Технические науки/2. Механика

Аспирант Агарков А.М., студент Краснов В.В.

Белгородский государственный технологический университет

им. В.Г. Шухова, Россия

Основные направления снижения объемов пылевых выбросов, анализ систем аспирации c частичной рециркуляцией

Анализ работ, посвященных совершенствованию аэродинамических параметров АС позволяет выделить два основных направления минимизации объемов пылевых выбросов. Первое основано на снижении составляющих объемов аспирации, втрое – на использовании рециркуляции части аспирируемого воздуха.

Объемы аспирации АС определяются выражением

, (1.1)

где - количество воздуха, поступающее в укрытие по желобу под действием эжектирующих свойств сыпучего материала и нагнетающей способности технологического оборудования; Q_н - объемы воздуха, просасываемые через неплотности укрытия.

Количество воздуха, поступающего через неплотности укрытия [1]

, (1.2)

где Р_у - разрежение в укрытии или технологическом оборудовании; - площадь неплотностей; - плотность воздуха.

Как видим, расход воздуха через неплотности укрытия находится в зависимости от их площади и разрежения в укрытии. Следовательно, при заданной величине разрежения, уменьшение площади неплотностей является наиболее эффективным способом снижения Q_н. Естественно, полностью устранить неплотности невозможно, однако, разработанные в последнее время аспирационные укрытия [2…6], позволяют свести их к минимуму.

Существенной составляющей объемов аспирации является величина , особенно в тех случаях, когда технологическое оборудование обладает вентилирующей способностью.

В настоящее время известно два способа количественной оценки эжектирующей способности потока материала: первый основан на решении уравнения сохранения энергии, второй - на интегрировании уравнения динамики.

Энергетический способ решения, предложенный впервые Бутаковым С.Е. [7], а за рубежом Хемеоном [8], состоит в том, что материал при падении теряет часть своей энергии на преодоление силы сопротивления среды. Эта энергия идет на вовлечение воздуха в движение, преодоление местного сопротивления и трения в желобе.

В основе второго, динамического подхода к решению задачи об эжекции воздуха материалом в закрытых желобах, лежит учет аэродинамического взаимодействия частиц падающего материала и воздуха.

В общем случае при перегрузке ненагретых сыпучих материалов объемы воздуха, поступающие по желобу в нижнее укрытие, составят

, (1.3)

где F - площадь поперечного сечения желоба; - сумма коэффициентов местного сопротивления (КМС) желоба и укрытия; - давление, развиваемое рабочими органами аспирируемого оборудования; DР_у - разность давлений, обусловленная действием местного отсоса (разрежение в укрытии ); Р_э - эжекционное давление.

Эжекционное давление является функцией коэффициента лобового сопротивления частиц материала, объемной концентрации материала, среднего диаметра частиц, расхода материала и его плотности, относительной скорости движения воздуха и материала в желобе, зависящих от высоты и угла падения материала.

Большинство из перечисленных параметров являются либо неуправляемыми (плотность воздуха и материала, дисперсный состав материала, форма частиц и т.п.), либо малоуправляемыми в производственных условиях (разряжение в укрытии, высота падения материала, угол наклона желоба, площадь сечения желоба и т.п.).

Единственным параметром, позволяющим снизить объемы аспирации в производственных условиях, является увеличение гидравлического сопротивления тракта "верхнее укрытие - желоб - нижнее укрытие", по которому движется эжектируемый поток воздуха.

Гидравлическое сопротивление указанного тракта обуславливается суммарным МКС, вычисляемым по формуле

, (1.4)

где - КМС соответственно верхнего укрытия (падающего конвейера), желоба и нижнего укрытия (принимающего конвейера), отнесенные к скорости воздуха в желобе.

Герметизация верхнего укрытия, способствующая увеличению , является в настоящее время наиболее сложно решаемой в производственных условиях задачей ввиду конструкции загрузочной части желоба и причин эксплуатационного характера. Наиболее перспективным является снижение объемов эжектируемого воздуха за счет увеличения гидравлического сопротивления тракта "желоб - нижнее укрытие".

