автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Совершенствование систем пылегазоочистки выбросов стекловарочных цехов

На правах рукописи

ЛУКИН ПЕТР АЛЕКСАНДРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ ПЫЛЕГАЗООЧИСТКИ ВЫБРОСОВ СТЕКЛОВАРОЧНЫХ ЦЕХОВ

Специальности 05 23 03 Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение 03 00 16 Экология

003161940

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ВОЛГОГРАД - 2007

003161940

Работа выполнена в ГОУ ВПО Волгоградском государственном архитектурно-строительном университете

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор ДИДЕНКО

ВАСИЛИЙ ГРИГОРЬЕВИЧ

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор КАБЛОВ

Защита диссертации состоится 31 октября 2007 года в 11 00 часов на заседании диссертационного совета К 212 026 03 при ГОУ ВПО Волгоградском государственном архитектурно-строительном университете по адресу 400074, г Волгоград, ул Академическая, I ауд В-710

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета Автореферат разослан 28 сентября 2007 г

кандидат технических наук

ВИКТОР ФЕДОРОВИЧ

Волжский политехнический институт

(филиал) ГОУ ВПО Волгоградского

государственного технического

университета

КАЛАЧЕВ

АНДРЕЙ ВИКТОРОВИЧ

ЗАО "Региональная энергетическая

служба"

Ведущая организация

ГОУ ВПО Ростовский государственный строительный университет

Ученый секретарь диссертационного совета

Сергина Н М

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы Стекло, наряду с металлом и бетоном, является наиболее распространенным видом конструкционных материалов, который широко используется в строительной отрасли, машиностроении, приборостроении, транспортном строительстве, химической и пищевой промышленности

Производство стекла и продукции из него является одной из наиболее развитых отраслей промышленности Техногенная особенность его технологии состоит в последовательном осуществлении ряда экологически опасных по составу и объему выбросов процессов измельчения, просева, сушки ряда сыпучих материалов, подготовки на их основе шихты и ее термической переработки в стекловарочных печах В ходе этих процессов образуется значительное количество пылей и газов, локализация и отвод которых от источников образования в атмосферу осуществляется системами местной вытяжной вентиляции Для очистки выбросов в атмосферу последние оснащаются установками газопылеулавливания, которые в большинстве своем осуществляют лишь селективное пылеулавливание, с последующим рассеиванием газовых компонентов выбросов в атмосфере

Тенденция к увеличению производства стекла и стекольной продукции, а также возросшие требования к санитарно-гигиеническим условиям внутрицеховой атмосферы и воздушного бассейна прилегающих городских территорий, вызывают необходимость изучения механизмов влияния технологических и эксплуатационных факторов формирования выбросов стекольных производств на эффективность работы систем вентиляции и газопылеочистки

Анализ состояния качества воздушной среды производственных помещений в районах размещения стекольных производств показывает, что санитарно-гигиенические условия труда и степень защиты атмосферы от загрязнений в большинстве случаев не отвечает нормативным требованиям Концентрации газов и пыли, как в воздухе рабочей зоны, так и на промплощадках предприятий значительно превышают предельно допустимые Одной из определяющих причин такого положения является несоответствие функционально-технологических характеристик применяемого газопылеулавливающего оборудования локализующей вентиляции особенностям выделения и составу вредных выбросов данных производств

Согласно результатам обследования, в состав выбросов стекольных производств, помимо пылей, входят также оксиды серы, азота, углерода Тем самым, данные выбросы следует рассматривать как неоднородные многокомпонентные смеси, газообразные составляющие которых по концентрации и степени воздействия следует отнести к целевым компонентам при проектировании и устройстве систем газоочистки Из оценки функциональных возможностей газоочистного оборудования для очистки таких выбросов наиболее перспективными представляются мокрые методы, реализуемые в интенсивных аппаратах с самоорошением очищаемого потока Такие аппараты (циклоннопенные, пенновихревые, вихреин-жекционные) позволяют осуществлять комплексную очистку многокомпонентных выбросов, посредством варьирования режимных параметров очистки в зависимости от свойств извлекаемых компонентов Применительно к условиям стекольного производства это дает возможность учесть специфические особенности реализации процессов очистки, обусловленные наличием в выбросах компонентов с выраженными коррозионными свойствами и высокой токсичностью

Совершенствование систем мокрой газоочистки тесно связано с изучением закономерностей массообменных процессов в зависимости от условий формирования межфазной поверхности контакта очищаемой и нейтрализуемой сред и свойств жидкой поглотительной среды

При этом выделяются два доминирующих фактора - гидродинамические особенности перемешивания фаз контактирующих сред в зоне контакта и сорбцион-ные свойства поглотительного раствора Первый влияет на развитие величины контактной поверхности, условия межфазного обмена, интенсивность смены контактирующих сред в объеме газожидкостной системы Вторым определяется скорость и степень извлечения целевого компонента из газовой фазы, то есть - эффективность работы пыле и газоулавливающего оборудования

Повышение степени развития контактной поверхности газожидкостной системы, в первую очередь, может быть достигнуто за счет конструктивных особенностей оформления контактного узла и варьирования скорости потока очищаемого газа в зоне его взаимодействия с жидкостью

В свою очередь, эффект улавливания целевого компонента определяется степенью соответствия свойств поглотителя реализуемым режимным условиям извлечения целевого компонента

Цель работы состоит в совершенствовании мокрой комплексной очистки пылегазовых выбросов стекловарочных цехов стекольных производств посредством повышения степени селективного поглощения твердофазных и газовых компонентов в эффективном режиме капельного и пенного контакта очищаемого потока с оптимизированным поглотителем

В соответствии с этой целью основными задачами работы являлись

- теоретическое обоснование аппаратурно-режимной модели контакта и вида поглотителя, оптимизированных из условия возможности комплексного извлечения твердофазных и газообразных компонентов неоднородного выброса,

- экспериментальное исследование закономерностей извлечения твердофазных и газообразных компонентов неоднородного выброса в режимах его контакта с жидким поглотителем, оптимизированных из условия эффективности их селективного извлечения,

- определение на основе экспериментальных исследований энергетически рациональных гидродинамических условий формирования функционально эффективной структуры контактной поверхности для селективного извлечения твердофазных и газообразных компонентов, как стадий процесса комплексной очистки,

- совершенствование режимно-технологических характеристик поглощения твердофазных и газовых компонентов в последовательно реализуемых режимах капельного и пенного контакта фаз, как стадий процесса комплексной очистки неоднородных (пылегазовых) выбросов стекловарочных цехов,

- определение условий унификации компоновочной схемы и элементной базы пылегазоочистной установки для оптимизированного осуществления последовательно реализуемых стадий поглощения твердофазных и газовых компонентов выбросов в капельном и пенном режимах его контакта с жидкими поглотителями,

- обобщение результатов исследований в форме инженерных решений, обеспечивающих снижение загрязнения воздушной среды в зоне строительства и эксплуатации предприятий стекольной промышленности посредством эффективной комплексной очистки их выбросов от неоднородных загрязняющих компонентов

Основная идея работы состояла в исследовании и определении условий эффективного осуществления процесса комплексной очистки выбросов стекловарочных печей стекольных производств от твердодисперсных (пылевых) и кислых

газовых примесей посредством оптимизационного подбора режимов контакта и поглотителей этих компонентов.

