционного зонта, %; Ми -интенсивность пылевыделений, кг/ч; Мул - количество пыли уловленной вентиляционным зонтом, кг/ч.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

Публикации в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях

1. Короткое Е. А., Долгалбв А. В. Совершенствование систем местной вытяжной вентиляции от бункеров сыпучих и установок печь-ковш // Вестн. ВолгГАСУ Сер.: Стр-во и архитектура. Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2009. Вып 15(34). С. 120-123. (3/1,5 е.).

Патенты

2. Установка для улавливания и очистки газовых выбросов от технологического оборудования: пат. 2420342 Рос. Федерация. №2009132228/05 ; заявл. 26.08.09; опубл. 10.06.2011, Бюл. №16.8 с.

3. Аспирационная установка: пат. 2414952 Рос. Федерация. №2009132226/15; заявл. 09.10.09; опубл. 27.03.2011, Бюл. №9.9 с.

4. Установка для улавливания и очистки газовых выбросов от технологического оборудования: пат. 2416651 Рос. Федерация. №2009132227/02 ; заявл. 26.08.09; опубл. 20.04.2011, Бюл. №11.9 с.

Отраслевые издания и материалы конференций

5. Короткое Е. А., Лукьянсков А. С., Фомичев В. Т. О минимальных расходах воздуха удаляемого из технологического оборудования системами местной вытяжной вентиляции // Качество внутреннего воздуха и окружающей среды : материалы V Междунар. конф. 2010 г. Волгоград: Изд-во ВолгГАСУ, 2010. С. 172-174.(4/1,3 е.).

6. Коротков Е. А., Шапалин С. С. О программе проведения пуско-наладочных испытаний местного отсоса системы местной вытяжной вентиляции дуговой сталеплавильной печи // Проблемы охраны производственной и окружающей среды : сб. материалов и науч. тр. инж,-эколог. / Волгогр. гос. арх.-строит. ун-т. Волгоград, 2010. Вып. 2. С. 5559. (3/1,5 е.).

7. Коротков Е. А., Азаров В. Н., Хоперсков С. Д. О возникновении неустойчивости Кельвина - Гельмгольца при моделировании течений, возникающих под действием местных отсосов и аэраторов И Качество внутреннего воздуха и окружающей среды : материалы IX Междунар. конф., г. Волгоград: ВолгГАСУ, 2010. С. 347-352. (6/2 е.).

8. Формирование нестационарных режимов при моделировании аспираци-онных течений: неустойчивость Кельвина-Гельмгольца. / Е. А. Коротков [и др.] // Вестн. ВолГУ; Сер.: 1, Математика. Физика. Волгоград : Изд-во ВолГУ, 2011. Вып. 1 (14). С 151-155. (5/1 е.).

КОРОТКОВ ЕВГЕНИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

' СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ МЕСТНОЙ ВЫТЯЖНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ В ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ЦЕХАХ

05.23.03 Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение ; и освещение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени ■ кандидата технических наук

Подписано в печать 28.12.11 г. Заказ № 2 Тираж 100 экз. Печ. л. 1,0 Формат 60x84 1/16 Бумага писчая. Печать плоская. - Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет 400074, Волгоград, ул. Академическая, 1. Отдел оперативной полиграфии.

61 12-5/1590

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

'

КОРОТКОВ ЕВГЕНИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ МЕСТНОЙ ВЫТЯЖНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ В ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ЦЕХАХ

05.23.03 Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Азаров Валерий Николаевич

ВОЛГОГРАД-2012

СОДЕРЖАНИЕ

Стр

ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ

ИССЛЕДОВАНИЯ .12

1.1. Анализ технологического процесса выплавки стали как источника пылегазовых выделений, поступающих в систему вентиляции 12

1.2. Механизм образования пылегазовых выбросов 23

1.2.1. Электрическая природа образования пылегазовых выбросов 24

1.2.2. Технологические факторы образования пылегазовых выбросов 28

1.3. Характер выбросов из дуговых электросталеплавильных печей .35

1.4. Существующие способы снижения выбросов пыли при работе дуговых электросталеплавильных печей 38

1.5. Анализ конструкций существующих вентиляционных зонтов от электросталеплавильных печей 45

1.6. Обзор существующих методик расчета вентиляционных зонтов от электросталеплавильных печей 57

1.7. Выбор направления исследования 61

1.8. Выводы по первой главе 62

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ

ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ ЗОНТОВ ОТ ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ 64

2.1. Результаты проведенных обследований характерных существующих систем вентиляции в

