авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Обеспыливание вентиляционных выбросов насыпными комбинированными фильтрами при производстве огнеупоров

На правах рукописи

ЧУГУНОВА ИРИНА АНАТОЛЬЕВНА ОБЕСПЫЛИВАНИЕ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ ВЫБРОСОВ НАСЫПНЫМИ КОМБИНИРОВАННЫМИ ФИЛЬТРАМИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ОГНЕУПОРОВ Специальность 05.23.03 – Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж – 2013

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образова тельном учреждении высшего профессионального образования «Воронежский государственный университет инженерных технологий».

Научный консультант: доктор технических наук, профессор, профессор Красовицкий Юрий Владимирович

Официальные оппоненты: Сотникова Ольга Анатольевна доктор технических наук, Воронежский государственный архитектурно-строительный университет, кафедра теплогазоснабжения и нефтегазового дела, профессор Лушникова Елена Николаевна кандидат технических наук, Воронежская государственная лесотехническая академия, кафедра электротехники, теплотехники и гидравлики, доцент

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образова образов ния «Воронежский государственный технический университет»

Защита диссертации состоится 21 марта 2013 года в 1300 на заседании дис сертационного совета Д 212.033.02 при Воронежском государственном архи тектурно-строительном университете по адресу: 394006, г Воронеж, ул. 20 Воронеж летия Октября, 84, ауд. 3220;

тел тел./факс: (473)271-53-21.

.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государ ственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат размещен строительного на официальном сайте Минобрнауки РФ и на официальном сайте Воронежско го ГАСУ.

Автореферат разослан 19 февраля 2013 года.

Ученый секретарь диссертационного совета А.И. Колосов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В связи с интенсификацией производства, износом технологического оборудования и нерациональной организацией природо охранных мероприятий запыленность окружающей среды постоянно растет. В этих условиях общий объем реальных вентиляционных выбросов из аспираци онных систем, не учитываемых федеральной статистикой, увеличивается. Ра циональным решением по снижению уровня воздействия пылегазовых выбро сов на атмосферу является использование максимально замкнутых технологий и производств, позволяющих комплексно использовать перерабатываемое сы рье и сводящих к возможному минимуму количество отходов непосредственно в самих технологических процессах.

В производстве конструкционных огнеупоров и строительных материалов наиболее распространены рукавные фильтры, которые имеют небольшой ре сурс работы и не всегда способны осуществить очистку в соответствии с нор мами ПДВ. Зернистые фильтры имеют ряд безусловных преимуществ по срав нению с рукавными: механическая прочность, высокая эффективность, способ ность к многократным регенерациям и созданию замкнутой технологии.

Одним из путей организации замкнутой технологии в рассматриваемых от раслях является использование насыпных комбинированных структур, которые обеспечивают высокую степень очистки и могут быть использованы вместе с уловленным материалом в производстве в качестве сырья.

В работе анализируется режим функционирования предложенного ориги нального насыпного комбинированного фильтра с несвязанной структурой зер нистого слоя (НКФ), способного осуществлять последовательную очистку от взвешенных частиц различной дисперсности.

Цель работы – разработка нового насыпного комбинированного фильтра для обеспыливания вентиляционных выбросов при производстве огнеупоров и создание замкнутой технологии.

Задачи исследования. Достижение поставленной цели потребовало ком плексного решения следующих задач:

анализ физико-химических свойств дисперсной фазы вентиляционных выбросов и существующих систем пылеулавливания на основе фильтров с не связанной структурой зернистого слоя;

разработка оригинального экспериментального фильтра и схемы его включения в технологическую производственную линию;

построение адекватных математических моделей, эффективно прогно зирующих рабочие параметры предложенных фильтров на основе НКФ;

проведение экспериментальных исследований для выявления опти мального технологического режима работы аппарата;

разработка максимально замкнутой технологии пылеулавливания, по зволяющей соблюсти нормы ПДВ и обеспечить экономическую эффективность от реализации и внедрения систем.

Методы исследования и достоверность результатов обеспечиваются со вместным использованием классических закономерностей механики аэрозолей и теории фильтрования, которые в сочетании с экспериментально статистическими методами анализа обеспечили получение представительных и устойчиво воспроизводимых результатов. При проведении экспериментов ис пользованы апробированные методики НИИОГАЗа, ГИНЦВЕТМЕТа и НИФХИ им. Л.Я. Карпова. При этом максимальное расхождение результатов теоретиче ских и экспериментальных исследований не превышает 810 % с доверительной вероятностью 95 %, что следует признать вполне удовлетворительным.

