CC BY
67
УДК 621.928.9
ПРИНЦИПОВО НОВІ ПЕРСПЕКТИВНІ МЕТОДИ ОЧИСТКИ ПОВІТРЯ ВІД ДРІБНОДИСПЕРСНОГО ПИЛУ
В.А. Батлук, професор, д. т. н., І.В. Проскуріна, співшукач,
Е.В. Надоршин, співшукач, Національний університет «Львівська політехніка», Ю.Є. Шелюх, співшукач, Львівський державний університет безпеки життєдіяльності
Анотація. Наведено дані, які підтверджують тезу про неможливість на сьогодні вловлювати дрібнодисперсний пил, тому запропонована принципово нова конструкція відцентрово-інерційного пиловловлювача, дослідження якої дозволяють стверджувати про підвищення ефективності вловлювання такого типу пилу на 10-12 % і зменшити енерго- та металомісткість.
Ключові слова: повітря, пиловловлювач, дрібнодисперсний пил.
ВступВступ
Вплив людини на природу, на навколишнє середовище не завжди негативний, тобто такий, що погіршує середовище і руйнує природу. У який бік змінюється якість навколишнього середовища - у кращий чи гірший -визначається тим, наскільки раціонально організовано процес природокористування.
Ми не можемо не підпорядковуватися екологічним законам і повинні знайти можливості вписатися зі своїм виробництвом у комплекс екосистем природи, інакше руйнування існуючих систем є неминучим. Є два принципово різних шляхи боротьби із забрудненнями. Перший - очищення шкідливих викидів промисловості і сільськогосподарських підприємств. Другий, найбільш радикальний і економічний, - розроблення безвідходних технологічних процесів, які найбільш повно імітують замкнені природні процеси. Уся сировина, що надходить у виробництво, переробляється на корисні продукти або передається на сусіднє виробництво.
Дотепер основні зусилля були спрямовані на розширення мережі очисних споруд. Це було неминучим, тому що вся промисловість до 60-х років розвивалася без врахування можливості безвідходної технології. Забруднення біосфери ніби планувалися, тобто проектува-
вся завод, що мав давати розраховану кількість відходів, які викидаються, і паралельно проектувалися очисні споруди відповідної потужності.
Будівництво очисних споруд набуло значного поширення в нашій країні і воно повинно продовжуватися доти, поки всі наявні виробництва не забезпечать очищення своїх викидів, або поки їхня технологія не стане безвідходною.
Щоб мати можливість приймати які-небудь конкретні заходи для усунення тих чи інших джерел забруднення біосфери, потрібно насамперед віднайти їх і встановити зв'язок між забрудненням і його наслідками. Без цього не можна зрозуміти явища і тим більше вжити заходів щодо його припинення. Так виникла необхідність одержувати інформацію про всі антропогенні процеси, що спричинюють забруднення й інші зміни навколишнього середовища на планеті, і був організований моніторинг - служба спостереження за процесами, що відбуваються в біосфері (макромоніто-ринг), в окремих біогеоценозах (мікромоні-торинг), у масштабі всієї планети із застосуванням супутників і інших сучасних технічних засобів, або в окремих країнах, районах для вирішення часткових завдань охорони навколишнього середовища, про що йшлося вище. Методи охорони навколишнього середовища від забруднення дрібноди-
сперсними відходами виробництва за суттю становлять сукупність технічних і організаційних заходів, що дозволяють звести до мінімуму або цілком виключити викиди в біосферу, як матеріальні, так і енергетичні забруднення.
Будь-яких універсальних рецептів, що радикально вирішують проблему боротьби із забрудненнями, поки що, на жаль, не існує. Метод, що дає непогані результати у випадку цього забруднення певної концентрації чи рівня, може виявитися безрезультатним або малоефективним в інших умовах. Найбільш ефективним зазвичай виявляється поєднання декількох методів, раціонально підібраних стосовно до конкретного випадку.
Аналіз публікацій
Сьогодні в атмосферу у всьому світі щорічно викидається до 2,5'109 тонн різних забруднювачів: газів, пари, пилу, аерозолів. Не зважаючи на це, середній склад повітря над планетою, в межах існуючої точності вимірювань, поки що залишається стабільним.
Тому забруднення атмосфери носить швидше локальний характер, виключаючи підвищення концентрації вуглекислого газу, аерозолів і руйнування озонового шару. Частка різних галузей промисловості в забрудненні атмосфери, за всіма видами забруднювачів складає (в % від загального забруднення):
- теплова енергетика - 30,7%;
- автотранспорт - 22,8%;
- чорна металургія - 15,7%;
- виробництво будівельних матеріалів - 13,3%;
- кольорова металургія - 7,4%;
- нафтопереробна промисловість - 6,3%;
- хімічна промисловість - 3,8%.
