CC BY
104
Выпуск 2
ЭКОЛОГИЯ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
УДК 628.511.001.57:656.62.073.28:689.46 Н. С. Отделкин,
д-р техн. наук, ФГОУ ВПО «Волжская государственная академия водного транспорта»;
А. С. Слюсарев,
д-р техн. наук, профессор, ФГОУ ВПО «Волжская государственная академия водного транспорта»;
Ф. Е. Турукалов,
аспирант,
ФГОУ ВПО «Волжская государственная академия водного транспорта»
ПРИМЕНЕНИЕ ГИДРОЭЖЕКТОРОВ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ПЫЛЕОБРАЗОВАНИЯ ПРИ ПЕРЕГРУЗКЕ СЫПУЧИХ ГРУЗОВ НАВАЛОМ
USING OF HYDROEJECTORS FOR REDUCING OF DUST FORMATION WHEN TRANFERING LOOSE GOODS IN BULK
Статья посвящена исследованиям гидроэжекторов для борьбы с пылью сыпучих грузов при их перегрузке с помощью бункерных устройств и ленточных конвейеров.
The article is devoted to research of hydroejectors to control dust of loose goods when transfering them with feed hoppers or belt conveyors.
Ключевые слова: сыпучий груз пыль аспирация гидроэжектор исследования.
Key words: loose cargo, dust, aspiration, hedroejector, research.
ОПЫТ перегрузки мелкозернистых, порошкообразных и пылевидных сыпучих грузов с максимальным размером частиц менее 0,5 мм показывает, как много возникает проблем, связанных с пылеобразованием, приводящим к отрицательному воздействию пыли на окружающую среду.
Для перегрузки таких сыпучих грузов применяют специальные грейферно-бункерные перегружатели, конвейеры, телескопические трубы, снабженные системами борьбы с пылью. Одними из самых распространенных пылеподавляющих систем являются аспирационные системы. Аспи-рационные системы включают в себя герметичные укрытия зон пылевыделения и оборудование для отсоса и очистки запыленного воздуха. Очистку отсасываемого запыленного воздуха осуществляют в одну или две ступени. В первой ступени применяют камерные пылеуловители и циклоны, которые служат для осаждения грубодисперсной пыли с размерами частиц не менее 25.. .50 мкм. Во второй ступени, после предварительного улавливания пыли в первой ступени очистки, оставшаяся мелкодисперсная пыль с размерами частиц не более 0,5.3 мкм улавливается рукавными или электрическими фильтрами и мокрыми пылеуловителями [1].
На рис. 1 представлены два варианта конструкций бункеров с аспирационными системами.
В одном варианте (рис. 1, а) грейфер разгружается над бункером 1 через воронку 2. Запыленный воздух засасывается через воздуховоды 3.
В другом варианте (рис. 1, б) грейфер сверху заводится непосредственно в бункер 1, где изолируется с помощью горизонтальных приводных створок 2. Запыленный воздух засасывается так же через воздуховоды 3 [2].
б
Рис. 1. Конструкции бункеров с аспирационными системами: а — разгрузка грейфера над бункером; б — разгрузка грейфера в бункере
На рис. 2 показана система аспирации при перегрузке груза с конвейера на конвейер, где отсос воздуха по трубам 3 осуществляется из нижнего 2 и верхнего 4 укрытий, установленных соответственно на приемном 1 и верхнем 5 конвейерах. Для отсекания пыли от точки отсоса запыленного воздуха из укрытий служит жесткая перегородка 6 [2].
Рис. 2. Система аспирации при перегрузке груза с конвейера на конвейер
а
При погрузке судов сыпучими грузами с помощью ленточных конвейеров и пневмоустановок применяют телескопические трубы (рис. 3), состоящие из телескопических секций 1, снабженных
Выпуск 2
насадкой 2, из которой запыленный воздух отсасывается через патрубкок 3. Для уплотнения зазора между насадкой и слоем груза служит мягкий фартук 4.
