CC BY
10D.N. Kostyunichev
The article examines the impact of open storage of bulk goods on the environment
УДК 621.873/.875 (031)
Н.С.Отделкин, д.т.н.,профессор, ФБОУВПО «ВГАВТ» Ф.Е.Турукалов, аспирант, ФБОУ ВПО «ВГАВТ» 603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОЭЖЕКЦИОННОГО МЕТОДА ОБЕСПЫЛИВАНИЯ
В статье описывается исследование гидроэжекционного метода обеспыливания и определения эффективности гидроэжекторов для борьбы с пылью при перегрузке сыпучих грузов на примере апатита.
Целью исследования являлось определение оптимальных параметров гидроэжектора и осадительной камеры для апатита.
Задачами исследования являлись:
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 оптимальных значений количества воды и сжатого воздуха необходимых для для эффективного пылеосаждения апатита в осадительной камере;
5) определение влияния на эффективность пылеосаждения апатита с помощью гидроэжектора и воды с добавками поверхностно-активных веществ.
Определение зависимости количества отсасываемого гидроэжектором запыленного воздуха от его геометрических размеров и от количества поданного на него сжатого воздуха осуществлялось на двух эжекторах с различными геометрическими размерами.
Схема гидроэжекторов и их геометрические размеры представлены на рис. 1.
Обозначение эжектора D а L l
№ 1 100 30° 300 30
№ 2 200 30° 450 50
Рис. 1. Схема гидроэжекторов их геометрические размеры: 1 - гидроэжектор; 2 - пневмораспылитель.
Методика проведения исследования была представлена следующая. К пневморас-пылителю, размещенному внутри гидроэжектора, подавался сжатый воздух. Расход сжатого воздуха составлял 26, 39 и 55 м3/мин. Затем на входе в гидроэжектор со стороны его больщего 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. 2 представлена зависимость количества отсасываемого гидроэжектором воздуха от количества поданного на него сжатого воздух.
25 30 35 40 45 50 55
Количество сжатого воздуха, м3/мин
Рис. 2. 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, прямопропорционально растет и количество отсасываемого обоими эжекторами воздуха.
Полученные зависимости можно представить в следующем виде
(1)
где К - коэффициент пропорциональности;
- количество отсасываемого эжектором воздуха, м7мин.
Кроме этого обе прямые строго параллельны друг к другу. Это говорит о том, что количество отсасываемого эжектором воздуха прямопропорционально зависит от его диаметра.
Определение зависимостей количества отсасываемого воздуха и воды осуществлялось на установке для комплексного исследования свойств пылей сыпучих грузов и на моделях пылеосадительной камеры и гидроэжектора. Схема установки в комплексе с пылеосадительной камерой и гидроэжектором представлена на рис 3.
К левой торцевой стенке крепится конусной частью гидроэжектор 8, другой конец которого соединен с осадительной камерой 9, где расположена вертикальная перегородка 10. Фильтродержатели 11 и 12 соеденены резиновыми трубками с аспиратором 13 для отбора проб воздуха на запыленность соответственно из пылевой 1 и осади-тельной 9 камер.
Комплекс работает следующим образом. В емкость 4 загружается апатит с влажностью 1%, соответствующей натурным условиям. 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 14 для жидкости, гидроэжектор 8 начинает отсасывать из пылевой камеры запыленный воздух, который смачивается в гидроэжекторе распыленной жидкостью и
поступает в осадительную камеру 9. Частицы пыли, контактируют с каплями жидкости, что приводит к увеличению их веса и осаждению.
12 8 7 13 11 1 3 ^2
Рис. 3. Схема установки с пылеосадительной камерой и гидроэжектором.
Методика проведенных 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 из осадительной камеры 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 установки и на выходе из осадительной камеры.
На рис. 4 представлены зависимости запыленности воздуха в пылевой и осадительной камерах от количества поданного на гидроэжектор сжатого воздуха, полученные в результате проведенных исследований.
О 5,2 10,4 15,6 20,8
Количество сжатого воздуха на эжекторе, м3/мин
Рис. 4. Зависимость запыленного воздуха в пылевой и осадительной камерах от количества поданного на него сжатого воздуха: 1 - изменение запыленности в пылевой камере; 2 - изменение запыленности в осади-
тельной камере.
