автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Совершенствование систем пневмоуборки с использованием вихревых инерционных пылеуловителей

00504403О

На правах рукописи

ЧИЖОВ НИКИТА ИВАНОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ ПНЕВМОУБОРКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИХРЕВЫХ ИНЕРЦИОННЫХ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЕЙ

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

2 4 МАЙ 2012

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград - 2012

005044598

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

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор АЗАРОВ

ВАЛЕРИЙ НИКОЛАЕВИЧ

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ГОЛОВАНЧИКОВ

АЛЕКСАНДР БОРИСОВИЧ ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет», заведующий кафедрой «Процессы и аппараты химических производств»

УЧАЕВ ВЛАДИМИР НИКОЛАЕВИЧ ООО «ДорПроектСервис», заместитель директора

ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства»

Защита состоится 29 мая 2012 г. в 12— на заседании диссертационного совета ДМ 212.026.05 при ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1, ауд. Б-203.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет». Автореферат разослан 25 апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертациогаюго совета

кандидат технических наук

Ведущая организация

Юрьев Ю.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. На предприятиях строительной отрасли при осуществлении многих технологических процессов в воздух рабочих зон и атмосферу выделяется большое количество мелкодисперсной пыли. Опыт эксплуатации систем аспирации и обеспыливания показал, что при расчете эффективности работы этих систем, в реальных технологических процессах не учитываются колебания таких параметров воздушной среды рабочих зон, как концентрация и дисперсный состав пыли. Вследствие этого, системы аспирации и обеспыливания имеют значительный разброс значений эффективности работы, что негативно отражается на состоянии воздуха рабочих зон предприятий, и прилегающих территорий. Причинами неблагоприятной пылевой обстановки на рабочих местах могут являться: выбивание пыли от технологического оборудования, не полная локализация источников пылевыделений системами аспирации, а также применяемые методы и средства уборки помещений от осевшей пыли, которые не позволяют решать вопросы повторного взмета, разделения пыли от посторонних включений и возврата ее в технологический процесс. Все это приводит к ухудшению пылевой обстановки на рабочих местах и на территории предприятия, загрязнению городской среды, а также к увеличению эксплуатационных затрат.

Поэтому представляется актуальным решение задачи улучшения качества воздушной среды рабочих зон цехов предприятий строительной отрасли (на примере завода ЖБИ) и атмосферы, основанной на применении системы пневмоуборки помещений цехов с использованием вихревых инерционных пылеуловителей и аппаратов отвеивания, которые позволяют обеспечить уборку производственных помещений с высокой эффективностью, высокую степень очистки пылевых выбросов, а также использовать уловленный материал вторично в технологических процессах.

Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.

Цель работы. Улучшение условий труда работников предприятий строительной отрасли, посредством совершенствования систем пневмоуборки цехов, с использованием аппаратов ВЗП и отвеивания, а также снижение антропогенного воздействия на окружающую среду.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

оценка технологических процессов предприятий строительного производства, как источников поступления и распространения пыли в воздухе рабочих зон и прилегающей территории, определяющая исходные данные для проектирования систем пневмоуборки и обеспыливания;

-анализ условий труда и оценка воздействия пыли цемента на организм работников завода ЖБИ, обобщение данных о дисперсном составе, основных физико-химических свойствах и аэродинамических характеристиках пыли;

- разработка конструкций аппаратов ВЗП и отвеивания, а также исследование процессов улавливания пыли в этих аппаратах;

проведение опытно-промышленных исследований по определению эффективности работы аппаратов пылеулавливания (ВЗП) и отвеивания;

совершенствование расчетной модели определения эффективности аппаратов пылеулавливания (ВЗП) и отвеивания;

оценка социально-экономического и эколого-экономического эффектов внедренных мероприятий.

Основная идея работы состояла в совершенствовании систем пневмоуборки, основанная на применении вихревых инерционных пылеуловителей (ВЗП) и аппаратов отвеивания, для обеспечения уборки производственных помещений с высокой эффективностью, высокой степени очистки пылевых выбросов, а также использования уловленного материала вторично в технологических процессах на предприятиях стройиндустрии (на

примере завода ЖБИ).

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

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

Научная новизна работы:

усовершенствована расчетная модель для оценки эффективности аппаратов пылеулавливания и отвеивания с учетом стохастичности параметров в реальных технологических процессах и в воздухе рабочих зон;

получены экспериментальные зависимости для определения эффективности системы инерционного пылеулавливания (ВЗП) и отвеивания;

определены и систематизированы данные о дисперсном составе и физико-химических свойствах пыли строительных производств поступающих в системы пневмоуборки и обеспыливания ;

установлены экспериментальные и расчетные зависимости, характеризующие изменение концентрации пыли строительных производств, и плотности оседания в воздухе рабочей зоны и на территории предприятий строительной отрасли;

Практическое значение работы:

- определены и систематизированы данные опытно-промышленных исследовании дисперсного состава пыли, поступающей в инженерно-экологические системы и рабочую зону предприятий строительной отрасли;

- экспериментально обосновано применение аппаратов ВЗП и отвеивания в системах пневмоуборки производственных помещений;

- усовершенствована система пневмоуборки с использованием конструкции аппаратов отвеивания и вихреинерционных пылеуловителей (ВЗП), обладающие высокой эффективностью разделения и очистки пыли;

- усовершенствована методика расчета аппаратов ВЗП и отвеивания, позволяющая производить расчет эффективности пылеулавливания данных аппаратов и их аэродинамических характеристик;

- разработаны и приняты к использованию рекомендации по проектированию и повышению эффективности работы систем пневмоуборки цехов предприжгий строительной отрасли.