Методы исследования включали, аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, исследования на лабораторных и опытно-промышленных установках, обработку экспериментальных данных методами математической статистики и корреляционного анализа

Достоверность научных положений и выводов обоснована применением классических положений теоретического анализа, моделированием изучаемых процессов, планированием числа экспериментов и подтверждена удовлетворяющей сходимостью полученных автором экспериментальных результатов и теоретических исследований, а также результатами обобщения данных других авторов

Научная новизна работы:

- теоретически обоснована перспективность использования несмешиваемых жидкостей (воды и трибутилфосфата) в качестве эффективных поглотителей соответственно твердофазных и кислых газовых примесей при комплексной очистке неоднородных (пылегазовых) выбросов стекловарочных цехов стекольных производств,

- предложены математические модели для описания процесса поглощения в пенодинамическом слое твердофазных и газовых примесей соответственно посредством контакта с капельной поверхностью воды и трибутилфосфата, формируемом в режиме вихревой инжекции,

- экспериментально исследованы и обобщены закономерности поглощения твердофазных компонентов (на примере кварцевой пыли) при капельном контакте с водой и газовых примесей (на примере диоксида серы и азота) в пенодинамическом слое трибутилфосфата, формируемом посредством вихревой инжекции поглотительного раствора закрученным потоком очищаемого газа,

- экспериментально подтверждена удовлетворяющая степень реализации предложенных математических моделей в процессах поглощения твердофазных компонентов и кислых газов соответственно, при последовательно осуществляемом капельном и пенодинамическом контакте очищаемого потока с водой и три-бутилфосфатом,

- получены экспериментальные зависимости, характеризующие энергоэффективные режимно-технологические условия улавливания твердофазных компонен-

тов и газовых примесей водой и поглотительным раствором трибутилфосфата, соответственно в режимах капельного распыления и вихреинжекционного ценообразования,

- установлено, что достижение удовлетворяющего эффекта улавливания твердофазных компонентов водой и кислых газовых примесей поглотительным раствором трибутилфосфата может быть реализовано в вихреинжекционных пенных скрубберах посредством варьирования удельного объема распыляемой в очищаемом потоке воды и начального уровня поглотительного раствора h0 трибутилфосфата,

- сформулированы и обобщены условия модульного аппаратурного оформления процесса комплексной очистки пылегазовых (неоднородных) выбросов стекловарочных цехов применительно к схеме последовательного поглощения твердофазных компонентов капельно распыляемой водой и газовых примесей в пено-динамическом слое трибутилфосфата, формируемом посредством вихревой ин-жекции

Практическая значимость работы:

- разработаны унифицированная структурная и технологическая схемы установки модулированного вихреинжекционного пенного скруббера (ВИПС) для очистки выбросов стекловарочных цехов стекольных производств с использованием в качестве поглотителя твердодисперсных компонентов - воды и кислых газовых примесей - трибутилфосфата,

- установлена область режимно-технологических параметров эффективной очистки выбросов стекловарочных цехов стекольных производств в вихреинжекционных пенных скрубберах от кислых газовых примесей поглотительным раствором трибутилфосфата,

- определены режимно-технологические параметры эффективного поглощения твердофазных (пылевых) компонентов выбросов стекловарочных цехов в условиях капельного контакта с орошаемой водой,

- разработаны методические основы расчета режимных параметров процесса комплексной очистки выбросов стекловарочных цехов в установках вихреинжекционных пенных скрубберов при использовании в качестве поглотителя твердофазных компонентов воды, а кислых газовых примесей (на примере диоксида серы и азота) - трибутилфосфата,

- разработана и принята к использованию схема аппаратурного исполнения установок вихреинжекционных пенных скрубберов для комплексной очистки неоднородных пылегазовых выбросов стекловарочных цехов стекольных производств с использованием воды и трибутилфосфата в качестве поглотителя, соответственно твердых и газовых компонентов и получено положительное решение о выдаче патента на изобретение "Способ очистки газов" (заявка №124183/15 2006г)

Реализация результатов работы:

- разработаны и переданы к использованию ЗАО "Камышинский стеклотар-ный завод" конструкторская документация на изготовление и технологический регламент на эксплуатацию установок вихреинжекционных пенных скрубберов для комплексной очистки неоднородных выбросов от стекловарочных печей,

- прошла испытания и передана для внедрения ЗАО "Камышинский стекло-тарный завод" опытно-промышленная модулированная установка для очистки вентиляционно-технологических выбросов от стекловарочных печей,

- НПО "Волгоградхимпроект" переданы рекомендации по применению технологии комплексной очистки неоднородных пылегазовых выбросов в вихреинжекционных пенных скрубберах по схеме последовательного поглощения твердофазных компонентов капельно распыляемой водой и газовых примесей в пеноди-намическом слое трибутилфосфата,

- материалы диссертационной работы используются кафедрой ОВЭБ и БЖДвТ ВолгГАСУ в курсах лекций, практических занятиях, а также в дипломном и курсовом проектировании при подготовке инженеров по специальностям "Теп-логазоснабжение и вентиляция" и "Инженерная защита окружающей среды"

На защиту выносятся:

- теоретические и экспериментальные результаты исследования закономерностей поглощения твердофазных компонентов (на примере кварцевой пыли) капельно распыляемой водой и кислых газовых примесей (на примере диоксида серы и азота) трибутилфосфатом в пенодинамическом слое, формируемом посредством его вихревой инжекции закрученным потоком очищаемого газа,

- математические модели описания процессов поглощения твердофазных компонентов капельно распыляемой водой и кислых газовых примесей в пенодинамическом слое трибутилфосфата, формируемом в режиме вихревой инжекции,

- экспериментальные зависимости, характеризующие эффективные режимно-технологические условия улавливания твердофазных компонентов и газовых примесей при последовательно осуществляемом капельном и пенодинамическом контакте очищаемого потока соответственно с водой и трибутилфосфатом в вихре-инжекционных пенных скрубберах,

- унифицированная структурно-компоновочная и технологическая схемы модулированной установки вихреинжекционных пенных скрубберов для комплексной очистки неоднородных пылегазовых выбросов стекловарочных цехов стекольных производств посредством контакта твердофазных компонентов соответственно с капельно распыляемой водой и газовых примесей с трибутилфосфатом в режиме вихреинжекционного пенообразования,

- методика расчета энергетически эффективных режимных параметров комплексной очистки неоднородных пылегазовых выбросов стекловарочных цехов в вихреинжекционных пенных скрубберах, последовательно реализующих контакт очищаемого потока с капельно распыляемой водой и трибутилфосфатом в пенодинамическом слое, формируемом посредством вихревой инжекции

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на научно-технических конференциях "Качество внутреннего воздуха и окружающей среды" (Волгоград, 2004, 2007 г г ), "Научные концепции повышения жизненного уровня населения на современном этапе развития России" (Кисловодск, 2005 г ), ежегодных научно-технических конференциях Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета (2004-2007 г )

Публикации Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 5 работах

Объем и структура работы Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 119 наименований, и приложений общим объемом 132 страницы, содержит 22 рисунка и ¡2 таблиц

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 рассмотрено современное состояние проблемы защиты атмосферного воздуха от загрязнения вентиляционно-технологическими выбросами стекловарочных цехов предприятий стекольной промышленности

Из обобщения источников, состава и условий образования выбросов на предприятиях стекольной промышленности следует, что определяющее значение в формировании выбросов стекловарочных цехов, имеют продукты сгорания топливного газа в сушильных барабанах и стекловарочных печах - диоксид серы (802), оксиды азота (N0 и N02) и углерода (СО, С02), а также пыль, выделяющаяся в процессах подготовки и транспортировки исходных материалов и шихты

Анализ режимно-технологических особенностей эксплуатации применяемых в настоящее время средств обеспыливания и очистки газовых выбросов в большинстве случаев показывает их недостаточную эффективность, а также низкую степень унификации газоочистного оборудования При этом применяемые установки и способы преимущественно рассчитаны на целевое улавливание лишь однородных компонентов, тогда как задача состоит в необходимости комплексного поглощения нескольких неоднородных компонентов В рассматриваемом случае - это диоксид азота и серы, а также пыль шихты и исходных материалов, причем в их сочетании как неоднородного выброса

Совершенствованию способов и средств комплексной очистки пылегазовых выбросов посвящены работы многих отечественных (М Е Позин, Э Я Тарат, В.Н Ужов, А Ю Вальберг, С С Серманизов, С А Богатых, В Г Диденко, В А Козлов, Ю Д Молчанов, Д С Сабырханов и др) и зарубежных исследователей (Р Мк Джиннес, Дж Куропка, Дж Б Блейч, К Т Семроу и др) Обобщение полученных ими результатов позволяет считать наиболее перспективными для условий стекловарочных производств методы, основанные на процессах мокрой очистки, реализуемых с использованием

- поглотителей, эффективных к нескольким целевым компонентам и обладающих высокой регенерационной способностью,

- модулированных аппаратурных схем газожидкостных установок с газожидкостными реакторами, позволяющими оптимизировать осуществляемые процессы на основе высокоинтенсивных режимов контакта поглотителя с очищаемым потоком