электросталеплавильных цехах 65

2.2. Исследование свойств пыли 79

2.3. Анализ результатов исследования дисперсного состава . пыли в выбросах электросталеплавильных печей 82

2.3.1. Анализ дисперсного состава пыли, поступающей от электросталеплавильной печи в систему вентиляции 82

2.3.2. Анализ дисперсного состава пыли содержащейся в выбросах в атмосферу и оседающей в электросталеплавильных цехах 85

2.3.3. Определение морфологического состава пыли 86

2.4. Экспериментальное исследование аэродинамических характеристик пыли удаляемой системой вентиляции 89

2.5. Выводы по второй главе 94 ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА

ЛОКАЛИЗАЦИИ ВЫБРОСОВ ОТ ДУГОВЫХ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ 95

3.1. Математическая модель движения воздушных потоков в системе «струя-боковой поток» 96

3.2. Факторы и функции отклика вычислительного эксперимента 97

3.3. План вычислительного эксперимента 100

3.4. Результаты вычислительного эксперимента 101

3.5. Анализ результатов вычислительного эксперимента 105

3.6. Выводы по третьей главе 106 ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И ОПЫТНО-

ПРОМЫШЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПЫЛЕУДАЛЕНИЯ В СИСТЕМАХ ВЕНТИЛЯЦИИ 107

4.1. Программа и методика эксперимента 107

4.2. План и результаты физического опытно-промышленного эксперимента 111

4.3. Анализ результатов экспериментальных исследований 113

4.4. Выводы по четвертой главе 114

ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

ИССЛЕДОВАНИЯ 115

5.1. Совершенствование конструкций вентиляционных зонтов

от электросталеплавильных печей • 115

5.2. Эколого-экономический эффект от уменьшения объемов воздуха удаляемого при помощи вентиляционных зонтов от электросталеплавильных печей, с учетом предотвращенного ущерба от загрязнения атмосферы неорганизованными выбросами 129

5.3. Выводы по пятой главе 138 ЗАКЛЮЧЕНИЕ . 139 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 141 ПРИЛОЖЕНИЯ: 153 Приложение 1. Методика и программа исследования дисперсного состава пыли микроскопическим методом 154 Приложение 2. Методика и результаты определения плотностей, углов откоса пыли выделяющейся из дуговой электросталеплавильной печи ' 159 Приложение 3. Локальный сметный расчет вентиляционных зонтов для базового и предлагаемого вариантов 164 Приложение 4. Документация (патенты, справки) 176

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы.

Производство стали в крупно- и среднетоннажных электросталеплавильных печах на металлургических и машиностроительных предприятиях Украины, России и СНГ в последние докризисные годы непрерывно возрастала. Реконструкция и модернизация действующих и строительство новых электропечей осуществляются по самым современным технологиям — с интенсификацией выплавки электростали за счет повышения мощности трансформаторов, увеличения интенсивности кислородной продувки, применения мощных газокислородных горелок, вдувания угольного порошка, внепечной обработки металла, предварительного подогрева металлической шихты и других мероприятий. Такая интенсификация процесса делает особенно актуальной проблему эффективного улавливания и очистки пылегазовыделений во все периоды плавки, так как дуговые сталеплавильные печи являются источниками трудноулавливаемых выбросов. Полное улавливание пылегазовыделений определяется необходимостью как создания нормальных условий труда в цехах, так и защиты атмосферного воздуха, исключения выбросов из аэрационных фонарей клубов бурого дыма над электросталеплавильными цехами.

Обследование существующих систем местной вентиляции в электросталеплавильных цехах выявило целый ряд характерных причин их неэффективной работы: неудовлетворительная схема организации систем вентиляции, неправильные конструкции местных отсосов, несоответствие объемов удаляемого ' аспирационными установками воздуха оптимальным значениям, забивание воздуховодов, неэффективная работа систем пылеочистки. Недостаточное внимание к организации воздухообмена в цехе посредствам работы воздушных завес в дверных проемах и целостности остекления в ограждающих конструкциях, а также дисбаланс расходов

приточного и удаляемого воздуха, из-за отсутствия приточной вентиляции, увеличивают подвижность воздуха в электросталеплавильных цехах. Это негативно сказывается на работе системы пылеулавливающего оборудования, порой снижая его эффективность практически до нуля.

Следствием негативного влияния выше перечисленных факторов является многократное превышение значений ПДК по запылённости воздуха рабочей зоны и ПДВ на границе санитарно-защитной зоны большинства металлургических предприятий.

Таким образом, наряду с невозможностью решения данной проблемы по средствам только изменения технологических параметров, а также своевременного качественного обслуживания вентиляционных систем, имеет место проблема неправильного расчета систем обеспыливающей вентиляции.

