автореферат диссертации по строительству, 05.23.19, диссертация на тему:Совершенствование систем обеспыливания в производстве керамзита

На правах рукописи

—

Кисленко Тамара Александровна

Совершенствование систем обеспыливания в производстве керамзита

05.23.19 Экологическая безопасность строительства и городского хозяйства 05.26.01 Охрана труда (строительство)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 АПР 2015

005566471

Волгоград-2015

005566471

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

Научный руководитель кандидат технических наук

Кошкарев Сергей Аркадьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Желтобрюхов Владимир Федорович,

заведующий кафедрой «Промышленная экология и безопасность

жизнедеятельности» в федеральном государственном бюджетном

образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Волгоградский государственный

технический университет» кандидат технических наук, доцент Николенко Денис Александрович,

директор научно-исследовательского института проблем дорожно-транспортного комплекса (ДорТрансНИИ РГСУ), доцент кафедры «Автомобильные дороги» ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный строительный

университет»

Ведущая организация Научно-исследовательский институт

охраны атмосферного воздуха ОАО «НИИ Атмосфера» г. Санкт-Петербург

Защита состоится 02 апреля 2015 г. в 13:00 на заседании диссертационного совета ДМ 212.026.05 при ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1, корп. Б, ауд. Б-203.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» www.vgasu.ru

Автореферат разослан «г>1 ? » А 2015 г.

Ученый секретарь Юрьев Юрий Юрьевич

диссертационного совета ¡у /У

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Керамзит, выпускаемый в виде гравия, щебня или песка, как строительный материал получил широкое распространение, благодаря своим высоким тепло- звукоизоляционным свойствам, достаточно малому весу, устойчивости к воздействию химических соединений, морозоустойчивости, пожароустойчивости, долгому сроку службы, небольшой стоимости, экологической безопасности (как для людей, так и для окружающей среды).

Основным вредным выделением в производстве керамзита (независимо от способа производства) является пыль с содержанием диоксида кремния в количестве от 20 до 70%, которая, хотя и имеет 3 класс опасности по действующим санитарно-гигиеническим нормативам, но относится к аэрозолям преимущественно фиброгенного действия. Кроме того, по имеющимся данным при производстве керамзита образуется мелко- дисперсная пыль с частицами РМ]0 и РМ2.5, концентрация которых в атмосферном воздухе населенных мест в настоящее время регламентируется повышенными требованиями.

Известно, что для снижения поступлений пыли в атмосферный воздух и в воздух рабочей зоны применяются системы аспирации и пневмопылеуборки, эффективность которых, в первую очередь, определяется эффективностью пылеулавливающих установок.

Анализ научно-технической литературы, проектных решений и опыта эксплуатации систем обеспыливания на предприятиях отрасли показал, что применяемые в настоящее время установки пылеочистки для обеспечения необходимой степени уменьшения пылепоступлений, как правило, компонуются многоступенчатыми с использованием практически всех типов пылеуловителей (сухих и мокрых циклонов, скрубберов, рукавных фильтров и электрофильтров).

Такие решения характеризуются значительными капитальными и эксплуатационными затратами, вследствие высокой энергоемкости пылеочистных установок, а также особенностей эксплуатации разнотипного оборудования.

Поэтому актуальными являются исследования, направленные на разработку решений, обеспечивающих, с одной стороны, высокую степень сокращения поступлений пыли в атмосферный воздух и в воздух рабочей зоны, и, с другой стороны, позволяющих унифицировать пылеулавливающее оборудование в системах аспирации и пневмопылеуборки и снизить затраты на организацию пылеочистки.

Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет».

Цель работы — повышение экологической безопасности и обеспечение безопасных условий труда в производстве строительного керамзита посредством повышения эффективности установок пылеочистки в системах аспирации и пневмопылеуборки.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи: оценка технологических процессов и оборудования в производстве керамзита как источника пылевыделений, определяющего мощность выбросов пыли в воздушную среду;

- анализ существующих способов обеспыливания воздушной среды, применяющихся в производстве строительных материалов;

- исследование и обобщение данных о дисперсном составе и основных свойствах пыли, образующейся при производстве керамзита;

- разработка решений по снижению выбросов пыли в атмосферу от печей обжига керамзита;

- экспериментальная оценка степени снижения выбросов пыли в атмосферу и необходимых энергозатрат при реализации разработанных решений по обеспыливанию отходящих газов от печей обжига керамзита;

- разработка схемы компоновки системы пылеочистки с аппаратами ВЗП для систем аспирации и пневмопылеуборки для уменьшения поступлений пыли в атмосферный воздух и в воздух рабочей зоны;

- теоретическая и экспериментальная оценка степени сокращения поступлений пыли в атмосферный воздух и в воздух рабочей зоны и энергозатрат при применении разработанной системы пылеочистки.