Реализация результатов работы:

- разработка и испытание опытной установки пылеулавливания на заводе ЖБИ производственно-коммерческой фирмы «Тибет» г.Волжский ;

-проведено обследование, выданы рекомендации, и разработан проект системы пневмоуборки с использованием аппаратов ВЗП и отвеивания, который принят к внедрению на заводе ЯШИ производственно-коммерческой фирмы «Тибет» г. Волжский;

-рекомендации по проектированию систем пневмоуборки и обеспыливания цехов заводов ЖБИ внедрены в ПТБ ПСО «Волгоградгражданстрой» при разработке проектной документации;

- материалы диссертационной работы использованы кафедрой «Безопасность жизнедеятельности в техносфере» Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета для обучения студентов специальностей «Безопасность технологических процессов и производств», «Защита окружающей среды», Инженерная защита окружающей среды»;

проведена оценка социально-экономического и эколого-экономического эффектов разработанных мероприятий.

На защиту выносятся:

результаты исследования технологического оборудования как источника пылевыделений в воздух рабочих зон и атмосферу;

результаты исследования дисперсного состава пыли, поступающей в системы пневмоуборки и обеспыливания, воздух рабочей зоны и атмосферу;

результаты экспериментальных и теоретических исследований блока из инерционных аппаратов отвеивания и улавливания (ВЗП);

результаты опытно-промышленных исследований по совершенствованию систем пневмоуборки цехов предприятий строительной отрасли.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались, получили одобрение на: Второй международной научно-практической конференции «Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы», г. Воронеж, октябрь 2011г.; Международной научно - практической конференции «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития 2011», Одесса 2011; ежегодных научно-технических конференциях Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета (Волгоград, 2007-2011 г.).

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 7 работах, в том числе 3 работы в рецензируемых научных журналах и в изданиях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы 117 страниц, в том числе: 100 страницы - основной текст, содержащий 18 таблиц на 19 страницах, 39 рисунков на 41 страницах; список литературы из 112 наименований на 15 страницах, 4 приложений на 4 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.

В первой главе проведен анализ технологических процессов как источников выделения пыли в производственную и окружающую среду и существующих методов и средств уборки помещений, а также анализ пылеулавливающего оборудования, применяемого в системах гшевмоуборки. Анализ показал, что в промышленных помещениях при хорошо действующей аспирации и герметизации источников пылевыделения на полу обычно оседает не более 1—5 г/м2 пыли в час. В сильно запыленных помещениях при отсутствии аспирации пылеотложения составляют 5—20 г/м2 в час. При удалении пыли из оборудования, не имеющего укрытия, за час выпадает несколько десятков граммов пыли. Количество пыли, скапливающейся у отдельных видов оборудования, может достигать 100—500 г/м2. Обычно на полу и прочих горизонтальных поверхностях, расположенных на высоте до 2 м от уровня пола, оседает от 4 до 12 г/м2 в час твердых частиц, а на поверхностях, отстоящих от пола на большей высоте, — около 1 г/м2 в час. Вторичными источниками пылеобразования и выделения пыли в воздух рабочей зоны являются вибрация, движение воздуха, технологический транспорт, очистка воздуховодов, оборудования, полов и т. п. вручную щетками, метлами или путем обдувки сжатым воздухом. Концентрация пыли в воздухе рабочей зоны уборщика, работающего метлой, превышает в 10-20 раз фоновую концентрацию до уборки. Анализ работы существующих систем уборки технологических площадок показал, что в этих системах не эффективно решаются вопросы повторного взмета пыли и разделения пыли на фракции, а также отделения ее от посторонних примесей. Вследствие чего запыленность воздуха в рабочей зоне в несколько раз превышает ПДКрз.

Проведено исследование динамики запыленности воздушной среды цехов завода ЖБИ , которое позволило установить закономерность между концентрацией пыли, образующейся при уборке обычным подметально-уборочным инструментом, и фоновой концентрацией, измеренной до начала уборки (рис. 1.).

Рис. 1. Изменение концентрации пыли в воздушной среде рабочих зон цехов завода ЖБИ при уборке производственного помещения подметально-уборочным инструментом

Анализ рис. 1 показал, что с момента начала уборки концентрация пыли в воздушной среде резко возрастает и превышает фоновую в цехах по производству изделий из железобетона приблизительно в 13 раз. Установлено, что частицы пыли, сметаемые с поверхности пола, распределяются следующим образом: собирается и удаляется из помещения около 50—60% первоначальной массы пыли; остается неубранной примерно 40—50%, в том числе в воздушную среду поднимается около 10%. Исходя из этого, можно сделать вывод о том, что уборка технологических площадок от осевшей пыли подметально-уборочным инструментом не позволяет обеспечить требований нормативов по охране труда, и наиболее эффективным сухим методом уборки помещений является пневмоуборка.

