CC BY
11
К оценке результатов комплексного дисперсионного анализа c использованием гидродинамических критериев в функции выхода для снижения проскока пыли в системах обеспыливания выбросов
аспирации стройиндустрии
С.А. Кошкарев, А.Г. Гасайниева, Е.Б. Медведева, А.А. Ледяева, А. С. Милованов, Н.Н. Петрова, К.С. Кошкарев
Волгоградский государственный технический университет,
Волгоград
Аннотация: Статья посвящена вопросу повышения экологической безопасности стройиндустрии совершенствованием систем обеспыливания с использованием комплексного дисперсионного анализа выбросов пыли системами аспирации. В статье предложено развивать перспективный подход с использованием критериев гидродинамического подобия в функциях выхода комплексного дисперсионного анализа для повышения эффективности систем обеспыливания аспирации. Эквивалентные размеры, скорости седиментации частиц и получаемые на их основе плотности распределения гидродинамического критерия подобия для исследованных образцов пыли позволяют более надежные результаты комплексного дисперсионного анализа частиц. Получены регрессии для скорости седиментации и плотности распределения значений гидродинамического критерия подобия как функции выходных данных комплексного дисперсионного анализа частиц пыли. Разрабатываемые с использованием результатов исследований устройства очистки позволяют снизить проскок пыли в системах обеспыливания аспирации и значительно снизить выбросы мелкодисперсной пыли стройматериалов в атмосферу на предприятиях стройиндустрии, что представляется одним из наиболее эффективных способов повышения экологической безопасности. Ключевые слова: Пыль, стройматериал, пылеуловитель, очистка, проскок, дисперсионный анализ, скорость, седиментация, критерий, выброс, атмосфера, обеспыливание, аспирация.
Индексным показателем объемов строительства может, например, быть объем производства бетонов, который в 2017 г по сравнению с 2016 г (25143млн.м ) составил 101,0%, и является среднестатистическим ежегодным показателем производства за последние 7 лет (изменялся от 24680 до 30291 млн. м /г) [1, 2]. Суммарное количество произведенного бетона в ЮФО за полугодие 2017 г составило около 14% от общероссийского объема производства [1], и занимает второе место в РФ после ЦФО. Значительные
относительно стабильные во времени объемы производства строительных материалов увеличивают техногенное пылевое загрязнение атмосферы высокоурбанизированных территорий и городов.
Известно, что в технологических циклах производства строительных материалов, конструкционных элементов из различных бетонов (керамзитобетонов, пено- газобетонов и т.п.) проводятся операции, связанные с изменением гранулометрического состава (измельчение, дробление), перемещением и перегрузкой данных сырьевых компонентов и собственно сыпучих целевых продуктов (например, фасовка в тару и отгрузка потребителям). Пыль различной гидравлической крупности и степени дисперсности поступает от мест перегрузки сыпучих в производственный объем цехов данных предприятий. При проведении процессов механического воздействия, сушки, дегидратации, обжиге сырья и сыпучих компонентов, в соответствующих технологических устройствах выделившаяся дисперсная пыль поступает с газовоздушными потоками в локальные системы аспирации, которые оснащаются пылеулавливающим оборудованием. Устройства систем обеспыливания аспирации выбрасывают в атмосферу мелкодисперсную пыль на источниках загрязнения [3]. Конструкции аппаратов систем обеспыливания весьма разнообразны, и определяются спецификой и особенностями технологии конкретной отрасли стройиндустрии. Наиболее часто в системах обеспыливания аспирации устанавливаются аппараты инерционного типа (циклоны, ВЗП и т.п.) [3-6]. Ряд исследователей рекомендует перспективный способ снижения степени проскока пыли в пылеулавливающих устройствах систем аспирации -использование для обеспыливания выбросов аппаратов с фильтрующе -псевдоожиженным слое, состоящим из гранулообразных дисперсных частиц самого материала [7-9].
Вопросы совершенствования методики комплексного дисперсионного анализа были рассмотрены в работах [9-13]. Степень улавливания пыли в устройствах инерционного типа (циклоны, ВЗП), фильтрующе -псевдоожиженного слоя в системах обеспыливания аспирации зависит от значений скорости витания частиц ир . Значение среднемедианной скорости
седиментации-витания частиц ир50 определяется по интегральной функции распределения по скоростям витания «ансамбля» частиц исследуемого образца пробы пыли В>(ир ). В [12, 13] были реализован подход в изменении
выходных данных эксперимента в части определения значений скорость витания-седиментации частиц ир , и ир50 как функции выходных данных
комплексного дисперсионного анализа.
