Научная статья на тему 'Перспективы развития систем очистки вентиляционного воздуха на основе мокрых электрофильтров'

Перспективы развития систем очистки вентиляционного воздуха на основе мокрых электрофильтров Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

CC BY
330
51
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МОКРЫЙ ЭЛЕКТРОФИЛЬТР / ОЧИСТКА ВОЗДУХА ОТ ПЫЛИ / ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОЗДУХА / МИКРОКЛИМАТ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ / WET ELECTROSTATIC PRECIPITATOR / AIR PURIFICATION OF DUST / DISINFECTION OF AIR / MICROCLIMATE / CATTLE BREEDING

Аннотация научной статьи по экологическим биотехнологиям, автор научной работы — Андреев Леонид Николаевич, Козлов Александр Викторович

Цель исследования определить перспективные направления развития систем очистки вентиляционного воздуха в помещениях АПК на основе электрофильтрации воздуха. В качестве фильтрующих и обеззараживающих элементов в системах высокоэффективной очистки и обеззараживания рециркуляционного воздуха предлагается использовать однои двухступенчатые мокрые однозонные электрофильтры. Предложены следующие установки для повышения эффективности очистки воздуха от микроорганизмов, очистки осадительных электродов от осевшего аэрозоля: дополнительная установка на выходном патрубке МЭФ бактерицидного облучателя, установка в нижней части электрофильтра системы ультразвуковой очистки. Описан принцип работы системы, которая обеспечит постоянный автономный контроль степени загрязнённости жидкости и периодического своевременного её обновления. Внедрение предложенных способов и технологий очистки вентиляционного воздуха позволит повысить эффективность и надёжность систем электрофильтрации воздуха в совокупности с одновременной интенсификацией автоматизации процесса очистки и обеззараживания воздушной среды животноводческого помещения.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по экологическим биотехнологиям , автор научной работы — Андреев Леонид Николаевич, Козлов Александр Викторович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

PROSPECTS OF DEVELOPMENT THE VENTILATION AIR CLEANING SYSTEMS BASED ON WET ELECTRIC FILTERS

The purpose of the study was to determine the prospective directions in the development of ventilation air purification systems based on the air electro-filtration in the premises of the agro-industrial complex. It is proposed to use single and two-phase wet single-zone electrostatic precipitators as filtering and decontaminating elements in the systems of highly effective purification and disinfection of recirculation air. The following installations purposed to enhance the efficiency of air purification of microorganisms, cleaning the precipitation electrodes from the settled aerosol: an additional installation at the outlet branch of the wet electro-filter and installing an ultrasonic cleaning system at the bottom of the electrostatic precipitator are suggested. The principle of the system operation, which will provide permanent autonomous control of the degree of liquid contamination and its periodic timely renewal, is described. The introduction of the proposed methods and technologies of ventilation air purification will increase the efficiency and reliability of air filtration systems in combination with simultaneous intensification of automation of cleaning and disinfection of the air environment of the cattle-breeding premises.

Текст научной работы на тему «Перспективы развития систем очистки вентиляционного воздуха на основе мокрых электрофильтров»

1.Д 1.} 1

ob 0.6 0.4

ал

о

г 4 б е ю

НЯЧЯ "1 лiTnifrii, (Т.-Г>.|1

II

— — гпБ 3

— ■ тлСЗ

----гцЫ

-— * гл£4

.......fn6tj

--™С6

---сдБ 10

— -ffiCIO

Рис. 5 - Зависимость радиусов внутренних поверхностей льда в баке и стойке башни от времени обледенения при У = 10 м/с; гЛ0Б=0,9 м; гЛ0С=0,2 м; д = (3; 4; 6; 10) м3/час; Т =-40°С

башни — 15 м3; полный объём — 22 м3; диаметр бака ДБ=2г1Б=2,5 м; диаметр опоры (стойки) — ДС=2г1С=0,96 м; высота стойки — НС=10 м; высота бака — НБ = 3 м.

На рисунке 3 изображены графики зависимостей радиусов внутренних поверхностей льда в баке (гЛБ) и стойке (гЛС) при различных начальных значениях этих радиусов (гЛ0Б и гЛ0С) от времени с момента наблюдения.

