Исследование рассеивания пыли от неорганизованных источников фабрик окомкования железной руды Текст научной статьи по специальности «Физика»

------------------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Васянович А.М, Дорошев Ю.С., Коваленко А.С. Электроснабжение горных работ: Учеб. Пособие. Владивосток:

Изд-во ДВГТУ, 2000 г. - 88с.

2.Романцев Д.С. Об основных направлениях разработки критериев эффективности использования электроэнергии

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ----------------------------------------------

Дорошев Ю.С. - Дальневосточный государственный технический университет.

на предприятиях народного хозяйства // Промэнергетика, 1991, №7.

3.Дорошев Ю.С. Анализ эффективности работы электрических систем // Управление нормальными и аварийными режимами энергосистем и систем электроснабжения: Межвуз.сб.науч.тр./ Чита, 1987.

© А.М. Голышев, С.И. Залорожный, И.Н. Логачев, 2003

YAK 622.807

А.М. Голышев, С.И. Залорожный, И.Н. Логачев

ИССЛЕАОВАНИЕ РАССЕИВАНИЯ ПЫЛИ ОТ НЕОРГАНИЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ФАБРИК ОКОМКОВАНИЯ ЖЕЛЕЗНОЙ Р"АЫ

кав фабрик окомкования горно-обогатительных эмбЪнатов входят открытые склады сыпучих мате-5в. Наиболее пылящими из них являются склады обоженных окатышей, загрузка и разгрузка которых сопряжена со значительным количеством перегрузок и сопровождается интенсивными пылевыделе-ниями.

Решение вопросов сокращения неорганизованных выбросов пыли на открытых складах окатышей неразрывно связано с изучением процесса рассеивания пылевого факела и определением интенсивности пылевыделения от наземных источников.

В основу существующей методологии определения интенсивности неорганизованных источников выделения пыли принят косвенный метод, заключающийся в измерении концентрации пыли в пылевом факеле и определении расчетом по формулам распространения примесей в атмосфере начального расхода пыли, который и принимается в качестве количественной оценки интенсивности пылевыделения. Поэтому важным моментом при определении неорганизованных выбросов пыли является выбор достаточно обоснованных соотношений по расчету рассеивания примесей. Большое количество выполненных в этом плане работ можно условно разделить на две группы. Первая - это работы по изучению распространения легких примесей (газы, пылевые частицы мельче 5 мкм). Одной из основополагающих здесь следует считать работу Я.М. Яглона [1].

Вторая группа работ, например [2], посвящена изучению распространения, как легких, так и тяжелых примесей. В последнем случае учитывается седиментация частиц из пылевого факела. Поскольку в

нашем случае имеем дело с выносом из потока ссыпаемого материала относительно крупных частиц при построении расчетных зависимостей приняты известные закономерности распространения тяжелых примесей.

В основу расчета концентрации пыли, переносимой ветром от наземного источника, принимаются решения дифференциального уравнения установившейся диффузии тяжелой примеси при условиях горизонтально однородной местности [2]

да да д т да д т да

и— + ^ — = — к — +-----------к — (1)

дх дг дг2 дг ду^у ду

где и - скорость ветра, м/с; ш - вертикальная составляющая скорости примеси, принимаемая для частиц пыли равной седиментационной скорости с обратным знаком, м/с; q - концентрация пыли, г/м3; ку, кг - горизонтальная и вертикальная составляющие коэффициента обмена, м2/с.

Система координат выбирается таким образом: начало координат помещается на уровне земли под источником пылевыделений, ось ОХ направлена в сторону средней горизонтальной составляющей ветра, ось 07 по вертикали и направлена снизу - вверх, ось ОУ - горизонтальна и перпендикулярна оси ОХ. Для точечного источника, расположенного в точке х = 0, у = 0, г = Н, в качестве начального условия принимается известным поток примеси, поступающий в атмосферу

щ = М5(у)5(ъ-Н), (2)

где Н - высота источника, м; М - интенсивность выброса пыли, г/с; 5 - функция равная

5 (у )=0 при у ^ 0; 5 (ъ-Н)=0 при Н;

5 (у )=1 при у = 0; 5 (ъ-Н)=1 при ъ = Н;

В качестве граничных условий принимаются естественные положения об убывании концентрации на бесконечном расстоянии от источника

q— 0 при ъ —— да; (3)

q 0 при у да,

(4)

и о малости среднего турбулентного потока примеси у земной поверхности

= 0 при г = 0 (5)

к

dz

Ґ \ Ґ \

z £ II N z

U = U1 — —

1 zl J 1 zl J

Для небольшой высоты источника скорость ветра и коэффициент обмена описываются степенным законом

(б)

где ui - скорость ветра на высоте z1 (z! принимается равной 1 м ), м/с; к1 - коэффициент обмена на высоте z1 (принимается равным 0,2 м2/с при z1 = 1 м).

