Система обеспыливания для производства керамзита

Аннотация

Н.М. Сергина, Е.А. Семенова, Т.А. Кисленко

Дата поступления статьи: 15.12.2013

Описывается схема компоновки системы обеспыливания с вихревыми пылеуловителями для производства керамзита

Ключевые слова: система, очистка воздуха от пыли, керамзит

05.23.19 - Экологическая безопасность строительства и городского хозяйства

05.26.01 - Охрана труда (по отраслям)

При производстве керамзитового гравия (щебня) обеспыливание отходящих газов и воздуха, удаляемого аспирационными системами, необходимо для снижения загрязнения пылевыми выбросами окружающей среды, создания требуемых санитарно-гигиенических условий труда, а также для повышения эффективности производства, поскольку возврат уловленной пыли в производственный цикл сокращает расход сырья, топлива и электроэнергии [1-5].
Для эффективного решения этих задач необходимы данные об основных свойствах пыли, выделяющейся в производстве керамзита. Обобщенные результаты собственных экспериментальных исследований и сопоставления с данными других авторов о дисперсном составе пыли, выбрасываемой в атмосферный воздух, приведены на рис. 1.

Рис. 1. - Распределение частиц керамзитовой пыли по размерам.

1, 2 – по данным, приведенным в  [7]; 3 – по результатам проведенных экспериментальных исследований
Анализ полученных данных показывает, что на фоне мелких частиц наблюдаются ярко выраженные крупные. Очевидно, что в первом приближении линии распределения удовлетворяют логарифмически нормальному распределению. В интервале участка с размером частиц пыли от 1 до 100 мкм (кривая 1) и для частиц пыли при от 1 до 40 мкм (кривая 2) эти зависимости близки к прямой линии и удовлетворительно описываются формулой
     (1)
Кривая 3 в интервале  от 1 мкм до 30 мкм принимает также вид прямой и удовлетворительно описывается зависимостью
        (2)
где D - интегральная функция распределения массы частиц пыли керамзита по размерам;
 - размер частиц пыли керамзита, мкм;  - стандартное логарифмическое отклонение.
Также установлено, что в зону дыхания работающих поступает пыль с размерами частиц: максимальный – 20 мкм, минимальный – 2 мкм, медианный диаметр – 16 мкм. Доля частиц с размерами частиц менее 10 мкм - РМ₁₀ – колеблется в пределах от 15 до 40%. Содержание частиц с размерами менее 2,5 мкм – РМ_2,5 – составляет 0,3%.
Результаты исследований основных свойств пыли приведены в табл. 1.

Таблица №1
Результаты исследований основных свойств пыли, выделяющейся при производстве керамзита

Для решения задачи обеспыливания воздушной среды при производстве керамзита для систем аспирации и пневмопылеуборки предлагается обеспыливающая установка, схема которой показана на рис. 2.