Вторая глава посвящена теоретическому анализу закономерностей процессов обеспыливания и абсорбции продуктов сгорания, соответственно реализуемых в режиме их дисперсионно-капельного и пенодинамического контакта с жидкими поглотителями, а также обоснованию в качестве таковых, соответственно воды и трибутилового эфира ортофосфорной кислоты - трибутилфосфата Последний, как поглотитель, экологически безопасен, а также обладает удачным сочетанием ряда технологических свойств

Перспективным направлением решения вопросов проектирования пылегазо-очистного оборудования и выбора оптимальных режимных условий ведения процессов обеспыливания и абсорбционной газоочистки является применение обобщающих аналитических моделей, учитывающих как особенности гидродинамики формирования газожидкостных систем, так и физико-химические параметры реализуемых в них процессов

Общим подходом в аналитических оценках является представление процесса улавливания пылегазовых частиц каплями распыленной жидкости как их осаждение на поверхности капель При характерном для рассматриваемых условий диапазоне размеров частиц пыли (1мкм<</, < Юмкм) и диаметре капель (¿4 <1200мкм), определяющим фактором осаждения пылевых частиц на поверхность капель является, подчиняющийся закону Стокса, механизм инерции Отсюда эффективность улавливания пылевых частиц отдельными каплями (диаметром ¿4) можно оценить на основе анализа уравнения движения частицы в потоке, обтекающим каплю Последнее может быть получено из известного уравнения Стокса Его преобразование посредством перехода к безразмерным переменным в цилиндрической системе координат дает искомое описание в виде системы

1 г- --Г- =- (их - о)

Л 5Й * 1 аиу 1 г-

О)

где о = —, и = — , м = р' - число Стокса, й^ = —, $ - составляющие

' /Я ' & 18 /¡Я "о ' «о

скорости потока воздуха, обтекающего каплю, которые определялись в предположении невязкого обтекания

Численное решение системы уравнений (1) методом Рунге-Кутга для начальных условий при / = 0 и граничных условий Зс = - оо, у = у„, ох = йх=1, иу = к = 0 дает выражение эффективности

^)=(27О)2/< (2)

Дальнейшее преобразование (2) с применением теоремы о среднем значении произведения случайных независимых величин позволяет получить выражение фракционной эффективности пылеулавливания осаждаемых частиц

(з)

Зная величины фракционной эффективности улавливания пыли и распределения дисперсности пылевых частиц, можно определить общую эффективность очистки потока в орошаемом канале, используя предложенный Алландером графоаналитический метод

Л общ = (4)

сI

Из условия, что в пенодинамическом слое трибутилфосфата процесс абсорбции кислых газовых примесей происходит с практически мгновенным связыванием поглощаемого компонента (т е протекающий процесс необратим) для его описания может быть использовано дифференциальное уравнение скорости абсорбции в форме

=КГ /г(С-Ср)й?#я (5)

Последующее его преобразование на основе допущения о стационарности начальных концентраций целевых компонентов в газовой фазе позволяет получить соответствующую оценочную характеристику процесса их поглощения в форме выражения

-.к /, Н„

Ск = Ср + (СИ-Ср)е »< (6)

Из его анализа следует, что определяющими факторами процесса поглощения кислых газов в пенодинамическом слое трибутилфосфата являются параметры структуры (/,,#„) и гидродинамического режима ценообразования и,

Применительно к рассматриваемым условиям необратимости процесса абсорбции для инженерных расчетов эффективности поглощения целевых компонентов полученное выражение может быть соответствующим образом упрощено

Таким образом, из проведенного анализа следует, что при абсорбции необратимо реагирующих компонентов, степень абсорбции, как и эффективность обеспыливания, зависит практически только от гидродинамических и структурных параметров газовой фазы

Третья глава посвящена анализу и обобщению результатов экспериментального исследования закономерностей гидродинамики, а также процессов обеспыливания потока капельной дисперсией распыляемой воды и абсорбции кислых примесей (на примере диоксида азота и серы) в пенодинамическом слое инжектируемого трибутилфосфата Конечной целью обобщения экспериментальных данных являлось определение закономерностей взаимосвязи характеристик обеспыливания и поглощения кислых примесей из очищаемого потока с режимными параметрами формирования капельной дисперсии распыляемой воды и пенодинами-ческого слоя трибутилфосфата

Гидродинамические характеристики формирования поверхности контакта очищаемого потока газа и орошающей жидкости в режимах капельного пылеулавливания и пенодинамической абсорбции газовых компонентов изучались соответственно на воде и трибутилфосфате

На рис 1,а и 1,6 представлена зависимость 9К плотности заполнения капельной дисперсией распыляемой воды сечения объема контактной камеры от основных параметров, определяющих гидродинамические условия ее формирования

Согласно рис 1,а, влияние высоты расположения форсунок Нф и плотности заполнения сечения камеры ^отвечают степенной зависимости В свою очередь, из графиков рис 1,6 следует, что плотность заполнения сечения объема контактной (дисперсионной) камеры каплями распыляемой воды возрастает с увеличением скорости потока и плотности его орошения. Последнее очевидно проявляется при скорости иг > 1,0 м/с

а

б

Рис 1 Зависимость плотности заполнения сечения контактного объема капельной дисперсией а - от высоты расположения форсунок, б - от скорости газового потока при 1-дж = 0,8 л/м3, 2 - дж = 1,2 л/м3

Из сравнения экспериментальных значений вк, полученных в рассмотренных выше условиях, следует, что при малых и средних нагрузках по жидкости экспериментальные данные удовлетворяют признаку относительно равномерного распределения капельной дисперсии по контактному объему При больших нагрузках по жидкости за счет влияния пристенного эффекта данные, полученные для дисперсии с каплями значения вк, располагаются ниже Это может рассматриваться в качестве ограничивающего условия оптимизации режимов распыления воды по крупности распыла

Сопоставление общей эффективности пылеулавливания (рис 2), а также уровень энергетических затрат, обусловленный гидродинамикой процесса, позволяет считать предлагаемую схему обеспыливания с капельным орошением потока перед пенодинамической ступенью контакта при скоростях газа в свободном сечении дисперсионной камеры до 2,0 м/с наиболее рациональной по функциональным и энергетическим показателям

0,5

ю 15 го г 5 иг %

Рис 2 Зависимость общей эффективности пылеулавливания от скорости потока в сечении дисперсионной камеры 1 - <з? к < 300 мкм, 2 — с! ,,> 600 мкм

Экспериментальные данные о фракционной эффективности обеспыливания потока капельной дисперсией (рис 3) подтверждают теоретические выводы о доминировании турбулентно-инерционного механизма осаждения частиц на каплях распыляемой воды при оптимизированных режимах взаимодействия фаз Так для высокодисперсных пылей ¿/ч< 10 мкм, при иГ = 0,4 м/с и цж — 0,8 л/м3, эффективность очистки будет составлять не менее 80% при крупности капельной дисперсии й к < 600 мкм

Л

- V

-

-

с о,г 0,4 об

0,8 10

Рис 3 Зависимость фракционной эффективности от высоты контактной зоны 1 -й?к<300мкм, 2 - с? к > 600 мкм

Обобщение основных гидродинамических характеристик формирования пе-нодинамического слоя трибутилфосфата представлены в виде зависимости высоты слоя динамической пены в камере инжектора от средней по расходу скорости и, ср и начального уровня жидкости \ (рис 4) Из анализа экспериментальных точек следует, что общей закономерностью является повышение Я„ с увеличением Rer при \ — const и с повышением \ при Rer = const

Рис 4 Зависимость высоты пенного слоя от скоростного режима движения очищаемого потока

Таким образом, изменение значения \ можно рассматривать как параметр управления процессом вихреинжекционного формирования динамической пены трибутилфосфатом

Эксперименты по оценке эффективности поглощения показали, что при постоянных значениях иг и кп степень абсорбции не зависит от концентрации компонента в газовой смеси Такая зависимость степени абсорбции от концентрации характерна для процессов массопереноса с мгновенным и необратимым химическим связыванием поступающего в жидкость компонента, эффективность которых определяют гидродинамические и массообменные условия газовой фазы

Это подтверждают представленные на рис 5 графики, отражающие закономерности изменения степени абсорбции N0? и 802 в зависимости от значения 11ег и начального уровня поглотителя к0

ад

I

!.5 5 7,5 10 12.5 15

Ре, 101

Рис. 5. 'Зависимость эффективности улавливания N0; и БО^ от значении Яе, от начального! уровня жидкости Ип

Для всех рассмотренных случаев в интервале Яе^ (2,5-¡2,5)-] О4, отклонение эмпирических и расчетных значений >/ не выходило за пределы ±0,4^.1,8%. Из Сравнения закономерностей следует, что наиболее устойчиво (близкие к горизонтальным участкам графиков) составляют значения Иц при которых на формирование пенного слоя инжектируются наибольшие объемы поглотителя.