Как видно, различные начальные значения льда не влияют на величины установившихся значений радиусов обледенения. В стойке радиус обледенения устанавливается значительно быстрее (примерно за 3 сут.), чем в баке (за 6 сут.).

На рисунке 4 показаны кривые зависимости радиусов обледенения от времени при различном среднесуточном поступлении воды в бак водонапорной башни. В начальный момент лёд на стенках

бака и стойки отсутствует (гЛ0С=r1(

Б Г1Б)-

На рисунке 5 приведены зависимости радиусов обледенения бака и стойки от времени обледенения при различных значениях Q, но в началь-

ный момент наблюдения стенки бака и стойки покрыты льдом.

Выводы. С уменьшением притока воды в башню радиусы обледенения стойки и бака уменьшаются, т.е. происходит накопление льда тем в большей степени, чем меньше приток воды. Установившийся режим наступает также за время от 0,5 до 3—4 суток. И только при Q=2 м3/ч переходный режим растягивается до 10 и более суток. Во всех представленных случаях при изменении одного из факторов наблюдается переход установившегося радиуса обледенения на новый в заданных условиях эксплуатации уровень, соответствующий уровню воздействия этого фактора на интенсивность обледенения. При этом происходит или увеличение слоя льда, если установившееся его значение больше начального, или в противном случае — уменьшение.

По разработанной методике могут быть получены кривые зависимостей радиусов обледенения от времени при любых конструкционных, климатических и эксплуатационных факторах, характеризующих конкретные условия использования водонапорной башни.

Литература

1. Петько В.Г., Фомин М.Б. Анализ условий обледенения водонапорной башни Рожновского в системе водоснабжения объектов АПК // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2016. № 6 (62). С. 85—89.

2. Петько В.Г., Рязанов А.Б. Незамерзающая водонапорная башня // Сельский механизатор. 2008. № 2. С. 32.

3. Петько В.Г., Рязанов А.Б., Фомин А.Б. Водонапорная башня с ветроколесом // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2014. № 2. С. 32.

4. Водонапорная башня. Пат. 2379452 / Петько В.Г., Рязанов А.Б.; Заяв. и патентообл. ФГОУ ВПО ОГАУ; опубл. 20.01.2010.

5. Водонапорная башня. Пат. 2454565 / Петько В.Г., Рязанов А.Б.; Заяв. и патентообл. ФГОУ ВПО ОГАУ; опубл. 27.03.2012; Бюл. № 9.

6. Егорушкин В.Е. и др. Основы теплотехники и теплоснабжения сельскохозяйственных предприятий. М.: Колос, 1972. С. 92.

7. Кухлинг Х. Справочник по физике / пер. с нем. Е.М. Лей-кина. 2-е изд. М.: Мир, 1985. 520 с.

Перспективы развития систем очистки вентиляционного воздуха на основе мокрых электрофильтров

Л.Н. Андреев, к.т.н., А.В. Козлов, ст. преподаватель, ФГБОУ ВО ГАУ Северного Зауралья

В связи с переводом животноводства на промышленную основу возник ряд проблем, связанных с высокой плотностью посадки животных на ограниченном пространстве. Это прежде всего высокие энергозатраты на создание оптимального микроклимата, рост риска распространения инфекций, передаваемых аэрогенным путём, повышение экологической нагрузки на окружающую среду и ухудшение условий труда обслуживающего персонала.

Одним из важнейших параметров микроклимата животноводческих помещений является

концентрация аэрозольных (пылевых) частиц, микроорганизмов и вредных газов (аммиак, сероводород, углекислый газ), которые являются продуктами жизнедеятельности животных и в больших количествах генерируются в воздушную среду помещения [1, 2].

Результаты многочисленных исследований свидетельствуют, что хозяйства, где содержат животных в помещениях с воздухом, загрязнённым аммиаком, сероводородом, углекислым газом, понесут значительные потери от снижения производительности животных, повышения уровня смертности, а также перерасходов кормов на единицу продукции.

Цель исследования — определить перспективные направления развития систем очистки вентиляционного воздуха в помещениях АПК на основе электрофильтрации воздуха.

