Исследование процессов оседания сухой пыли в горизонтальных воздуховодах аспирационных систем горно-обогатительных комбинатов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

© А.М. Голышев, А.В. Герасимчук, 2002

УЛК 622.794.621.928.97

А.М. Голышев, A.B. Герасимчук

ИССЛЕАОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОСЕЛАНИЯ СУХОЙ ПЫЛИ В ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ВОЗАУХОВОААХ АСПИРАЦИОННЫХ СИСТЕМ ГОРНО -ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ КОМБИНАТОВ

Воздуховоды систем местной вытяжной вентиляции в условиях переработки пылящих материалов на фабриках ГОКов подвержены зарастанию пылью, содержащейся в аспирационном воздухе. Особенной интенсивностью отличается этот процесс на горизонтальных и слабонаклонных участках аспирацион-ных воздуховодов, где создаются наиболее благоприятные условия для выпадения пыли из транспортирующего воздушного потока. Еще более усугубляется положение при транспортировании по воздуховодам насыщенной паро-пылевой смеси. В этом случае происходит выпадение конденсата и налипание влажной пыли по всему периметру воздуховода, независимо от угла его наклона, с образованием на стенках воздуховода плотной массы.

Частичная или полная закупорка воздуховодов отложениями пыли приводит к разрегулировке ас-пирационной сети, расходы отсасываемого воздуха существенно сокращаются и эффективность аспи-рационной системы перестает соответствовать требуемому уровню.

Общепринятым и наиболее распространенным способом предотвращения пылеотложений для ненасыщенной паропылевой смеси является поддержание в воздуховодах скоростей воздуха, обеспечивающих транспортирование пыли без осаждения. Известны многочисленные теоретические и экспериментальные работы различных авторов, например [1, 2], посвященные установлению оптимальных скоростей транспортирования сухой пыли различных материалов по вертикальным, наклонным и горизонтальным воздуховодам.

Для условий рудоперерабатывающих фабрик скорости воздуха в воздуховодах рекомендуется принимать [3]: на вертикальных участках и участках с углом наклона к горизонту более 600 - 10-15 м/с, на горизонтальных и слабонаклонных участках - 1822 м/с.

Аналитическая оценка возможности увеличения скорости транспортирования насыщенной паропылевой смеси для предотвращения пылеотложений показала [4], что для отрыва частиц пыли от смоченной стенки воздуховода необходимо поддерживать скорость воздушного потока не менее 200 м/с, практически недостижимую в реальных условиях. Поэтому считаем недопустимым образование насыщенных паропылевых смесей при осуществлении технологических процессов на ГОКах.

Даже при оптимальных скоростях транспортирования, как показывает опыт эксплуатации аспира-

ционных систем, полностью исключить зарастание воздуховодов пылеотложениями не удается. Поэтому действующие нормативные документы [5,6] требуют осуществлять периодическую чистку воздуховодов вентиляционных систем, которая производится в сроки, установленные инструкциями по эксплуатации этих систем.

Работы по очистке воздуховодов, как правило, выполняются вручную и требуют значительных трудозатрат. Они внесены в классификатор трудоемких ручных работ в черной металлургии, который определяет первоочередные задачи по ликвидации ручного труда в отрасли [7].

Процесс образования отложений пыли в аспира-ционных воздуховодах зависит от многих факторов: концентрации пыли, скорости движения аспираци-онного воздуха, физико-химических свойств транспортируемой пыли, влагосодержания транспортирующего воздуха, параметров воздуховодов и др. В связи с этим даже для однородных производств и технологических процессов требуемая периодичность выполнения чисток может изменяться в широких пределах. Однако, существующие рекомендации [8] не позволяют в каждом конкретном случае обоснованно выбирать период между чистками, устанавливая его постоянным для данного вида производства. В частности, для горнорудных предприятий частота чисток аспирационных установок принята равной 6 в год.

Для обоснованного установления периодичности чисток воспользуемся законом сохранения массы для пыли, оседающей в горизонтальном воздуховоде определенного диаметра, который имеет следующий вид

11 > = Ы, (1)

ёт

где Р- площадь поперечного сечения слоя пыли, осевшей в воздуховоде, м2; рн - насыпная плотность пыли, кг/м3; т - время, с; 1- длина участка воздуховода, м; I - параметр, зависящий от скорости движения и концентрации пыли в аспирационном воздухе, кг/(м-с).

