Оптимизация выбора конструкции пылеулавливающего аппарата для предприятий дорожных и строительных производств

УДК 577.4

Оптимизация выбора конструкции пылеулавливающего аппарата для предприятий дорожных и строительных производств

Омельченко Е. В.

В настоящее время производство дорожно-строительных предприятий является одним из основных источников опасности для человека и окружающей среды. Значительное количество вредных веществ на объектах производства строительных материалов образуется в результате заготовки и переработки минерального сырья, работы асфальтосмесителей, силосов и др.

В атмосферный воздух таких предприятий выделяется большое количество взвешенных частиц - различного состава пылей, сажи, которые, рассеиваясь в атмосфере, под действием метеорологических факторов, оказывают отрицательное воздействие на человека, растительный и животный мир, на чистоту и состояние водных объектов.

Исследование дисперсного состава и физико-химических свойств цементных и неорганических пылей, поступающих в атмосферу от комбинатов дорожных и строительных материалов (ДСМ) и анализ основных конструктивных исполнений и методов расчета эффективности пылеулавливающих аппаратов инженерно-экологических систем позволили установить экспериментальные зависимости, необходимые для проектирования и расчета мощности выбросов в атмосферу. Данные были получены на предприятиях Ростовской области: ООО “АБЗ”, “Дорис”, ООО “Комбинат дорожных и строительных материалов”. Деятельность этих предприятий связана с приготовлением асфальтобетонных смесей различного состава и черного щебня, используемых для покрытий автомобильных дорог, улиц, тротуаров, а также аэродромов и гидротехнических сооружений, газобетонных блоков. Максимальный выброс загрязняющих веществ по технологии производства осуществляется непосредственно от сушильного барабана, где происходит просушивание и нагрев до заданной температуры песка и щебня нескольких фракций.

Комплекты оборудования асфальтосмесительных установок состоят из агрегата питания, сушильного агрегата с баком для топлива и системой пылеулавливания, агрегата минерального порошка, агрегата разогрева битума в хранилище, битумоплавильного агрегата, обогреваемых расходных битумных емкостей, нагревателя жидкого теплоносителя, смесительного агрегата с сортировочно-дозировочным оборудованием, оборудования для хранения готовой асфальтобетонной смеси.

Приготовление асфальтобетонных смесей и черного щебня производится в асфальтосмесительных установках. Сушильные агрегаты состоят из барабанов, топливного оборудования, баков для топлива и системы обеспыливания. Сушильные барабаны непрерывного действия просушивают и нагревают песок и щебень горячими газами по принципу противотока. Горячие газы в сушильном барабане образуются от сгорания хорошо распыленного жидкого топлива.

Для улучшения условий труда и снижения количества выбросов в атмосферу целесообразно работу сушильных барабанов асфальтобетонных заводов переводить с жидкого топлива на газ, т. к. мазут по сравнению с газом является источником образования сажи, поступающей вместе с неорганической пылью на очистку.

Основными местами интенсивного пылевыделения являются дымовая труба, загрузочная и разгрузочная коробки сушильного барабана, а также места загрузки, разгрузки и грохочения сухих песка и щебня.

Объектами исследования явились пылеулавливающие аппараты инерционного типа, чье действие основано на резком изменении движения газопылевого потока. Запыленный газ направляется через соответствующий вход на препятствие, вследствие чего происходит

резкое изменение направления потока газа. В результате под действием сил инерции из потока газа выделяются некоторые фракции - наиболее крупные, а, попав в сборный бункер, где нет вихревого движения, затем оттуда удаляются, а очищенный пылегазовый поток выходит из пылеуловителя.

Сильная запыленность на предприятиях производства дорожно-строительных материалов возникает в результате работы сушильных барабанов, где мелкие частицы пылей, освободившись от воды, легко подхватываются воздушным потоком и выносятся наружу вместе с частицами несгоревшего топлива.

Установлено, что дисперсный состав пылей строительных материалов, уловленных от технологического оборудования, состоит в основном из мелких фракций до 150 мкм. Результаты исследования показали зависимости между величиной насыпной плотности материала и средним диаметром частиц.

Была разработана физико-математическая модель для описания процесса массопереноса пыли в пылеулавливающих аппаратах предприятий ДСМ, основанная на вероятностно-стохастическом подходе.