Определено воздействие пыли строительных производств на организм работников. Анализ показал, что поражающее действие пыли на организм

человека во многом определяется ее физико-химическими свойствами, токсичностью, дисперсностью. При длительном вдыхании пыли, превышающем ПДКрз возникает риск возникновения профессиональных заболеваний - пневмокониозов и др.

Вторая глава посвящена исследованию дисперсного состава и основных физико-химических свойств пыли обследуемого предприятия.

На рис. 2 приведен дисперсионный анализ цементной пыли, отобранной из системы аспирации и обеспыливания бетоносмесительного цеха завода ЖБИ.

ад 4 %

1 1

—1 —ф — :

ш % 1 е? 1 | -

Й ■ Л 5

| к

: чй / |

; и' €

£ % ■Й ®

у э

Ш

ш с

ш / й ш

-М & Уу. , / * >

щ й Щ ? ' р 1 1.1- и

щ ы 1

.1

1 2 3 5 Ю ЗЭ СО ■*) 50 Ш с|ч, м<м

Рис. 2. Диапазон изменения интегральных функций распределения массы частиц пыли по диаметрам. 1- в системе аспирации до очистки в циклоне; 2- в системе аспирации после очистки в циклоне; 3- в системе вытяжной общеобменной вентиляции; 4- в санитарно-защитной зоне.

Дисперсный анализ показал, что все кривые имеют вид усеченной логарифмической кривой, с параметрами для пыли, отобранной в системе пневмо-уборки , медианный диаметр изменяется в пределах от 30 до 50 мкм, в системе вытяжной общеобменной вентиляции , изменяется в пределах от 13 до 18 мкм, в санитарно-защитной зоне, о изменяется в пределах от 3,5 до 5,5 мкм. Диапазон изменения крупности пыли от 2 до 100 мкм, оср=4,8.

Определены физико-химические свойства пыли в системах пневмоубор-ки бетоносмесителыюго цеха завода ЖБИ производственно-коммерческой фирмы «Тибет» г. Волжский. Так значения истинной плотности, изменяются в пределах от 2,720 -2,840 г/см3, кажущаяся плотность - 1,046-1,100 г/см3, насыпная плотность - 0,739 - 0,821 г/см3 , удельная поверхность - 2940-3500 см2/г, статический угол естественного откоса - 52- 54 град, динамический угол естественного откоса - 43-46 град.

Для оценки закономерностей распространения пыли, выбивающейся от технологического оборудования, исследована интенсивность пылевыделения от оборудования и плотности оседания пыли в бетоносмесительном цехе завода ЖБИ, которые показали, что максимальное количество пыли в обслуживаемую зону выделяется от оборудования на расстоянии 0,5-1 м и превышает ПДК в 5-7 раз.

В третьей главе проведены теоретические и экспериментальные исследования работы системы пневмоуборки на базе аппаратов отвеивания и ВЗП.

Экспериментальные исследования эффективности пылеулавливания проводились на разработанной опытно- промышленной установке (рис.3), содержащей последовательно соедшшшые отвеиватель, вихревой инерционный пылеуловитель, тканевый фильтр, регулирующие заслонки и вентилятор.

Для определения эффективности работы разработанной системы были проведены экспериментальные исследования. При проведении экспериментальных исследований был использован симметричный план З3. В качестве функции отклика были приняты эффективность улавливания У1 и доля пыли уловленной в отвеивателе по отношению к пыли поступающей на отвеиватель на разделение У2. Уровни и интервалы варьирования факторов представлены в табл. 1

Рис. 3 Схема экспериментальной установки для исследования эффективности работы системы пневмоуборки с отвеивателем, вихревым инерционным пылеуловителем и тканевым фильтром: 1 -вентилятор; 2- отвеиватель; 3 - аппарат ВЗП; 4 - тканевый фильтр; 5 - пылепровод; 6, 7, 11 - шлюзовой затвор; 8, 9,10, 12,14 - патрубки; 13 - всасывающий вход вентилятора; 15,16, 17, 18 - регулирующие заслонки

Таблица 1 - Уровни и интервалы варьирования факторов

Факторы Интервалы варьирования Уровни факторов

Основной 0 Верхний +1 Нижний -1

Ьа - общий расход воздуха в системе, отнесенный к 1 м3/ч; 100 250 350 150

¿и/ ¿о - отношение расхода, подаваемого в нижний патрубок подвода воздуха 1 к общему расходу; ОД 0,2 0,3 0,1

¿„/ Ьа - отношение расходов воздуха, подаваемого во второй нижний патрубок подвода воздуха к общему расходу; 0,05 0,1 0,15 0,05

/ - конструкционный размер, м 0,05 0,1 0,15 0,05

В результате аппроксимации экспериментальных данных полиномами второй степени с учетом значимости вычислительных коэффициентов, на уровне значимости а = 0,05, принятом для технических экспериментов, уравнения регрессии в именованных величинах имеют вид:

П = 85,899 + 0,03544 +28,0352^—23,7408^—0,00014 -67,7778(^-)2

А,

+ 128,1746(^-)2 + 0,048881 ^

Т 11

^а о ^о

¥2 = 73,05-0,0843£о -0,5575^-94,4499^ + 0,0002^ -12,7778(--^)2 +

^о А?