Здесь показатель степени n принимается равным

0,15-0,2. Учитывая небольшую величину z, для коэффициента обмена к ограничимся линейной зависимостью от высоты (m^1).

В результате решения исходного уравнения (1) М.Е. Берляндом было получено для приземной концентрации легкой примеси (w=0) следующее выражение

( ) м Г Щ H1+n у2

q(x,у,о) =-------------------- — |5 exp

2(1 + n)klTjxk0x1,5

(1 + n) klx

4k 0 x

, (7)

где к0 - коэффициент, связывающий коэффициент обмена в горизонтальной плоскости и скорость ветра

к0=

К у

u

(в)

Для устойчивой атмосферы можно принять к0 = 0,3 м.

Между наземными значениями концентрации тяжелой и легкой примеси и я на расстоянии х от источника высотой Н согласно М.Е. Берлянду и Р. И. Оникулу [3] существуют следующие соотношения = Щ , (9)

и*н (1+и) *

(1 + n)2 wkw Г (1 + w) x'

ю ■

w

(1 + n) kl

(10)

(11)

позволяющие определить наземную концентрацию пыли

b і у

q = Mю Аю є " x "U^V 4w x 1,5+ю ,

Л/

где для удобства записи нами принято

U H1+n b = Ul н

(1 + n)2 kl

(12)

(13)

Ю тг (1+n)ю

A. =

ию H

b

2(1 + n)l+2ю k\+a,[n<0Г(1 + ю) аГ (1 + ю)

(14)

Рис. 1. Изменения характера £ от крупности частиц пыли: 1-рп = 3000 кг/м3; 2 - рп =4000 кг/м3 ; 3 - рп = 0

а = 2(1 + n)k l-rjnk0

Здесь ш - седиментационная скорость пылевой частицы, м/с; Г(1+ш ) - гамма - функция

Г(1 + ю) = J tює -1 dt.

Зная концентрацию пыли по оси факела (у = 0), можем из (12) определить интенсивность источника с учетом седиментации тяжелой примеси

(15)

(b / x)a

Седиментационная скорость зависит от крупности частиц

w = 3,25 • 10-5 pndl,

(1б)

где рп - плотность материала пылевой частицы, г/см3; ^ - диаметр пылевой частицы, мкм.

Поэтому соотношение (15) позволяет определить интенсивность только для пыли узкой фракции диаметром

лтх + лтш

Л, = ' 2 ' • (17)

На рис. 1 представлен график изменения величины £ от диаметра частиц пыли плотностью рп = 3000 кг/м3 и рп =4000 кг/м3 для условий эксперимента на складе окатышей Соколовско - Сарбайско-го ГОКа (Н = 10 м, и1 = 1,43 м/с, х = 40 м). Как видно из приведенного графика, в области d < 5 мкм величина £ практически не изменяется и равна £ = 760.

Распространение пыли в этой области может быть описано соотношениями для легкой примеси (ш= 0; рп = 0). Для определения интенсивности источника, выделяющего полидисперсную пыль, необходимо результаты расчетов для каждой фракции, характеризуемой диаметром ^ и скоростью суммировать. Аналогично поступают и при определении наземной концентрации полидисперсной пыли.

n

m

Для упрощения расчетов можно использовать понятие среднего диаметра полидисперсной пыли dср. Для его определения примем следующее очевидное положение: интенсивность выделения пыли крупностью dср

Ь 1,5+®„

М = цех —

(18)

должна быть равна сумме интенсивностей каждой из N фракций пыли. Тогда из соотношения

Ь х1’5+госр N Ь х1-5+ГО

X % т X

Чех—--------= ^ цтгех——

'=1

(19)

получим следующее равенство, определяющее величину шср., а, следовательно, и госр и dср, имея ввиду соотношения (11) и (16)

!.5+®ср N 1,5+^

Л % т Л

----------= > т І--------------

А ^ А

У™ І =1 у

(20)

где Ш) - массовая доля частиц 1 - ой фракции; концентрация пыли, г/м3;

Ор =

(1 + п)к1

(21)

шСр - седиментационная скорость частицы крупностью dср, м/с. С учетом (13), имеем

-[(1 + «)1+2 “р к^ Г(1 + го ф) ] =

(и1Н(1+п))

N

X т

«и+о

■[(1+п)1+2 чк;+чг(1+ю() ]

'Л '(пхн(1+п))го

При го, < 1, можем положить равными выражения

1,5+® „1,5+®'

в квадратных скобках и X ~ X

Тогда

1

N

=х

1

т

1 г (и1Н(1+п)У‘ '

(23)

(и1Н (1+п))“

Откуда получим следующее соотношение для нахождения Шер

N

со

ср

т.