На основании вероятностно-стохастического подхода был рассмотрен процесс массопереноса в пылеулавливающих аппаратах, выявлены конструктивные и режимные параметры, позволяющие снизить мощность пылевых выбросов в атмосферу. Для этого последовательно рассматривается процесс обеспыливания, включающий элементарные события. Траектория движения твердой частицы пыли определяется исходным положением и действием детерминированных сил с учетом дополнительно воздействующих на нее случайных сил, обусловливающих вероятный характер траектории ее движения.

Общую эффективность системы пылеулавливания определили как сумму произведений фракционных эффективностей на проходы частиц данных фракций по известной формуле

По =Е Пфг О .

2=1

Для этого последовательно рассматривается процесс обеспыливания, включающий элементарные события. Траектория движения твердой частицы пыли определяется исходным положением и действием детерминированных сил с учетом дополнительно воздействующих на нее случайных сил, обусловливающих вероятный характер траектории ее движения. В соответствии с вероятностно-стохастическим подходом, разработанным профессором Е.И.Богуславским [1] для решения задач обеспыливания и математической модели, описывающей вероятность процесса массопереноса в рассматриваемом объеме, в основу которой положено уравнение вероятности массопереноса, фракционная эффективность тождественна вероятности отдельного события

Пф =Р,.

За вероятность такого события Р, принята вероятность попадания частиц определенной фракции в бункерную зону пылеулавливающего аппарата. Получено уравнение, характеризующее вероятность попадания частиц определенной фракции в бункерную зону аппарата с учетом поля распределения расходов воздуха Qi и концентрации пыли с) фракции / во входном патрубке аппарата О

Z Pfifí.

P,= —5----------------------------------------.

Z c.Qi

]

Для усредненных скоростей пылегазового потока по осям X и Y получены следующие зависимости:

V, = 0,5V M,fl + S*/.

V /S.

VZ = 0,5VxMZ í1 + SvS j sina

V / S anZ J

Представленные аналитические решения дали возможность спланировать эксперимент и рассчитать фракционную эффективность пылеулавливания аппарата т]ф в зависимости от ряда параметров: плотности пыли, геометрического фактора формы частиц пыли, дисперсного состава пыли, величины высоты присоединения входного патрубка к корпусу аппарата, скорости на входе в аппарат, коэффициента Буссинеска, начальной фракционной концентрации пыли. По усредненным значениям скоростей газового потока с помощью интегрирования получены коэффициенты Буссинеска по осям X и Z. Показано, что профиль скоростей в значительной мере определяется закручивателями пылегазового потока. Во входном патрубке создано неравномерное поле скоростей, которое становится более равномерным в корпусе аппарата. Чем выше сечение, тем больше сказывается поле всасывающего патрубка

Выводы. Анализ режимных параметров показал, что при разработке конструкции пылеуловителя следует выбирать ограниченные значения скорости газа, обеспечивающие оптимальное сочетание эффективности, гидравлического сопротивления, габаритных размеров и высоты присоединения входного патрубка к корпусу аппарата. На основе анализа физико-химической характеристики заданной пыли, а также с учетом ПДК пыли в воздухе, выбрасываемой в атмосферу, для улавливания пылей производства дорожностроительных материалов была разработана программа расчета эффективности аппарата, которая позволяет оценить процесс движения частиц пыли, его конструктивные особенности и дает возможность проектирования различных инженерно-экологических систем для предприятий производства дорожно-строительных материалов.

Литература

1. Безопасность жизнедеятельности. Производственная безопасность человека. Учебное пособие для студентов вузов строительных специальностей. Ч.1: Управление производственной безопасностью/Под. общ. ред. Е.И. Богуславского - Ростов-на-Дону, 2001. - 96с.

2. Надежность инженерно-экологических систем и техногенный риск. Учебное пособие для студентов вузов/Н.А. Страхова - Ростов н/Дону, Ростовский государственный строительный университет,2004 - 87с.

2. Безопасность жизнедеятельности. Охрана труда в строительстве. Учебное пособие для студентов вузов/А.В.Фролов, В.А.Лепихова, Н.В.Ляшенко, С.Л.Пушенко, Н.Н.Чибинев, А.С.Шевченко - Ростов-на-Дону: Феникс, 2010 - 705с.

j cosa;