Одной из причин такого положения является то, что при расчете воздухообмена электросталеплавильного цеха по пыли из-за отсутствия ряда исходных данных (дисперсный состав и аэродинамические характеристики пыли; направление и подвижность воздушных потоков в цехе, массовый расход пыли, выбивающейся из технологического оборудования; амплитуда колебаний отходящих газов) невозможно рассчитать величину воздухообмена. Таким образом, только обобщив эти данные, возможно разработать предельно эффективную и экономичную конструкцию зонта в условиях конкретного производства.

Поэтому актуальным является исследование этих факторов и на их основе совершенствование методов расчета систем местной вытяжной вентиляции, а также совершенствование конструкций местных отсосов и определение объемов воздуха систем пылеочистки.

Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет».

7 •

Целью работы является совершенствование систем местной вытяжной вентиляции . от дуговых электросталеплавильных печей в электросталеплавильных цехах для снижения уровня запыленности воздуха в цехах и уменьшения объемов выбросов вредных загрязняющих веществ в атмосферу.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи: определение исходных данных для расчета воздухообмена при различных схемах его организации: распределения концентрации пыли по высоте цеха, дисперсного состава пыли, и ряда коэффициентов, которые влияют на распределение этих параметров;

теоретические и экспериментальные исследования аэродинамических характеристик пыли, выделяющейся из технологического оборудования, и разработка на их основе расчетной модели распространения пыли в воздухе цеха и вблизи вентиляционных зонтов;

определение требуемых объемов воздуха, удаляемого установками местной вытяжной вентиляции от технологического оборудования, совершенствование конструкций местных отсосов и систем пылеочистки. Основная идея работы состояла в локализации конвективного потока пылегазовых выбросов от дуговой электросталеплавильной печи посредством совместной работы вентиляционного зонта, расположенного несоосно источнику выделения вредностей и осевых вентиляторов со специальными насадками с учетом нестационарного характера поля скоростей воздуха.

Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, лабораторные и промышленные исследования, обработку экспериментальных данных методами математической статистики и корреляционного анализа с применением ПК.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована' применением классических ' положений теоретического анализа,

моделированием изучаемых процессов, планированием необходимого объема

экспериментов, подтверждена удовлетворяющей требуемым критериям

сходимостью полученных результатов экспериментальных исследований,

выполненных в лабораторных и опытных условиях.

Научная новизна работы состоит в том, что:

- разработана расчетная модель, описывающая процесс улавливания пылегазовых выбросов, выделяющихся от дуговой электросталеплавильной печи, при совместной работе накатного вентиляционного зонта, расположенного не соосно с источником пылегазовыделения, и бокового сносящего потока плоской струи воздуха, создаваемого вентиляторами;

- на основании результатов экспериментальных исследований получены • данные о концентрации пыли в воздухе ЭСПЦ, подвижности воздуха в цехе,

мощности и характере пылевыделений от дуговой сталеплавильной печи и эффективности действия вентиляционного зонта;

- по результатам вычислительного эксперимента получена зависимость эффективности работы вентиляционного зонта от скорости воздуха в рабочем сечении вентиляционного зонта и его площади, а также скорости бокового сносящего потока воздуха, создаваемого вентиляторами, и его

■ углов наклона;

- получена экспериментальная зависимость, характеризующая эффективность работы вентиляционного зонта от скорости воздуха в рабочем сечении и угла наклона бокового сносящего потока;

- определены и систематизированы данные о дисперсном составе и основных аэродинамических характеристиках пыли, выделяющейся от дуговой электросталеплавильной печи.

Практическое значение работы:

- разработано устройство для улавливания и очистки пылегазовых выделений от электродуговой сталеплавильной печи на основе надвижного

вентиляционного зонта с приводом в виде поршневых пневмоцилиндров приводом - патент на изобретение № 2 420 342 Рос. Федерация;

- разработано устройство для улавливания и очистки пылегазовых выделений от электродуговой сталеплавильной печи на основе с вентиляционного зонта, разделенного на секции, в каждой из которых установлен датчик температуры - патент на изобретение №2 414 952 Рос. Федерация;

- разработано устройство для улавливания и очистки пылегазовых выделений от электродуговой сталеплавильной печи на основе поворотного вентиляционного зонта с канатным приводом - патент на изобретение № 2416651 Рос. Федерация;

- разработано устройство для улавливания и очистки пылегазовых выделений от электродуговой сталеплавильной печи на основе поворотного вентиляционного зонта с приводом в виде поршневых пневмоцилиндров на что получено решение о выдаче патента на изобретение от 18.11.2010 (заявка № 2009132229/20(045264) от 26.08.2009).

