Разработка методики исследования оптимальных режимов работы пылеуловителей

УДК: 331.45

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЕЙ

Е.А. Сушко, К.А. Скляров, В.Н. Дурукин

Рассматриваются наиболее распространенные аппараты по очистке воздуха от пыли, указаны пути интенсификации процесса пылеулавливания. Дана оценка относительной эффективности существующих методов пылеулавливания. Разработана методика исследования оптимальных режимов работы пылеуловителей на основе определения количества и частоты измерений запыленности воздуха.

Ключевые слова: пылеуловители, промышленная безопасность, промышленное оборудование, запыленность воздуха, размер частиц, математическая статистика.

Поскольку в настоящее время в горнодобывающей промышленности имеется довольно большой перечень пылеулавливающего оборудования [1,3], в данной работе не стоит цель описания всего существующего оборудования. В статье рассматриваются наиболее распространенные агрегаты по очистке воздуха от пыли с учетом их производственных характеристик, а также указаны возможные пути интенсификации процесса пылеулавливания. В заключение приводятся рекомендации для проектирования, рационального выбора и использования различных типов пылеуловителей [8, 9].

При исследовании оптимальных режимов работы пылеуловителей прежде всего необходимо определить количество и частоту измерений запыленности воздуха. Нет никаких сомнений, что круглосуточные измерения с определением среднего значения позволяют судить об эффективности скрубберов, однако эта мера практически очень трудно реализуема. Количество измерений зависит от требуемой точности результатов и различных показателей, которые характеризуют вариационные ряды, представляющие значения запыленности воздуха. Чтобы выбрать наиболее оптимальное количество и частоту измерений запыленного воздуха, рассматривается метод расчета этих величин на основе математической статистики и теории вероятности.

Математическая статистика позволяет установить, из скольких единиц (членов) должен быть составлен статистический коллектив, чтобы на основании его можно было сделать заключение о генеральной совокупности с заранее выбранной достоверностью и допускаемой ошибкой.

Для определения величины коэффициента V, зависящего от ряда факторов, которые не могут быть предсказаны теоретически, необходимо выполнить статистическую обработку нескольких рядов значений запыленности, составленных по данным замеров. Измерение запыленности производится по общеизвестной методике с

помощью фильтров ДФА-В-18 и эжекторного аспиратора типа АЭРА.

Оценка относительной эффективности существующих методов пылеулавливания проводилась по-новому. Эффективность работы пылеуловителей зависит от двух переменных: количества уловленной и прошедшей через аппарат пыли [4,5]. Поэтому в данном случае нельзя относительную погрешность считать равной отношению абсолютной погрешности к величине КПД. Поскольку эффективность зависит от веса пыли в бункере и веса пыли, содержащейся в удаляемом из аппарата воздухе, относительное изменение эффективности работы аппарата можно охарактеризовать как относительное изменение обоих указанных весов пыли. Отбор проб на содержание пыли в оценке эффективности существующих пылеулавливающих аппаратов следует выполнять в последовательности, указанной выше. Таким образом, по причинам изокипетичности отбора проб с учетом предварительно измеренной скорости воздуха в воздуховоде с помощью номограммы определяется диаметром воздухозаборной насадки. В виду того что распределение пыли по размеру частиц подчиняется определенным законам, необходимо установить наиболее вероятное распределение частиц на разных стадиях пылеобразования и, используя имеющиеся статистические данные, можно построить теоретически вероятностное распределения частиц по размерам.

Для выяснения эффективности

использования того или иного вида пылеулавливающего оборудования необходимо располагать сведениями о крупности частиц, а также законом распределения по крупности. Отбор пыли для кониметрического анализа будет производиться на нескольких участках фабрики. Количество отобранных проб на каждом участке должно быть не менее 50 при различных условиях работы. Отбор пылевых проб и их обработка в лабораторных условиях будет производиться по нижеприводимой методике.

Для определения эффективности использования того или иного типа оборудования для удаления пыли необходимо иметь информацию о размере частиц и законам распределения по размеру. Извлечение пыли для кониметрического анализа будет осуществляться на нескольких участках комбината. Количество образцов для каждого участка должно быть не менее 50 при различных условиях эксплуатации. Отбор проб пыли и их обработка в лаборатории будет

где а - вес чистого фильтра, мг; Ь - вес запыленного фильтра, мг; О - расход воздуха, л/мин; 1 - продолжительность отбора проб, мин.

