CC BY
27
УДК 677.1:658.589+574 Проф. Л.В. Пелик, д-р техн. наук -Льв1вська КА
1ННОВАЦ1ЙН1 ТЕХН1ЧН1 МАТЕР1АЛИ У РИНКОВИХ ЕКОЛОГО-ЕКОНОМ1ЧНИХ СИСТЕМАХ
Дослiджено фiльтрувальну здатшсть тканих i нетканих фiльтрувальних текстиль-них матерiалiв на основi термостшких волокон. Методика дослiдження полягала у дос-лiдженнi фшьтрувально! здатностi та дослщнш експлуатаци рукавних фiльтрiв iз тканих та нетканих фшьтрувальних матерiалiв на основi термостiйких волокон на ферос-плавних заводах. Випробування рукавних фшь^в iз тканих матерiалiв проведено на фiльтрах рукавного вщкритого типу з системою регенераци - зворотна продувка, а для нетканих матерiалiв - з iмпульсною системою регенераци. Проаналiзовано вплив фiльтрувальних текстильних матерiалiв на фiльтрувальну здатнiсть в умовах високих температур та вперше запропоновано методолопчш пiдходи, якi дають змогу максимально приблизити процес !х термостарiння до реальних умов експлуатаци в рукавних фiльтрах. Наукова новизна полягае в тому, що вперше в умовах реально! експлуатаци створено i спроектовано найефективнiшi фшьтрувальш термостiйкi матерiали з ураху-ванням термiчноl стiйкостi за високих температур. Практична значимють полягае в тому, що внаслщок проведених дослщжень створено новi види матерiалiв техшчного призначення на основi арселонового волокна для виробництва рукавних фiльтрiв для пилогазоочисних систем.
Ключовг слова: рукавш фiльтри, фшьтрувальна арселонова тканина, волокно но-мекс, волокно келар.
Вступ. Проблема переходу до принцитв сталого розвитку тюно пов'яза-на 1з функцюнуванням еколого-економ1чних систем, яю базуються на тому, що економ1чш, сощальш, технолопчш та еколопчш процеси в довкшт тюно пов'язаш 1 взаемозалежш. Тому 1 потр1бно розглядати сучасну цивЫзащю з точки зору функцюнування едино! еколого-економ1чно! системи, яка на баз1 доступних ресурив спроможна забезпечити високий р1вень економ1чного розвитку 1 вщповщш еколопчш умови функцюнування сощуму та природних еко-систем загалом. Розроблення велико! кшькосп шновацш у текстильнш галуз1 впродовж останшх роюв не знизила актуальносп питань якосп, безпечносп, економ1чно! доцшьносп техшчних матер1ал1в. Збшьшення у текстильнш про-мисловосп сегмента матер1ал1в техшчного призначення пов'язане 1з зроста-ючою потребою у фшьтрувальних матер1алах для пилогазоочисних систем. Ос-таншми роками в Укра!ш висуваються бшьш сувор1 законодавч1 вимоги до про-мислових викид1в в атмосферу, 1 тому появилась потреба в розробленш нового поколшня в1тчизняних фшьтрувальних текстильних матер1ал1в для очищення технолопчних газ1в 1з вимогою до вихщно! концентрацп в очищеному газ1 не бшьше 20 мг/м3 за умов експлуатаци фшьтр1в з температурою до 200 °С. Проблема еколопчно! безпеки довкшля набула особливо! важливост за умов ринко-во! економжи. Сьогодш сформувалося декшька основних напрям1в охорони бь осфери, а саме: переробка вщход1в виробництва 1 споживання як вторинно! си-ровини; розроблення 1 впровадження нових технолопчних процешв 1 систем, яю працюють за замкнутим циклом 1 не утворюють основно! кшькосп вщход1в; створення нових структур фшьтрувальних текстильних матер1ал1в.
Постановка завдання. Метою роботи е дослщження фшьтрувально! здат-ност текстильних матер1ал1в 1з термостшких волокон у реальних умовах, при експлуатаци рукавних фшьтр1в на газоочисних спорудах феросплавних завод1в.
Об'екти та методи дослщження. Дослiдна експлуатацiя рукавних фiльтрiв iз тканих фiльтрувальних матерiалiв проводилась на Актюбiнському заводi феросплавiв (Республiка Казахстан) та iз нетканих фшьтрувальних мате-рiалiв на Алчевському металургiйному комбiнатi (Укра!на) i Аксуському заводi феросплавiв (Республiка Казахстан). Випробування рукавних фiльтрiв iз тканих матерiалiв проводилися на фiльтрах ФРЗП (фшьтр рукавний вiдкритого типу з системою регенераци - зворотна продувка та загальною площею фiльтрування 17280 м2), а для нетканих матерiалiв проводилися на фшьтрах ФР1Р (фiльтр рукавний iз iмпульсною системою регенераци та загальною площею фшьтрування 5600 м2).