III

+ 632,9365(^-)2 +0,1239/.

Г А Т

1-о Ьо Ьо

Проверка полученных уравнений определялась сопоставлением расчетных и табличных значений критерия Фишера, вычисленных исходя из уровня доверительной вероятности 95%. Значимость коэффициентов уравнения регрессии определялась по t критерию Стыодента, проверка показала, что коэффициенты статистически значимы. Результаты эксперимента показали, что на эффективность улавливания и долю пыли уловленной в отвеивателе оказывают влияние все варьируемые факторы, кроме конструкционного параметра /.

Процесс разделения и пылеулавливания, если его рассматривать по от-ношегапо к конкретной пылевой частице - процесс стохастический, так фракционный состав пыли, поступающей в системы пневмоуборки, может изменяться в некотором диапазоне.

Вероятность попадания частицы Р в атмосферу может быть выражена следующей зависимостью:

Р = РуЛ+(1-РуА>Рл'тА+Рв'тв (3)

где РУл1 - это вероятность улавливания и разделения частиц пыли на крупную х кр и мелкую 1м фракцию в отвеивателе, которую можно определить по формуле:

Р,Ю ■ +1\Р(АР) ■ Щ,+РКРЮ ■(4)

РуЛ ~~

тгР+ти

Ра и Рв - это вероятность улавливания в аппарате ВЗП частиц пыли мелкой фракции, поступающих соответственно в верхний (А) и нижний (В) вводы, и которые в зависимости от конструктивных параметров аппаратов, свойств пыли и параметров газового потока, можно определить по методу расчета эффективности пылеулавливания аппаратом ВЗП, предложенной профессорами Богуславским Е.И. и Азаровым В.Н.:

Рд =

ехр(- - \УгА / УгА я )" ехр(- %{\ - \УгА /УгА )Ян )'

О-^д/УдХКн-Кя)

erf

Нг

2Ц2Ь(Та -т0)

0,5

(5)

Рв =

ехр(- >.(1 - WгB /Уд вт ) - ехр(- д(1 - WгB / УгВ ){1Н )'

(1-'^гв/У1ВХК-

erf

Нт

2Ц2Ь(тв -Т0)

0.5

(6)

Таким образом, полученные аналитические выражения позволяют определять расчетную эффективность улавливания блока из отвеивателя и пылеуловителя со встречными закрученными потоками с учетом основных конструктивных параметров аппарата, свойств пыли и параметров газового потока.

Проведенные расчетно-теоретические исследования эффективности работы системы пневмоуборки и пылеочистки, а также исследования дисперсного состава пыли поступающей в систему показали, что колебания дисперсного состава пыли в технологическом процессе, влечет непостоянство значений эффективности работы инерционного блока пылеулавливающего оборудования ВЗП и отвеивателя от 97,7 до 99,5%.

Четвертая глава посвящена опытно-промышленным исследованиям. Проведено обследование систем обеспыливания цехов завода ЖБИ производственно-коммерческой фирмы «Тибет». Разработана и внедрена

система пиевмоуборки с использованием аппаратов отвеивания, ВИП и рукавным фильтром, использование которых позволило предотвратить повторный взмет пыли во время уборки технологических площадок, сократить нагрузку по пыли на рукавный фильтр в 2,7 раза, что позволило сократить выбросы пыли в атмосферу в 1,4 раза. Выданы рекомендации и разработан проект системы аспирации, который принят к внедрению на заводе ЖБИ ПКФ «Тибет».

Для оценки экономической и экологической эффективности от внедрения проведено технико-экономическое обоснование, которое строилось на сравнении экономических показателей базового и предлагаемого вариантов с учетом прибыли, получаемой от реализации извлеченного материала и сокращения отходов. В качестве базы сравнения использовались показатели рассматриваемого производства до внедрения мероприятий. Предлагаемый вариант позволил снизить выбросы в атмосферу, уменьшить количество отходов, биотестирование показало снижение класса отходов с четвертого на пятый . В базовом варианте системы обеспыливания массовый выброс пыли составлял 12,414 т/год. При внедрении предложенной системы выброс снизился до 7,524 т/год. Суммарный экономический эффект с учетом предотвращенного ущерба от загрязнения атмосферы выбросами загрязняющих веществ и утилизации отходов, капитальных и эксплуатационных затрат составил 743,9 тыс.руб./год. Ожидаемый социально-экономический эффект составит 87 тыс.руб./год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано решение актуальной задачи, относящейся к научному обоснованию, конструированию, такого средства коллективной защиты работников предприятий стройиндустрии, как пневмо-уборка, с использованием аппаратов ВЗП и отвеивания, от воздействия вредных и опасных факторов производственной среды, а также методов расчетного обоснования и проектирования, результатом которых являются