Полученные результаты имеют определяющее значение для выбора условий реализации процесса поглощения газообразных компонентов в вихреинжекцион-ном скруббсре-рсакторс,

В четвертой главе рассмотрены режимно-технологические особенности решения инженерных задач конструирования модулированной установки па основе схемы вихреинжешионного пенного скруббера (ВИПС) и осуществления комплексных процессов обеспыливания и абсорбционной очистки пылегазовых выбросов стекловарочных печей и сушильных барабанов с использованием капельно распыляемой воды и ценного слоя три бутил фосфата.

В целом, предлагаемая установка комплексной очистки включает две подгруппы модулированных скрубберов ВИПС: одна - непосредственно для очистки выброса, а другая ■ для регенерации поглотителя. Скрубберы первой подгруппы выполняются с дисперсионной камерой капельного обеспыливания (рис. 6), скрубберы второй подгруппы - без нее, но в том же аппаратурном исполнении.

Ото обеспечивает полную унификацию всего основною оборудования газоочистки. Каждая из подгрупп имеет собственный циркуляционный контур поглотительного раствора воды и трибутил фосфата, соответственно для обеспыливания и очистки выброса от газовых примесей. Модули ВИ11С, объединяемые циркуляционным контуром ТБФ, составляют подгруппу основной газоочистки.

___Г

Рис.6. Технологическая схема установки комплексной очистки пылегазовых выбросов: а модули основной очистки; б — модули регенерации поглотителя ТБФ

Число очистных модулей ВИ11С в данной подгруппе зависи т от количества локализуемых источников (сушильных барабанов и стекловарочных печей), в то цремя как регенерирующий модуль ТБФ необходим только один. Целевая задача комплексной очистки, реализуемая ¡юсредств&Ы предлагаемого способа, достигается на основе сочетания последовательно осуществляемых процессов обеспыливания и поглощения кислых газов (в основном диоксида серы и азота).

В соответствии е рассмотренными структурно-компоновочной и технологической схемами, была проведена разработка аппаратурного оформления и изготовлены опытные установки, испытанные в промышленных условиях для очистки выбросов от стекловарочной печи к сушильного барабана стекловарочного цеха ЗАО ' ■ Кам ышинский стеклотарный завод" (рис,7).

Рис 7 Принципиальная схема опытно-промышленной установки комплексной очистки выбросов термоагрегатов стекловарочных цехов а - сушильный барабан, б - стекловарочная печь 1 - термический агрегат, 2 - установка очистного модуля, 3 - система воздуховодов, 4 - блок-регенератор, 5 - т/п транспортировки поглотителя, 6 - теплоутилизи-рующее оборудование

Обобщение данных опытно-промышленных испытаний установки комплексной очистки выбросов названных источников в режиме капельного обеспыливания и абсорбции кислых газовых компонентов в пенодинамическом слое ТБФ приведены в табл 1

Таблица 1 - Основные характеристики промышленных испытаний установок комплексной пылегазоочистки

№ Наиме- Модификация Наимен Начальная Вид жид- Эффек Остаточ Относи

п но пылегазоочи- загряз- концентра- кой техно- тивн ная вели- тельная

п вание стной установ- няю ция логи очистки, чи- величии

источ- ки щего вещества ческой % на вы- на выбро-

ника вещест- г/м3 среды по- броса, М, са

выброса ва глотителя г/с М/ПДВ, %

1 Сушиль ный агрегат установка из 2х модулей ВИПС-ПА-7 производит 3,6 тыс нм3/ч пыль известняка 802 6,633 0,345 техн вода ТБФ 99,7 98,9 0,07 0,013 47,3 59,6

2 Стекловарочная печь установка ВИПС-ПА производит 3,8 тыс нм3/ч МОх пыль шихты 0,028 0,32 ТБФ техн вода 87,34 95,2 0,037 0,23 41,8 69,6

По результатам испытания степень извлечения пыли известняка составляет 99,7%, а диоксида серы до 98,9% Сопоставление результатов испытаний с данными расчета (соответственно 99,75% для пыли и 99,79% для БСЬ) показывает, что при равнозначных гидродинамических параметрах пенообразования (к0 = + 0,02 м и иг= 8 м/с) их отличие соответственно составляет для пыли - менее 0,1%, а для 802-менее 1,0%

Функциональная эффективность поглощения N0* и пыли шихты по результатам испытания при ко - + 0,02 м и иг= 8 м/с соответственно составляла 87,34% и 95,2% Сопоставление результатов испытаний с данными расчета (90,21% для NОх и 98,5% для пыли шихты) показывает, что их различие в первом случае составляет 2,9%, а во втором 2,7%

Результаты сопоставления опытных и расчетных данных допустимо рассматривать как хорошую реализуемость предложенных массообменных моделей при расчете процессов абсорбции газообразных компонентов и обеспыливания при их комплексном осуществлении в условиях стекловарочных цехов стекольных производств

Результаты промышленных испытаний, характеризуемые соотношением объемов выбросов со значениями М/ПДВ соответственно для пыли 42 - 47% и для диоксида серы 59 - 70%, также наглядно показывают, что практическое использование результатов диссертационной работы позволяет вдвое снизить уровень техногенного воздействия на окружающую среду за счет уменьшения загрязнения атмосферного воздуха

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано решение актуальной проблемы совершенствования систем комплексной очистки пылегазовых выбросов стекольных производств

На основании приведенных теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие основные выводы:

1 Теоретически обоснована перспективность использования несмешиваемых жидкостей (воды и трибутилфосфата) в качестве эффективных поглотителей соот-

ветственно твердофазных и кислых газовых примесей при комплексной очистке неоднородных (пылегазовых) выбросов стекловарочных цехов стекольных производств

2 Предложены математические модели для описания процесса поглощения в пенодинамическом слое твердофазных и газовых примесей соответственно посредством контакта с капельной поверхностью воды и трибутилфосфата, формируемом в режиме вихревой инжекции

3 Экспериментально исследованы и обобщены закономерности поглощения твердофазных компонентов (на примере кварцевой пыли) при капельном контакте с водой и газовых примесей (на примере диоксида серы и азота) в пенодинамическом слое трибутилфосфата, формируемом посредством вихревой инжекции поглотительного раствора закрученным потоком очищаемого газа

4 Экспериментально подтверждена удовлетворяющая степень реализации предложенных математических моделей в процессах поглощения твердофазных компонентов и кислых газов соответственно, при последовательно осуществляемом капельном и пенодинамическом контакте очищаемого потока с водой и три-бутилфосфатом

5 Получены экспериментальные зависимости, характеризующие энергоэффективные режимно-технологические условия улавливания твердофазных компонентов и газовых примесей водой и поглотительным раствором трибутилфосфата, соответственно в режимах капельного распыления и вихреинжекционного пено-образования

6 Установлено, что достижение удовлетворяющего эффекта улавливания твердофазных компонентов водой и кислых газовых примесей поглотительным раствором трибутилфосфата может быть реализовано в вихреинжекционных пенных скрубберах посредством варьирования удельного объема распыляемой в очищаемом потоке воды и начального уровня поглотительного раствора Ьо трибутилфосфата

7 Разработаны унифицированная структурная и технологическая схемы установки модулированного вихреинжекционного пенного скруббера (ВИПС) для очистки выбросов стекловарочных цехов стекольных производств с использова-

21

нием в качестве поглотителя твердодисперсных компонентов - воды и кислых газовых примесей - трибутилфосфата

8 Определены режимно-технологические параметры эффективного поглощения твердофазных (пылевых) компонентов выбросов стекловарочных цехов в условиях капельного контакта с орошаемой водой

9 Разработана и принята к использованию схема аппаратурного исполнения установок вихреинжекционных пенных скрубберов для комплексной очистки неоднородных пылегазовых выбросов стекловарочных цехов стекольных производств с использованием воды и трибутилфосфата в качестве поглотителя, соответственно твердых и газовых компонентов