Результати дослiдження. У повiтрi промислових мiст фжсуеться тдви-щений вмiст таких токсичних важких металiв, як Сё, РЬ, Мп, Сг, 7п, Си та iн., а також А1, Бе, Са, Mg [1]. Для очищення газових викидiв тдприемств металур-гшно! промисловостi застосовують багатоступеневi комбiнованi схеми сухого i мокрого очищення. У комбiнованих схемах сухого очищення перспективним е використання фiльтрiв рукавного типу на основi нових ефективних термос-тiйких та хiмiчно-стiйких фiльтрувальних текстильних матерiалiв. Таким вимо-гам вiдповiдае арселоновий фшьтрувальний матерiал. Арселон - термостiйке волокно класу полiоксадiазольних волокон. Стабiльнiсть фiзико-механiчних характеристик цього волокна збер^аеться i за високо! температури, аж до 300 °С. У промислових масштабах арселонове волокно виробляеться на основi 2-фенш-1,3,4-оксидiазолу. Синтез полiмеру проводиться в одну стадiю i практично не шкодить довкiллю. Вихщними речовинами е терефталева кислота, пдразин-сульфат, олеум - це доступш продукти масового виробництва [2]. Структурна формула волокна арселону:
Вщомо, що промисловi газовi викиди можуть мктити оксиди сульфуру, нiтрогену, кальцш. Забруднювачi затримуються переважно у верхшх дихаль-них шляхах. Пил меншого розмiру осiдае в трахеобронхiальнiй област i при за-ковтуваннi потрапляе в шлунково-кишковий тракт. Твердi частинки можуть розчинятися в слизистих рщинах, утворюючи речовини, якi здатнi спричинити змшу рН середовища. Пил оксиду кальцш, потрапляючи на слизовi оболонки, взаемодiе з вологою води з утворенням лугу - Са (ОН)2. Тому оксид кальцш сильно дiе на верхш та глибокi дихальш шляхи та легенi. Газовi компоненти забруднювачiв, проходячи систему дихання, частково розчиняються на шляху до легешв, частково потрапляють у легенi, а частково виходять iз повiтрям, що видихаеться. У людей, як тривалий час вдихають пил СаО, спостер^аються за-тори верхнiх дихальних шляхiв, бронхiти, емфiзема легень, розлади травлення. Пiдвищений вмiст СаО у повг^ спричиняе лужнi опади. А надмiрна кiлькiсть оксиду кальцiю в повiтрi спричиняе хiмiчнi опiки на шкiрi людинi та хвороби нирок та печшки [3].
За наявност вологи в газових викидах можуть вщбуватись хiмiчнi реак-ци з утворенням мшеральних кислот та лугу. Тому фшьтрувальш текстильнi матерiали повинш мати високу хiмiчну стiйкiсть. Розбавлет неорганiчнi кисло-ти та луги за температури до 100 °С практично не впливають на фiзико-меха-нiчнi характеристики арселонового фiльтрувального матерiалу.
Ми розробили фiльтрувальну арселонову тканину, яка виготовляеться за основою та утоком iз арселоново! термостшко: пряжi лшшно1 густини 29текс х2; та нетканий арселоновий матерiал з лшшною густиною пряжi 0,44текс i каркасу - тканини арселоново! полотняного переплетення iз поверхневою густиною 95 г/м2 та лiнiйною густиною нитки 0,50текс.
Дослiджено, що значним впливам шд час експлуатаци пiддаються не тшьки поверхневi шари структури полотна, а й внутршш. На рис. 1, б i 2, б вь дображено поперечний перерiз тканого арселонового фшьтрувального рукава до i пiсля 18 мiс. експлуатаци на Актюбiнському заводi феросплавiв.
Рис. 1. Вигляд тканого арселонового фшьтрувальногорукавадо експлуатаци:
а) у розргзг; б) у поперечному перер1з1
Рис. 2. Вигляд тканого арселонового фтьтрувальногорукава тсля 18 мс експлуатаци: а) у розргзг; б) у поперечному перер1з1
Аналiз поперечного перерiзу арселоново1 тканини шсля 18 мкящв експлуатаци свщчить, що осадження частинок пилу у перюд роботи фшьтра за рахунок механiзмiв дотику, шерци, дифузи i електростатично1 д11 вщбуваеться на волокнах, якi розташованi на поверхш ниток, а також у ворЫ.