-/іп(м1Н1+п).

(24)

г=1 (и,Н и п )го'

Располагая данными о наземной концентрации пыли, найдем интенсивность ее выпадения на земную поверхность

(25)

^ = ] Ч,

—ад

где - интенсивность осаждения пыли из факела на единицу его длины, г/с*м.

С учетом (12)

= 2уМАкЛ[лк{

(26)

Учитывая очередную связь между расходом пыли О* (г/с) в факеле и интенсивность осаждения

' = -Єу -

(27)

О Лх

можем найти расход пыли данной фракции, уносимой ветром на расстоянии х от источника

= мк —\вКЛх,

0

или с учетом (26)

Кго Ь)

о, = м, х

(28)

Г(о) ’

(29)

Ь

где у(ю, — ) - неполная гамма-фракция, равная X

Г\ 0.

х

(30)

t - переменная интегрирования.

Нетрудно заметить, что из (29) вытекают очевидные соотношения

О* = М*, при х = 0; (31)

О* = 0, при х^ю; (32)

Неполную гамму-фракцию можно выразить через затабулированную функцию распределения хи -квадрат [4]

7\ | = ■

х.

2Ь

х ) + Г(1 + о) о о

1 - Є| 26 у2 + 2о

(22)

где О | --2 + 2го | - фракция распределения хи

квадрат

д(х V у)--

2/2 Г\ -

V, х- независимые переменные, равные в нашем случае

2 2Ь „ „

X =------; V = 2 + 2го . (35)

X

С учетом (33)выражение для расхода пыли примет следующий, удобный для вычисления вид

о, = , (36)

где

= 1 + Щ-----г - Я —/2ю + 2) = 1 + ±х----т 1 + ^х-г

у Г(1 + ю) х/ ! Г(1 + ю) 0+1

- е—/2“+4 ) =

Г(1 +о) о+1 (со+ 2)(со+ 1)

-е —у2о+ б) = ... (37)

Здесь рекуррентные соотношения для Пш приведены с целью удобства пользования табличными значениями для функции О(х2^).

У

ср

Ь

Ь

Ь

2

Ь

х

є

Параметр пго характеризует степень выпадения частиц различной крупности. На рис. 2 в качестве

Рис. 2. Изменение параметра п от крупности частиц: 1- рп = 3000 кг/м3; 2 - рп = 4000 кг/м3

примера приведен график изменения пго для условий эксперимента на складе окатышей Соколовско -Сарбайского ГОКа.

Как видно из графика выпадением частиц мельче 15 мкм можно пренебречь. При определении расхода полидисперсной пыли необходимо вычислить О* для каждой узкой фракции и результаты суммировать. Можно использовать также выражение для средней седиментационной скорости (24). В этом случае общий расход пыли в факеле составит

G = М

+ 1

Q| 2b/2 + 2Юр

. (38)

При этом использован тот факт, что в области малых го величина в квадратных скобках правой части уравнения (37) практически остается постоянной.

b

и

ср

1. Яглом Л.М. О турбулентной диффузии в приземном слое атмосферы //Изв. ЛН СССР. Физика атмосферы и океана. - 1972. - №6. - С. 579 - 594.

2. Берлинд М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и

загрязнения атмосферы. - Л.: Гидро-метеоиздат, 1975. - 448 с.

3. Берлянд М.Е., Оникул Р.И. Физические основы расчета рассеивания в атмосфере промышленных выбросов// Тр. ГГО - 1968. - Вып.234. -С. 3-27.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

4. Справочник по специальным функциям с формулами, графиками и таблицами/ Под ред. М. Абрамовица и И. Стиган. - М.: Наука, 1979. - 832 с.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------------------------------------------------------------------

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

Задорожный С.И.- инженер, Криворожский технический университет.

Логачев И.Н. - доктор технических наук, профессор, Белгородская государственная техническая академия строительных материалов.