Основная идея работы состоит в: снижении выбросов пыли в атмосферу и в воздух рабочей зоны на основе применения разных вариантов решений по обеспыливанию отходящих газов от печей обжига керамзита и разработанной установки пылеочистки для систем аспирации и пневмопылеуборки.

Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, экспериментальные исследования в лабораторных и промышленных условиях, обработку экспериментальных данных методами математической статистики и корреляционного анализа с применением ПК.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована -применением классических положений теоретического анализа, планированием необходимого объема экспериментов, подтверждена удовлетворяющей требуемым критериям сходимостью полученных результатов экспериментальных исследований, выполненных в лабораторных и промышленных условиях, с результатами других авторов.

Научная новизна работы:

- по результатам экспериментальных исследований, проведенных в промышленных условиях, выявлена зависимость, характеризующая степень снижения пылевых выбросов в атмосферу от печей обжига керамзита, а также зависимость для оценки энергозатрат на проведение процесса пылеочистки

при использовании разработанного решения, реализующего способ мокрой очистки газов;

- на основе результатов экспериментальных исследований получены данные, позволяющие оценить сокращение выбросов пыли в атмосферу от печей обжига керамзита и уровень энергозатрат при использовании для обеспыливания отходящих газов взвешенно-фильтрующего слоя, формируемого из керамзитовых гранул;

установлены экспериментальные зависимости, характеризующие уменьшение поступлений пыли в атмосферный воздух и в воздух рабочей зоны, а также энергоемкость разработанной установки пылеочистки с аппаратами ВЗП для систем аспирации и пневмопылеуборки;

- получены данные о дисперсном составе пыли, выделяющейся при производстве керамзита в атмосферный воздух и в воздух рабочей зоны, и по результатам дисперсионного анализа выявлена зависимость, характеризующая долю мелкодисперсных частиц РМю и РМг,5-

Практическое значение работы:

- для достижения нормативов ПДВ и унификации пылеулавливающего оборудования разработано конструктивное решение, реализующее способ мокрой очистки от пыли газов, отходящих в атмосферный воздух от печей обжига керамзита, новизна которого подтверждена патентом РФ на полезную модель №139122;

- для снижения поступлений пыли в атмосферный воздух и в воздух рабочей зоны для систем аспирации и пневмопылеуборки разработана схема компоновки установки пылеочистки с аппаратами ВЗП.

Реализация результатов работы:

предложенная система пылеочистки с аппаратами ВЗП прошла опытно-промышленные испытания в ОАО «Волгоградский завод железобетонных изделий №1».

- материалы диссертационной работы используются кафедрой "Безопасность жизнедеятельности в техносфере" ФГБОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета при подготовке магистров по направлению 280700.68 «Техносферная безопасность».

На защиту выносятся:

выявленная по результатам экспериментальных исследований, проведенных в промышленных условиях, зависимость, характеризующая степень снижения пылевых выбросов в атмосферу от печей обжига керамзита, а также зависимость для оценки энергозатрат на проведение процесса пылеочистки при использовании разработанного решения, реализующего способ мокрой очистки газов;

- полученные на основе результатов экспериментальных исследований данные, позволяющие оценить сокращение выбросов пыли в атмосферу от печей обжига керамзита и уровень энергозатрат при использовании для обеспыливания отходящих газов взвешенно-фильтрующего слоя, формируемого из керамзитовых гранул;

экспериментальные зависимости, характеризующие уменьшение поступлений пыли в атмосферный воздух и в воздух рабочей зоны, а также энергоемкость разработанной установки пылеочистки с аппаратами ВЗП для систем аспирации и пневмопылеуборки;

- положение о том, что пофракционное распределение массы частиц пыли, поступающей в атмосферный воздух и в воздух рабочей зоны при производстве керамзита, является усеченным логарифмически-нормальным, тогда как пофракционное распределение массы частиц в диапазоне диаметров от 1 до 30 мкм подчиняется логарифмически-нормальному закону;

выявленная по результатам дисперсионного анализа зависимость, характеризующая долю мелкодисперсных частиц.

Апробация. Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на: конференциях ученых-экологов «Проблемы охраны производственной и окружающей среды» (г. Волгоград, 2010-2013 г.г.); ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета (г. Волгоград, 2011-2013 г.г.).