Рис. 3. Схема загрузки судов с помощью телескопической трубы с системой аспирации
см
ж
у
т
Аспирационные системы, обладая высокой степенью обеспыливания, имеют следующие недостатки:
— высокие энергозатраты (1,5...2,0 кВт на 1000 м3 запыленного воздуха);
— большие объемы отсасываемого воздуха (для бункеров — до 1500 м3/ч, для конвейеров — до 5000 м3/ч);
— невозможность применения для сыпучих грузов, способных образовывать пожаро- или взрывоопасные пылевоздушные смеси.
Недостатки, присущие аспирационным системам обеспыливания, позволяет исключить разработанная на кафедре ПМ и ПТМ ВГАВТа гидроэжекционная система.
На рис. 4 представлен специальный бункер с гидроэжекционной системой, предназначенной для грейферно-бункерных перегружателей.
Конструкция состоит из бункера 1 с опорными стойками 2 для герметичного грейфера 3 и двух створок 4, уравновешенных противовесами 5. К стенкам бункера 1 крепятся пылеулавливающие камеры 6 с закрепленными гидроэжекторами 7, внутри которых находятся пневмораспылители 8. В нижней части пылеулавливающей камеры имеется съемный сборник 9 для отстоя и сбора твердого осадка. Жидкость к распылителю 8 подается из емкости 10 насосом 11, ее распыление осуществляется сжатым воздухом, поступающим от компрессора 12. Очищенный от пыли воздух выпускается в атмосферу через патрубок 13. Датчик 14 служит для включения насоса 11 и компрессора 12 при посадке грейфера 3 на опорные стойки 2 и выключения насоса и компрессора после окончания разгрузки и подъема порожнего грейфера.
Устройство работает следующим образом. Герметичный грейфер 3 с грузом, опускаясь на бункер 1, фиксируется нижней траверсой в опорных стойках 2 бункера. После раскрытия
грейфера уравновешенные створки 4 под действием падающего груза поворачиваются, пропуская груз, и опять закрываются, отсекая груз и выделяющуюся пыль в бункере. В момент фиксации грейфера 3 на бункере 1 датчик 14 включает в работу насос 11 и компрессор 12, которые подают воду и сжатый воздух к распылителям 8. Водовоздушная смесь, поступая через гидроэжектор 7, засасывает пыль, перемешивается с ней и коагулирует в пылеулавливающей камере 6. В процессе длительной работы бункера происходит отстаивание твердого осадка и жидкости в отстойнике 9. При этом жидкость сливается в емкость 10 и используется многократно (по замкнутому контуру), а отстойник 9 по мере его заполнения твердым осадком заменяется. Через патрубок 13 чистый воздух выходит в атмосферу.
Рис. 4. Конструкция специального бункера с гидроэжекционной системой обеспыливания
Аналогично бункерному перегружателю аспирационная система может быть заменена на гидроэжекционную и в других перегрузочных устройствах.
Конструкция укрытия с гидроэжекционной системой для узла передачи сыпучего груза с конвейера на конвейер представлена на рис. 5, а для телескопической трубы — на рис. 6.
С целью определения рациональных размеров гидроэжектора были выполнены экспериментальные исследования:
/
12
10
І I
Рис. 5. Конструкция укрытия с гидроэжекционной системой узла передачи сыпучего груза с конвейера на конвейер:
1 — приемный конвейер; 2 — гидроэжекционная система
Выпуск 2
Выпуск 2
Рис. 6. Конструкция насадки телескопической трубы с гидроэжекционной системой (насос и компрессор не показаны)
1) определение количества отсасываемого гидроэжектором воздуха в зависимости от его геометрических размеров;
2) определение количества отсасываемого гидроэжектором воздуха и количества поданного на него сжатого воздуха;
3) определение количества отсасываемого гидроэжектором запыленного воздуха в зависимости от количества поданной на него воды;
4) определение рациональных значений количества воды и сжатого воздуха, необходимых для эффективного пылеосаждения.
Определение зависимости количества отсасываемого гидроэжектором запыленного воздуха от его геометрических размеров и количества поданного на него сжатого воздуха осуществлялось на двух эжекторах с различными геометрическими размерами.