Необходимые приборы и оборудование: фильтр АФА, патроны (фильтро-держатели), весы АДВ-200, аспирационные приборы (эжекторы, воздуходувки и др.), приборы для определения скорости просасывания воздуха (ротаметры, литрометры), винтовые зажимы, соединительные резиновые трубки диаметром от 8 до 12 мм, штатив металлический для крепления патронов с фильтрами, часы или секундомер.

Для качественных характеристик пыли определяется его дисперсность и, при необходимости, количества частиц пыли в 1 см3. Стратегия отбора проб такая же, как и для весового метода определения запыленности.

Запыленность воздуха может меняться с течением времени (из-за колебаний нагрузки и режимов дробления и транспортировки агрегатов) и по сечениям воздуховодов. Различная концентрации пыли в разных точках сечения связана с расслоением пылегазового потока под действием инерционных сил, возникающих при движении воздуха внутри коленьев, асимметричных участков и возникновении других препятствий.

Увеличение скорости воздуха может привести к соответствующим увеличениям расслоения воздушного потока, и чем крупнее и тяжелее частицы, тем в большей степени их разделение на неровных участках воздушного тракта. В горизонтальных каналах большой длины может быть повышенная концентрация пыли в нижней части из-за гравитационных сил. Из-за неравномерности пыли во времени для получения достоверных результатов необходимо провести несколько серий измерений с последующим усреднением. Из-за неравномерности концентрации пыли в различных точках сечения для определения средней по сечению воздуховодов запыленности замеры производятся с разбивкой сечения на равномерные площадки, так же как при определении динамических напоров.

Наиболее важным фактором, влияющим на точность результатов, является скорость во входном отверстии носика используемого пробоотборного

осуществляться в соответствии со следующей методикой.

Рассмотрим весовой метод определения содержания пыли в воздухе. Через предварительно завешенный фильтр пропускаем определенный объем воздуха. После отбора пробы фильтр снова взвешиваем. Зная объем пропускаемого воздуха через фильтр и вес пыли на фильтре, определяем концентрацию пыли в1м3 воздуха

устройства, которая должна быть равна скорости запыленного потока в воздуховоде (так называемый изокинетический отбор воздуха). Если скорость отбора превышает скорость воздушного потока, более крупные частицы из внешней части отбираемого объема воздуха, стремясь по инерции сохранить прежнее направление движения, пройдут мимо входного пробоотборного устройства. В результате полученная величина запыленности окажется заниженной, а отобранная пыль будет более мелкой [2,7].

При отборе с пониженной скоростью произойдет обратное явление. Однако увеличение скорости отбора способствует размыванию зон застоя, образующихся перед пробоотборными устройствами, поэтому скорость отбора воздуха желательно немного завышать и тем самым способствовать получению более точных результатов.

Величина превышения скорости отбора, необходимого для получения действительных значений запыленности при использовании различных пробоотборочных устройств, определяется опытным путем. Скорость отбора проб (с учетом механической прочности фильтров и умеренного гидравлического сопротивления) не должна превышать 10-20 л/мин. При концентрации пыли, приближающейся к 1 г/м3, желательно иметь небольшую скорость отбора пробы, чтобы удобное для подсчета число частиц осаждалось на фильтрах в поддающиеся контролю отрезки времени. Для соблюдения условия изокинетичости при различных скоростях воздуха и отбора пробы трубка снабжается смежными наконечниками разного диаметра.

При пылях, частицы которых не очень отличаются по размерам, можно ограничиваться измерением примерно 5000 частиц; при значительной полидисперсности следует производить измерения нескольких тысяч частиц.

Когда рассматривается пыль, частицы которой не сильно отличаются по размеру, можно ограничиться размером около 5000 частиц; при значительной полидисперсности необходимо производить измерения нескольких тысяч частиц. Поскольку подсчет пылинок в микроскопе -

X =

(b -a)1000

Qt

операция трудоемкая и утомительная, следует при возможности фотографировать изображение частиц с помощью микрофотонасадки и производить их подсчет на увеличенных фотоотпечатках или проекциях полученных негативов на листах белой бумаги. Наряду со значительным облегчением труда этот метод позволяет получить более точные результаты. Вместе с препаратом изучаемой пыли фотографируется объект-микрометр. Это облегчает определение масштаба изображения пылинок, получаемого с помощью фотоувеличителя. Определяя распределение пылинок по размерам их изображения на фотоотпечатке или экране фотоувеличителя, удобно пользоваться шаблонами. При этом площадь пылинок неправильной формы

Библиографический список

1. Аксенов С.П. Промышленная безопасность при проектировании систем пылеудаления дробильных производств / С.П. Аксенов, Е.А.Сушко // Научный вестник Воронеж. гос. арх.-строит. ун-та. Строительство и архитектура. — 2008. —№2 (10). — С. 162—173.