улучшение качества воздушной среды рабочих зон цехов предприятий строительной отрасли и атмосферы (на примере завода ЖБИ), снижение количества отходов и возврат сырьевых ресурсов в технологический процесс. На основании результатов проведенных теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие основные выводы по работе:

1. Проведенные исследования пылевой обстановки на предприятиях строительной отрасли позволили оценить технологическое оборудование, как источник пылевыделения в воздух рабочей зоны и источник загрязнения атмосферного воздуха. Главной причиной превышения ПДК в воздухе рабочей зоны и превышение ПДВ в выбросах в атмосферу является относительно невысокая эффективность работы существующих систем уборки и обеспыливания цехов на предприятиях строительного профиля.

2. Определены и систематизированы данные о дисперсном составе, физико-химических свойствах и аэродинамических характеристиках пыли цемента завода ЖБИ, образующейся в процессе производства и поступающей в системы обеспыливания и в атмосферу, как исходных данных при проектировании систем пневмоуборки.

3. Разработана система пневмоуборки с использованием отвеивателя и аппарата ВЗП.

4. Усовершенствована расчетная модель определения эффективности системы пневмоуборки с использованием отвеивателя и пылеуловителя ВЗП с учетом конструктивных параметров аппарата, свойств пыли и параметров газового потока от доли мелких фракций в совокупности частиц пыли.

5. Внедрена система пневмоуборки с использованием аппаратов отвеивания, ВЗП и рукавным фильтром, использование которой позволило снизить нагрузку по пыли на рукавный фильтр в 2,7 раза и сократить выбросы пыли в атмосферу в 1,4 раза.

6. Разработаны и внедрены рекомендации по проектированию систем пневмоуборки и обеспыливания цехов предприятий строительной отрасли в

ПТБ ПСО «Волгоградгражданстрой» при разработке проектной документации.

7. В результате реализации мероприятий по уменьшению запыленности воздуха рабочей зоны эколого-экономический эффект составил 743,9 тыс.руб./год, ожидаемый социально-экономический эффект - 87 тыс. руб./год.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Р — вероятность события; Зм - эквивалентный размер мелких частиц; D(d,j - интегральная функция распределения массы частиц пыли по диаметрам, %; ПДКрз-предельно-допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны, мг/м"; L - расход , м3/ч, X - постоянная интегрирования, 1/м, Wr -скорость частиц пыли, м/с, Vr - скорость газового потока, m/c,;ä„ Rm Rgm RB -относительные конструктивные параметры пылеуловителя; ц2 - степень увеличения частицы пульсирующей газовой средой.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ОТРАЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ:

Работы, опубликованные в рецензируемых научных журналах и изданиях определенных ВАК России

1. Чижов Н.И. О дисперсном составе пыли в системах аспирации и пневмо-

уборки / Азаров В.Н., Богомолов А.Н., Сергина Н.М., Маринин H.A., Чижов Н.И.// Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Сер.: Строительство и архитектура. Вып. 25(44) - Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2011.

2. Чижов Н.И. Анализ существующих методов уборки осевшей пыли на предприятиях стройиндустрии и при ремонтно-строительных работах / Азаров В.Н., Чижов Н.И., Мартынова O.A., Сокольцова A.C. // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Сер.: Строительство и архитектура. Вып. 25(44) -Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2011.

3. Чижов Н.И. Исследование дисперсного состава пыли строительных производств при решении задач охраны труда и экологической безопасности / Карапузова Н.Ю., Чижов Н.И., Тертишников И.В., Мартынова О.А // Интернет-вестник ВолгГАСУ. Политематическая серия. - Волгоград, 2012.-Вып. 1 (20).

Отраслевые издания и материалы конференций

4. Чижов Н.И. О совершенствовании системы пневмоуборки на предприятиях строительной индустрии / Кузнецова Н.С., Лукьянсков A.C., Чижов Н.И., Мартынова O.A., Сокольцова A.C. // Сборник научных трудов SWorld. По материалам международной научно - практической конференции «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития 2011». Том 5. Технические науки - г. Одесса: Черноморье, 2011. С 5-8.

5. Чижов Н.И. Разработка системы пневмоуборки предприятий строительной отрасли / Кузнецова Н. С., Лукьянсков А. С., Чижов Н. И., Сокольцова А. С., Мартынова О. А. // Вторая международная научно-практическая конференция. Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы, октябрь 2011г. / Воронежский государственный университет. - г. Воронеж, 2011

6. Чижов Н.И. О снижении запыленности воздуха рабочих зон на предприятиях стройиндустрии / Чижов Н.И., Карапузова Н.Ю. //Проблемы охраны производственной и окружающей среды: Сборник материалов и научных трудов инжненров экологов, г. Волгоград, 2012. - Вып. 4.