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 8 работах, в том числе в 4 статьях, опубликованных в рецензируемых научных журналах и изданиях, и 1 патенте на полезную модель.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и приложений. Общий объем работы: 126 страниц, в том числе: 104 страницы - основной текст, содержащий 16 таблиц на 18 страницах, 44 рисунка на 37 страницах; библиографический список из 134 наименований на 14 страницах; 2 приложения на 8 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель, задачи и основная идея работы, ее научная новизна и практическая значимость, приведены сведения об апробации и практическом внедрении результатов проведенных исследований.

Первая глава посвящена аналитическому обзору и выбору направления исследований.

Решением вопросов, связанных с проблемами обеспыливания воздушной среды на предприятиях различных отраслей промышленности, в том числе и на предприятиях стройиндустрии, занимались многие исследователи - В.Н. Азаров, Г.М. Алиев, П.С. Балтеренас, Ф.Г. Банит, В.И. Беспалов, Е.И. Богуславский, H.A. Бобровников, Л.И. Гудим, Д.В. Коптев, И.Ф. Ливчак, В.А. Минко, О.Д. Нейков, В.И. Пирумов, В.И. Полушкин, К.Г. Руденко, Б.С. Сажин, В.Н. Ужов, Е.А. Штокман и др.

Проведенный анализ показал, что технологические процессы в производстве строительного керамзита, независимо от способа производства и фракционного состава получаемого продукта, сопровождаются поступлением как в атмосферный воздух, так и в воздух рабочей зоны, вредных выделений. Так, от печей обжига в атмосферу выделяются пыль, продукты сгорания природного газа и избыточная теплота. Пыль также поступает в производственные помещения и в атмосферный воздух при осуществлении других технологических операций.

Пыль, выделяющаяся при производстве керамзита, характеризуется содержанием диоксида кремния в количестве от 20 до 70% и по действующим санитарно-гигиеническим нормативам относится к аэрозолям преимущественно фиброгенного действия, т.е. вызывает болезни дыхательных путей (бронхит пылевой, пневмокониоз, фарингит и эмфизема).

Кроме того, по данным многих исследователей при производстве строительных материалов образуется мелкодисперсная пыль с частицами размером до 10 мкм (РМю) и менее 2,5 мкм (РМ^), к содержанию которых в атмосферном воздухе населенных мест в России, начиная с 2010 г., предъявляются повышенные требования.

Для снижения поступлений пыли в атмосферу и в воздух рабочей зоны используются системы аспирации и пневмопылеуборки, эффективность которых в первую очередь определяется эффективностью применяемых в них аппаратов и систем пылеочистки.

Проведенный анализ показал, что установки пылеочистки в системах аспирации и пневмопылеуборки, как правило, компонуются по многоступенчатой схеме. При этом в качестве первой и второй ступеней используются сухие и мокрые циклоны, в качестве последующих — скрубберы, рукавные фильтры и электрофильтры.

Такие решения влекут за собой значительные как капитальные, так и эксплуатационные затраты, последние из которых обусловливаются высокой энергоемкостью пылеочистных установок и необходимостью их обслуживания персоналом с соответствующей классификацией.

Во второй главе приводятся результаты экспериментальных исследований по оценке пылевой обстановки в цехах по производству керамзита.

Так, например, по данным обследования систем аспирации, обслуживающих печи обжига и холодильный барабан, было установлено, что выбросы пыли в атмосферу от печей обжига в 1,14-1,3 раза превышают установленные нормативы, от холодильного барабана - в 2,1 раза. В результате этого концентрация пыли неорганической с содержанием БЮг 70-20% в атмосферном воздухе составляет 1,22-2,21 ПДК.

По методике, разработанной профессором В.Н. Азаровым, основанной на использовании вероятностно-стохастического подхода, было определено количество пыли, поступающей в производственные помещения от одного из основных источников пылевыделения - печи обжига керамзита, которое составляет 1,87 кг/ч.

Для оценки пылевой обстановки при производстве керамзитового гравия были проведены измерения запыленности воздуха в цехе по производству керамзита на заводе железобетонных изделий. Замеры проводились в рабочей зоне возле печи обжига керамзита, поскольку это оборудование является одним из наиболее пылящих. Полученные данные показали, что в зависимости от расстояния от этого источника пыления осредненные значения концентрации пыли в воздухе рабочей зоны изменяются от 13,2ПДКрз (на расстоянии 0,5 м от печи) до 1,5ПДКрз (на расстоянии 3 м).

