Система обеспыливания для производства керамзита Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Н.М. Сергина, Е.А. Семенова, Т.А. Кисленко

Система обеспыливания для производства керамзита

При производстве керамзитового гравия (щебня) обеспыливание отходящих газов и воздуха, удаляемого аспирационными системами, необходимо для снижения загрязнения пылевыми выбросами окружающей среды, создания требуемых санитарно-гигиенических условий труда, а также для повышения эффективности производства, поскольку возврат уловленной пыли в производственный цикл сокращает расход сырья, топлива и электроэнергии [1-5].

Для эффективного решения этих задач необходимы данные об основных свойствах пыли, выделяющейся в производстве керамзита. Обобщенные результаты собственных экспериментальных исследований и сопоставления с данными других авторов о дисперсном составе пыли, выбрасываемой в атмосферный воздух, приведены на рис. 1.

Рис. 1. - Распределение частиц керамзитовой пыли по размерам.

1, 2 - по данным, приведенным в [7]; 3 - по результатам проведенных экспериментальных исследований

Анализ полученных данных показывает, что на фоне мелких частиц наблюдаются ярко выраженные крупные. Очевидно, что в первом приближении линии распределения удовлетворяют логарифмически нормальному распределению. В интервале участка с размером частиц пыли <1, от 1 до 100 мкм (кривая 1) и для частиц пыли при <1, от 1 до 40 мкм (кривая 2) эти зависимости близки к прямой линии и удовлетворительно описываются формулой

О = 55,95 ¡^ехр [ - (1)

Кривая 3 в интервале <1, от 1 мкм до 30 мкм принимает также вид прямой и удовлетворительно описывается зависимостью

11п2(йч/18)

О = 122,75 1 - (2)

2 1п2а

где В - интегральная функция распределения массы частиц пыли керамзита по размерам;

- размер частиц пыли керамзита, мкм; 1д а - стандартное логарифмическое отклонение.

Также установлено, что в зону дыхания работающих поступает пыль с размерами частиц: максимальный - 20 мкм, минимальный - 2 мкм, медианный диаметр - 16 мкм. Доля частиц с размерами частиц менее 10 мкм - РМ10 - колеблется в пределах от 15 до 40%. Содержание частиц с размерами менее 2,5 мкм - РМ25 - составляет 0,3%.

Результаты исследований основных свойств пыли приведены в табл. 1.

Таблица №1

Результаты исследований основных свойств пыли, выделяющейся при производстве керамзита

Свойство пыли Единицы измерения Величина

Насыпная плотность г/см3 0,597 - 0,718

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

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

Для решения задачи обеспыливания воздушной среды при производстве керамзита для систем аспирации и пневмопылеуборки предлагается обеспыливающая установка, схема которой показана на рис. 2.

Рис. 2. - Схема установки обеспыливания

Предлагаемая схема компоновки обеспыливающей установки разработана с учетом результатов по исследованию режимов работы пылеуловителей с вихревыми закрученными потоками (далее ВЗП), ранее полученных в работе [6].

Было установлено, что при организации отсоса из бункерной зоны инерционного аппарата эффективность последнего возрастает и снижается аэродинамическое сопротивление. Также выявлено, что эффективность аппарата ВЗП повышается при подаче на нижний ввод аппарата пылевоздушного потока с меньшей концентрацией, чем на верхний.

С учетом изложенного выше, предлагаемая система включает в себя два последовательно установленных аппарата ВЗП. Из бункерной зоны пылеуловителя первой ступени организуется отсос. Для очистки пылевоздушной смеси, отсасываемой из бункера первого аппарата, предусмотрена установка дополнительного пылеуловителя с меньшим диаметром корпуса. Из третьего (дополнительного) аппарата ВЗП после очистки воздух подается на нижний ввод пылеуловителя второй ступени.

Пыль, уловленная во всех трех аппаратах, выгружается из бункеров и возвращается в технологический процесс.

Такое решение позволяет:

- вследствие организации отсоса из бункерной зоны повысить эффективность аппарата первой ступени, что приведет к повышению степени очистки всей системы в целом;

- вследствие организации отсоса из бункерной зоны снизить аэродинамическое сопротивление первого пылеуловителя, что предотвратит значительное возрастание потерь давления во всей системе, обусловленное установкой дополнительного оборудования;

- вследствие подачи на верхний и нижний входы пылеуловителя второй ступени пылевоздушных потоков с разной концентрацией обеспечить повышение его эффективности, что, в свою очередь, приведет к возрастанию эффективности системы в целом.

Для оценки эффективности предложенной системы по аналогии с [6] составим балансовые уравнения по воздушным потокам

¿0 = ¿1 + ¿2 (3)

где ¿о - объем воздуха, поступающего на очистку в систему, м /ч; -объем воздуха, выходящего после очистки из аппарата первой ступени, м3/ч; ¿2 - объем пылевоздушной смеси, отсасываемой из бункера первого пылеуловителя.