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ щ - скорость газового потока, м/с, и- скорость капли, м/с, йх,йу,ох,оу - соответственно составляющие скорости газового потока и капли, к0 — начальный уровень жидкости, м, кд - динамический уровень жидкого поглотителя, м, / - время, с, йч й„ - соответственно диаметр аэрозольной частицы и капли жидкости, мкм, цф, г\0бщ - соответственно фракционная и общая эффективность улавливания частиц, %, <Лу - изменение концентрации компонента в потоке газа, отнесенная к площади сечения аппарата, /г - величина поверхности контакта фаз в единице объема, м2, С„СА,С„- соответственно начальная, конечная и равновесная концентрация компонента в газе, Н„- высота пенодинамического слоя, м, Нф - высота установки форсунок в сечении канала, м, 9к - плотность заполнения капельной дисперсией сечения контактного объема, Кт— коэффициент массопередачи по газу, дж -удельное орошение, л/м3

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ Публикации в ведущих рецензируемых научно-технических журналах

1 Лукин, П.А. Определяющие факторы сепарации дисперсной фазы в неоднородном закрученном потоке газа [Текст] / С В Беломутенко, С И Голубева, П А Лукин [и др ] // Вестник ВолгГАСУ, Сер Строительство и архитектура -Волгоград, 2007 -Вып7(26)-С 173-177

Отраслевые издания и материалы конференций

2 Лукин, П.А. Особенности течения обеспыливаемого воздуха с капельной дисперсией в рабочем канале щелевого пылеуловителя [Текст] /ПА Лукин, С И Голубева, С В Беломутенко [и др ] // Качество внутреннего воздуха и окружающей среды сб матер междунар науч конф / Волгоград, гос арх -строит ун-т - Волгоград, 2007 - С 194-197

3 Лукин, П.А. Номографический метод предварительных оценок эффективности режимов абсорбционной очистки газопылевых выбросов [Текст]/ С В Беломутенко, С И Голубева, П А Лукин [и др ] // Качество внутреннего воздуха и окружающей среды сб матер междунар науч. конф / Волгоград, гос арх -строит ун-т - Волгоград, 2007 - С 209-211

4 Лукин, П.А. Аппаратурно-технологическое совершенствование газожидкостных реакторов для очистки неоднородных пылегазовых выбросов [Текст] / В Г Диденко, С В Беломутенко, П.А. Лукин // Научные концепции повышения жизненного уровня населения на современном этапе развития России сб науч тр / Кисловодск, Российск гос соц ун-т - /Кисловодск, 2005 - Ч 2 - С 7578

5 Лукин, П.А Оптимизация условий сепарации дисперсной фазы неоднородных выбросов при аппаратурном совмещении с абсорбцией газовых примесей [Текст] / В Г Диденко, С В Беломутенко, П А Лукин // Качество внутреннего воздуха и окружающей среды сб матер междунар научи конф / Волгоград, гос арх -строит ун-т - Волгоград, 2004 - С 34-39

ЛУКИН ПЕТР АЛЕКСАНДРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ ПЫЛЕГАЗООЧИСТКИ ВЫБРОСОВ СТЕКЛОВАРОЧНЫХ ЦЕХОВ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 25 09 2007 Формат 60x84/16 Бумага офсетная Услпечл 1,0 Уч-издл 1,0 Тираж 100 экз Заказ № 23 8

Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет 400074, Волгоград, ул Академическая, 1 Сектор оперативной полиграфии ЦИТ

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ЗАЩИТЫ АТМОСФЕРЫ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВЕНТИЛЯЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ВЫБРОСАМИ СТЕКОЛЬНЫХ ЗАВОДОВ.

1.1. Особенности операций технологического процесса стекольных производств.

1.2. Источники образования вредных выделений при производстве стекла.

1.3. Физико-химические и технические особенности процесса стекловарения в формировании состава и объема вредных выделений.

1.4. Характеристика состава и основных свойств вентиляционно-технологических выбросов стекловарочных цехов.

1.5. Оценка современных средств пылегазоулавливания применительно к условиям очистки выбросов стекловарочных цехов.

Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЦЕССА КОМПЛЕКСНОЙ ПЫЛЕГАЗООЧИСТКИ ВЫБРОСОВ СТЕКЛОВАРОЧНЫХ ЦЕХОВ.

2.1. Обобщение условий формирования модели технологического процесса комплексной пылегазоочистки.

2.2. Построение структурной схемы процесса комплексной пылегазоочистки на основе капельного и пенного режимов контакта.

2.3. Определение функционально эффективных свойств рабочей жидкости для капельной и пенной стадий очистки.

2.4. Аналитическое описание механизма пылеулавливания на стадии капельного режима контакта рабочих сред.!.

2.5. Оценка эффективности абсорбции газовых примесей на стадии пенного режима контакта рабочих сред.

Выводы по главе 2.|.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ КОМПЛЕКСНОЙ ОЧИСТКИ НЕОДНОРОДНОГО ВЫБРОСА ПРИ КАПЕЛЬНОМ И ПЕННОМ КОНТАКТЕ С ЖИДКИМ ПОГЛОТИТЕЛЕМ.

3.1. Аппаратурный состав и основные характеристики экспериментального стенда.

3.2. Методика проведения экспериментов.

3.2.1. Оценка гидродинамических характеристик.

3.2.2. Исследование процессов пылеулавливания.

3.2.3. Исследование процессов абсорбции газовых примесей.

3.2.4. Планирование и оценка достоверности экспериментов.

3.3. Гидродинамические характеристики работы газоочистной установки.

3.3.1. Гидродинамические характеристики формирования воднокапелыюй дисперсии.

3.3.2. Гидродинамические характеристики пенодинамического слоя ТБФ.

3.4. Закономерности пылеулавливания в капельно-водной дисперсии.

3.5. Эффективность процессов абсорбционной очистки выбросов от кислых газов на примере диоксида серы и азота.;.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. ИНЖЕНЕРНЫЕ ОСНОВЫ КОМПЛЕКСНОЙ ОЧИСТКИ ВЫБРОСОВ СТЕКЛОВАРОЧНЫХ ЦЕХОВ В УСТАНОВКАХ С КАПЕЛЬНЫМ И ПЕННЫМ КОНТАКТОМ ФАЗ.

4.1. Обобщение принципов структурно-компоновочной унификации установки комплексной пылегазоочистки.

4.2. Обоснование схемы модульного исполнения установки комплексной газоочистки.

4.3. Управление режимными параметрами процессов комплексной пылегазоочистки.

4.4. Условия оптимизации режимных параметров процессов комплексной пылегазоочистки.

4.5. Аппаратурно-технологическая реализация процессов комплексной очистки пылегазовых выбросов стекловарочных цехов.

Выводы по главе 4.'.

Актуальность проблемы. Стекло, наряду с металлом и бетоном, является наиболее распространенным видом конструкционных материалов, который широко используется в строительной отрасли, машиностроении,, приборостроении, транспортном строительстве, химической и пищевой промышленности [47].

Производство стекла и продукции из него является одной из наиболее развитых отраслей промышленности. Техногенная особенность его технологии состоит в последовательном осуществлении ряда экологически опасных по составу и объему выбросов процессов измельчения, просева, сушки ряда сыпучих материалов, подготовки на их основе шихты и ее термической переработки в стекловарочных печах. В ходе этих процессов образуется значительное количество пылей и газов, локализация и отвод которых от источников образования в атмосферу осуществляется системами местной вытяжной вентиляции. Для очистки выбросов в атмосферу последние оснащаются установками газопылеулавливания, которые в большинстве своем осуществляют лишь селективное пылеулавливание, с последующим рассеиванием газовых компонентов выбросов в атмосфере. | 1

Тенденция к увеличению производства стекла и стекольной продукции, а также возросшие требования к санитарно-гигиеническим условиям внутрицеховой атмосферы и воздушного бассейна прилегающих городских территорий, вызывают необходимость изучения механизмов влияния технологических и эксплуатационных факторов формирования выбросов стекольных производств на эффективность работы систем вентиляции и газопылеочистки.

Анализ состояния качества воздушной среды производственных помещений в районах размещения стекольных производств показывает, что санитарно-гигиенические условия труда и степень защиты атмосферы от загрязнений в большинстве случаев не отвечает нормативным требованиям. Концентрации газов и пыли, как в воздухе рабочей зоны, так и на промплощадках предприятий значительно превышают предельно допустимые. Одной из определяющих причин такого положения является несоответствие функционально-технологических характеристик применяемого газопылеулавливающего оборудования локализующей вентиляции особенностям выделения и составу вредных выбросов данных производств.