Из уравнения (1) видно, что величина параметра I определяет время зарастания воздуховода. Физический смысл параметра I заключается в следующем: он численно равен массе пыли, осевшей в единицу времени на внутреннюю поверхность участка воздуховода единичной длины, поэтому назовем его интенсивностью осаждения пыли.

Зависимость интенсивности осаждения пыли от скорости воздушного потока и концентрации пыли определялась экспериментально. Лабораторный стенд включал прямолинейный горизонтальный воздуховод диаметром 0,1 м, который имел съемную вставку того же диаметра длиной 0,21 м. Движение воздуха обеспечивалось центробежным вентилятором с регулированием подачи. Пыль в воздуховод подавалась тарельчатым питателем через пылевую камеру. В процессе проведения экспериментов за-

ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ A,; А2; А3

мерялись следующие параметры: скорость движения воздуха по воздуховоду, концентрация пыли в нем, масса съемной вставки до начала и после окончания опыта. Скорость движения воздуха изменялась в пределах 4-20 м/с и замерялась пнев-мометрическим методом, концентрация пыли определялась методом внешней фильтрации с отбором пылевых проб на фильтры АФА-ВП-20. Взвешивание вставки производилось на аналитических весах.

Интенсивность осаждения пыли в каждом опыте рассчитывалась по формуле

тк - тн

Наименование пыли аі-105 -а2 аз Индекс детерминации Индекс корреляции

Железорудная 4,56 0,46 0,34 0,90 0,95

И звестняковая 0,34 0,30 0,14 0,90 0,95

Бентонитовая 2,55 0,42 0,42 0,71 0,84

Обожженных окатышей 4,49 0,32 0,97 0,31 0,56

1 = -

0,21-г

(2)

где тн; тк - съемной вставки соответственно до начала и после окончания опыта, кг.

Исследования проводились на четырех видах пыли, имеющих наибольшее распространение на фабриках ГОКов: железорудной, известняковой, бентонитовой и пыли обожженных окатышей. Опыты проводились при транспортировании по воздуховоду ненасыщенной паропылевой смеси на сухих пылях, поэтому в необходимых случаях пыль подсушивалась.

В результате математической обработки экспериментальных данных получено следующее уравнение

I = a\- exp(2 • v)c 3 , (3)

где аь а2; а3 - опытные коэффициенты, зависящие от вида пыли, принимаются по таблице; V - скорость движения воздуха по воздуховоду, м/с; с - концентрация пыли, г/м3.

Выражение (3) получено для воздуховода с диаметром d = 0,1 м. Нетрудно показать, что для других значений диаметров в уравнение (3) необходимо ввести сомножитель 10d. На рис. 1 представлены результаты расчетов, выполненных по данному уравнению. Анализ полученных результатов показывает, что при любой скорости воздушного потока наиболее подвержены зарастанию воздуховоды, по которым транспортируется пыль обожженных окатышей. При скорости менее 16 м/с наименее зарастают воздуховоды, транспортирующие известняковую пыль, железорудная и бентонитовая пыль занимают промежуточное положение. В области оптимальных скоростей (V =18-20 м/c) все пыли, кроме пыли обоженных окатышей, характеризуются примерно одинаковой интенсивностью оседания.

Экспериментальное определение интенсивности осаждения I осуществлено по результатам опытов, при проведении которых сечение слоя осевшей пыли оставалось значительно меньше сечения воздуховода. Поэтому скорость воздуха в пределах одного опыта практически не изменялась и принималась постоянной. Изменение скорости воздуха в процессе

Рис. 1. Зависимость интенсивности осаждения I от параметров аспирационного воздуха: 1 - пыль железной руды; 2 - пыль известняковая; 3 - пыль бентонитовая; 4 - пыль обожженных окатышей

зарастания воздуховода необходимо учитывать, когда поперечные размеры слоя пыли становятся соизмеримыми с сечением воздуховода. Выполним аналитическую оценку этого случая. Для упрощения задачи рассмотрим воздуховод квадратного сечения с постоянным градиентом давления

Ар

K = — = const, /

(4)

где АР - потери давления на участке воздуховода, Па, определяемые по формуле Дарси-Вейсбаха

Ар = Х--------------------------------------------р, (5)

Д 2 ' '

где 1 - длина участка воздуховода, м; X - коэффициент сопротивления трения; Д - гидравлический диаметр воздуховода, м; р - плотность воздуха, кг/м3.

Гидравлический диаметр воздуховода определяется следующим образом

Д = , (6)

где FK воздуховода, м^

площадь поперечного сечения очищенного д2; Р - площадь поперечного сечения слоя осевшей пыли, м2; П - смоченный диаметр, м.