Научная новизна работы состоит в следующем:

предложено конструктивное решение процесса пылеулавливания для огнеупорного производства. Принципиальная новизна этих решений, отраженная в полученных патентах, состоит в том, что последовательно расположенные фильтровальные слои могут быть установлены на различном расстоянии друг от друга, что позволит увеличить площадь фильтрования для достижения необходи мой эффективности пылеулавливания;



предложены и экспериментально проверены математические интер поляционные модели в обобщенных переменных для расчета общей и фракци онной эффективности процесса фильтрования вентиляционных выбросов через насыпной комбинированный фильтр, которые учитывают большее количество факторов (Н, w, dэ, ), влияющих на гидродинамику процесса, чем классические модели, полученные с помощью дифференциальных уравнений;

определены оптимальные технологические режимы фильтрования с помощью НКФ. Установлено, что удельная нагрузка на поверхность фильтро вания составляет 30 м3/м2мин;

впервые разработаны оптимальные способы регенерации насыпного комбинированного фильтра. Установлено, что обратная продувка через перфори рованные продувочные трубки с использованием буферной емкости для сжатого воздуха является наиболее предпочтительным решением;

установлено, что основными параметрами при расчете эффективности очистки воздуха от пыли через НКФ являются дисперсный состав пыли и вы сота зернистого слоя;

предложена оригинальная схема, включающая транспортирующие устройства фирмы «Шраге», обеспечивающая замкнутый характер технологи ческого процесса. Уловленная пыль вместе с отработанным фильтровальным материалом возвращается в производство.

На защиту выносятся:

предложенное конструктивное решение процесса пылеулавливания для огнеупорного производства;

математические интерполяционные модели в обобщенных перемен ных для расчета общей и фракционной эффективности процесса фильтрования вентиляционных выбросов через НКФ;

оптимальные технологические режимы фильтрования с помощью НКФ;

способы и технологические параметры регенерации НКФ;

оригинальная замкнутая схема очистки вентиляционных выбросов промышленного назначения.

Практическая ценность диссертации. Разработан и рекомендован фильтр для очистки аспирируемого воздуха от смесительного, дозирующего и шлифовального оборудования на ОАО «Семилукский огнеупорный завод», ЗАО «Семилукский комбинат строительных материалов», где использование крупногабаритных систем пылеулавливания нецелесообразно и недостаточно эффективно. Отдельные аспекты работы используются на практике Белгород ским государственным технологическим университетом им. В.Г. Шухова, Во ронежским государственным университетом инженерных технологий. Специ альные рекомендации по методике и проведению пылегазовых замеров выданы Федеральной службе по надзору в сфере защиты прав потребителей и благопо лучия человека (Территориальному управлению по Воронежской области).

Апробация работы. Результаты выполненных исследований доложены и об суждены на 4-й и 5-й Всесоюзных научно-практических конференциях с между народным участием «Экологические проблемы промышленных городов» (г. Сара тов, 2009-2011 гг.);

на XXI Международной научной конференции «Математиче ские методы в технике и технологиях» (г. Тамбов, 2008 г.);

на 3-й Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии и оборудование для пищевой промышленности» (г. Воронеж, 2009-2010 гг.);

на научной конфе ренции с международным участием «Пищевая наука, техника и технологии» (Бол гария, г. Пловдив, 2009-2010 гг.);





на III Международной научно-практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии» (г. Там бов, 2008 г.);

на Московской международной научно-практической конференции «Биотехнология и экология крупнейших городов» (г. Москва, 2010 г.);

на XXIV научной конференции стран СНГ «Дисперсные системы» (Украина, г. Одесса, 2010 г.).

Публикации. По результатам исследования опубликовано 22 научные ра боты, из них 6 – в изданиях, рекомендованных ВАК: «Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий», «Строительные ма териалы», «Химическое и нефтегазовое машиностроение».

В статьях, опубликованных в рекомендованных ВАК изданиях, показана технологическая и экологическая целесообразность использования зернистых фильтров из вентиляционных и аспирационных выбросов при сухом пылеулав ливании, а также изложены основные результаты исследования. Получено че тыре патента РФ и одно положительное решение патентной экспертизы.

Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, изложенных на 170 страницах машинописного текста, основных выводов, списка литературы, содержащего 130 наименований, и приложения.

Диссертация содержит 48 рисунков, 17 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлено современное состояние пылеулавливания вен тиляционных выбросов, обоснована актуальность темы диссертационной рабо ты, научная новизна и практическая значимость выполненных исследований.