7. Чижов Н.И. Анализ влияния аэрозолей выделяющихся при производстве строительных материалов на организм работающих / Чижов Н.И. //Проблемы охраны производственной и окружающей среды: Сборник материалов и научных трудов инженеров экологов/, г. Волгоград, 2012. -Вып. 4.

ЧИЖОВ НИКИТА ИВАНОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ ПНЕВМОУБОРКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИХРЕВЫХ ИНЕРЦИОННЫХ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЕЙ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 3.05.2012 г. Заказ № 2 Тираж 70 экз. Печ. л. 1+1 Бумага 80 г/м2. Цифровая трафаретная печать. Государственное бюджетное учреждение «Волгоградский областной казачий информационно-методический центр» 400001, г. Волгоград, ул. Рабоче-Крестьянская, д.15.

61 12-5/3733

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ ПНЕВМОУБОРКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИХРЕВЫХ ИНЕРЦИОННЫХ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЕЙ

05.23.19 Экологическая безопасность строительства и

городского хозяйства

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д.т.н., профессор В.Н. Азаров

На правах рукописи

ЧИЖОВ НИКИТА ИВАНОВИЧ

05.26.01

Охрана труда (строительство)

Волгоград-2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЙ ИССЛЕДОВАНИЙ 10

1.1. Анализ существующей пылевой обстановки на предприятиях строительной индустрии 10

1.2. Анализ существующих методов уборки помещений и систем 12 пневмоуборки, применяемых на предприятиях строительной индустрии

1.3. Обзор конструкций пылеуловителей, используемых в системах пневмоуборки 16

1.4. Пыль как вредный фактор воздействия на человека и окружающую 32 среду

1.5. Выбор направления исследования • 34

1.6. Выводы по первой главе 34

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И СВОЙСТВ ПЫЛИ ПРЕДПРИЯТИЙ СТРОИТЕЛЬНОЙ 36 ИНДУСТРИИ, КАК ИСХОДНЫХ ДАННЫХ для ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ ПНЕВМОУБОРКИ

2.1. Анализ технологических процессов как источника пылевыделения

в рабочую зону (на примере завода ЖБИ) 36

2.2. Результаты обследования пылевой обстановки в 37 бетоносмесительном отделении завода ЖБИ

2.3. Определение физико-химических свойств пыли, образующейся при производстве ЖБИ 40

2.4. Анализ результатов дисперсного состава пыли обследуемого предприятия

2.5. Выводы по второй главе 50

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ В

СИСТЕМАХ ПНЕВМОУБОРКИ 52

3.1. Разработка конструкции аппарата отвеивания для систем пневмоуборки

3.2 Разработка системы пневмоуборки на базе аппаратов отвеивания и

ВЗП 52

З.З., Экспериментальные исследования процессов разделения и

пылеулавливания 55

3.4. Совершенствование расчетной модели аппаратов пылеулавливания

и отвеивания 57

3.5. Выводы по третьей главе 80 4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

ИССЛЕДОВАНИЙ 93

4.1. Разработка рекомендаций по проектированию систем 110 пневмоуборки с использованием вихревых инерционных пылеуловителей

4.2. Результаты внедрения разработанной конструкции аппаратов для 110 систем пневмоуборки

4.3. Социально-экономическая и экологическая эффективность 110 применения разработанных систем пневмоуборки с использованием вихревых инерционных пылеуловителей

4.4. Выводы по четвертой главе 110 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 111 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 113 ПРИЛОЖЕНИЯ 128

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. На предприятиях строительной отрасли при осуществлении многих технологических процессов в воздух рабочих зон и атмосферу выделяется большое количество мелкодисперсной пыли. Опыт эксплуатации систем аспирации и обеспыливания показал, что при расчете эффективности работы этих систем, в реальных технологических процессах не учитываются колебания таких параметров воздушной среды рабочих зон, как концентрация и дисперсный состав пыли. Вследствие этого, системы аспирации и обеспыливания имеют значительный разброс значений эффективности работы, что негативно отражается на состоянии воздуха рабочих зон предприятий, и прилегающих территорий. Причинами неблагоприятной пылевой обстановки на рабочих местах могут являться: выбивание пыли от технологического оборудования, не полная локализация источников пылевыделений системами аспирации, а также применяемые методы и средства уборки помещений от осевшей пыли, которые не позволяют решать вопросы повторного взмета, разделения пыли от посторонних включений и возврата ее в технологический процесс. Все это приводит к ухудшению пылевой обстановки на рабочих местах и на территории предприятия, загрязнению городской среды, а также к увеличению эксплуатационных затрат.

Поэтому представляется актуальным решение задачи улучшения качества воздушной среды рабочих зон цехов предприятий строительной отрасли (на примере завода ЖБИ) и атмосферы, основанной на применении системы пневмоуборки помещений цехов с использованием вихревых инерционных пылеуловителей и аппаратов отвеивания, которые позволяют обеспечить уборку производственных помещений с высокой эффективностью, высокую степень очистки пылевых выбросов, а также использовать уловленный материал вторично в технологических процессах.

Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.

Цель работы. Улучшение условий труда работников предприятий строительной отрасли, посредством совершенствования систем пневмоуборки цехов, с использованием аппаратов ВЗП и отвеивания , а также снижение антропогенного воздействия на окружающую среду.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

оценка технологических процессов предприятий строительного производства, как источников поступления и распространения пыли в воздухе рабочих зон и прилегающей территории, определяющая исходные данные для проектирования систем пневмоуборки и обеспыливания;

-анализ условий труда и оценка воздействия пыли цемента на организм работников завода ЖБИ, обобщение данных о дисперсном составе, основных физико-химических свойствах и аэродинамических характеристиках пыли;

- разработка конструкций аппаратов ВЗП и отвеивания, а также исследование процессов улавливания пыли в этих аппаратах;

проведение опытно-промышленных исследований по определению эффективности работы аппаратов пылеулавливания (ВЗП) и отвеивания;

совершенствование расчетной модели аппаратов

пылеулавливания(ВЗП) и отвеивания;

оценка социально-экономического и эколого-экономического эффектов внедренных мероприятий.

Основная идея работы состояла в совершенствовании систем пневмоуборки, основанных на применении вихревых инерционных пылеуловителей (ВЗП) и аппаратов отвеивания, для обеспечения уборки производственных помещений с высокой эффективностью, высокой степени очистки пылевых выбросов, а также использования уловленного материала вторично в технологических процессах на предприятиях стройиндустрии (на

примере завода ЖБИ).

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

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

Научная новизна работы:

усовершенствована расчетная модель для оценки эффективности аппаратов пылеулавливания и отвеивания с учетом стохастичности параметров в реальных технологических процессах и в воздухе рабочих зон;

получены экспериментальные зависимости для определения эффективности системы инерционного пылеулавливания (ВЗП) и отвеивания;

определены и систематизированы данные о дисперсном составе и физико-химических свойствах пыли строительных производств поступающих в системы пневмоуборки и обеспыливания ;

установлены экспериментальные и расчетные зависимости, характеризующие изменение концентрации пыли строительных производств, и плотности оседания в воздухе рабочей зоны и на территории предприятий строительной отрасли;

Практическое значение работы:

- определены и систематизированы данные опытно-промышленных исследований дисперсного состава пыли, поступающей в инженерно-экологические системы и рабочую зону предприятий строительной отрасли;

- экспериментально обосновано применение аппаратов ВЗП и отвеивания в системах пневмоуборки производственных помещений;

- усовершенствована система пневмоуборки с использованием конструкции аппаратов отвеивания и вихреинерционных пылеуловителей (ВЗП), обладающие высокой эффективностью разделения и очистки пыли;

- усовершенствована методика расчета аппаратов ВЗП и отвеивания, позволяющая производить расчет эффективности пылеулавливания данных аппаратов и их аэродинамических характеристик;

- разработаны и приняты к использованию рекомендации по проектированию и повышению эффективности работы систем пневмоуборки цехов предприятий строительной отрасли.

Реализация результатов работы:

- разработка и испытание опытной установки пылеулавливания на заводе ЖБИ производственно-коммерческой фирмы «Тибет» г.Волжский ;

-проведено обследование, выданы рекомендации, и разработан проект системы пневмоуборки с использованием аппаратов ВЗП и отвеивания, который принят к внедрению на бетонном заводе производственно-коммерческой фирмы «Тибет» г. Волжский;

- рекомендации по проектированию систем пневмоуборки и обеспыливания цехов заводов ЖБИ внедрены в ПТБ ПСО «Волгоградгражданстрой» при разработке проектной документации;

- материалы диссертационной работы использованы кафедрой «Безопасность жизнедеятельности в техносфере» Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета для обучения студентов специальностей «Безопасность технологических процессов и производств», «Защита окружающей среды», Инженерная защита окружающей среды»;

проведена оценка социально-экономического и эколого-экономического эффектов разработанных мероприятий.

На защиту выносятся:

результаты исследования технологического оборудования как источника пылевыделений в воздух рабочих зон и атмосферу;

результаты исследования дисперсного состава пыли, поступающей в системы пневмоуборки и обеспыливания, воздух рабочей зоны и атмосферу;

результаты экспериментальных и теоретических исследований блока из инерционных аппаратов отвеивания и улавливания (ВЗП);

результаты опытно-промышленных исследований по совершенствованию систем пневмоуборки цехов предприятий строительной отрасли.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались, получили одобрение на: Второй международной научно-практической конференции «Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы», г. Воронеж, октябрь 2011г.; Международной научно - практической конференции «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития 2011», Одесса 2011; ежегодных научно-технических конференциях Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета (Волгоград, 2007-2011 г.).

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 7 работах, в том числе 3 работы в рецензируемых научных журналах и в изданиях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы 117 страниц, в том числе: 100 страницы -основной текст, содержащий 18 таблиц на 19 страницах, 39 рисунков на 41 страницах; список литературы из 112 наименований на 15 страницах, 4 приложений на 4 страницах.