Живое сечение воздуховода с учетом слоя осевшей пыли составит

FK — F — а • I а--------------------| ,

(7)

где а - сторона квадратного поперечного сечения воздуховода, м.

Тогда смоченный периметр будет равен

П — 2 • I 2 • a — F

Решая совместно (4) - (8), получим

v —

4 • k • а • (а2 — F Л • р • (2 а2 — ^

F

или, обозначив F — х ; М =

а2 Fk

4• k •а Л • р

v — М •

1 — х

2 — х

При F = 0, X = 0, v = v0

М — Vq • л/2 .

Окончательно имеем

М

v — vQ • л 2 •

1—х

2 — х

(8)

(9)

W2 ’

(10)

откуда

(її)

где у0 - скорость движения воздуха в очищенном воздуховоде, м/с.

Выражение (11) показывает, что с ростом X, то есть при увеличении толщины слоя осевшей пыли скорость аспирационного воздуха падает (рис. 2), а следовательно, как следует из выражения (3), интенсивность осаждения пыли по мере зарас-ния воздуховода растет. Найдем время зарастания

Рис. 2. Изменение скорости воздуха в процессе зарастания воздуховода

воздуховода до определенного уровня, для чего проинтегрируем уравнение (1)

г г dF

|ёт = рн- | — . (12)

т0 ^

Приведем интеграл в правой части к безразмерному виду, при этом учтем, что при ^ = 0, Р0 = 0

г dx

т — Рн •Fk Jy .

(13)

В общем случае для воздуховодов любого диаметра выражение (13) будет иметь вид (время т измеряется в часах)

г dx

рн Jt .

0

• •

(14)

Таким образом, для определения требуемой длительности периода между чистками достаточно задаться максимально допустимой величиной X и выполнить расчет по (14) для данной пыли и диаметра воздуховода.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

а

5

1. Бусройд Р. Течение газа со взвешенными частицами. - М.: Мир, 1975. - 378с.

2. Теверовский Е.Н, Дмитриев ЕС. Перенос аэрозольных частиц турбулентными потоками.

- М.: Энергоатомиздат, 1988. -110 с.

3. Справочник по проектированию рудных обогатительных фабрик: В 2-х кн. - Кн.2/ Г. И. Адамов, В.Ф. Баранов, Б.П. Бутусов и др. - М.: Недра, 1988.

- 341 с.

4. Годишев О.М. Про вШдрив осШлих частинок вШльного пилу в аспШрацШйних повітроводах // ВШдомосГИ Академію гШрничих наук Украйни. - 1997. - №2. - с. 86-87.

5. ГОСТ 12.4.021 - 75.

ССТБ.Системы вентиляционные. Общие требования. - М.: Изд - во стандартов, 1980. - 7 с.

6. Общие правила безопасности для предприятий и организаций металлургической промышленности. - Челябинск : Ме-

таллургия, 1989. - 64 с.

7. Средства механизации в металлургии. Справ. изд.В 3-х т. Т.1/Б. А. Азимов, М. У. Земцов, М. В. Малахов и др. - М.: Металлургия, 1989. - 512 с.

8. Богиняков Е.Н. Организация эксплуатации и ремонта вентиляционных установок на металлургических установок на металлургических предприятиях. -М.: Металлургия, 1980. - 80 с.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Голышев А.М. - доцент, кандидат технических наук, Криворожский технический университет. Герасимчук А.В. - инженер, Криворожский технический университет.

Файл: ГОЛЫШЕВ

Каталог: G:\no работе в универе\2002\Папки 2002\§1аЬ8_02

Шаблон:

С:\и8ег8\Таня\АррБа1а\Коашт§\М1сго8ой\Шаблоны\Когша1.ёо

1т

Заголовок: ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОСЕДАНИЯ СУХОЙ ПЫ-

ЛИ В ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ВОЗДУХОВОДАХ АСПИРАЦИОННЫХ СИСТЕМ ГОРНО - ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ КОМБИНАТО Содержание:

Автор: А1 ехапёге Ка1а1 оу

Ключевые слова:

Заметки:

Дата создания: 05.07.2002 12:06:00

Число сохранений: 16

Дата сохранения: 28.11.2008 18:32:00

Сохранил: Таня

Полное время правки: 67 мин.

Дата печати: 28.11.2008 18:56:00

При последней печати страниц: 3

слов: 1 753 (прибл.)

знаков: 9 997 (прибл.)