Рис. 2. – Схема установки обеспыливания

Предлагаемая схема компоновки обеспыливающей установки разработана с учетом результатов по исследованию режимов работы пылеуловителей с вихревыми закрученными потоками (далее ВЗП),  ранее полученных в работе [6].
Было установлено, что при организации отсоса из бункерной зоны инерционного аппарата эффективность последнего возрастает и снижается аэродинамическое сопротивление. Также выявлено, что эффективность аппарата ВЗП повышается при подаче на нижний ввод аппарата пылевоздушного потока с меньшей концентрацией, чем на верхний.
С учетом изложенного выше, предлагаемая система включает в себя два последовательно установленных аппарата ВЗП. Из бункерной зоны пылеуловителя первой ступени организуется отсос. Для очистки пылевоздушной смеси, отсасываемой из бункера первого аппарата,  предусмотрена установка дополнительного пылеуловителя с меньшим диаметром корпуса. Из третьего (дополнительного) аппарата ВЗП после очистки воздух подается на нижний ввод пылеуловителя второй ступени.
Пыль, уловленная во всех трех аппаратах, выгружается из бункеров и возвращается в технологический процесс.
Такое решение позволяет:
- вследствие организации отсоса из бункерной зоны повысить эффективность аппарата первой ступени, что приведет к повышению степени очистки всей системы в целом;
- вследствие организации отсоса из бункерной зоны снизить аэродинамическое сопротивление первого пылеуловителя, что предотвратит значительное возрастание потерь давления во всей системе, обусловленное установкой дополнительного оборудования;
-  вследствие подачи на верхний и нижний входы пылеуловителя второй ступени пылевоздушных потоков с разной концентрацией обеспечить повышение его эффективности, что, в свою очередь, приведет к возрастанию эффективности системы в целом.
Для оценки эффективности предложенной системы  по аналогии с [6] составим балансовые уравнения по воздушным потокам
(3)
где  - объем воздуха, поступающего на очистку в систему, м³/ч;  - объем воздуха, выходящего после очистки из аппарата первой ступени, м³/ч; - объем пылевоздушной смеси, отсасываемой из бункера первого пылеуловителя.
Эффективность каждого из аппаратов составит
; ;        (4)
и ; ; .
Обозначим  и составим систему балансовых уравнений по массе перемещаемой пыли
     (5)
где  - масса пыли в потоке, поступающем в систему на очистку, кг/ч;    - масса пыли в воздухе на входе в пылеуловители, кг/ч.
Тогда
,                       (6)
Следовательно, эффективность всей системы может быть определена как
       (7)
     (8)
где  - масса пыли в воздухе, выходящем  из системы, кг/ч.
Величину проскока для первого аппарата  можно рассматривать как совокупность двух составляющих -  и .
      (9)
Тогда
     (10)
При постоянном расходе воздуха, поступающего на очистку, т.е. при , имеем
    (11)
Пусть . Тогда .

     (12)
При этом , , ,  - экспериментальные величины. С учетом этого выражение (12) можно представить в виде

     (13)

Литература:

1. Горчаков, А.И. Строительные материалы [Текст]: Монография / А.И. Горчаков. – М.: Высш. школа, 1982. – 352 с.
2. Ицкович, С.М. Заполнители для бетона [Текст]: Монография / С.М. Ицкович. – Минск: Вышэйшая школа, 1983. – 256 с.
3. Балтеренас, П.С. Обеспыливание воздуха на предприятиях строительных материалов [Текст]: Монография / П.С. Балтеренас. – М.: Стройиздат, 1990. – 180 с.
4. Банит, Ф.Г. Пылеулавливание и очистка газов в промышленности строительных материалов [Текст]: Монография / Ф.Г. Банит, А.Д. Мальгин. – М.: Стройиздат, 1979. – 352 с.: ил.
5. Бобровников, Н.А. Охрана воздушной среды от пыли на предприятиях строительной индустрии [Текст]: Монография / Н.А. Бобровников. – М., 1981. - 99 с.
6. Сергина, Н.М. Совершенствование схем компоновки многоступенчатых систем пылеулавливания с вихревыми аппаратами [Текст]: дис. канд. техн. наук: 05.14.16: защищена 31.03.00: утв.  04.07.00 / Сергина Наталия Михайлова – Волгоград, 2000. – 171 с. – Библиогр.: С. 137-149.
7. Кисленко, Т.А., Кошкарев, С.А. О применении аппарата пылеулавливания с комбинированной схемой сепарации пыли из пылегазового потока в производстве керамзита [Текст] // Альтернативная энергетика и экология. – 2013. - № 11. – С. 47-49
8. Сергина Н.М., Боровков Д.П., Семенова Е.А. Совершенствование методов очистки воздуха рабочей зоны от пыли известкового щебня, выделяющейся при разгрузке железнодорожных вагонов [Электронный ресурс]  // «Инженерный вестник Дона», 2012, №4. Ч.2. – Режим доступа: http://ivdon.ru/magazine/archive/n1y2009/250 (доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. рус.
9. Кондратенко, Т.О., Семенова Е.А., Соломахина, Л.Я. Повышение экологической безопасности производства газобетона [Электронный ресурс]  // «Инженерный вестник Дона», 2013, №3.  – Режим доступа: http://ivdon.ru/magazine/archive/n1y2009/250 (доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. рус.

10. Pasquill. F., 1976: Atmospheric Dispersion Parameters in Gaussian Plume Modeling : Part II. Possible Requirements for Change in the Turner Workbook Values. EPA-600/4-76-030b. / U.S. Environmental Protection Agency. – 44 p.
11. Workbook of atmospheric dispersion estimates: an introduction to dispersion modeling / D. Bruce Turner. – 2000. – 168 р.