CC BY
51
В.А. Рогов, Ю.С. Баранов и др. Разработка инерционного пылеотделителя для очистки пылевоздушных потоков...
УДК 621.928.7
РАЗРАБОТКА ИНЕРЦИОННОГО ПЫЛЕОТДЕЛИТЕЛЯ
ДЛЯ ОЧИСТКИ ПЫЛЕВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ
В.А. Рогов, Ю.С. Баранов, В.А. Прусакова
ФГБОУ ВО «Сибирский государственный технологический университет» 660049, Красноярск, пр. Мира 82; e-mail: zenterot@mail.ru
Деревообрабатывающая промышленность сегодня развивается быстрыми темпами. Вредное воздействие на состояние окружающей среды и на здоровье работников оказывают деревоперерабатывающие предприятия. В частности, воздействие древесной пыли приводит к развитию различных заболеваний органов дыхания, кожных покровов и глаз. Наиболее трудноудаляемым является тонкодисперсная пыль менее 20 мкм. Современные требования к выбросам загрязняющих веществ в атмосферу и воздуху производственных помещений заставляют производственников устанавливать эффективные системы очистки воздуха от загрязнителей. Наиболее эффективными, получившими наибольшее распространение в очистке пылевоздушного потока, являются инерционные пылеотделители (циклоны), которые требуют повышения коэффициента эффективности очистки. С начала XX века и до настоящего времени электроциклоны прошли длительный путь совершенствования конструкций и повышения эффективности очистки газов от древесной пыли. Для подтверждения правильности теоретических положений влияния электростатического поля на эффективность очистки пылевоздушного потока проводятся экспериментальные исследования. С этой целью была разработана установка для очистки загрязненного воздушного потока с применением электростатического поля. Проведены исследования влияния электростатического поля на коэффициент очистки; определено напряжение на коронирующих электродах и его связь с коэффициентом очистки. Обработка результатов проводилась на ПЭВМ средствами пакета Statgraphics. Проведены исследования влияния электростатического поля на улучшение коэффициента эффективности очистки. Выявлено, что электростатическое поле оказывают влияние на коэффициент эффективности очистки при увеличении напряжения до 20 кВ на электродах, что влечет за собой увеличение производительности работы циклона, и количество пыли, выбрасываемое через выходной патрубок, уменьшается. Обеспечение безопасности и допустимых условий труда работников деревообрабатывающих производств возможно с применением электростатического поля в инерционных пылеотделителях. Тем самым, целесообразно использовать циклон с применением электростатического поля, в котором может осуществляться очистка удаляемого воздуха от древесной пыли с высоким коэффициентом очистки.
Ключевые слова: древесная пыль, электростатическое поле, инерционный пылеотделитель, коэффициент эффективности очистки.
The woodworking industry develops in high gear today. Harmful effects on a state of environment and on health of workers are rendered by the wood processing enterprises. In particular, influence of wood dust leads to development of different diseases of respiratory organs, integuments and eyes. The most hard-to-remove is fine dust less than 20 microns. The modern requirements to bursts of the contaminating substances in the atmosphere and to air of production locations force production workers to install effective systems of cleaning of air from contaminants. Gained the greatest distribution in cleaning of a pylevozdushny flow, inertial pyleotdelitel (cyclones) which require increase of effectiveness ratio of cleaning are the most effective. Since the beginning of the 20th century and so far electrocyclones passed the long way of enhancement of constructions and increase of efficiency of cleaning of gases from wood dust. For confirmation of correctness of theoretical provisions of influence of an electrostatic field on efficiency of cleaning of a pylevozdushny flow the pilot studies are conducted. Installation was for this purpose developed for cleaning of the polluted air flow using an electrostatic field. Researches influence of an electrostatic field on cleaning coefficient are conducted; tension on the koroniruyushchikh electrodes and his communication with cleaning coefficient is determined. Processing of results was carried out on PEVM by means of a packet of Statgraphics. Researches of influence of an electrostatic field on improving of effectiveness ratio of cleaning are conducted. It is revealed that an electrostatic field exert impact on cleaning effectiveness ratio in case of increase in tension up to 20 kV on electrodes that involves increase in productivity of operation of a cyclone, and the amount of dust which is thrown out through an output branch pipe decreases. Safety and admissible working conditions of workers of woodworking productions perhaps using an electrostatic field in inertial pyleotdelitel. Thereby, it is expedient to use a cyclone using an electrostatic field in which cleaning of the deleted air from wood dust with high coefficient of cleaning can be carried out.
Keywords: wood dust, electrostatic field, inertial pyleotdelitel, cleaning effectiveness ratio.
ВВЕДЕНИЕ
В России порядка полмиллиона больших и малых деревообрабатывающих предприятий (Шилова, 2013). Запыленность воздуха в деревообрабатывающих цехах превышает нормативное значение в два и более раз. Причины этого морально устаревшее оборудование и
здания цехов, низкий уровень автоматизации процессов, а также примитивные способы уборки рабочих мест.