2. Облиенко А.В. Экспериментальные исследования закономерностей распространения веществ в промышленных помещениях / А. В. Облиенко, С.О.Потапова, Е.А.Сушко // Научный вестник Воронеж, гос. арх.-строит. ун-та. Строительство и архитектура. —2010. —№3 (19). — С. 154—163.

3. Полосин И.И. Охрана атмосферы от выбросов промышленной вентиляции и котельных: учебное пособие для студентов, обучающихся по специальности 270109 "Теплогазоснабжение и вентиляция" / И.И. Полосин. - Воронежский гос. архитектурно-строит. ун-т. Воронеж. - 2007. (2-е изд., перераб. и доп.).

4. Полосин И.И. Очистка вентиляционных выбросов предприятий стройиндустрии / И.И. Полосин, Ю.В Тройнина, Т.В. Щукина // Известия высших учебных заведений. Строительство. - 1996. -№6.-С. 90- 93.

5. Полосин И.И. Охрана атмосферы от выбросов промышленной вентиляции / И.И. Полосин, А.И. Скрыпник - Воронеж. ВГАСА. - 1998. —154 с.

6. Скляров К.А. Пожарная опасность технологического оборудования, работающего под давлением/К.А. Скляров, Е.А. Сушко, М.С. Гигиев, Н.А. Старцева / Пожарная опасность: проблемы и перспективы. -2010. - Т. 1 -№1 (1). - С. 158 - 160.

7. Старцева Н.А. Выбор оптимальной схемы удаления загрязненного воздуха в условиях взрывопожароопасной ситуации / Н.А. Старцева, С.А. Колодяжный, КН. Сотникова // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета Серия: Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения. - 2013. -№ 6.-С. 124 -126.

8. Сушко Е.А. Анализ эффективности систем пылеулавливания при применении уголкового фильтра / Е.А. Сушко, И.И. Переславцева, В.Н. Дурукин, А.В. Ряскова // Научный журнал. Инженерные системы и

сравнивается с площадью кружков, нарисованных на шаблоне в соответствующем масштабе. Подсчитав число частиц, имеющих размеры в определенном интервале (фракции), получают так называемое счетное распределение.

В результате проведенных исследований разработана методика исследования оптимальных режимов работы пылеуловителей на основе определения количества и частоты измерений запыленности воздуха [6,8,10]. На основании полученных данных можно будет сделать выводы о целесообразности применения того или иного вида пылеулавливающего оборудования на данном участке.

References

1. Aksenov S.P. Promyshlennaya bezopasnost' pri proektirovanii sistem pyleudaleniya drobil'nyh proizvodstv / S.P. Aksenov, E.A.Sushko // Nauchnyj vestnik Voronezh. gos. arh.-stroit. un-ta. Stroitel'stvo i arhitektura. — 2008. —№2 (10). —S. 162—173.

2. Oblienko A.V. EHksperimental'nye issledovaniya zakonomernostej rasprostraneniya veshchestv v promyshlennyh pomeshcheniyah / A.V. Oblienko, S.O.Potapova, E.A.Sushko // Nauchnyj vestnik Voronezh. gos. arh.-stroit. un-ta. Stroitel'stvo i arhitektura. — 2010. — №3(19).—S. 154—163.

3. Polosin I.I. Ohrana atmosfery ot vybrosov promyshlennoj ventilyacii i kotel'nyh: uchebnoe posobie dlya studentov, obuchayushchihsya po special'nosti 270109 "Teplogazosnabzhenie i ventilyaciya" / I.I. Polosin. -Voronezhskij gos. arhitekturno-stroit. un-t. Voronezh. -2007. (2-e izd., pererab. i dop.).

4. Polosin I.I. Ochistka ventilyacionnyh vybrosov predpriyatij strojindustrii / I.I. Polosin, YU.V Trojnina, T. V. SHCHukina // Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Stroitel'stvo. - 1996. -№6.-S. 90 - 93.

5. Polosin I.I. Ohrana atmosfery ot vybrosov promyshlennoj ventilyacii / I.I. Polosin, A.I. Skrypnik. -Voronezh. VGASA. - 1998. - 154 s.