Як видно, теплоелектростанції і підприємства чорної металургії, дають більше половини всіх забруднень атмосфери. Що стосується пилу, то найбільша кількість її викидається в атмосферу тепловими електростанціями, які використовують переважно місцеве низькосортне вугілля, яке при згоранні виділяє значну кількість золи і сірчистих з’єднань. Спалюються вони в пилоподібному стані, викидаючи багато золи з димовими газами в атмосферу, яка осідає потім у вигляді кіптяви.
Мета та постановка задачі
Метою роботи є створення апарата для очистки повітря від пилу принципово нового ти-
пу, в якому досягається значне підвищення пилоочистки від дрібнодисперсного пилу і зменшення гідравлічного опору і габаритів.
Результати дослідження
Існуючі на сьогодні апарати аналогічного призначення не можуть дати значного підвищення ефективності пиловловлювання через неможливість забезпечення постійної дії відцентрової сили на дрібнодисперсну частинку і неможливість застосування з цією метою води, тому що це призводить до додаткової проблеми - очистки води.
Тому нами запропонований апарат, в якому система доочистки повітря від дрібнодисперсного пилу забезпечується змочуванням внутрішньої поверхні жалюзі відокремлювача, що дозволяє виділити з уже очищеного пилогазового потоку найдрібніші фракції і про-транспортувати їх зверху вниз у напрямку до пиловипускного патрубка у конічне дно ві-докремлювача. Потім до фільтра для очистки води від пилу, звідки очищена вода насосом через систему трубопроводів знов подається у верхню частину жалюзійного відокремлю-вача примусово до форсунок для води, розташованих на рівні нижнього краю патрубка для виходу очищеного повітря, а все це разом дозволяє збільшити ефективність роботи апарата.
Рис. 1. Загальний вигляд пиловловлювача, вид спереду
Робота пиловловлювача буде зрозумілою з рис. 1 і опису. На рис. 1 наведено загальний вигляд пиловловлювача, вид спереду. Пиловловлювач складається з корпусу апарата 1, вхідного патрубка для вводу пилогазового потоку 2, патрубка 3 - для виведення очищеного повітря, патрубка 4 - для виведення вловленого в апараті пилу, жалюзійного відокремлювача 5, розташованого коаксійно корпусу апарата 1, жалюзі 6, конічного дна 7 -для збору пиловодяної суміші, трубопроводу 8 - для відведення пиловодяної суміші з конічного дна 7 у фільтр 9, трубопроводу 10 -для відведення очищеної в фільтрі 9 води через насос 11 знов до верхньої частини жалюзі 6 відокремлювача 5.
Працює пиловловлювач таким чином. Пило-повітряна суміш через тангенційний вхідний патрубок 2 вводиться в простір, утворений корпусом апарата 1 і жалюзійним відокрем-лювачем 5, де за рахунок дії відцентрових сил після його входу в апарат тангенційно через патрубок 2 розділилося на два гвинтоподібних потоки: перший - вздовж стінки корпуса 1, другий - навколо жалюзійного відокремлювача 5. У другому потоці частинки пилу не встигають за рухом повітря, яке круто повертає в щілини між жалюзі 6 відо-кремлювача, через наявність сил інерції: які діють на них, попадають на жалюзі 6, відбиваються від них доти, доки не відіб'ються до стінки корпуса апарата 1 і не підхопляться першим потоком, що рухається до пиловипу-скного патрубка 4. Крім того, виконання частини корпуса конічним запобігає подальшому змішуванню виділеного пилу, що рухається вздовж стінки корпуса, з потоком, що йде на доочистку в відокремлювачі за рахунок збільшення відстані між ними.
Очищений від грубодисперсного пилу потік, доочищений додатково в другій ступені очищення - жалюзійному відокремлювачі 5, проходить через щілини між жалюзі 6 усередину відокремлювача 5 і попадає під дію третьої ступені очищення - потоком води, який рухається вздовж жалюзі по її внутрішній стороні. Вода подається через систему водопостачання, яка складається з трубопроводу 10 і насоса 11, після очищення у фільтрі 9 до форсунок для води, розташованих у верхній частині жалюзі на рівні нижнього краю патрубка для виходу очищеного повітря 3, через які розпилюється на жалюзі 6 ві-докремлювача 5.