В первой главе выполнен анализ современных способов фильтрования вентиляционных выбросов с твердой дисперсной фазой, изучены особенности технологического производства огнеупоров и строительных материалов, при ведены данные медико-экологического мониторинга производства, рассмотре ны основные нормативно-правовые аспекты работы огнеупорных предприятий в области пылеулавливания.

Детальный обзор и анализ способов фильтрования подтвердил необходи мость создания и усовершенствования существующих систем пылеулавливания с зернистыми насыпными слоями и определил задачи работы.

В работе предложен алгоритм исследований, позволяющий анализировать и оптимизировать процесс обеспыливания вентиляционных выбросов с помо щью НКФ.

Во второй главе дан анализ методик проведения замеров и основных фи зико-химических характеристик дисперсной фазы вентиляционных выбросов огнеупорного производства.

В качестве контролируемых параметров до и после фильтра выбрана оцен ка расхода пылегазового потока, гидравлическое сопротивление, общий пере пад давлений, температурные условия пылеулавливания, общая и фракционная эффективность очистки.

В работе использован изокритериальный способ проведения пылегазовых замеров, состоящий в обеспечении равенства двух критериев Стокса: в устье заборного устройства Stki = ui p / Di (1) и в кольцевом пространстве между этим устьем и внутренним диаметром пыле газового тракта:

Stke = ue p / De. (2) Изокритериальность обеспечивается при условии Stki / Stke = 1, (3) где ui – скорость аспирации аэрозоля;

ue – скорость течения аэрозоля в зоне ас пирации;

p – продолжительность релаксации;

Di, De – внутренний и внешний диаметры наконечника зонда.

При этом отношение миделевых сечений устья заборной трубки и газохода не должно превышать 3,5 %, так как в противном случае нарушается предста вительный характер отбора пробы. Линейная скорость пылегазового потока из мерялась микроманометрами типа ММН.

Эксперименты проводились на двух видах технологических пылей: перик лаза и графито-периклаза. Для анализа дисперсного состава уловленную пыль изучали под микроскопом «Neofot-32». На рис. 1 представлены микрофотогра фии производственных пылей.

Как показывают микрофотографии, для зернистого слоя с толщиной 40 мм справедливо: для периклаза (0,06 dm 20)·10-6 м, для графито-периклаза (0, dm 10)·10 м, где dm средний медианный диаметр частицы.

- б) а) Рис. 1. Микрофотографии реальных производственных пылей на зерни стом слое (толщина 40 мм): а) периклаз;

б) графито-периклаз В третьей главе особое внимание уделено анализу идеализированных мо делей, механизмов, особенностей и вторичных явлений при обеспыливании с помощью НКФ (модели Гагена-Пуайзеля, Вили-Спанглера, Карнелла-Катца и др.). Рассмотрены механизмы фильтрования аэродисперсных систем комбини рованными фильтровальными слоями (инерционное осаждение, зацепление, се диментация, диффузия и турбулентная миграция), преобладающие в известном диапазоне изменения значения критерия Re от 5·102 до 1·104.

Общая эффективность пылеулавливания НКФ должна быть больше любой парциальной эффективности, но меньше, чем их сумма. Лучшее приближение достигается при допущении, что частицы, не уловленные в результате осажде ния одним из механизмов, осаждаются под действием других. Выражение сум марной эффективности имеет вид (4) Э = 1 (1 Эi )(1 Эh )(1 Эs )(1 Эd )(1 Эт )(1 Эт. м. )(1 Ээл.ст. ), где Эi эффективность улавливания в результате инерционного осаждения, Эh эффективность улавливания в результате зацепления;

Эs эффективность улав ливания в результате седиментации;

Эd эффективность улавливания в резуль тате диффузии;

Эт эффективность улавливания в результате термофореза;

Эт.м. эффективность улавливания в результате турбулентной миграции;

Ээл.ст.

эффективность улавливания в результате электростатического осаждения.

Пыль, не уловленная в первом по ходу пылегазового потока слое фильт ра, улавливается в последующих.

Схема фильтрования представлена на рис. 2. При фильтровании через на сыпной комбинированный слой пылегазовый поток, переходя от слоя с боль шим размером зерна к слою с меньшим размером зерна, меняет концентрацию и дисперсный состав пыли. Изменяется и режим течения газа в порах – начина ется процесс с преобладанием накопления осадка на поверхности слоя и обра зованием автофильтра с постепенным забиванием пор слоя. Именно поэтому для анализа перепада давлений на таком фильтре теоретически можно выде лить преобладающий характер для каждого подслоя и, основываясь на таком подходе, получить данную характеристику для каждого из подслоев.