Рисунок 1 - Интегральные кривые пофракционного распределения массы частиц в вероятностно-логарифмической сетке для пыли, отобранной в системе аспирации, обслуживающей вращающуюся печь обжига керамзита

Рисунок 2 — Интегральные функции распределения массы по размерам

частиц в вероятностно-логарифмической сетке для пыли, отобранной в воздухе рабочей зоны около холодильника

На рисунке 1 в виде интегральных функций распределения приведены результаты анализа фракционного состава пыли, поступающей в систему аспирации, обслуживающей печь обжига. Анализ полученных данных показал, что полученная зависимость имеет вид усеченной логарифмической кривой, и размеры частиц составляют: максимальный — 16 мкм, минимальный — 0,3 мкм, медианный диаметр — 9 мкм. Доля частиц РМш колеблется в пределах от 60 до 90%. Содержание частиц РМ2,5 составляет 1-1,8%.

На рисунке 2 в виде интегральных функций пофракционного распределения массы частиц приведены результаты анализа дисперсного состава пыли, поступающей в воздух рабочей зоны около холодильника. Анализ экспериментальных данных показал, что полученная зависимость также, как на рисунке 1, имеет вид усеченной логарифмической кривой, и размеры частиц составляют: максимальный — 20 мкм, минимальный — 2 мкм, медианный диаметр - 16 мкм. Доля частиц РМю изменяется в пределах от 15 до 40%. Содержание частиц РМ2,5 составляет 0,3%.

Обобщенные результаты проведенного дисперсионного анализа и сопоставления с данными других авторов о дисперсном составе пыли, выбрасываемой в атмосферный воздух при производстве керамзита, представлены на рисунке 3.

яу

99

93 Я)

ю

V в

50 40

X

20 10

I 1

и оа

I 2 3 43678910 » 30 30 13)

Рисунок 3 - Распределение массы частиц керамзитовой пыли по размерам. 1,2 - по данным Черкасова В.С. и Шаповалова Н.Н.; 3 - по результатам собственных экспериментальных исследований

Анализ полученных данных показывает, что на фоне мелких частиц с размером йч < 10 мкм, на долю которых приходится до 50% массы, наблюдаются и более крупные с размерами йч> 10 мкм.

Очевидно, что в первом приближении полученные интегральные функции удовлетворяют логарифмически нормальному распределению. На участке размеров частиц пыли йч в интервале от 1 до 40 мкм (кривые 1 и 2) эти

зависимости формулой

близки к прямой линии и удовлетворительно описываются

1да

£> = 55,95 J ехр

1гп2(йч/18) 2

1п2а

сИд<Ц (1)

Кривая 3 в интервале <1Ч от 1 мкм до 30 мкм также принимает вид прямой и может быть описана выражением

1да

I Ш2(<£,/10)

О = 122,75

ехр

1п2а

й1дйч (2)

Результаты исследования основных свойств пыли приведены в таблице 1.

Третья глава посвящена разработке решений по снижению выбросов пыли в атмосферу от печей обжига керамзита.

Один из вариантов предполагает использование в системе аспирации печи обжига керамзита устройства, в котором комбинируются инерционный механизм и механизм захвата частиц на поверхности или в объеме жидкости.

Таблица 1 - Результаты исследований основных свойств пыли,

выделяющейся при производстве керамзита

Свойство пыли Единицы измерения Величина

Насыпная плотность г/см3 0,597-0,718

Статический угол естественного откоса град 42,8- 58,4

Динамический угол естественного откоса град 36,25-41,7

Для оценки степени снижения пылевых выбросов в атмосферу в результате использования предложенного решения в промышленных условиях проведены экспериментальные исследования. Схема испытательного стенда показана на рисунке 4. В качестве рабочей жидкости при проведении исследований

1- патрубок входа; 2 - технологический блок-модуль; 3 - блок-поддон с водой; 4 - патрубок слива воды; 5 - регулятор подачи и поддержания уровня жидкости; 6 - сепарационный блок; 7 — патрубок для вывода очищенного потока газа; 8 -пластинчатый сепаратор; 9 - конфузоры; 10 - контактные трубчатые камеры; 11 - диффузоры; 12 - насыпная керамзитовая загрузка; 13, 14 - горизонтальные перегородки; 15, 16 — измерительный комплекс для определения расхода и давления; 17, 18 - измерительный комплекс для определения концентрации; 19 - дистанционно-управляемый шибер; 20 - вентилятор

Был реализован полный факторный эксперимент З2. При этом в качестве определяющих факторов были приняты: Л^ - уровень жидкости в конфузоре, отсчитываемый от нижней горизонтальной перегородки и отнесенный к высоте конфузора; Як - высота контактной камеры, отнесенная к ее диаметру.

На рисунке 5 представлены графические зависимости е = г(йжк, Ък) , характеризующие степень снижения массы выбросов в атмосферу.