Вода після попадання на жалюзі 6 у верхній їх частині опускається вниз по її внутрішній поверхні і при цьому захоплює дрібнодисперсні частинки пилу, які несуться разом з потоком, і транспортує їх вниз у конічне дно 7 -для збору пиловодяної суміші, звідки по трубопроводу 8 у фільтр 9, де відбувається відокремлення пилу від води. Після цього очищена вода по трубопроводу 10 за допомогою насоса 10 подається примусово до форсунок для води, розташованих на рівні нижнього краю патрубка для виходу очищеного повітря З.
Перевагою запропонованого пиловловлювача є те, що він має третю ступінь очищення -мокру очистку. Вода подається форсунками 9 на кожну жалюзі 6 з її внутрішньої сторони (сторони, яка повернута до осі апарата) і під дією сили ваги опускається по кожній жалюзі зверху вниз в напрямку до пиловипускного патрубка 4, проходячи через конічне дно 7, патрубок 8 до фільтра 9 для очищення води від дрібнодисперсного пилу в бункер фільтра ( на кресленні не показаний), і патрубок 10 за допомогою насоса 11 до форсунок для води у верхню частину відокремлювача, тобто в прототипі процес очистки повітря від пилу відбувається в два етапи, і той дрібнодисперсний пил, який проноситься потоком через отвори між жалюзі 6 відокремлювача 5 вже не вловлюється і виноситься назовні через патрубок 3 виходу очищеного повітря.
У запропонованій конструкції апарата мокра доочистка повітря водою, що рухається по внутрішній стороні жалюзі 6 дозволяє виділити з потоку найдрібніші частинки пилу, які є найнебезпечнішими і звичайно тим самим збільшити ефективність пиловловлення.
На багатьох підприємствах України вода є дефіцитною, що гальмує впровадження у виробництво цілого ряду мокрих пиловловлювачів, тому нами було поставлене завдання мінімізувати кількісні втрати води, що і було реалізоване у запропонованій конструкції апарата. У наведеній конструкції апарата вода необхідна не для насичення пилу водою, а тільки для зволоження дрібнодисперсного пилу для полегшення процесу його виділення від пилогазового потоку, для чого досить її витрати у кількості 2 літри на годину. Крім того, у запропонованій конструкції система водопостачання є замкнутою, тобто вода зразу ж в системі пиловловлювача очищується
від пилу у фільтрі і насосом через систему трубопроводів знов подається у верхню частину жалюзійного відокремлювача. Зменшення необхідної кількості води досягається за рахунок того, що змочуванню піддається тільки та невелика кількість дрібнодисперсного пилу, яка у звичайних апаратах викидається назовні разом з очищеним повітрям, тобто та частина пилу, яка значно впливає на ефективність роботи пиловловлювача.
Проведені порівняльні дослідження запропонованого апарата та прототипу (табл. 1) довели переваги першого. Експериментальний пил - кварцовий пісок з медіанним діаметром 50-1СГбм.
Таблиця 1 Результати дослідження
Витрати повітря, м3/год. Ефективність пиловловлювача, % Гідравлічний опір, Па
Запропонованого апарата Прототипу Запропонованого апарата уп и т о т о р Пр
1000 97,0 96,0 90 120
1500 97,3 96,8 100 140
2000 98,2 97,2 110 150
2500 98,9 97,9 125 155
3000 99,4 98,8 136 160
3500 98,8 98,0 140 165
Як видно з табл. 1, запропонований пиловловлювач має ефективність роботи на 1-2 %
вищу за прототип, забезпечуючи при цьому зниження гідравлічного опору, що пояснюється наявністю в запропонованому апараті третього мокрого ступеня очищення.
Висновки
Шляхом створення принципово нового пило-вловлювачанам вдалося досягти значного збільшення на 10-12% ефективності влов-лення дрібнодисперсного пилу у порівнянні з еталоном - циклоном ЦН-11, зменшивши при цьому гідравлічний опір (енергоємність) і витрати матеріалу (металомісткість).
У даний час проводиться впровадження запропонованого апарата в системах пневмоприводу для автоматизації і механізації технологічних процесів в АПК, а також досягнення вимог норм ГДК у викидах підприємств Карпатського Єврорегіону.
Література
1. Батлук В.А., Азарський К.І. Математичне
забезпечення вибору оптимального обладнання для очистки повітря від пилу за допомогою комп’ютерної техніки // Український журнал медичної техніки і технології. - К. - 2000. - №2. - С. 92-94.
2. Батлук В.А. Математические модели про-
цессов разделения гетерогенных систем при пылеочистке // Матеріали міжнар. наук. практ. конф. «Нові машини для виробництва будівельних матеріалів і конструкцій, сучасні будівельні технології». - Полтава. - 2000. - С. 87-91.
Рецензент: Л.В. Назаров, професор, д.т.н., ХНАДУ.
Стаття надійшла до редакції 19 червня 2007 р.