Общий перепад давлений будет равен Р = P' + P''+P''', (5) где Р' – перепад давлений, возникающий на фильтре за счет возникновения автофильтра на первом по ходу пылегазового потока слое, Па;

Р'' – перепад давлений, возникающий за счет постепенного закупоривания пор первого по ходу потока зернистого слоя, Па;

Р''' – перепад давлений, возникающий за счет постепенного закупоривания пор второго зернистого слоя, Па.

Рис. 2. Механизмы фильтрования через НКФ Аналитическое выражение перепада давлений, создаваемого первым по ходу пылегазового потока слоем с диаметром зерна (3 dз 6) мм НКФ при протекании процесса с образованием автофильтра, имеет вид Q 2 x н ro c P =. (6) 2R Зависимость, характеризующая перепад давлений на первом слое зерни стого фильтра при протекании процесса с постепенным закупориванием пор, имеет вид 14 µ h1 V (7) P( ) =.

(1 K нe m ) (rз' )2 (1 ) R 4 h Перепад давлений, возникающий на втором зернистом слое с диаметром зерна (1 dз 3) мм по ходу пылегазового потока при протекании процесса с постепенным закупориванием пор, имеет вид 14 µ h2 V P( ) = (8).

( xн Кн2 e2 m ) (rз ) (1 ) R " 4 h После ряда преобразований и математической обработки получаем Q2 xн rос 14µ h1 Q 14 µ h2 Q, (9) P() = + + R ' 1 Кне 2 " 2 (xнКн e ) 2 2 2m m R (rз ) (1 4) R (rз ) 4 h1 h где rос – радиус осадка пылевого слоя, rз', rз" – радиус зерна первого и второго по ходу пылегазового потока слоя НКФ, м;

V – расход пылегазовой смеси, м3/с;

µ – вязкость пылегазовой смеси, Па·с;

R – радиус фильтровального слоя фильтра, м;

h1 – высота первого по ходу пылегазового потока зернистого слоя, м;

h2 – высота второго по ходу пылегазового потока зернистого слоя, м;

– продолжи тельность фильтрования, мин;

хн – начальная объемная концентрация дисперс ной фазы в пылегазовом потоке;

Q – расход пылегазового потока, м3;

Кн – на чальный коэффициент проскока.

При прохождении через НКФ после первого слоя концентрация пыли из меняется и во втором по ходу газа слое процесс будет идти только с постепен ным закупориванием пор зернистого слоя. Расчетные зависимости общего пе репада давлений на НКФ от продолжительности процесса фильтрования P=f() при разных начальных концентрациях пыли графито-периклаза в пыле газовом потоке приведены на рис. 3.

На рис. 4 приведены зависимости, полученные экспериментально и рас четным путем по уравнению (9). Полученные зависимости были использованы при разработке НКФ.

Рис. 3. Зависимость P=f() Рис. 4. Зависимости P=f() при R = 0,05 м: при R = 0,005 м:

хн = 0,01 кг/м3 по уравнению 1 хн = 0,001кг/м3 экспериментально 2 В четвертой главе представлен разработанный автором насыпной комби нированный фильтр с продувочными трубками. Конструкция фильтра, пока занная на рис. 5, позволяет оперативно менять сменную фильтровальную кассе ту, что обеспечивает мобильность и непрерывность работы оборудования.

Разработанная экспериментальная схема с насыпным комбинированным фильтром представлена на рис. 6.

Рис. 5. Насыпной комбинированный экспериментальный фильтр:

1 – корпус фильтра;

2 – корпус сменной кассеты фильтра;

3 – металлическая сетка;

4 – фильтровальная ткань;

5 – ограничители тол щины слоя;

6 – резиновая уплотнительная прокладка;

7 – распределительное устройство;

8 – камера запыленного воздуха;

9 – коллектор запыленного возду ха;

10 – коллектор очищенного воздуха;

11 – патрубок сбора уловленной пыли;

12 – зернистые (фильтровальные) слои различного гранулометрического соста ва;

13 – регенерирующие патрубки (дополнительные передвижные коммуника ции для импульсной регенерации зернистых слоев);

14 – пружинные клапаны;

15, 17 – крепежные болты;

16 – металлическая решетка;

18 – штуцера для регенерирующего агента Рис. 6.

Экспериментальная схема с насыпным комбини рованным фильтром:

1 – производственный газопровод;

2 – эксперименталь ный патрон;

3 – микроманометр;

4 – модуль для замера пыли в пылегазовом потоке (а – фильтровальная гильза, б – реометр, в – воздуходувка);

5 – воздуходувка;

6 – импактор НИИОГАЗа Для оценки общей и фракционной эффективности улавливания частиц пы ли использовали квазивиртуальный импактор НИИОГАЗа. Полученные резуль таты представлены в виде интегральных кривых на рис. 7. На данных графиче.