Согласно результатам обследования, в состав выбросов стекольных производств, помимо пылей, входят также оксиды серы, азота, углерода. Тем самым, данные выбросы следует рассматривать как неоднородные многокомпонентные смеси, газообразные составляющие которых по концентрации и степени воздействия следует отнести к целевым компонентам при проектировании и устройстве систем газоочистки. Из оценки функциональных возможностей газоочистного оборудования для очистки таких выбросов наиболее перспективными представляются мокрые методы, реализуемые в интенсивных аппаратах с самоорошением очищаемого потока. Такие аппараты (циклоннопенные, пенновихревые, вихреинжекционные) позволяют осуществлять комплексную очистку многокомпонентных выбросов, посредством варьирования режимных параметров очистки в зависимости от свойств извлекаемых компонентов. Применительно к условиям стекольного производства это дает возможность учесть специфические особенности реализации процессов очистки, обусловленные наличием в выбросах компонентов с выраженными коррозионными свойствами и высокой токсичностью.

Совершенствование систем мокрой газоочистки тесно связано с изучением закономерностей массообменных процессов в зависимости от условий формирования межфазной поверхности контакта очищаемой и нейтрализуемой сред и свойств жидкой поглотительной среды. I

При этом выделяются два доминирующих фактора - гидродинамические особенности перемешивания фаз контактирующих сред в зоне контакта и сорбционные свойства поглотительного раствора. Первый влияет на развитие величины^ контактной поверхности, условия межфазного обмена, интенсивность смены контактирующих сред в объеме газожидкостной системы. Вторым определяется скорость и степень извлечения целевого компонента из газовой фазы, то есть - эффективность работы пыле и газоулавливающего оборудования.

Повышение степени развития контактной поверхности газожидкостной системы, в первую очередь, может быть достигнуто за счет конструктивных особенностей оформления контактного узла и варьирования скорости потока очищаемого газа в зоне его взаимодействия с жидкостью.

В свою очередь, эффект улавливания целевого компонента определяется степенью соответствия свойств поглотителя реализуемым режимным условиям извлечения целевого компонента.

Цель работы состоит в совершенствовании мокрой комплексной очистки пыле-газовых выбросов стекловарочных цехов стекольных производств посредством повышения степени селективного поглощения твердофазных и газовых компонентов в эффективном режиме капельного и пенного контакта очищаемого потока с оптимизированным поглотителем.

В соответствии с этой целью основными задачами работы являлись:

- теоретическое обоснование аппаратурно-режимной модели контакта и вида поглотителя, оптимизированных из условия возможности комплексного извлечения твердофазных и газообразных компонентов неоднородного выброса;

- экспериментальное исследование закономерностей извлечения твердофазных и газообразных компонентов неоднородного выброса в режимах его контакта с жидким поглотителем, оптимизированных из условия эффективности их селективного извлечения;

- определение на основе экспериментальных исследований энергетически рациональных гидродинамических условий формирования функционально эффективной структуры контактной поверхности для селективного извлечения твердофазных и газообразных компонентов, как стадий процесса комплексной очистки;

- совершенствование режимно-технологических характеристик поглощения твердофазных и газовых компонентов в последовательно реализуемых режимах капельного и пенного контакта фаз, как стадий процесса комплексной очистки неоднородных (пылегазовых) выбросов стекловарочных цехов;

- определение условий унификации компоновочной схемы и элементной базы пылегазоочистной установки для оптимизированного осуществления последовательно реализуемых стадий поглощения твердофазных и газовых компонентов выбросов в капельном и пенном режимах его контакта с жидкими поглотителями;

- обобщение результатов исследований в форме инженерных решений, обеспечивающих снижение загрязнения воздушной среды в зоне строительства и эксплуатации предприятий стекольной промышленности посредством эффективной комплексной очистки их выбросов от неоднородных загрязняющих компонентов.

Основная идея работы состояла в исследовании и определении условий эффективного осуществления процесса комплексной очистки выбросов стекловарочных печей стекольных производств от твердодисперсных (пылевых) и кислых газовых примесей посредством оптимизационного подбора режимов контакта и поглотителей этих компонентов.

Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, исследования на лабораторных и опытно-промышленных установках, обработку экспериментальных данных методами математической статистики и корреляционного анализа.

Достоверность научных положений и выводов обоснована применением классических положений теоретического анализа, моделированием изучаемых процессов, планированием числа экспериментов и подтверждена удовлетворяющей сходимостью полученных автором экспериментальных результатов и теоретических исследований, а также результатами обобщения данных других авторов.

Научная новизна работы:

- теоретически обоснована перспективность использования несмешиваемых жидкостей (воды и трибутилфосфата) в качестве эффективных поглотителей соответственно твердофазных и кислых газовых примесей при комплексной очистке неоднородных (пылегазовых) выбросов стекловарочных цехов стекольных производств;

- предложены математические модели для описания процесса поглощения в пе-нодинамическом слое твердофазных и газовых примесей соответственно посредством контакта с капельной поверхностью воды и трибутилфосфата, формируемом в режиме вихревой инжекции; ;

- экспериментально исследованы и обобщены закономерности поглощения твердофазных компонентов (на примере кварцевой пыли) при капельном контакте с водой и газовых примесей (на примере диоксида серы и азота) в пенодинамическом слое трибутилфосфата, формируемом посредством вихревой инжекции поглотительного раствора закрученным потоком очищаемого газа;

- экспериментально подтверждена удовлетворяющая степень реализации предложенных математических моделей в процессах поглощения твердофазных компо нентов и кислых газов соответственно, при последовательно осуществляемом капельном и пенодинамическом контакте очищаемого потока с водой и трибутилфос-фатом;

- получены экспериментальные зависимости, характеризующие энергоэффективные режимно-технологические условия улавливания твердофазных компонентов и газовых примесей водой и поглотительным раствором трибутилфосфата, соответственно в режимах капельного распыления и вихреинжекционного пенообразования;

- установлено, что достижение удовлетворяющего эффекта улавливания твердофазных компонентов водой и кислых газовых примесей поглотительным раствором трибутилфосфата может быть реализовано в вихреинжекционных пенных скрубберах посредством варьирования удельного объема распыляемой в очищаемом потоке воды и начального уровня поглотительного раствора Ь0 трибутилфосфата;

- сформулированы и обобщены условия модульного аппаратурного оформления процесса комплексной очистки пылегазовых (неоднородных) выбросов стекловарочных цехов применительно к схеме последовательного поглощения твердофазных компонентов капельно распыляемой водой и газовых примесей в пенодинамическом слое трибутилфосфата, формируемом посредством вихревой инжекции.

Практическая значимость работы:

- разработаны унифицированная структурная и технологическая схемы установки модулированного вихреинжекционного пенного скруббера (ВИПС) для очистки выбросов стекловарочных цехов стекольных производств с использованием в качестве поглотителя твердодисперсных компонентов - воды и кислых газовых примесей - трибутилфосфата;

- установлена область режимно-технологических параметров эффективной очистки выбросов стекловарочных цехов стекольных производств в вихреинжекционных пенных скрубберах от кислых газовых примесей поглотительным раствором трибутилфосфата;

- определены режимно-технологические параметры эффективного поглощения твердофазных (пылевых) компонентов выбросов стекловарочных цехов в условиях капельного контакта с орошаемой водой;

- разработаны методические основы расчета режимных параметров процесса комплексной очистки выбросов стекловарочных цехов в установках вихреинжекционных пенных скрубберов при использовании в качестве поглотителя твердофазных компонентов воды, а кислых газовых примесей (на примере диоксида серы и азота) -трибутилфосфата;

- разработана и принята к использованию схема аппаратурного исполнения установок вихреинжекционных пенных скрубберов для комплексной очистки неоднородных пылегазовых выбросов стекловарочных цехов стекольных производств с использованием воды и трибутилфосфата в качестве поглотителя, соответственно твердых и газовых компонентов и получено положительное решение о выдаче патента на изобретение "Способ очистки газов" - по заявке №114183/15. 2006г.