Методика проведения исследований по определению зависимостей количества отсасываемого эжектором запыленного воздуха и эффективности пылеулавливания осадительной камерой от количества поданной на эжектор жидкости аналогична при-
веденной выше, с той лишь разницеи, 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. 5.
30
« 20
£
1
2
3 /
0 0.5 1 1,5 2 2.5 3
Количество воды на эжекторе, л
Рис. 5. Зависимость запыленности воздуха в пылевой и осадительной камерах от количества поданной на эжектор воды: 1 - изменение запыленности в пылевой камере; 2 - изменение запыленности в осадительной камере; 3 - изменение запыленности в осадительной камере при подаче на
эжектор воды с ПАВ. Для удобства анализа полученные результаты исследований представили, используя коэффициенты р, и с. , учитывающие снижение запыленности, соответственно в пылевой и осадительной камерах.
Указанные коэффициенты определяются из выражений:
(3)
где q,. . - запыленность воздуха соответственно в пылевой камере установки и осадительной камере без включения в работу гидроэжектора, = 46 г/м3, qí. = 6,3 г/м3;
Чу - Ч; ~~ текущие значения запыленности воздуха соответственно в пылевой камере установки и осадительной камере при определенных расходах гидроэжектором сжатого воздуха и воды, г/м3.
На рис. 6 представлены зависимости коэффициента «г. от расхода сжатого воздуха и воды гидроэжектором.
5,7 4,9
£
и 4,1
■и |
# 3,3 о И
2,5 1,7
О 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Расход воды эжектором, л 10 4
13 15,6 18,2 20,8
Расход сжатого воздуха эжектором, м3/мин
Рис.6. Зависимость коэффициента с, от расходов гидроэжектором сжато-
го воздуха и воды:
1 - изменение <?, от расхода эжектором сжатого воздуха; 2 - изменение <р, от расхода
эжектором воды.
Из рис.6 видно, что:
- с увеличением расхода сжатого воздуха эжектором в 1,4 раза его производительность по отсосу запыленного воздуха возрастает в 2,7 раза, но до определенного значения. Дальнейшее увеличение расхода сжатого воздуха не дает роста производительности эжектора;
- увеличение расхода воды эжектором в 2,5 раза приводит к росту его производительности по отсосу запыленного воздуха примерно в 3 раза.
На рис. 7 представлены зависимости коэффициента и. от расхода сжатого воздуха и воды гидроэжектором.
Из рис.7 видно, что:
- с увеличением расхода сжатого воздуха гидроэжектором эффективность осаждения частиц апатита в осадительной камере увеличивается до определенного значения , а затем начинает снижаться. Это говорит о том, что точка перегиба на данной кривой характеризует предельную возможность осаждения частиц пыли в камере с существующими геометрическими размерами. При более высоком объеме запыленного воздуха, проходящего через осадительную камеру, ее размеры должны быть увеличены;
1
Б
1,8 1,6 1,4 1,2
о
М 1
0,8
0,6
7--
/ 3
1
о
14,3
0,5
15,6 16,9 18,2 19,5
Расход сжатого воздуха эжектором, м3/мпн 10 2 +
20,8
+
1,5 2
Расход воды эжектором, л
2,5
Рис.7. Зависимость коэффициента от расходов гидроэжектором сжато-
го воздуха и воды:
1 - изменение е. от расхода эжектором сжатого воздуха; 2 - изменение с. от расхода эжектором воды; 3 - изменение от расхода воды с ПАВ эжектором.
- чем большее количество воды распыляется пневмораспылителемчерез эжектор, тем эффективнее осаждение частиц апатита в осадительной камере.
Для определения влияния на эффективность пылеосаждения апатита, смачиваемости его пылевых частиц были проведены исследования, при которых на пневмо-распылитель эжектора подавалась вода с 10% раствором сульфанола. Такие ПАВ, как сульфанол, ДБ-1 и другие, широко используется для повышения смачиваемости пылевых частиц в горнодобывающей промышленности.