Реализация результатов работы:

- прошла испытания опытно-промышленная установка обеспыливающей вентиляции от дуговой электросталеплавильной печи ДСП-200-М01 электросталеплавильного цеха на ЗАО ВМЗ «Красный Октябрь» г. Волгоград;

- материалы диссертационной работы легли в основу технического отчета «Наладка системы аспирации ДСП-150 и аппаратов печь ковш» в ЭСПЦ на ОАО «Волжский трубный завод»;

На защиту выносятся:

- результаты экспериментальных исследований по концентрации пыли в воздухе ЭСПЦ, подвижности воздуха в цехе, мощности и характере пылевыделений от дуговой сталеплавильной печи и эффективности действия вентиляционного зонта;

- результаты исследований дисперсного состава и аэродинамических характеристик пыли, выделяющейся при работе дуговой электросталеплавильной печи;

- расчетная модель, описывающая процесс улавливания пылегазовых выбросов, выделяющихся от дуговой электросталеплавильной печи, при совместной работе накатного вентиляционного зонта, расположенного не соосно с источником пылегазовых выделений, и бокового сносящего потока плоской струи воздуха, создаваемого четырьмя осевыми вентиляторами со специальными насадками;

- экспериментальная зависимость эффективности работы вентиляционного зонта от скорости воздуха в рабочем сечении вентиляционного зонта и его площади, а также скорости бокового сносящего потока воздуха, создаваемого вентиляторами, и его углов наклона;

- экспериментальная зависимость, характеризующая эффективность действия вентиляционного зонта от скорости воздуха в рабочем сечении и угла наклона бокового сносящего потока.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы отражены в 6 публикациях: на ежегодной научно-технической конференции Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета (Волгоград, 2006 г.); в «Вестник ВолГАСУ» №15 (34) серии «Строительств и архитектура» (Волгоград, 2009 г.); в сборнике материалов и научных трудов Проблемы охраны производственной и окружающей среды выпуск №2, на V и XI Международной конференции «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды», в «Вестник ВолГУ» №12 серии 1 «Математика. Физика».

Публикации

Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 9 работах, в том числе 3 патентах на изобретение.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы 209 страниц, в том числе: 140 страниц - основной текст, содержащий 20 таблиц на 20 страницах, 39 рисунков на 36 страницах; список литературы из 122 наименований на 12 страницах, 3 приложения на 57 страницах.

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Анализ технологического процесса выплавки стали как источника пылегазообразования

Из всех электросталеплавильных печей только в результате работы дуговых выделяется большое количество выбросов твердых веществ. Вместе с технологическими газами из них выбрасывается пыль, окись углерода, окись азота, окись серы и цианиды. Величина этих выбросов зависит от применяемого сырья технологического режима плавки, использования интенсификаторов и способа отвода газов от печи [10].

В настоящее время выпускаются дуговые электросталеплавильные печи (ДСП) номинальной емкостью: 0,5; 1,5; 3; 6; 12 (малые); 25; 50 (средние); 100 и 200 т (крупные). Самые большие в мире электродуговые печи (400 т) работают в США. Большегрузные ДСП третьего поколения емкостью 100, 150, и 200т идут с трансформаторами мощностью 75, 90 и 125 MB А соответственно [40].

На рис. 1.1 показана современная дуговая электропечь вместимостью 200т. Печь состоит из железного кожуха цилиндрической формы со сферическим днищем. Внутри кожух имеет огнеупорную футеровку. Плавильное пространство печи закрывается съемным сводом. Печь имеет рабочее окно и выпускное отверстие со сливным желобом. Питание печи осуществляется трехфазным переменным током. Нагрев и плавление металла осуществляются электрическими мощными дугами, горящими между концами трех электродов и металлом, находящимся в печи. Печь опирается на два опорных сектора, перекатывающихся по станине. Наклон печи в сторону выпуска и рабочего окна осуществляется при помощи реечного механизма. Перед загрузкой печи свод, подвешенный на цепях, поднимают к порталу, затем портал со сводом и электродами отворачивается в сторону сливного желоба и печь загружают бадьей.

Рис. 1.1. Дуговая сталеплавильная 200-т печь. 1 - электрод;

2 - электрододержатель; 3 - свод; 4 - подвеска свода; 5 - сводовое кольцо; 6 - цилиндрический кожух; 7 - рабочая площадка; .8 - механизм наклона печи; 9 - станина; 10 - люлька; 11 - сливной носок; 12 - портал; 13 - гибкий токопровод; 14 - стойка эл