Реализация результатов работы:

- разработаны и переданы к использованию ЗАО "Камышинский стеклотарный завод" конструкторская документация на изготовление и технологический регламент на эксплуатацию установок вихреинжекционных пенных скрубберов для комплексной очистки неоднородных выбросов от стекловарочных печей;

- прошла испытания и передана для внедрения ЗАО "Камышинский стеклотарный завод" опытно-промышленная модулированная установка для очистки вентиля-ционно-технологических выбросов от стекловарочных печей;

- НПО "Волгоградхимпроект" переданы рекомендации по применению технологии комплексной очистки неоднородных пылегазовых выбросов в вихреинжекционных пенных скрубберах по схеме последовательного поглощения твердофазных компонентов капельно распыляемой водой и газовых примесей в пенодинамическом слое трибутилфосфата; |

- материалы диссертационной работы используются кафедрой ОВЭБ и БЖДвТ ВолгГАСУ в курсах лекций, практических занятиях, а также в дипломном и курсовом проектировании при подготовке инженеров по специальностям "Теплогазо-снабжение и вентиляция" и "Инженерная защита окружающей среды".

На защиту выносятся:

- теоретические и экспериментальные результаты исследования закономерностей поглощения твердофазных компонентов (на примере кварцевой пыли) капельно распыляемой водой и кислых газовых примесей (на примере диоксида серы и азота) трибутилфосфатом в пенодинамическом слое, формируемом посредством его вихревой инжекции закрученным потоком очищаемого газа;

- математические модели описания процессов поглощения твердофазных компонентов капельно распыляемой водой и кислых газовых примесей в пенодинамическом слое трибутилфосфата, формируемом в режиме вихревой инжекции;

- экспериментальные зависимости, характеризующие эффективные режимно-технологические условия улавливания твердофазных компонентов и газовых примесей при последовательно осуществляемом капельном и пенодинамическом контакте очищаемого, потока соответственно с водой и трибутилфосфатом в вихреинжекционных пенных скрубберах;

- унифицированная структурно-компоновочная и технологическая схемы модулированной установки вихреинжекционных пенных скрубберов для комплексной очистки неоднородных пылегазовых выбросов стекловарочных цехов стекольных производств посредством контакта твердофазных компонентов соответственно с ка-пельно распыляемой водой и газовых примесей с трибутилфосфатом в режиме вих-реинжекционного пенообразования;

- методика расчета энергетически эффективных режимных параметров комплексной очистки неоднородных пылегазовых выбросов стекловарочных цехов в вихреинжекционных пенных скрубберах, последовательно реализующих контакт очищаемого потока с капельно распыляемой водой и трибутилфосфатом в пеноди-намическом слое, формируемом посредством вихревой инжекции.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на научно-технических конференциях "Качество внутреннего воздуха и окружающей среды" (Волгоград, 2004, 2007 г.г.), "Научные концепции повышения жизненного уровня населения на современном этапе развития России" (Кисловодск, 2005 г.), ежегодных научно-технических конференциях Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета (2004-2007 г.).

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 5 работах. > Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 119 наименований, и приложений общим объемом 132 страницы, содержит 22 рисунка и 12 таблиц.

Выводы по главе 4.

1. Установлено, что для совершенствования технико-экономических показателей газоочистного оборудования процессов комплексной очистки неоднородных многокомпонентных выбросов от термоагрегатов (сушильных барабанов и стекловарочных печей) стекольных производств, принцип унификации элементной базы газоочистной установки в виде блочно-модульных агрегатов является наиболее перспективным.

2. Из обобщения технико-экономических показателей определяющих эффект обеспыливания капельной дисперсией и абсорбции в пенодинамическом слое трибу-тилфосфата сформулированы принципы оптимизации аппаратурного оформления установок комплексной пылегазоочистки на основе вихрепенных реакторов и предложена схема структурной унификации их элементной базы.

3. Обоснована целесообразность выбора в качестве технологического критерия оптимизации процесса комплексной газоочистки степени поглощения целевых компонентов при задаваемом расходе (через скорость и), величине удельного орошения q очищаемого потока и начальном уровне /г0 поглотителя в газоочистном аппарате с ограничением по величине гидравлических потерь.

4. По результатам опытно-промышленных экспериментов подтверждена высокая эффективность использования воднокапельной дисперсии в качестве поглотителя пылевых частиц и трибутилфосфата в качестве поглотителя кислых газов при комплексной очистке выбросов от термоагрегатов (сушильных барабанов и стекловарочных печей) стекольных производств.

5. Согласно предложенной структурной схемы унифицированной компоновки разработана технологическая схема и аппаратурное исполнение газоочистных установок на.основе вихреинжекционных пенных скрубберов для комплексной очистки пылегазовых выбросов стекольных производств с поглощением твердофазных пылевых частиц капельной дисперсией распыляемой воды и газовых примесей в пенодинамическом слое трибутилфосфата.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано решение актуальной проблемы совершенствования систем комплексной очистки пылегазовых выбросов стекольных производств.

На основании приведенных теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие основные выводы:

1. Теоретически обоснована перспективность использования несмешиваемых жидкостей (воды и трибутилфосфата) в качестве эффективных поглотителей соответственно твердофазных и кислых газовых примесей при комплексной очистке неоднородных (пылегазовых) выбросов стекловарочных цехов стекольных производств.

2. Предложены математические модели для описания процесса поглощения в пенодинамическом слое твердофазных и газовых примесей соответственно посредством контакта с капельной поверхностью воды и трибутилфосфата, формируемом в режиме вихревой инжекции.

3. Экспериментально исследованы и обобщены закономерности поглощения твердофазных компонентов (на примере кварцевой пыли) при капельном контакте с водой и газовых примесей (на примере диоксида серы и азота) в пенодинамическом слое трибутилфосфата, формируемом посредством вихревой инжекции поглотительного раствора закрученным потоком очищаемого газа.

4. Экспериментально подтверждена удовлетворяющая степень реализации предложенных математических моделей в процессах поглощения твердофазных компонентов и кислых газов соответственно, при последовательно осуществляемом капельном и пенодинамическом контакте очищаемого потока с водой и трибутил-фосфатом.

5. Получены экспериментальные зависимости, характеризующие энергоэффективные режимно-технологические условия улавливания твердофазных компонентов и газовых примесей водой и поглотительным раствором трибутилфосфата| соответственно в режимах капельного распыления и вихреинжекционного пенообразования.

6. Установлено, что достижение удовлетворяющего эффекта улавливания твердофазных компонентов водой и кислых газовых примесей поглотительным раство ром трибутилфосфата может быть реализовано в вихреинжекционных пенных скрубберах посредством варьирования удельного объема распыляемой в очищаемом потоке воды и начального уровня поглотительного раствора Ь0 трибутилфосфата.

7. Разработаны унифицированная структурная и технологическая схемы установки модулированного вихреинжекционного пенного скруббера (ВИПС) для очистки выбросов стекловарочных цехов стекольных производств с использованием в качестве • поглотителя твердодисперсных компонентов - воды и кислых газовых примесей - трибутилфосфата.

8. Определены режимно-технологические параметры эффективного поглощения твердофазных (пылевых) компонентов выбросов стекловарочных цехов в условиях капельного контакта с орошаемой водой.

9. Разработана и принята к использованию схема аппаратурного исполнения установок вихреинжекционных пенных скрубберов для комплексной очистки неоднородных пылегазовых выбросов стекловарочных цехов стекольных производств с использованием воды и трибутилфосфата в качестве поглотителя, соответственно твердых и газовых компонентов.

1. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М.: Наука, 1969. 824 с.

2. Александров И. А. Массопередача при ректификации и абсорбции многокомпонентных смесей. — Л.: Химия, 1975. — 320 с.

3. Алиев Г.М. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов. М.: Металлургия, 1986. — 544 с.

4. Алексеев Н.И., Кисин Д. А., Горелов В.Е. Совершенствование пенноi iвихревого аппарата методом ФСА || Химическое и нефтяное машиностроение, 1988, №4, С. 15-17.

5. Алексеев Н.И., Тарат Э.Я., Исаев В.Н. Пенно-вихревой аппарат для мокрой обработки газов || Химическое и нефтяное машиностроение, 1975, № 10, С. 18-20.

6. Алексеев Н.И., Тарат Э.Я., Колесник Р.П. К вопросу разработки пенных аппаратов с тангенциальным подводом газа || Промышленная и санитарная очистка газов, 1975, №3, С. 9-12.