Результаты указанных исследований показали, что при распылении в гидроэжекторе 10% раствора воды с сульфанолом эффективность пылеосаждения возрастает в среднем в 2 раза.
При определении оптимальных параметров гидроэжекторов и осадительной камеры, что являлось целью выполненых исследований, необходимо рассматривать их как взаимосвязанную систему, которая должна выполнять следующие основные функции:
- максимально снизить запыленность воздуха над бункерным устройством со створками при разгрузке грейфера с апатитом,
- суммарная запыленность воздуха над бункерным устройством и на выходе из осадительной камеры не должна превышать норм предельно-допустимых выбросов (ПДВ), которые для апатита составляют 80 мг/м3.
Чтобы запыленность под бункерным устройством была минимальной необходимо создать в бункерном пространстве в момент разгрузки грейфера разряжение, сто позволит исключить вытеснение запыленного воздуха через неплотности створок. Указанное разряжение достигается при выполнении условия
. (4)
где Е- объем отсасываемого запыленного воздуха, мЗ/мин;
'ч - -. - объем вытесненного из бункерного устройства запыленного воздуха,
м3/мин.
Величина (},„, определяется из выражения
, (5)
где н - количество эжекторов;
- производительность одного гидроэжектора по отсосу запыленного воздуха, м3/мин.
Величина определяется по формуле
, (6)
где - объем материала, поступающего в бункер при загрузке грейфера, равный вместимости грейфера, V!, = 5,6 м3;
т, „ - время раскрытия грейфера, равное 7р... = 12 с.
После подстановки заданных значений в выражение (5), получим
■ ■- (7)
Из конструктивных соображений принимаем количество гидроэжекторов равным
и = 10.
Из выражения (6) определяем производительность одного гидроэжектора по отсосу запыленного воздуха
Количество сжатого воздуха Оэ^д , которое необходимо подать на эжектор, чтобы он обеспечил заданную производительность по отсосу, определяется используя коэффициент К = 4,3, то есть
Оин*. = 4 3 ■ 2'3 = 12'04 м1/«ин.
Как показали исследования (см. рис. 7) с увеличением расхода эжектором водыего производительность по отсосу запыленного воздуха увеличивается в 3 раза. С учетом этого расход эжектором сжатого воздуха может быть снижен без уменьшения его производительности. Кроме этого увеличение количества поданной на эжектор воды позволяет повысить эффективностьработы осадительной камеры (см. рис. 6).
Следовательно, при подаче на эжектор воды, расход которой принимаем 7 л/мин., расход эжектором сжатого воздуха составит ; = 4,01 м3/мин.
При полученных параметрах скорость (5 ^ Е} сжатого воздуха на выходе из эжектора и на входе в осадительную камеру составит
сил ^ Dili
где Sj - площадь поперечного сечения цилиндрической части эжектора, = 0,126 м2.
Концентрация и дисперсность капель жидкости является 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 уменьшится значительно.
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- взрывоопасных сыпучих грузов.
Список литературы
[1] Отделкин, Н. С. Теоретические основы оценки потерь и защиты окружающей среды от пылеобразования при перегрузке и хранении сыпучих грузов в портах: дис...докт. техн. наук. / Отделкин Николай Станиславович. - Н. Новгород, 2008. - 344 с.
RESULTS OF STUDY OF HYDRO-EJECTION'S METHOD FOR
DEDUSTING
N.S.Otdelkin, Ph.E.Turukalov
The article describes a study of hydro-ejection's method dust control and determine the effectiveness of hydro-ejectors for dust control during overload of bulk cargo on the example of apatite.
УДК 621.873/.875 (031)
Ф.Е.Турукалов, аспирант, ФБОУВПО «ВГАВТ» 603950, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5
ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЛЯ БОРЬБЫ С ПЫЛЬЮ ПРИ ПЕРЕГРУЗКЕ СЫПУЧИХ ГРУЗОВ
В статье описываются технические средства для борьбы с пылеобразованием при перегрузке сыпучих грузов, а так же подробно рассказывается о специальном бункере с гироэжекционной системой и бункере с изменяющейся вместимостью