Схема гидроэжекторов и их геометрические размеры представлены на рис. 7.
Обозначение эжектора В а Ь 1
№ 1 100 30° 300 30
№ 2 200 3 О О 450 50
Рис. 7. Схема гидроэжекторов и их геометрические размеры: 1 — гидроэжектор; 2 — пневмораспылитель
Методика проведения исследования была принята следующая. К пневмораспылителю, размещенному внутри гидроэжектора, подавался сжатый воздух. Расход сжатого воздуха составлял 26, 39 и 55 м3/мин. Затем на входе в гидроэжектор со стороны его большего диаметра помещался анемометр. Объем отсасываемого воздуха определялся как произведение скорости воздушного потока на входе в гидроэжектор на площадь его поперечного сечения. Аналогичные замеры производились со следующим гидроэжектором.
На рис. 8 представлена зависимость количества отсасываемого гидроэжектором воздуха от количества поданного на него сжатого воздуха.
Рис. 8. Зависимость количества отсасываемого эжектором воздуха от количества поданного на него сжатого воздуха:
1 — эжектор № 1; 2 — эжектор № 2
По построенным зависимостям видно, что с увеличением количества сжатого воздуха, поданного на гидроэжектор, прямо пропорционально растет и количество отсасываемого обоими эжекторами воздуха.
Полученные зависимости можно представить в следующем виде:
О = К • О , (1)
-2“-'сж.в. ^э5 4 '
где К — коэффициент пропорциональности; 0э — количество отсасываемого эжектором воздуха, м3/мин.
Кроме того, обе прямые строго параллельны друг к другу. Это говорит о том, что количество отсасываемого эжектором воздуха прямо пропорционально его диаметру.
Определение зависимостей количества отсасываемого воздуха и воды осуществлялось на установке для комплексного исследования свойств пылящих сыпучих грузов и на модели гидроэжектора. Схема установки с гидроэжектором представлена на рис. 9.
Рис. 9. Схема установки для комплексного исследования свойств пылей сыпучих грузов с пылевой камерой и гидроэжектором
Выпуск 2
К левой торцевой стенке крепится конусной частью гидроэжектор 8. Фильтродержатель 9 соединен резиновой трубкой с аспиратором 10 для отбора проб воздуха на запыленность из пылевой камеры 1.
Комплекс работает следующим образом. В емкость 4 загружается сыпучий груз. Аэрирующее устройство 3 повышает текучесть груза, которая засасывается эжектором 2 и подается в камеру 1.
Баллон 5 с сжатым воздухом имеет автоматы 6 для регулировки подачи воздуха.
Пылевая камера тарируется на изменение концентрации и скорости движения пылевого потока заданного фракционного состава с помощью сменных жиклеров и изменением расхода воздуха.
При поступлении сжатого воздуха на пневмораспылитель 7, который соединен с емкостью 11 для жидкости, гидроэжектор 8 начинает отсасывать из пылевой камеры запыленный воздух. Частицы пыли контактируют с каплями жидкости, что приводит к увеличению их веса и осаждению.
Методика проведения исследований заключалась в следующем. После подготовки установки и загрузки апатитовой пылью при влажности 1 % в пылевой камере создавался поток пыли с концентрацией 46 г/м3. При данной концентрации в пылевой камере и выключенном пневмораспылителе на выходе значение концентрации пыли составляло 6,3 г/м3.
Затем к пневмораспылителю подавали сжатый воздух с величиной расходов 14,3; 16,9 и 20,3 м3/мин при неизменном расходе распыленной жидкости, который составлял 0,0094, л/мин.
При указанных расходах сжатого воздуха определялись значения запыленности воздуха в пылевой камере.
На рис. 10 представлены зависимость запыленности воздуха в пылевой камере от количества поданного на гидроэжектор сжатого воздуха, полученная в результате проведенных исследований.