6. Sklyarov K.A. Pozharnaya opasnost' tekhnologicheskogo oborudovaniya, rabotayushchego pod davleniem / K.A. Sklyarov, E.A. Sushko, M.S. Gigiev, N.A. Starceva / Pozharnaya opasnost': problemy i perspektivy. -

2010. -T. 1 -№1 (1). -S. 158 - 160.

7. Starceva N.A. Vybor optimal'noj skhemy udaleniya zagryaznennogo vozduha v usloviyah vzryvopozharoopasnoj situacii / N.A. Starceva, S.A. Kolodyazhnyj, K.N. Sotnikova // Nauchnyj vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo arhitekturno-stroitel'nogo universiteta. Seriya: Fiziko-himicheskie problemy i vysokie tekhnologii stroitel'nogo materialovedeniya. - 2013. -N° 6. -S. 124 - 126.

8. Sushko E.A. Analiz ehffektivnosti sistem pyleulavlivaniya pri primenenii ugolkovogo fil'tra / E.A. Sushko, I.I. Pereslavceva, V.N. Durukin, A.V. Ryaskova // Nauchnyj zhurnal. Inzhenernye sistemy i sooruzheniya. -

2011. -№2.-S. 17-21.

9. Sushko E.A. Ispol'zovanie ugolkovyh fil'trov dlya umen 'sheniya koncentracii pyli v aspiracionnom vozduhe /

сооружения. - 2011. -N° 2. - С. 17-21.

9. Сушко Е.А. Использование уголковых фильтров для уменыиения концентрации пыли в аспирационном воздухе /Е.А. Сушко, ИИ. Переславцева, P.A. Шепс // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения. -2013. -№6.-С.И9-123.

10. Сушко Е. А. Использование логико-графических методов анализа риска возникновения аварийной ситуации на опасном производственном объекте / ЕЛ. Сушко, H.H. Гордиенко, AB. Облиенко И Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. - 2010. - № 3.-С. 148-153.

E.A. Sushko, I.I. Pereslavceva, R.A. SHeps // Nauchnyj vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo arhitekturno-stroitel'nogo universiteta. Seriya: Fiziko-himicheskie problemy i vysokie tekhnologii stroitel'nogo materialovedeniya. - 2013. -№6. -S. 119-123.

10. Sushko, E.A. Ispol'zovanie logiko-graficheskih metodov analiza riska vozniknoveniya avarijnoj situacii na opasnom proizvodstvennom ob"ekte/ E.A. Sushko, N.N. Gordienko, A. V. Oblienko // Nauchnyj vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo arhitekturno-stroitel'nogo universiteta. Stroitel'stvo i arhitektura. - 2010. - № 3. - S. 148 -153.

DEVELOPMENT OF METHODOLOGY FOR THE STUDY OF OPTIMAL MODES OF OPERATION OF DUST COLLECTORS

Discusses the most common devices for cleaning the air from dust, ways of intensification of the process of dust collection. The estimation of the relative effectiveness of existing methods of dust collection. The methodology of research of optimum modes of operation of the dust collectors on the basis of determining the number and frequency of measurements of air dustiness.

Key words: dust collectors, industrial safety, industrial equipment, dustiness, particle size, mathematical statistics.

Сушко Елена Анатольевна,

зав. кафедрой пожарной и промышленной безопасности, доцент, к.т.н.,

Воронежский государственный технический университет,

Россия, г. Воронеж,

e-mail: u00075@ygasu.vrn.ru.

Sushko E. A.,

head. the Department of fire and industrial safety associate Professor, Ph. D., Voronezh state technical University, Russia, Voronezh

Скляров Кирилл Александрович,

доцент кафедры пожарной и промышленной безопасности, доцент, к.т.н.,

Воронежский государственный технический университет,

Россия, г. Воронеж,

e-mail: u00078@ygasu.vrn.ru.

Sklyarov K.A.,

Professor of fire and industrial safety, associate Professor, Ph. D., Voronezh state technical University, Russia, Voronezh,

Дурукин Вячеслав Николаевич,

аспирант кафедры пожарной и промышленной безопасности, Воронежский государственный технический университет, Россия, г. Воронеж, e-mail: e995@mail.ru. Durukin V.N.,

postgraduate student of fire and industrial safety department, Voronezh state technical University, Russia, Voronezh

© Сушко E.A., Скляров К.А., Дурукин B.H., 2017