Одним из основных источников загрязнения деревообрабатывающих предприятий являются их отходы в виде древесной пыли хвойных пород, витающей в воздухе, которая представляет собой совокупность частиц размером менее 20 мкм.
Снижение вредных выбросов от промышленных источников может достигаться в результате совершенствования или изменения технологических процессов и оборудования (Бретшнайдер, 1989).
Известно большое количество модификаций систем очистки воздуха, таких как циклоны и фильтры (Квашнин,2005). Из анализа научно-технической и патентной информации систем очистки воздуха сделан вывод, что сухая очистка пылевоздушного потока в инерционном пылеотделителе (циклоне) наиболее перспективна, но требует повышения коэффициента эффективности очистки.
Выявлено, что эффективность очистки инерционного пылеотделителя пропорциональна размеру самих частиц. Тем самым, для увеличения эффективности очистки пылевоздушного потока есть необходимость увеличения размера частиц путем агрегирования и коагуляции частиц. С этой целью проведены теоретические исследования движения пылевоздуш-ного потока (Рогов, 2002), и на их основе разработана опытно-промышленная установка с использованием электростатическом поля в циклоне.
С начала XX века и до настоящего времени электроциклоны прошли длительный путь совершен-
ствования конструкций и повышения эффективности очистки газов от древесной пыли (Чекалов, 2007). Электрофильтры являются одними из распространенных аппаратов для очистки промышленных газов от твердых загрязняющих веществ, выделяющихся при различных технологических процессах.
Для подтверждения правильности теоретических положений влияния электростатического поля на эффективность очистки пылевоздушного потока проводятся экспериментальные исследования.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В задачу экспериментальных исследований входит:
- определение влияния электростатических сил на величину выброса пыли;
- определение напряжения на коронирующих электродах и их количество на величину выброса пыли;
- определение концентрации аэросмеси, поступающей в циклон и величину ее очистки.
Экспериментальные исследования проводились на опытно-промышленной установке (рисунок 1).
1 - вентилятор; 2 - регулировочная задвижка; 3 - трубопровод; 4 - дозатора; 5 - патрубок с коронирующими электродами; 6, 7 - высоковольтные блоки питания; 8 - внутренний (выходной) патрубок; 9 - циклон; 10 -заземление.
Рисунок 1 - Схема экспериментальной установки
Установка состоит из следующих частей: модель циклона УЦ-38 9, устройство для заряжения частиц 5 (патрубок с коронирующими электродами), высоковольтные блоки питания 6 и 7, дозатор 4, трубопровод 3 с регулировочной задвижкой 2, вентилятор 1.
Забор воздуха осуществляется вентилятором 1 и попадает в трубопровод 3. Для изменения расхода воздуха на трубопроводе установлена регулировоч-
ная задвижка 2. Подача пыли в нагнетательную трубу осуществляется с помощью дозатора 4. При прохождении через патрубок с коронирующими электродами 5, пыль заряжается. На коронирующие электроды напряжение подается при помощи высоковольтного блока питания 6. Далее заряженная пыль попадает в циклон. Для создания электростатического поля в циклоне применяется высоковольтный блок питания
В.А. Рогов, Ю.С. Баранов и др. Разработка инерционного пылеотделителя для очистки пылевоздушных потоков.
7, «-» которого присоединен ко внутреннему (выходному) патрубку 8, а «+» на корпус циклона 9, который заземлен 10. Напряжение для создания электростатического поля внутри циклона меняется при помощи регулятора на высоковольтном блоке питания 7.
Технические данные установки:
- модель циклона УЦ-38;
- максимальная скорость воздуха в воздуховоде V, м/с - 25;
- полное давление, развиваемое вентилятором Ц 4-70 N 3, Па - 1000;
- мощность электродвигателя А 02-32-2, Вт -1;
- напряжение на коронирующих электродах, кВ -до 30.
При проведения экспериментальных исследований и замеров использовалось следующие измерительные приборы и оборудование: весы аналитические, секундомер, фильтры АФА, влагомер Ди-8, анемометр, пневмометрические трубки Прандтля.
Проводился ряд экспериментов: прохождение через электростатическое поле (с разной величиной напряжения на электродах) незаряженной и заряженной (с разной величиной напряжения на электродах) пыли.
Каждый опыт сопровождался определением главных показателей очистки воздуха циклоном:
а) содержание пыли, которое вылетело через выходной патрубок П2, мг;
б) коэффициент эффективности очистки k, %, определяемого по формуле 1:
к = (1) G
где П - количество пыли, которое уловлено циклоном, определяется как П = G - П2;
G - количество навески пыли.
РУЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ
Проведение экспериментальных исследований, определение влияния электростатического поля на эффективность работы циклона проводились с использованием метода математического планирования эксперимента. Математическая обработка результатов проводилась на ПЭВМ средствами прикладных программ STATGRAPHICS® Centurion (Пен, 2003).
Согласно реализуемому плану эксперимента, определили уровни и шаги варьирования входных параметров, которые представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Уровни и интервалы варьирования исследуемых факторов
Кодовое обозначение факторов
Наименование и обозначение факторов
Нижний
Уровни варьирования
Основной
-1
0
Верхний
1
Скорость движения воздушного
потока V, м/с Напряжение на коронирующих электродах циклона и, кВ_
10 10
15 15
20 20
В качестве переменных факторов для проведения эксперимента принимается:
1. Напряжение на коронирующих электродах циклона и, кВ;
2. Скорость движения воздушного потока V, м/с. Согласно эксперименту, постоянными факторами
остаются следующие параметры:
1. Фракция пыли, мкм - 0-20;
2. Вид осаждаемой пыли - шлифовальная пыль древесины лиственных и хвойных пород;
3. Относительная влажность пыли - 8-10%;
4. Отрицательный электрод присоединен к внутреннему патрубку.
Приводим уравнение регрессии для к в надлежащий вид, формула 2.
к = 0,95 + 0,0166667^ + 0,0283333*и - 0,0266667^2 (2)
Проанализируем регрессионную зависимость эффективности работы циклона от скорости движения воздуха и напряжения, подаваемого на электроды. Согласно уравнению, наибольшее влияние на выходной параметр к из переменных факторов оказывает напряжение, подаваемое на электроды.
На рисунке 2 изображена поверхность, наглядно иллюстрирующие зависимость от переменных факторов процесса.
0,99 0,97 0,95 0,93 0,91 0,89 0,87
"1
V
и
Рисунок 2 - Поверхность отклика коэффициента очистки
В ходе проведения математического эксперимента выяснилось, что наиболее целесообразно и эффективно использовать следующие параметры для очистки пылевоздушного потока: V = 16,56 м/с. и = 20 кВ.
По данным эксперимента построили график зависимости коэффициента эффективности очистки от величины напряжения на электродах и скорости движения воздушного потока (рисунок 3).
х
х
10 15 20
Скоростьвоздушногопотока V, м/с
Рисунок 3- Графикзависимостикоэффициентаэффективностиочисткиот напряженияна коронирующих электродах и скорости воздушного потока
Из рисунка 3 видно, что при увеличении напряжения на электродах эффективность работы циклона возрастает и достигает почти 100%, а при скорости более 20 м/с коагуляция частиц пыли уменьшается, тем самым снижается эффективность работы циклона.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Влияние электростатического поля, создаваемого электродами, вмонтированными в циклон, способствует укрупнению и агрегации частиц, тем самым повышает эффективность очистки от тонкодисперсных частиц древесной пыли на 8-10%.
По результатам проведенных экспериментов получилось, что при увеличении напряжения на электродах эффективность работы циклона возрастает, а количество пыли, выбрасываемое через выходной патрубок, уменьшается. Тем самым, целесообразно использовать циклон с применением электростатического поля, в котором может осуществляться очистка удаляемого воздуха от древесной пыли с высоким коэффициентом очистки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК:
Бретшнайдер, Б. Охрана воздушного бассейна от загрязнений: технология и контроль [Текст] / Б. Бретшнайдер, И.
Курфюст. - Л.: Химия, 1989. - 288 с.
Квашнин, И. М. Очистка воздуха на предприятиях деревообрабатывающей промышленности [Текст] / И. М. Квашнин, Д. В. Хохлов // АВОК. - 2005. - №8. -С. 47-78.
Пен, Р.З. Планирование эксперимента в Statgraphics [Текст] / Р.З. Пен. Красноярск: СибГТУ -Кларетиианум, 2003. - 246 с.
Рогов, В.А. Влияние отрицательных ионов и летучих терпеноидов на очистку воздушной среды производственных помещений деревообрабатывающих предприятий [Текст] / В.А. Рогов. - М.: МГУЛ, 2002. - 223 с.
Чекалов, Л. В. Научные основы создания электрогазо-очистного оборудования нового поколения [Текст]: автореф. дис. на соиск. учен. степ. докт. техн. наук (05.14.12) / Чекалов Лев Валентинович; Моск. энер-гет. ин-т . - Семибратово, 2007. - 40 с.
Шилова, Л.Н. Пылевой фактор на деревообрабатывающем предприятии: [Электронный ресурс] // федеральное бюджетное учреждение здравоохранения «Центр гигиены и эпидемиологии в Республике Марий Эл», 2013. URL: http://www.12sanepid.ru/ press/publications/1832.html.
Поступила в редакцию 21.06.16 Принята к печати 12.09.16