Рисунок 5 - Изменение величины проскока в зависимости от уровня жидкости в конфузорах и высоты контактной камеры при:

1 - Кжк = - 0,16; 2 - Яжк = - 0,08;

Рисунок 6 - Изменение приведенного коэффициента местного сопротивления в зависимости от высоты слоя воды в конфузорах

3-й»

= 0

По результатам математической обработки экспериментальных данных получена регрессионная зависимость

е = 0,0898(ЯЖК - 5)2 - 0,0008(ЛК - 2,875)2 - 2,1254 (3) Анализ полученных данных показывает, что наибольшая степень снижения пылепоступлений в атмосферный воздух достигается в случае, когда блок-поддон заполнен водой до уровня нижней плоскости горизонтальной перегородки, разделяющей технологический блок-модуль и блок-поддон аппарата. При понижении уровня жидкости эффективность улавливания пыли снижается, достигая минимального значения при Кжк = — 0,16. Снижению выбросов пыли способствует также увеличение высоты контактной камеры. При значении Кк = 12,5 коэффициент проскока принимает наименьшие значения в исследованном диапазоне определяющих факторов.

Для оценки энергозатрат на проведение процессов пылеочистки при реализации предложенного решения определялся приведенный коэффициент

аэродинамического сопротивления аппарата, равный ( = 2ДР/(р,

вых^вых.

)

(рисунок 6). Анализ полученных показал, что наибольшие потери давления отмечаются при высоте воды в конфузоре Кжк = 0.

Приемлемое значение степени проскока пыли и величины аэрогидродинамического сопротивления в устройстве наблюдаются в диапазоне значений высоты слоя воды Кжк в конфузоре от - 0,08 до 0. Если характеристика применяемого в системе аспирации тягодутьевого устройства позволяет проводить процесс при Кжк — 0, то данную величину высоты слоя

воды кжк в конфузоре можно считать предпочтительной. Если располагаемый напор установленного в системе аспирации тягодутьевого устройства позволяет проводить процесс при Кжк = — 0,08, то данную величину высоты слоя воды кжк в конфузоре можно считать допустимой с точки зрения практического использования.

Одним из перспективных природоохранных процессов в производстве строительного керамзита может стать пылеулавливание во взвешенно-фильтрующем слое, для формирования которого могут быть использованы керамзитовые гранулы.

Экспериментальные исследования по оценке эффективности применения взвешенно-фильтрующего слоя для снижения выбросов пыли в атмосферу от печей обжига керамзита проводились в промышленных условиях на стенде, схема которого показана на рисунке 7.

Был также реализован полный факторный эксперимент З2 при определяющих факторах: дп - скорость очищенного воздуха в прямоугольном поперечном сечении сепарационной зоны (на выходе из аппарата), отнесенная к 1 м/с; а - угол наклона газораспределительной решетки к горизонтальной плоскости.

На рисунке 8 приведены графические зависимости вида е = «(¿¡„Лапа), характеризующие изменение степени проскока пыли в аппарате со взвешенно-фильтрующим слоем гранул керамзита. По результатам математической обработки экспериментальных данных получено уравнение регрессии £ = 0,4274 - 0,0215(ип - 4Д7)2 - 0,2321(1ап а + 0,21)2+ + 0,018ип1ап2а (4)

Экспериментально установлено, что наименьшее значение выбросов пыли в зависимости от относительной скорости потока в прямоугольном поперечном сечении сепарационной зоны достигается при значении дп = 0,4 . При увеличении значения ¡Зп > 1,0 пылепоступления в атмосферу значительно увеличивается. В то же время эффективность пылеочистки в аппарате возрастает с увеличением угла наклона газораспределительной решетки независимо от скорости пылегазового потока в сепарационной зоне.

Результаты экспериментальных исследований по оценке аэродинамического сопротивления аппарата в виде графической зависимости £ = {(0П) приведены на рисунке 9.

Уравнение регрессии в этом случае имеет вид

( = 945,271(и„ - 1Д8)2 + 54,45 (5)

Анализ полученных данных показывает, что при увеличении скорости очищаемого потока в поперечном прямоугольном сечении аппарата до значений v„ > 1 м/с приводит не только к снижению эффективности пылеочистки, но и к значительному увеличению потерь давления, т.е. такие режимы работы неприемлемы. С другой стороны, наибольшая степень очистки

Рисунок 6 - Схема экспериментальной установки. 1- патрубок входа очищаемого пылевоздушного потока; 2 - блок-распределитель очищаемого газа; 3 - патрубок выгрузки просыпи пыли; 4 - устройство (патрубок с питателем) подачи и поддержания уровня гранул зернистого материала в ячейке; 5 - газораспределительная решетка; 6 - блок