Материал и методы исследования. Снижение вышеуказанных вредностей до предельно допустимых значений (ПДК) осуществляется с помощью систем механической принудительной приточно-вытяжной вентиляции. Исследование режимных и конструктивных параметров существующих систем вентиляции и их фильтрующих элементов показало, что наибольшую перспективность и энергоэффективность имеют системы вентиляции с частичной рециркуляцией воздуха с одновременной непрерывной высокоэффективной очисткой и обеззараживанием вентиляционного рециркуляционного воздуха [3].

В качестве фильтрующих и обеззараживающих элементов в системах высокоэффективной очистки и обеззараживания рециркуляционного воздуха после сравнения основных конструктивных и технологических характеристик предлагается использовать одно- и двухступенчатые мокрые одно-зонные электрофильтры (МЭФ), неоднократно зарекомендовавшие себя как высокоэффективные и энергосберегающие аппараты для фильтрации и обеззараживания вентиляционного воздуха животноводческих помещений [4, 5].

Однако в процессе эксплуатации вентиляционных систем очистки и обеззараживания рециркуляционного воздуха животноводческих помещений с использованием одно- и двухступенчатых мокрых однозонных электрофильтров были выявлены несколько направлений совершенствования данных систем. Это в первую очередь повышение эффективности по обеззараживанию воздушной среды животноводческих помещений, во-вторых, интенсификация очистки осадительных электродов от осев-

шего аэрозоля и пылевых частиц и, в-третьих, автоматизация процесса замены омывающей жидкости.

Эффективность очистки вентиляционного рециркуляционного воздуха от микроорганизмов находится в зависимости от эффективности очистки воздуха от мелкодисперсных пылевых и аэрозольных частиц, на которых, как правило, находятся микроорганизмы [6]. Производственные испытания МЭФ показали эффективность очистки рециркуляционного воздуха от микроорганизмов, достигающую 70% [5]. Откуда видно, что после прохождения через мокрый однозонный электрофильтр в воздухе остаётся достаточное количество микрофлоры, способной привести к распространению инфекций, передающихся аэрогенным путём.

Результаты исследования. Повысить эффективность очистки воздуха от микроорганизмов возможно дополнительной установкой на выходном патрубке МЭФ бактерицидного облучателя, который используют для обеззараживания воздуха и поверхностей в помещении, дезинфекции питьевой воды, стерилизации предметов и медицинских инструментов [7].

Для визуального контроля работоспособности бактерицидного облучателя предусматривается смотровое окно из стекла, расположенное на уровне установки самого облучателя в стенке воздуховода.

Для исключения создания препятствия проходящему через электрофильтр воздушному потоку и удобства в эксплуатации (в частности, замены ламп) бактерицидный излучатель устанавливается снаружи воздуховода, внутрь воздуховода через специальное отверстие помещается только часть облучателя, излучающая УФ (рис. 1).

Применение бактерицидного облучателя в системах очистки и обеззараживания рециркуляционного воздуха позволит повысить эффективность очистки рециркуляционного воздуха от микроорганизмов.

Рис. 1 - Мокрый однозонный электрофильтр с повышенной эффективностью обеззараживания вентиляционного воздуха:

1 - коронирующие электроды; 2 - осадительные электроды; 3 - омывающая жидкость; 4 - корпус МЭФ; 5 - фланец; 6 - бактерицидный излучатель; 7 - смотровое окно

Следующим направлением совершенствования является решение проблемы недостаточной очистки осадительных электродов от осевших аэрозольных и пылевых частиц, т.к. в процессе долговременной безостановочной работы МЭФ на осадительных электродах образуется слой уловленных аэрозольных и пылевых частиц, не смываемых естественным путём за счёт вращения электродов.

При этом происходит увеличение удельного сопротивления осевшего слоя, поверхностный электрический заряд не стекает на электроды, а накапливается на слое осевших загрязнителей, и, как следствие, возрастает риск возникновения явления «обратной короны», что является недопустимым при работе электрофильтра и приведёт к аварийному отключению установки.

Повысить эффективность очистки осадительных электродов от осевшего аэрозоля можно с помощью установки в нижней части электрофильтра системы ультразвуковой очистки (рис. 2) [8].