Эффективность каждого из аппаратов составит

= ^(¿0,£2Ао); Чг = ^2(^2); Цъ = г}3(Ь0,Ь2/Ь0) (4)

и E1 = 1 - Т]г; £2 = 1 - Л2; £з =1 - Лз •

Обозначим G2/Gq = G2 (L2/L0) и составим систему балансовых уравнений по массе перемещаемой пыли

G± + G2 + mG0 = G0; (1 - щ)С2 - G3 = 0; (5)

,(1 - 7i2)G1 + (1 - m)G3 = 0.

где G0 - масса пыли в потоке, поступающем в систему на очистку, кг/ч;

Gt, G2, G3 - масса пыли в воздухе на входе в пылеуловители, кг/ч.

Тогда

G1 = £3 _ , G3/G0 = £3G2 (6)

Следовательно, эффективность всей системы может быть определена

как

£сист - G4/G0 - £2(^1 + £3^2) (7) £сист - £г(£1 _ G2 + (8)

где G4 - масса пыли в воздухе, выходящем из системы, кг/ч. Величину проскока для первого аппарата £г можно рассматривать как совокупность двух составляющих - £Bi = G-^/Gq и £Hi = G2/Gq.

= -£з--(9)

g2 (£i/g2 - 1) v 7

Тогда

£сисг = /g0)[g2(l2/l0)] (10)

При постоянном расходе воздуха, поступающего на очистку, т.е. при L0 = const, имеем

£сист = £2(L2/L0,G3/G0)[£1(L2/L0) - G2(L2/L0) + £3(L2)G2] (11) Пусть L2/L0 = х. Тогда G2 = G(x).

GH s3(x)G(x)

£сист = £г(^н = x> = " ) x

^в £IbW

X [£1в(^отс = X) + £3(Lbx = *Ж*)£1н (*)J (12)

При этом £2 , £3 , £1в , G2 = £1н - экспериментальные величины. С

учетом этого выражение (12) можно представить в виде

_ а _ —

£сист _ — х, г — „ .) х

'в с1в

X [£1в(^отс = *) + £з(^вх = (*)] (13)

Литература:

1. Горчаков, А.И. Строительные материалы [Текст]: Монография / А.И. Горчаков. - М.: Высш. школа, 1982. - 352 с.

2. Ицкович, С.М. Заполнители для бетона [Текст]: Монография / С.М. Ицкович. - Минск: Вышэйшая школа, 1983. - 256 с.

3. Балтеренас, П.С. Обеспыливание воздуха на предприятиях строительных материалов [Текст]: Монография / П.С. Балтеренас. - М.: Стройиздат, 1990. - 180 с.

4. Банит, Ф.Г. Пылеулавливание и очистка газов в промышленности строительных материалов [Текст]: Монография / Ф.Г. Банит, А. Д. Мальгин. -М.: Стройиздат, 1979. - 352 с.: ил.

5. Бобровников, Н.А. Охрана воздушной среды от пыли на предприятиях строительной индустрии [Текст]: Монография / Н.А. Бобровников. - М., 1981. - 99 с.

6. Сергина, Н.М. Совершенствование схем компоновки многоступенчатых систем пылеулавливания с вихревыми аппаратами [Текст]: дис. канд. техн. наук: 05.14.16: защищена 31.03.00: утв. 04.07.00 / Сергина Наталия Михайлова - Волгоград, 2000. - 171 с. - Библиогр.: С. 137149.

7. Кисленко, Т.А., Кошкарев, С.А. О применении аппарата пылеулавливания с комбинированной схемой сепарации пыли из пылегазового потока в производстве керамзита [Текст] // Альтернативная энергетика и экология. - 2013. - № 11. - С. 47-49

8. Сергина Н.М., Боровков Д.П., Семенова Е.А. Совершенствование методов очистки воздуха рабочей зоны от пыли известкового щебня, выделяющейся при разгрузке железнодорожных вагонов [Электронный

ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2012, №4. Ч.2. - Режим доступа: http://ivdon.ru/magazine/archive/n1y2009/250 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

9. Кондратенко, Т.О., Семенова Е.А., Соломахина, Л.Я. Повышение экологической безопасности производства газобетона [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2013, №3. - Режим доступа: http://ivdon.ru/magazine/archive/n1y2009/250 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

10. Pasquill. F., 1976: Atmospheric Dispersion Parameters in Gaussian Plume Modeling : Part II. Possible Requirements for Change in the Turner Workbook Values. EPA-600/4-76-030b. / U.S. Environmental Protection Agency. - 44 p.

11. Workbook of atmospheric dispersion estimates: an introduction to dispersion modeling / D. Bruce Turner. - 2000. - 168 р.