сепарационной зоны; 7 - патрубок выхода очищенного потока газа; 8 - вертикальная перегородка поддержания постоянного уровня взвешенно-фильтрующего зернистого материала в устройстве; 9,14 - измерительный комплекс для определения концентрации; 10, 13 - измерительный комплекс для определения давления; 11 - патрубок выгрузки гранул фильтрующего слоя зернистого материала с уловленной пылью; 12 - питатель выгрузки гранул зернистого материала; 15 - дистанционно-управляемый шибер;

16 - вентилятор

и наименьшие потери давления обеспечиваются при и„ = 0,4 м/с. Однако при очистке больших объемов воздуха при такой скорости потребуется аппарат больших размеров, что приведет к возрастанию эксплуатационных затрат и сокращению свободной площади на предприятии.

Также следует отметить, что, хотя при угле наклона газораспределительной решетки а > 16° эффективность очистки повышается, однако возрастает линейная скорость движения гранулированного материала в ячейке, и, следовательно, массовый расход гранулированного материала в аппарате, используемого для образования взвешенно-фильтрующего слоя, сепарирующего пыль из очищаемого пылегазового потока.

Таким образом, для практического применения аппарата пылеочистки со взвешенно-фильтрующим слоем целесообразно рекомендовать: скорость потока в поперченном сечении аппарата в пределах 0,6-1,0 м/с; угол наклона а = 16°. При таких режимных параметрах величина проскока составит е « 1012%.

В четвертой главе описывается предлагаемое решение по снижению

Рисунок 8 - Изменение величины Рисунок 9 - Зависимость

проскока в зависимости от угла наклона коэффициента аэродинамического

газораспределительной решетки при: сопротивления от скорости потока в

1 - и„ = 0,4; 2-€„ = 0,8; поперечном прямоугольном сечении

3 - 0„ = 1,2 аппарата

С этой целью для систем аспирации и централизованной пневмопылеуборки разработана схема компоновки установки пылеочистки с вихревыми инерционными аппаратами ВЗП (рисунок 10).

-О!.

ута

7Г

¿й-

V

Рисунок 10 - Расчетная схема установки пылеочистки

В предлагаемой системе предусматривается последовательная установка двух аппаратов ВЗП. Из бункера пылеуловителя первой ступени организуется отсос. Дополнительный аппарат, имеющий меньший диаметр, чем основные, предназначен для очистки пылевоздушной смеси, отсасываемой из бункера первого основного аппарата. После очистки в дополнительном аппарате воздух подается на нижний ввод пылеуловителя второй ступени. Уловленная пыль выгружается из бункеров всех трех аппаратов и возвращается в

технологический процесс. При таком решении: повышается степень очистки всей системы в целом, вследствие повышения эффективности аппарата первой ступени, достигаемой при организации отсоса из его бункерной зоны; обеспечивается возрастание эффективности системы в целом за счет повышения эффективности пылеуловителя второй ступени, вследствие подачи на его верхний и нижний входы пылевоздушных потоков с разной концентрацией; предотвращается значительное возрастание потерь давления во всей системе, обусловленное установкой дополнительного оборудования, вследствие снижения аэродинамического сопротивления первого пылеуловителя при организации отсоса из его бункерной зоны.

Уравнение баланса воздушных потоков будет иметь вид ¿о = ¿1 + 1г (6)

В свою очередь, система балансовых уравнений для массы перемещаемой пыли

Gj + С2 + ?7iG0 = G0; (1 - т]3)G2 - G3 = 0; (7) 1(1 - T12)G1 + (1 - V3)G3 = 0.

Обозначим G2/G0 = G2(L2/Z,0). При G1 = e3 — G2 , G3/G0 = E3G2 эффективность системы определяется как

£сист = GJG0 = ^(Gi + £3 G2) (8) £сист = £zOi - G2 + e3G2) (9)

Величина проскока для первого аппарата £j можно рассматривать как совокупность двух составляющих

= Cj/GoHf^ = G2/G0.

G3 £3

cl = (£i/G2 - î) _(10)

Следовательно, £сист = £2(L0, L2/L0i G3/G0)[G2(L2/L0)]. Обозначим L2/L0 = x. В этом случае G2 = G(x), £сист = £2/LH = x>

T- = £3^)C(x))[£ib(lotc = x) + £3(Lbx = X)G(X)£1H Wj (11) в £1bW

При этом £2, £3, £lB, G2 = £lH - экспериментальные величины. С учетом этого выражение (11) преобразуется к виду

G» = £^£^sULotc = х) + £з(Цх = (3r)j (12)

в

При проведении экспериментальных исследований по оценке степени снижения поступлений пыли в атмосферу и в воздух рабочей зоны при использовании предложенной установки пылеочистки, а также для оценки затрат электроэнергии на проведение этого процесса был принят трехуровневый план, представляющий собой полный факторный эксперимент З3, в котором реализуются все возможные комбинации из трех факторов на трех уровнях.