В настоящей работе предпринята попытка совершенствования выходных данных результатов эксперимента с учетом [12, 13]. Было предложено принципиально изменить физические параметры выходных данных комплексного дисперсионного анализа с использованием критериев подобия. При этом величина было предложено, для экспериментально измеряемой скорости седиментации ир , и соответствующей ей
эквивалентным размером частиц \р определять значения критериев Архимеда Аг (среднемедианные значения В50 (Аг) для «совокупности» частиц пробы пыли). Интегральные функции плотности распределения критерия Аг частиц пробы пыли В(Аг), позволяют определить более точно диапазон величины
В50 для эквивалентного размера частиц \р и последующего определения скорости седиментации (витания) частиц ир . При решении обратной задачи
для определения диапазон величин эквивалентного размера частиц гр, ¡р50 и
скорости седиментации (витания) частиц ир , и ир50 для В50 (Аг) с
использованием графиков В( Аг), .представленных на рисунке 1.
1К1 Инженерный вестник Дона. №4 (2018) Н| ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n4y2018/5340
Э(Аг) / □(Аг) V
ч Аг ир\ !
Рис. 1. - Комплексная зависимость интегральных функций плотности распределения числе Аг для частиц пробы пыли стройматериалов В (Аг)
Серия экспериментов частиц для различных видов пыли стройматериалов выполнялась на лабораторной установке [14]. Статистическая обработка данных результатов данного эксперимента позволила получить регрессии для комплексной оценки интегральных функций плотности распределения чисел Аг частиц пробы пыли, величин В50 (Аг), ряда видов пыли стройматериалов следующих видов
В( Аг), = А1 -В1вхр(-С1Аг)
<
В(Аг) = \ ехр(- Х2/2))Х) (1)
Ы2л о
Для упрощенных инженерных расчетов в проектах, при разработке конструкций пылеуловителей можно использовать аппроксимации,
полученные в результате статистической обработки результатов эксперимента вида для скоростей воздуха от 0,1 до 1,0 м/с
ир (,р) = (А, + С 2) (2)
В первом приближении в инженерных расчетах для комплексной оценки функции плотности распределения Аг для определения среднемедианного значения В50 (Аг) исследуемой пробы частиц пыли размера 1р предложено использовать вид зависимости
В( Аг) = (А3 1в2(Аг) + Б3\% Аг + С3) (3)
где АБI и СI параметрические величины, принимающие постоянные значения для исследуемого вида пыли дисперсного стройматериала.
Данный подход был использован для разработки новых пылеулавливающих устройств очистки выбросов аспирации стройиндустрии [15], прошедших успешные опытно-промышленные испытания.
Выводы.
Результаты эксперимента позволили получить регрессии для комплексной оценки в части скоростей седиментации (витания) частиц ир ,р)
которые были использованы для разработки эффективных пылеуловителей в опытно-промышленных установках систем обеспыливания аспирации стройиндустрии.
Литература
1. Beton.ru. Производство бетона в Российской Федерации URL:beton.ru/news/detai1.php?ID=422289.
2. О промышленном производстве в РФ. URL:gks.ru/bgd/free/B04_03/IssWWW.exe/Stg/d03/7.htm
3. Балтеренас, П. С. Обеспыливание воздуха на предприятиях строительных материалов . М.: Стройиздат, 1990. 180 с.
IH Инженерный вестник Дона. №4 (2018) Н| ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n4y2018/5340
4. Азаров, В. Н. Сергина, Н. М. Системы пылеулавливания с инерционными аппаратами в производстве строительных материалов // Строительные материалы. 2003. №8. С. 14-15.
5. Сергина, Н. М. и др. Системы инерционного пылеулавливания в промышленности строительных материалов // Строительные материалы. 2013. №2. С. 66-68.
6. Азаров, В. Н. и др. Особенности аспирации технологического оборудования предприятий по производству цемента // Вестник ВолгГАСУ. 2013. №31-2 (50). С. 499-502.
7. Koshkarev S., Azarov V., Azarov D. The decreasing dust emissions of aspiration schemes appliing a fluidized granular particulate material bed separator at the building construction factories// Procedia Engineering. 2016. V. 165. Pp. 1070-1079.
8. Koshkarev S.A., Roschin P.A., Evtushenko A.I. Modeling of cleaning of dust emission in fluidized bed building aspiration collector// MATEC Web of Conferences. "International Science Conference SPbW0SCE-2016 "SMART City"" 2017. P. 07020.