Рис. 2 - Мокрый однозонный электрофильтр с ультразвуковой системой очистки осадительных электродов:

1 - коронирующие электроды; 2 - осадительные электроды; 3 - омывающая жидкость; 4 - корпус МЭФ; 5 - система ультразвуковой очистки осадительных электродов

Ультразвуковые волны, распространяющиеся в омывающей жидкости от источника излучения, оказывают на поверхность осадительных электродов давление, обусловленное кавитационными явлениями. Кавитационные пузырьки производят микроударное разрушение образовавшейся плёнки. Кавитация проявляется в разрывах жидкости под действием звуковой волны с образованием мелких пузырьков, заполненных парами моющей жидкости.

Часть пузырьков после кратковременного существования захлопывается, создавая при этом местные гидравлические удары, способствующие разрушению образовавшейся плёнки. Другая часть пузырьков не захлопывается, а под действием ультразвукового поля интенсивно пульсирует и перемещается вместе с гидродинамическими потоками, способствуя интенсификации очистки [9].

В процессе эксплуатации вентиляционных систем с использованием мокрых электрофильтров была выявлена проблема, связанная с периодичностью обновления жидкости, омывающей осади-тельные электроды. Было установлено, что степень загрязнения омывающей жидкости и скорость повышения концентрации растворённых загрязнителей зависит от технологических параметров производства и режимных параметров системы очистки и обеззараживания рециркуляционного воздуха.

Загрязнение жидкости происходит в основном пылью, являющейся наиболее существенным в массовом соотношении улавливаемым из воздушного потока загрязнителем. Поэтому необходимо периодически обновлять омывающую жидкость: сливать загрязнённую жидкость и заливать новую, чистую.

Для обеспечения автономного контроля степени загрязнённости жидкости и периодического своевременного её обновлении была создана система, позволяющая постоянно в автономном режиме контролировать степень загрязнённости омывающей жидкости (рис. 3), не допуская повышения содержания в ней загрязняющих веществ до концентрации, способной вызвать повышенное загрязнение осадительных электродов и возникновение явления «обратной короны», приводящее к отключению электрофильтра [10].

Принцип работы описываемой системы заключается в автономном контроле степени загрязнённости жидкости и периодическом своевременном её обновлении.

Подача омывающей жидкости (из расходного бака либо другого источника) обеспечивается насосом 5, установленным на заливном трубопроводе 3. Далее установлена задвижка 6 для перекрывания заливного трубопровода 3. Между насосом 5 и задвижкой 6 установлен проходной обратный клапан 2, исключающий возможность обратного поступления омывающей жидкости из нижней части электрофильтра 1.

Перед началом работы (в первый раз) нижняя часть электрофильтра 1 заполняется омывающей жидкостью вручную, с помощью оперативного персонала. Далее обновление жидкости происходит в автоматическом режиме. При загрязнении жидкости сигнал от измерителя загрязнённости 11 передаётся в контроллерную станцию управления 13 (КСУ). Из КСУ 13 идёт сигнал на открытие задвижки 7. Слив жидкости происходит самотёком.

Для обеспечения слива максимального объёма загрязнённой жидкости прежде, чем произойдёт

Рис. 3 - Система контроля качества и управления процессом обновления омывающей жидкости:

1 - нижняя часть электрофильтра; 2 - обратный клапан; 3 - заливной трубопровод; 4 - сливной трубопровод; НВ1 - насос с электроприводом; ЗД1 - задвижка с электроприводом на заливном трубопроводе; ЗД2 - задвижка с электроприводом на сливном трубопроводе; PI - манометр; LISA - уровнемер (L - нижнее значение, H - верхнее значение); LSA - сигнализатор уровня (HH-сигнализация); QISA - измеритель загрязнённости (H - верхнее значение, HH - сигнализация); NHSA - электропривод; А - высота нижней части электрофильтра

подача новой, для исключения перемешивания загрязнённой жидкости с чистой в КСУ 13 реализована задержка по времени включения насоса 5. Выбран нижний уровень жидкости при достижении которого будет происходить включение насоса 5 и открывание задвижки 6 (с помощью соответствующего управляющего сигнала из КСУ 13).