Как определяющие были приняты следующие факторы: Ь0 - расход воздуха, поступающего в установку пылеочистки из системы аспирации или из системы пневмоуборки, отнесенный к 1 м3/с (или к 1 м3/ч); с0 - концентрация пыли в воздушном потоке, поступающем в установку пылеочистки из системы аспирации или из системы пневмопылеуборки, отнесенная к 1 г/ м3; К - доля объема воздуха, отсасываемого из бункера аппарата ВЗП первой ступени, от расхода воздуха, поступающего в установку пылеочистки из системы аспирации или из системы пневмопылеуборки.

На рисунке 11 приведены графические зависимости вида Есист = е(Ь0,с0,К) при концентрации пыли в потоке, подаваемом на обеспыливание с0

Рисунок 12 - Зависимость обобщенного коэффициента аэродинамического сопротивления от

расхода подаваемого в систему пылеочистки воздуха при: 1 —К = 0,05; 2 - К= 0,20; 3- К = 0,35

Рисунок 11 - Изменение величины проскока в зависимости от параметра А" при расходе воздуха 0,376 м3/с (1340 м3/ч) и начальной запыленности потока 0,5 г/м3

Аналогичные зависимости получены и при других значениях начальной концентрации. Полученные данные, характеризующие степень уменьшения массы пыли, поступающей в воздух рабочей зоны и в атмосферу, аппроксимируются выражением вида

£СИ(Т = 0,0002 + 0,003(Г0 - 3,5)2 + 0,0002(с0 - 9,б)2 + + 0Д88(К- 0,3)2 - 0,0002с010 (13)

Затраты электроэнергии на реализацию процесса пылеочистки характеризуются графическими зависимостями, представленными на рисунке 12, и уравнением регрессии

Соб = 122,6 + 613Д(10- 0,7)2 + 647(К - 0,29)2 (14)

Предложенная система пылеочистки прошла опытно-промышленные испытания в цехе №2 ОАО «Волгоградский завод железобетонных изделий №1». Установка была использована в системе аспирации №2, обслуживающей печь обжига керамзита. В рабочем режиме средняя эффективность установки пылеочистки составила 97,0%, что позволило снизить количество выбрасываемой в атмосферу пыли на 23% и обеспечить достижение нормативов ПДВ. Предотвращенный экологический ущерб от загрязнения атмосферного воздуха выбросами керамзитовой пыли в результате реализации предложенных природоохранных мероприятий составил 838361 руб./год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе приводится решение актуальной задачи обеспечения экологической безопасности и сохранения здоровья работающих при производстве строительного керамзита на основе разработки и оценки эффективности решений по снижению поступлений пыли в воздушную среду предприятий.

На основании результатов выполненных теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие основные выводы по работе:

1. Результаты анализа сведений, приведенных в известных научно-технических источниках, и результаты проведенного натурного обследования показали, что, независимо от применяемого способа, производство строительного керамзита (гравия, щебня, песка) сопровождается значительными пылевыделениями как в атмосферный воздух, так и в воздух рабочей зоны.

Данные экспериментальных исследований, проведенных на предприятиях отрасли, свидетельствуют о том, что выбросы пыли в атмосферу в 1,1-2,1 раза превышают установленные нормативы, а запыленность воздуха в производственных помещениях достигает 1,5-3,8 ПДКрт.

2. По результатам проведенного дисперсионного анализа установлено, что при производстве керамзита в атмосферный воздух и в воздух рабочей зоны поступает пыль с содержанием частиц РМю и РМ2,5 до 50% и 10% по массе соответственно.

На основе полученных данных о дисперсном составе образующейся пыли установлено, что пофракционное распределение массы частиц является усеченным логарифмически нормальным, тогда как в диапазоне диаметров от 1 до 30 мкм подчиняется логарифмически-нормальному закону, и выявлена зависимость, характеризующая долю мелкодисперсных частиц.

3. С целью достижения нормативов ПДВ и унификации пылеулавливающего оборудования для очистки выбросов в атмосферу от печей обжига керамзита предложено конструктивное решение, реализующее способ мокрой очистки газов (патент РФ на полезную модель №139122).

По результатам. экспериментальных исследований, проведенных в промышленных условиях, установлены зависимость, характеризующая степень снижения пылевых выбросов, и зависимость для оценки энергозатрат на проведение процесса пылеочистки.