Волокна всерединi кручених ниток в осадженш частинок участi практично не беруть, адже потж газу проходить переважно через отвори мiж нитками. Спостер^аеться процес осадження частинок i утворення "мост1в" над пора-
ми i в них, внаслiдок чого утворився суцшьний шар пилу, який сам стае вторин-ним фiльтрувальним середовищем, i ефективнiсть очистки зростае. Осадження частинок у поверхневому шарi i всерединi запилено! фiльтрувальноI арселоно-во! тканини базуеться значною мiрою на ситовому ефекп, адже пори в шарi ма-терiалу, обтiкаючi елементи (осаджеш пилинки) i вловлюючi частинки близью за розмiрами.
У тканому рукавному фшк^ тканина е основою для формування й ут-римання фшьтрувального пилового шару. Пористiсть i стабiльнiсть пилових шарiв залежно вщ розмiрiв, форми та iнших властивостей частинок, а також вщ швидкосп фiльтрування, структури тканини i способiв II регенерацiI змь нюеться в широких межах. У процес фшьтрування накопичуються шари пилу, якi при регенерацп не розпиляються в газ^ а руйнуються у виглядi великих аг-регатiв. Внаслiдок повторне осадження пилу на тканину знижуеться i забезпе-чуеться швидке випадання його в бункер. При регенерацп частина осаду вида-ляеться, але як вщображено на рис. 2, б, у внутршшх шарах тканини мiж нитками i волокнами залишаеться значна кiлькiсть пилу, яка утворюе суцiльний шар пилу. Пiд час фшьтрування це дае змогу отримати високу ефективнiсть вловлювання навiть субмжронних частинок.
У тканинних рукавних фшьтрах використовують невеликi швидкостi фiльтрування - 0,5-2 м/хв. За велико! швидкосп вiдбуваеться надмiрне ущшь-нення пилового шару, яке супроводжуеться рiзким збшьшенням його опору. У разi тдвищених перепадiв тиску i швидкостi фшьтрування частинки проника-ють вглибину тканини, порушуеться ранiше сформований пиловий шар, що супроводжуеться рiзким проскоком пилу через отвори мiж нитками. Крiм цього, за високо! швидкостi фшьтрування потрiбно частiше проводити регене-ращю, яка пришвидшуе зношення тканини i механiзмiв. Таким чином, основною метою регенерацп е тдтримання режиму, який би забезпечував макси-мальне зниження гiдравлiчного опору фiльтра зi збереженням високо! ефектив-ностi самого процесу фшьтрування.
Ц недолiки тканин значною мiрою усуваються використанням як фшьтру нетканих матерiалiв. Ефективнiсть вловлювання частинок у цьому ви-падку не буде визначатися насамперед наявшстю ранiше сформованого шару пилу. На рис. 3, б i 4, б вщображено поперечний перерiз нетканого арселоново-го фiльтрувального рукава до i пiсля експлуатацiI на Аксуському заводi ферос-плавiв.
Аналiз рис. 4, б поперечного перерiзу арселонового нетканого матерiалу пiсля 18 мюящв експлуатацiI на Аксуському заводi феросплавiв свiдчить, що рiвномiрне розподiлення волокон на всш поверхнi i в товщиш матерiалу, а також вщсутнють наскрiзних отворiв забезпечуе рiвноцiнну участь волокон у процесi осадження частинок. Процес фшьтрування протжае в об'емi фiльтру-вального матерiалу. Шд час очищення нетканого матерiалу всередиш нього зав-жди залишаеться частина пилу, яка забезпечуе високу ефективнють вловлювання субмжронних частинок.
Рис. 3. Вигляд нетканого арселонового фтьтрувальногорукава до експлуатаци:
а) у розргзг; б) у поперечному перер1з1
Рис. 4. Вигляд нетканого арселонового фтьтрувального рукава тсля 18 мс експлуатаци: а) у розр\з\; б) у поперечному перер1з1
Ця принципова вщмштсть нетканих фшьтрувальних матерiалiв вщ тка-них дае змогу у 2-5 разiв збшьшити навантаження по газу i довести до 6 м3/(м2-хв.), а також проводити регенерацш матерiалу без подачi запиленого газового потоку.