Для увеличения КМС нижнего укрытия используются различные способы [3, 5,9], сводящиеся к установке на пути движения эжектируемого потока воздуха различных механических препятствий (перегородок, цепей, зигзагообразных пластин и т. п.), некоторые из которых могут также параллельно выполнять функции пылеосадительных элементов.

Для увеличения КМС перегрузочного желоба наряду с уменьшением его сечения используется установка различных механических клапанов и затворов на пути движения сыпучего материала.

Однако необходимо отметить, что перечисленные способы увеличения гидравлического сопротивления тракта "желоб - нижнее укрытие" не нашли широкого применения в связи с усложнением конструкций укрытий и желобов, снижающим их эксплуатационную надежность (износ и возможность заклинивания регулирующих элементов, зависание перегружаемого материала и т. п.).

Вторым направлением, позволяющим достичь существенного снижения объемов запыленного воздуха, выбрасываемого АС в атмосферу, является использование рециркуляции воздуха.

Доля рециркуляции в объемах аспирации может быть полной или частичной. По этому признаку существующие системы можно разделить на рециркуляционные и системы с частичной рециркуляцией.

В рециркуляционных системах аспирируемый воздух после глубокой очистки подается в помещение, в котором расположена АС. Данные системы являются наиболее эффективными с точки зрения экономии тепла. Однако эффективность пылеулавливания таких систем должна обеспечивать концентрацию пыли в очищенном воздухе, равную 0,3 ПДК на рабочем месте, что требует значительных экономических затрат и в настоящее время трудно достижимо.

Более оптимальной является частичная рециркуляция аспирируемого воздуха, которая может быть естественной или принудительной.

Принудительная рециркуляция осуществляется за счет внешнего побудителя тяги, естественная - за счет градиента давления, возникающего в желобе в результате эжекции воздуха потоком сыпучим материалом. Области избыточного давления и разряжения желоба связываются аэродинамическим каналом. Этот канал (байпас) может размещаться внутри желоба (соосно с ним или у боковых его стенок), а также вне желоба.

Литература:

1. Минко В.А., Кулешов М.И., Плотникова Л.В. и др. Обеспыливание в литейных цехах машиностроительных предприятий. – М.: Машиностроение, 1987. - 224 с.

2. Альбом унифицированного и нестандартного оборудования систем аспирации для предприятий по производству силикатного кирпича. – Белгород: БТИСМ, 1989. – 78 с.

3. Жаберов С.В. О расчете гидравлического сопротивления цепной завесы в укрытии // Тез. докл. Всесоюзной конф. "Ускорение научно-технического прогресса в промышленности строительных материалов и строительной индустрии". Ч. 3. – Белгород: БТИСМ, 1987. - С. 1О3.

4. Жаберов С.В. Эффективное укрытие с осадительными элементами// Тез. докл. Всесоюзной конф. "Фундаментальные исследования и новые технологии в строительном материаловедении".Ч.8. - Белгород: БТИСМ, 1989. – C.35.

5. А.с. № 1488521 (СССР). Аспирационное укрытие места перегрузки сыпучих материалов / Минко В.А., Шаптала В.Г., Селиванов Г.Г. и др. - опубл. в Б.И., 1989, № 15. - C. 184.

6. Абрамкин Н.Г., Лапин О.Ф. Анализ существующих аспирационных укрытий и некоторые пути их усовершенствования // Сб. научных трудов "Борьба с пылью на предприятиях по переработке сыпучих материалов". – Белгород: БТИСМ, 199О. - C.41-47.

7. Бутаков С.Е. Аэродинамика систем промышленной вентиляции. - М.: Профиздат, 1949. – 268 с.

8. Hemeon W.C.L. Plant and Process Ventilation. // N.Y.: The Industrial Press. - 1955. – Р. 352.

9. Логчев И.Н. Аспирация перегрузок сыпучих материалов агломерационных фабрик. // Сб. научных трудов "Местная вытяжная вентиляция". - М.: МДНТП, 1969 – С. 93-100.