см
£ Рис. 10. Зависимость запыленного воздуха в пылевой камере
от количества сжатого воздуха поданного на эжектор
Методика проведения исследований по определению зависимости количества отсасываемого эжектором запыленного воздуха от количества поданной на эжектор жидкости аналогична приведенной выше, с той лишь разницей, что расход сжатого воздуха оставался постоянным и составлял 14,3 м3/мин, а расход жидкости изменялся в пределах 0,0094, 0,022, и 0,028 л/мин. Результаты проведенных исследований представлены на рис. 11.
Рис. 11. Зависимость запыленности воздуха в пылевой камере от количества поданной на эжектор воды
С учетом результатов выполненных исследований были определены рациональные параметры гидроэжекторов применительно к грейферно-бункерным перегружателям, для которых должны быть выполнены следующие условия:
— максимально снизить запыленность воздуха над бункерным устройством со створками при разгрузке грейфера с апатитом;
— суммарная запыленность воздуха над бункерным устройством и на выходе из гидроэжектора не должна превышать норм предельно-допустимых выбросов (ПДВ), которые для большинства сыпучих грузов составляют 80 мг/м3.
Чтобы запыленность под бункерным устройством была минимальной, необходимо создать в бункерном пространстве в момент разгрузки грейфера разряжение, что позволит исключить вытеснение запыленного воздуха через неплотности створок. Указанное разряжение достигается при выполнении условия
О > О , (2)
^о.в. ^в.в “ 4 '
где 0о в — объем отсасываемого запыленного воздуха, м3/мин; Qв в — объем вытесненного из бункерного устройства запыленного воздуха, м3/мин.
Величина Qо в определяется из выражения
0о.в. = П ^ 0э , (3)
где п — количество эжекторов; 0э — производительность одного гидроэжектора по отсосу запыленного воздуха, м3/мин.
Величина 0э определяется по формуле
бэ= V / V . (4) ф75
где Ргр — объем материала, поступающего в бункер при загрузке грейфера, равный вместимости грейфера, Ргр = 5,6 м3; трн — время раскрытия грейфера, равное 12 с.
После подстановки заданных значений в выражение (3) получим
п О = 28 м3/мин. (5)
Из конструктивных соображений принимаем количество гидроэжекторов п = 10.
Выпуск 2
Выпуск 2
Из выражения (4) определяем производительность одного гидрэжектора по отсосу запыленного воздуха
0э = 28 /10 = 2,8 м3/мин.
Количество сжатого воздуха 0сжвэ, которое необходимо подать на эжектор, чтобы он обеспечил заданную производительность по отсосу, определяем, используя коэффициент К = 4,3, то есть
О = 4,3 • 2,8 = 12,04 м3/мин.
•^сж.в.э. ’
Концентрация и дисперсность капель жидкости являются определяющими при коагуляции. При прочих равных условиях с уменьшением размера капель возрастает их число и вероятность встречи частиц пыли с каплями. Однако при значительной степени деспергирования жидкости агрегаты (капля-частица пыли) не оседают, а уносятся воздушным потоком, и массовая концентрация пыли в воздухе значительно уменьшится [2].
Таким образом, результаты приведенных выше исследований позволяют:
1) рассчитать геометрические параметры гидроэжектора;
2) определить значение производительности гидроэжектора по отсосу запыленного воздуха и установить необходимое количество гидроэжекторов;
3) оценить эффективность гидроэжекционной системы по степени снижения запыленности воздуха.
Подводя итог, необходимо отметить, что гидроэжекционная система обеспыливания по сравнению с аспирационной имеет следующие преимущества:
— откаченный гидроэжекторами запыленный воздух не требует очистки, что снижает энергоемкость гидроэжекционной системы;
— перегрузочные устройства, снабженные гидроэжекционной системой обеспыливания, могут применяться для перегрузки пожаро- и взрывоопасных сыпучих грузов.
Список литературы
1. Бобровников Н. А. Защита окружающей среды на транспорте / Н. А. Бобровников. — М.: Транспорт, 1984. — 72 с.
2. Отделкин Н. С. Теоретические основы оценки потерь и защиты окружающей среды от пылеобразования при перегрузке и хранении сыпучих грузов в портах: дис. ...д-ра техн. наук / Н. С. Отделкин. — Н. Новгород, 2008. — 344 с.