4. Получены экспериментальные данные, позволяющие оценить сокращение выбросов пыли в атмосферу от печей обжига керамзита при использовании для этой цели взвешенно-фильтрующего слоя, формируемого из керамзитовых гранул.

5. С целью снижения выбросов в атмосферу и в воздух рабочей зоны для систем аспирации и пневмопылеуборки предложена схема компоновки установки пылеочистки с аппаратами ВЗП при организации отсоса из бункера пылеуловителя первой системы и установке дополнительного пылеуловителя для очистки отсасываемого пылевоздушного потока.

На основе результатов экспериментальных исследований получены зависимости, характеризующие уменьшение поступлений пыли в атмосферный воздух и в воздух рабочей зоны, а также энергоемкость разработанной установки пылеочистки.

6. Установка пылеочистки, скомпонованная по предложенной схеме, прошла опытно-промышленные испытания в ОАО «Волгоградский завод железобетонных изделий №1».

В рабочем режиме средняя эффективность установки пылеочистки составила 97,0%, что позволило снизить количество выбрасываемой в атмосферу пыли на 23% и обеспечить достижение нормативов ПДВ.

7. Определен предотвращенный экологический ущерб от загрязнения атмосферного воздуха выбросами керамзитовой пыли в результате реализации природоохранных мероприятий, который составил 838361 руб./год.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

Работы, опубликованные в рецензируемых научных журналах и изданиях:

1. Кисленко, Т. А. О значимости параметров инерционных устройств очистки вентиляционных выбросов в производстве керамзита [Электронный ресурс] / Т. А. Кисленко [и др.] // Современные проблемы науки и образования, 2014, №1. - Режим доступа : http:/www/science education.ru/115-12003

2. Кисленко, Т. А. Система обеспыливания для производства керамзита [Электронный ресурс] / Кисленко, Т. А. [и др.] // «Инженерный вестник Дона», 2013, №4. - Режим доступа : http://ivdon.ru/magazine/archive/nly2009/250 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

3. Кисленко, Т. А. О применении аппаратов пылеулавливания с комбинированной схемой сепарации пыли из пылегазового потока в производстве керамзита [Текст] / Т. А. Кисленко, С. А. Кошкарев // Альтернативная энергетика и экология. - 2013. - №11 (133). - С. 61-63.

4. Кисленко, Т. А. Определяющие факторы циклонного обеспыливания

вентиляционных выбросов [Текст] / Т. А. Кисленко [и др.] // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного

университета; Сер.: Технические науки. — Волгоград, 2011. - Вып.'44'. - С. 241-245.

Патенты:

5. Пат. 139122 Российская Федерация, МПК В0Ш47/02. Устройство для очистки газов [Текст] / Кисленко Т. А. [и др.] ; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» (ВолгГАСУ). - №2013138200/05 ; заявл. 15.08.13 ; опубл. 15.04.14, Бюл. № 1. -2 с.

Отраслевые гадания и материалы конференций:

6. Кисленко, Т. А. О применении на предприятиях стройиндустрии аппаратов пылеулавливания с фильтрующе-взвешенным слоем [Текст] / Т. А. Кисленко [и др.] // Биосферная совместимость, 2013. - № 2. - С. 18-19.

7. Кисленко, Т. А. Анализ пылевых выбросов в атмосферу от предприятий по производству керамзита [Текст] / Т. А. Кисленко [и др.]; М-во образования и науки Рос. Федер., ФГБОУ ВПО «Волгогр. гос. арх.-строит. ун-т» [и др.] // Проблемы охраны производственной и окружающей среды : сб. материалов и науч. тр. инженеров-экологов по материалам конф. ученых-экологов (Волгоград, 11-12 октября 2012 г.). - Волгоград : ПринТерра-Дизайн, 2013. -Вып. 5.-С. 30-33.

8. Кисленко, Т. А. Применение в строительстве и стройиндустрии аппаратов пылеулавливания с фильтрующее-взвешенным слоем [Текст] / Т. А. Кисленко [и др.]; М-во образования и науки Рос. Федер., ФГБОУ ВПО «Волгогр. гос. арх.-строит. ун-т» [и др.] // Проблемы охраны производственной и окружающей среды : сб. материалов и науч. тр. инженеров-экологов по материалам конф. ученых-экологов (Волгоград, 1112 октября 2012 г.). - Волгоград : ПринТерра-Дизайн, 2013. - Вып. 5. -С.41-45.

5ЮгI

Кисленко Тамара Александровна

Совершенствование систем обеспыливания в производстве керамзита

05.23.19 Экологическая безопасность строительства и городского хозяйства 05.26.01 Охрана труда (строительство)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 27.01.2015 г. Заказ № 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