7. Андриевская Е.А. Аппараты для очистки отходящих газов в СССР и за рубежом || Обзорная информация. Сер. "Охрана окруж. среды". НИИТЭХИМ. — М.: 1979. —Вып. 4.(23). 39 с.

8. Аппен A.A. Химия стекла. Технология стекла. М.: Стройиздат, 1979. — 127 с.

9. Арсеев A.B., Арсеева Н.В. Загрязнение атмосферы окислами азота продуктов сгорания топлива || Н.-Т. обзор. Сер. использ. газа. М.: ВНИИЭГАЗПРОМ, 1974. — 59 с.

10. Артамонова М.В.,. Асланова М.С, Бужинский И.М. и др. Химическаяiтехнология стекла и ситаллов. М.: Стройиздат, 1983г. - 432 е., ил. (1

11. A.c. 830691 СССР, МКИ В01 Д53/14. Способ очистки газа от кислыхiкомпонентов. j

12. Балабеков О.С., Романков П.Г., Тарат Э.Я. и др. Исследование гидродинамических характеристик аппаратов с орошаемой насадкой. — ЖПХ, 1969, т. 42, № 10.-2267 с.

13. Балабеков О.С. Исследование процессов гидродинамики и пылеулавливаний в аппаратах со взвешенной шаровой насадкой Автореф. дис. к.т.н. JL, 1970г. -18 с.

14. Банит Ф.Г., Мальгин А.Д. Пылеулавливание и очистка газов в промышленности стороительных материалов. М.: Стройиздат, 1979г. - 351 с.

15. Беделл С.А., Кирби JI.X., Буэнгер С.У., Макгоф М.С. Очистка газов при помощи хелатных комплексонов || Нефть, газ и нефтехимия за рубежом.— 1988, №1.

16. Беккер Р. Теория теплоты. — М.: Энергия, 1974. — 504 с.

17. Белевицкий А.М. Проектирование газоочистных сооружений. — Л.: Химия, 1990.—288 с.

18. Беломутенко, C.B., Котов, A.B., Голубева, С.И., Лукин, П.А. Определяющие факторы сепарации дисперсной фазы в неоднородном закрученном потоке газа. //Вестник ВолгГАСУ. Сер. Стр-во и архит. Волгоград, 2007. - Вып.7 (26).—1. С. 173-177.

19. Беннет К.О., Майерс Дж.Е. Гидродинамика, теплообмен и массообмен. — М.: Недра, 1966. —726 с.

20. Бердт Р, Стьюарт В., Лайтфут Е. Явления переноса. М.:Химия, 1974. -688 с

21. Берман Л.Д. Об аналогии между тепло-и массообменом. — Теплоэнергетика, 1955, №8. |120 '

22. Богатых С.А. Циклонно-пенные аппараты.-JI.¡Машиностроение, 1978. -224 с .

23. Богатых С.А., Николаев Е.В. Исследование интенсификации пылеулавливания посредством уплотнения динамического двухфазного слоя || Тр. ЛенНИИхим-мата. — 1976, № 10, С. 96-100.

24. Богатых С.А., Сидоров В.М., Уманский М.П. Исследование и разработка аппарата для очистки и охлаждения газов, выходящих из печей сушилок || Тр. Лен-НИИхиммаша. — 1971, № 6, С. 60-70.

25. Брайнес Я.М. Введение в теорию и расчёты химических и нефтехимических реакторов. — М.: Химия, 1976. — 232 с.

26. Броунштейн Б.И., Щеголев В.В. Гидродинамика, массо- и теплообмен в колонных аппаратах. — Л.: Химия, 1988. — 336 с.

27. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. — М.: Наука, 1978,- 400 с.

28. Бутт Л.М., Поляк В.В. Технология стекла. М.: Стройиздат, 1971. - 227 с

29. Вальдберг А.Ю. Исследование процессов гидродинамики и пылеулавли-ваний в пенных аппаратах с провальными решетками. Автореф. дисс. к.т.н. Л., 1967г.-23с

30. Вальберг А.Ю. Методы расчета и конструкции аппаратов мокрого пылеулавливания- Дисс. докт техн. наук. М.: МИХМ, 1985г. 413 с

31. Вилесов Н.Г., Костюковская A.A. Очистка выбросных газов. — Киев.: Техника, 1971. — 196 с.

32. Волгина Ю.М. Теплотехническое оборудование стекольных заводов. М.: Стройиздат, 1974.-307с.

33. Гинсбург Д.Б. Стекловаренные печи. -М.: Стройиздат, 1967. 313 с

34. Глинка Ф.Б., Ключников Н.Г. Химия комплексных соединений.— М.: Просвещение, 1982.— 160с.

35. Гриценко А.И., Галанин И.А., Зиновьева Л.М. и др. Очистка газов от сернистых соединений при эксплуатации газовых месторождений.— М.: Недра, 1985.— 270с.

36. Диденко В.Г. Основы оптимизации процессов мокрой очистки многокомпонентных выбросов. Вестник ВолгГАСА, Вып. 1, Волгоград, 1999 г.

37. Диденко В.Г. Техника мокрой очистки вентиляционных выбросов: Учеб. пособие. — Волгоград: Изд-во ВолгГАСА, 1996. — 128 с.

38. Диденко В.Г. Теория, расчет и оптимизация процессов очистки многокомпонентных выбросов в модулированных вихреинжекционных пенных скрубберах. Дисс. д-ра техн. наук. Волгоград. 1998 г.

39. Диденко В.Г. Мокрая очистка дымовых газов печей отжига металла || Охрана окружающей среды / Респуб. межвед. сб. Вып. 4. — Минск, Высшая школа, 1985, с.

40. Диденко В.Г. Основы очистки и утилизации вентиляционных выбросов: Учеб. пособие. — Волгоград: Изд-во ВолгИСИ, 1992. — 103 с.

41. Диденко В.Г., Совершенствование средств очистки углеводородных газов от сероводорода на основе схем с инжекторно-пенными скрубберами-смесителями Качество внутреннего воздуха и окружающей среды / Мат-лы II меж-дун. конф. Волгоград, 2003 г.

42. Дорофеев A.C. Разработка, исследование и внедрение усовершенс вованно-го известнякового способа очистки газов от оксидов серы с утилизацией продуктов сероулавливания. Дисс. канд техн. наук. Л. 1980 г. - 210 с '

43. Дроздов В.А., Глинкин С.М., Тарасов В.П. Применение стекла в строительстве. М.: Стройиздат,1983г. - 432с.

44. Железняк A.C., Иоффе И.И. Методы расчета многофазных жидких реакторов. Л.: Химия, 1974,—320 с.

45. Зажигаев JI.O., Нишьян A.A., Романников Ю.И. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента. М.: Атомиздат, 1978. - 232 с.

46. Зиновьева JI.M. Исследование поглотительных свойств гидроокисей железа, полученных из различных растворов солей железа. М.: ВНИИОЭНГ, 1977, №8, С.8-13.

47. Злостровский Ф.И., Шабалин К.Н. Скорость улавливания пыли в скрубберах. || Хим. пром., 1951г.-№5, С.20-21.

48. Иткина Д.Я, Миниович М.А., Абсорбция окислов азота Труды ГИАП 1960 - Вып П.-С. 259-276

49. Кафаров В.В. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1971.-784 с.

50. Карапетянц М.Х. Введение в теорию химических процессов.— М.: Высшая школа, 1981.— 331 с.

51. Касимов В.Р., Агаев Г.А., Мухтарова Ш.А., Настека В.И. Исследования коррозионных и абсорбционных свойств концентрированного ДЭА с добавкой присадки "Икасол" || Совершенствование техники и технологии переработки газа Сб. научн. тр./ВНИПИГаз, 1991.

52. Кафаров В.В., Дорохов И.Н. Системный анализ процессов химической технологии. — М.: Наука, 1976. — 500 с.

53. Кафаров В.В. Основы массопередачи. — М.: Высшая школа, 1972. — 494 с.

54. Китайгородской И.И. Технология стекла. М.: Стройиздат, 1967. — 324 с.

55. Комплекс по переработке высокосернистого природного газа. New Mobile Bay complex explits major sour gas reserse / True Warren R // Oil and Gas J. 'l994 - 92,21. -C.49-51. jt