9. Кошкарев, С.А. Повышение экологической безопасности предприятий стройиндустрии путем снижения проскока пыли в системах обеспыливания с пылеуловителями псевдоожиженного слоя дисперсного материала // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2017. № 50 (69). С. 252260.
10. Азаров, В. Н., Кошкарев, С. А., Николенко, М. А. К определению фактических размеров частиц пыли выбросов стройиндустрии и строительства// Инженерный вестник Дона. 2015. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1p2y2015/2858.
11. Strelets K. I., Kitain M. B., Petrochenko M. V. Welding Spark Parameters Determination for Cyclone Removal Calculation // Advanced Materials Research. 2014. V. 941. Pp. 2098-2103.
12. Кошкарев, С.А. Димитренко, М.В., Ерохин, Д.А., Тагаева, А.О., Слободчкова, А.Д., Кошкарев, К.С. Особенности применения комплексного дисперсионного анализа для повышения эффективности систем обеспыливания выбросов аспирации стройиндустрии // Инженерный вестник Дона. 2016. №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2016/3799.
13. Азаров, В. Н., Кошкарев, С.А. Повышение экологической безопасности стройиндустрии совершенствованием систем обеспыливания с использованием комплексного дисперсионного анализа пылевых выбросов // Вестник ВолгГАСУ. Сер.: Строительство и архитектура. 2016. Вып. 43 (62). С. 161-174.
14. Патент №156520, Россия, U1 МПК G01N 15/00. Устройство для определения дисперсного состава пыли. Кошкарев, С.А., Азаров, В. Н. [и др.]. Заявка №2015124975/28. 24.06.2015. Заявлено 24.06.2015. Опубл. 2015.
15. Патент №161262, Россия. Аппарат с псевдоожиженным слоем. Кошкарев, С.А., Азаров, В. Н. [и др.]. Заявка №2015139314. Заявлено 15.09.2015. Опубл. 10.04.2016. Бюлл.№10. 2016.
References
1. Beton.ru. URL:beton.ru/news/detail.php?ID=422289 (date of access: 01.11.2018).
2. URL:gks.ru/bgd/free/B04_03/IssWWW.exe/Stg/d03/7.htm (date of access: 01.11.2018).
3. Balterenas, P. S. Obespylivanie vozduha na predprijatijah stroitel'nyh materialov [Decreasing dust air in enterprises of building materials]. M.: Strojizdat, 1990. 180 p.
4. Azarov, V. N. Sergina, N. M. Stroitel'nye materialy. 2003. №8. Pp. 14-15.
5. Sergina, N. M. Stroitel'nye materialy. 2013. №2. Pp. 66-68.
6. Azarov, V. N. i dr. Vestnik VolgGASU, 2013. №31-2 (50). Pp. 499-502.
7. Koshkarev S., Azarov V., Azarov D. Procedia Engineering. 2016. V. 165. Pp. 1070-1079.
8. Koshkarev S.A., Roschin P.A., Evtushenko A.I. MATEC Web of Conferences. "International Science Conference SPbW0SCE-2016 "SMART City"" 2017. P. 07020.
9. Koshkarev, S.A. Vestnik VolgGASU. 2017. № 50 (69). Pp. 252-260.
10. Azarov, V. N., Koshkarev, S. A., Nikolenko, M. A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus). 2015. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1p2y2015/2858.
11. Strelets K. I., Kitain M. B., Petrochenko M. V. Advanced Materials Research. 2014. T. 941. Pp. 2098-2103.
12. Koshkarev, S.A. Dimitrenko, M.V., Erohin, D.A., Tagaeva, A.O., Slobodchkova, A.D., Koshkarev, K.S. Inzenernyj vestnik Dona (Rus). 2016. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/ n4y2016/3799.
13. Azarov, V. N., Koshkarev, S.A. Vestnik VolgGASU. 2016. 43(62). Pp. 161-174.
14. Patent №156520, Russia [Rossija]. U1 MQK G01N 15/00. Ustrojstvo dlja opredelenija dispersnogo sostava pyli [Device for determining the composition of particulate dust]. Koshkarev, S.A., Azarov, V. N. et al. Zajavka №2015124975/28. 24.06.2015. Zajavleno 24.06.2015. Publ. 2015.
15. Patent №. 161262. Russia [Rossija]. Koshkarev, S.A., Azarov, V. N. et al. Zajavka №2015139314. Zajavleno 15.09.2015. Publ.10.04.2016. Bull.№10. 2016.