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Анализ существующей пылевой обстановки на предприятиях строительной индустрии

Под оценкой пылевой обстановки на предприятиях строительной отрасли обычно понимают состояние воздушной среды в рабочих и санитарно-защитных зонах. Анализ ее заключается в определении концентрации пыли, исследовании физико-химических свойств пыли, дисперсного состава, составлении пылевого баланса для изолированных помещений, оценке мощности пылевыделений от технологического оборудования и оценке эффективности средств обеспыливания, пылеудаления, пылеподавления и пр.

Вопросам оценки запыленности воздушной среды и разработки мер по ее снижению на рабочих местах на предприятиях стройиндустрии и посвящено значительное число исследований [1,3-5,24-27, 46,53,54,56,75,76,102,104,107]. Как правило, подавляющее большинство авторов отмечают неудовлетворительное состояние воздушной среды на рабочих местах. Наиболее интенсивными источниками пылеобразования считают места перегрузки материала, где создаются повышенные давления под воздействием падающего материала и эжектируемого им воздуха (перегрузка сыпучего материала с конвейера на конвейер; дробильно-помольные операции; транспортирование сыпучих материалов; заполнение материалом емкостей и силосов; работа основного технологического оборудования прессов, смесителей, мельниц, питателей, грохотов, сушильных барабанов и т.д.) [88,97,99,101,110].

Из этого можно сделать вывод о том, что запыленность воздушной среды на рабочих местах около этого оборудования будет наиболее высокой. Авторы многочисленных обследований подтверждают это. Так в работах [3-5, 61,73,83] показано, что запыленность воздушной среды в рабочих зонах при производстве цемента достигает значений 100-120 мг/мЗ, извести - 70-80 мг/мЗ,

при производстве силикатного кирпича - 9-11 мг/мЗ, строительной керамики — 6-10 мг/мЗ, древесно-стружечных и древесно-волокнистых плит - 11-15 мг/мЗ, запыленность на рабочих местах у линии формовки минеральной ваты - 8-12 мг/мЗ, гипсовых вяжущих - 7-12 мг/мЗ и т.д.

Анализ технологических процессов изготовления строительных материалов показал, что, например, на известковых комбинатах (производство строительной извести, сыромолотого гипса, известковой муки), технология производства предусматривает добычу и транспортировку известняка, его дробление с грохочением, подсушку, обжиг и помол извести, складирование и отгрузку продукции. При этом все этапы технологического процесса связаны со значительным образованием тонко дисперсной пыли, содержащей 3-10% БЮг [19, 34, 37]. Основным источником пылевыделения в производстве гипсовых вяжущих является гипсоварочный котел и система пневмосепарации мельницы. На практике запыленность воздуха около данного работающего оборудования колеблется в пределах 20-150 мг/м .

Технологический процесс производства силикатного кирпича вкючает в себя следующие операции: измельчение комовой извести в дробилках, помол извести с песком в мельницах, перемешивание и увлажнение молотой извести с песком в двухвальных смесителях, гашение силикатной массы в силосах, доувлажнение силикатной массы в смесителях, прессование и гидротермальная обработка сырца в автоклавах. Все перечисленные технологические процессы сопровождаются интенсивным пылеобразованием. Количество сырья, превращающегося в пылевые издержки при производстве силикатного кирпича, составляет от 5 до 8% [35, 74]. Также мощными источниками пылевыделения являются смесители, ленточные и ковшевые транспортеры, участки производства погрузочно-разгрузочных работ и транспортировки готовой продукции. Наибольшее пылевыделение (до 120 мг/м ) наблюдается в загрузочном цехе, в галерее и у элеваторов, несколько меньшая (40-50 мг/м ) -около дозаторов. В печном отделении наибольшие концентрации пыли (до 1015 мг/м3) выявлены при загрузке сырья в печи. На участке упаковки и

складирования также выделяется значительное количество пыли, осевшей на готовой продукции во время ее перемещения по территории цеховых помещений (концентрации пыли 7-9 мг/м ).

Причинами такой высокой запыленности воздуха являются отсутствие герметичности аспирационных систем и технологического оборудования, отсутствие вакуумной пылеуборки, малая эффективность общеобменной вентиляции. Все это приводит к превышению концентрации пыли над ПДК не только на территории самого завода, но и на границе санитарно-защитной зоны, а также на территориях, граничащих с предприятиями.

Интерес представляет производство железобетонных изделий, поставляющее строительству около 20% материальных ресурсов. Основное пыле- и газовыделение при производстве железобетонных изделий происходит в узлах приготовления бетонного раствора, при транспортировке и пересыпке, а также при сжигании твердого топлива в технологических котельных.

Бетон - это искусственный камневидный строительный материал, представляющий собой затвердевшую смесь вяжущих компонентов, заполнителей и добавок (затвердите лей). Применяемые в строительстве бетоны классифицируются по следующим признакам:

по основному назначению - конструкционные, специальные (жаростойкие, химически стойкие);

по виду вяжущего компонента - цементные, силикатные, шлаковые, известковые, полимербетоны и т. д.;

по виду запол