Измерение уровня омывающей жидкости осуществляется с помощью уровнемера 9. При достижении верхнего уровня (Н) подаётся сигнал на отключение насоса 5 и закрывание задвижки 6.

С помощью сигнализатора уровня 10 осуществляется сигнализация при достижении верхнего аварийного уровня (когда нижняя часть электрофильтра 1 заполнена почти до краёв) для исключения перелива жидкости и нарушения нормальной работы электрофильтра. Сигнализатор уровня 10 обеспечивает защиту от перелива жидкости в бак в том случае, если откажет уровнемер 9.

Для обеспечения защиты насоса 5 и заливного трубопровода 3 от повышенного давления в том случае, если задвижка 6 откроется позже, чем произойдёт включение насоса 5, устанавливается манометр 8, с помощью которого осуществляется контроль давления на выходе насоса 5.

Применение данной системы обеспечит автоматическое обновление омывающей жидкости в нижней части электрофильтра 1, без вмешательства оперативного персонала. Кроме того, за счёт применения резервирования сигналов по верхнему уровню жидкости (Н), обратного клапана 2, а также контроля давления на выходе насоса 5 будет обеспечена высокая степень надёжности данной системы. За счёт уменьшения количества отказов устройства повысится межремонтный интервал его работы, увеличится срок службы.

Вывод. Внедрение перечисленных способов и технологий совершенствования систем очистки и обеззараживания рециркуляционного вентиляционного воздуха с применением одно- и двухступенчатых мокрых электрофильтров позволит повысить эффективность и надёжность систем электрофильтрации воздуха в совокупности с одновременной интенсификацией автоматизации процесса очистки и обеззараживания воздушной среды животноводческого помещения.

Литература

1. Селянский В.М. Микроклимат в птичниках. М.: Колос, 1975. 304 с.

2. Самарин Г.М. Энергосберегающая обработка воздуха в животноводческих помещениях // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2009. № 3. С. 16—17.

3. Возмилов А.Г., Дмитриев А.А, Андреев Л.Н., Юркин В.В. Очистка вентиляционного воздуха свиноферм / А.Г. Возмилов, А.А. Дмитриев, Л.Н. Андреев, В.В. Юркин // Свиноводство. 2015. № 2. С. 19-20.

4. Возмилов А.Г. Исследование и разработка двухзонного электрофильтра для очистки воздуха в промышленном птицеводстве (цех инкубации цыплят): дисс. ... канд. техн. наук. Челябинск, 1980. С. 121.

5. Андреев Л.Н. Разработка и исследование мокрого одно-зонного электрофильтра для очистки рециркуляционного воздуха животноводческих помещений: дисс. ... канд. техн. наук. Челябинск. 2010. С. 115.

6. Андреев Л.Н. Методика определения эффективности систем очистки воздуха от микроорганизмов / Л.Н. Андреев, В.Н. Ми-шагин, С.Д. Матвеев, И.Е. Сыромятов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2008. № 5. С. 39.

7. Мокрый однозонный электрофильтр с повышенной эффективностью очистки от микроорганизмов: пат. РФ на полезную модель №151302 / Возмилов А.Г., Андреев Л.Н., Дмитриев А.А., Юркин В.В.: заявл. ФГБОУ ВО ГАУ Северного Зауралья; опубл. 15.09.14; Бюл. № 9. 4 с.

8. Мокрый однозонный электрофильтр с ультразвуковой системой очистки осадительных электродов: пат. РФ на полезную модель №149653 / А.Г. Возмилов, Л.Н. Андреев, А.А. Дмитриев, В.В. Юркин: заявл. ФГБОУ ВО ГАУ Северного Зауралья; опубл. 16.09.14; Бюл. № 1. 4 с.

9. Агранат Б.А. и др. Ультразвуковая технология. М: Металлургия, 1974. С. 504.

10. Ресурсосберегающая система автоматического регулирования параметров микроклимата в животноводческих помещениях: пат. РФ на полезную модель № 142385 / А.Г. Возмилов, Л.Н. Андреев, Н.И. Смолин, В.В. Юркин: заявл. ФГБОУ ВО ГАУ Северного Зауралья; опубл. 04.03.14;. Бюл. № 18. 5 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.