На рис. 2, а та 4, а вщображено фрагмент тканого i нетканого фтьтрувального арселонового рукава тсля 18 мюящв експлуатаци на Актюбшському та Аксуському заводах феросплавiв. Фрагменти цих рукавних фшк^в не ма-ють видимих мехашчних пошкоджень. Робоча зовнiшня сторона рукава покри-та тонким шаром дрiбного пилу. На внутрiшнiй сторонi рукава чггко видно вщ-битки металевого каркаса, що свiдчить про високий перепад тиску у процес фшьтрування (рис. 1, а). Висновки:
1. Дослщжено, що щшьна структура фшьтрувальних текстильних матер1ал1в призводить до швидкого 1х забруднення частками пилу. Др1бт фракцп пилу, заповнюючи порист шари, здатт утворювати пилов1 утворення на по-верхт { в об'ем1 полотен, внаслшок чого знижуеться 1х повггропроникшсть.
2. Встановлено, що фшьтрувальну здаттсть рукавного фшьтру визначае ефективтсть вловлювання, яка у фшьтрувальному арселоновому нетканому матер1ал1 тсля 18 мю. знаходилася у межах 98,66- 99,88 % протягом плавки. Це свщчить про оптимально пдабраний волокнистий склад полотен та 1х спос1б виробництва, яю зумовлюють будову матер1алу, а також
ефективнiсть застосування iмпульсного методу регенерацп для фшьтру-вальних нетканих матерiалiв i зворотно! продувки для тканих фшьтруваль-них матерiалiв.
Л1тература
1. Скоробогатий Я.П. Основи екологл: навколишне середовище i техногенний вплив / Я.П. Скоробогатий, В.В. Ощаповський, В.О. Василечко, С.Л. Кусковець. - Льв1в : Вид-во "Но-вий Свгг-2000", 2008. - 222 с.
2. Чугуев Д. А. Инновационные нетканые материалы для промышленной фильтрации. Преимущество бескаркасных иглопробивных нетканых материалов / Д.А. Чугуев // Пылегазоочис-тка - 2009 : сб. статей II Междунар. конф. - М. : Изд-во "Пробка", 2009. - С. 90-92.
3. Кратенко 1.С. Санггарно-гшешчна оцшка стану довюлля тд впливом ТЕЦ / 1.С. Кратен-ко, В.О. Коробчанський, Г.А. Шязова, Л.В. Зверева, Т.Ф. Сотникова, Л.В. Шелехова // Довкшля та здоров'я. - 2009. - № 2 (49). - С. 37-40.
Пелык Л.В. Инновационные технические материалы в рыночных эколого-экономических системах
Исследована фильтровальная способность тканых и нетканых фильтровальных текстильных материалов на основе термостойких волокон. Методика исследования заключалась в исследовании фильтровальной способности и опытной эксплуатации рукавных фильтров из тканых и нетканых фильтровальных материалов на основе термостойких волокон на ферросплавных заводах. Испытания рукавных фильтров из тканых материалов проведены на фильтрах рукавного открытого типа с системой регенерации - обратная продувка, а для нетканых материалов - с импульсной системой регенерации. Проанализировано влияние фильтровальных текстильных материалов на фильтровальную способность в условиях высоких температур и впервые предложены методологические подходы, которые позволяют максимально приблизить процесс их термостарения к реальным условиям эксплуатации в рукавных фильтрах. Научная новизна заключается в том, что впервые в условиях реальной эксплуатации созданы и спроектированы наиболее эффективные фильтровальные термостойкие материалы с учетом термической устойчивости при высоких температурах. Практическая значимость заключается в том, что в результате проведенных исследований созданы новые виды материалов технического назначения на основе арселонового волокна для производства рукавных фильтров для пылегазоочистных систем.
Ключевые слова: рукавные фильтры, фильтровальная арселоновая ткань, волокно номекс, волокно кевлар.
Pelyk L.V. Innovative Technical Materials in Market Environmental -Economic Systems
The purpose of the study is filtration capacity of woven and non-woven textile filter materials based on heat-resistant fibers. The methodology of the study was to research the ability of the filter and bag filter test operation of woven and non-woven filter material based on heat-resistant fibers in ferroalloy plants. Tests of bag filters of woven material are held in an open type bag filter system with regeneration - reverse blow, and for nonwovens - with an impulse regeneration system. The influence of filtration textiles for filter capacity at a high temperature and first proposed methodological approaches that allow processing them to real conditions in the bag filter is analysed. Scientific novelty lies in the fact that for the first time in a real operation created and designed the most efficient filter, heat-resistant materials on the basis of thermal stability at the high temperature. The practical significance is that as a result of the research created new kinds of materials for technical designation based on fiber of arselon for the production of bag filters for the dust and gas purification systems are created. Key words: bag filters, filter arselonova fabric, fibre of nomex, fibre of kevlar.