ских зависимостях каждая точка показывает относительное содержание частиц с дисперсностью выше и ниже заданной. Интегральные кривые удобно исполь зовать для фракционного анализа потока до и после пылеулавливающего уст ройства.

При работе с зернистыми слоями часто используют не эффективность Э, а коэффициент проскока К=1–Э. Наличие достоверных данных о дисперсном со К ставе пыли позволяет определить фракционный коэффициент проскока:

Kn=K·Dn, (10) где Kn – коэффициент проскока фракции с n размером частиц Dn – вероятность частиц;

нахождения частиц данной фракции в пылегазовом потоке после НКФ.

Эффективность, % Эффективность, % После фильтра До фильтра После фильтра До фильтра 0,3 0,5 1 10 0,3 0,5 1 10 Дисперсность частиц dч, мкм Дисперсность частиц d мкм dч, б б) а) Рис. 7. Дисперсный анализ:

а) графито-периклазовой;

б) периклазовой пыли графито В работе исследовано влияние толщины зернистого слоя и диаметра зерен на коэффициент проскока, результаты исследований представлены в виде гра проскока фических зависимостей на примере пыли графито-периклаза (рис. 8).

периклаза Экспериментальная оценка общего перепада давлений при работе НКФ представлена на рис. 9 и 10.

Анализ показал, что при высоте слоя, превышающей 2 -3м, коэффициент 2· проскока не меняется, а гидравлическое сопротивление возрастает, что приво возрастает дит к росту энергозатрат Установлено, что первый по ходу фильтрующий слой энергозатрат.

крупными гранулами зерна (7·10-3м) (в 9294 % случаев НКФ должен быть с крупны задерживаются частицы пыли со значением dm 710 мкм Во втором слое, мкм).

при dз =3·10 м, происходит более тонкая очистка от частиц пыли размером 2– - 7 мкм. Возможно использование последнего слоя НКФ по ходу пылегазового потока в качестве адсорбента для удаления токсичных компонентов из венти ляционных выбросов.

б) a) Рис. 8. Зависимость К=f() при хн=16,110-3 кг/м3, dm =4 мкм, lg =0,35:

а) 3dз 9 мм;

б) 10 H 40 мм;

dз – диаметр зерна, Н – высота слоя, хн – начальная концентрация, dm – средний медианный диаметр частиц;

– среднее квадратичное отклонение логарифма диаметров частиц Продолжительность фильтрования, мин Продолжительность фильтрования, мин б) a) Рис. 9. Зависимость Р=f() Рис. 10. Зависимость Р=f() для периклазовой пыли для графито-периклазовой пыли при хн=26,110-3 кг/м3, при хн=16,110-3 кг/м3, dm = 4 мкм, dm =28 мкм, lg =0,32;

Н =2·10-3м;

lg =0,35;

Н =2·10-2м;

dз=710-3м dз=710-3м Методом априорного ранжирования определены доминирующие факторы, влияющие на эффективность работы фильтра. Зависимость коэффициента про скока от исследуемых параметров представлена в виде К= (Н, w, dэ, ), (11) где Н высота фильтрующего слоя, м;

w скорость пылегазового потока, м/с;

dэ – диаметр эквивалентный порового пространства, м;

время фильтрования, мин.

Для получения уравнений регрессии, характеризующих общий и фракци онные коэффициенты проскока, рационально планировать эксперимент по ме тоду Бокса-Уилсона с последовательной реализацией небольших серий опытов при варьировании значимых факторов.

В результате математической обработки получили уравнение общего ко эффициента проскока для графито-периклазовой пыли:

lnK-1 =1,28 - 0,09x1 - 0,07x2 - 0,038x3 + 0,03x4, (12) где натуральные значения факторов Н, w, dэ, обозначены соответственно че рез х1, х2, х3 и х4.

Особый интерес представляет определение фракционных коэффициентов проскока дисперсной фазы. Эти коэффициенты наиболее представительны при оценке работы НКФ. Они показывают, какие фракции дисперсной фазы и в ка кой степени задерживаются перегородкой. Серия опытов проведена для фрак ции 2-5 мкм и 7-10 мкм. Получены следующие уравнения регрессии:

lnK-12-5мкм=5,89 + 0,063х1 +0,063x2 +0,19x3 - 0,11x4, (13) lnK-17-10мкм=5,02 + 0,13х1 -0,061x2 +0,029x3 - 0,7x4. (14) На рис. 11 представлены графические зависимости К= f (H, w), получен ные экспериментально и по уравнению (12).

Рис. 11. Зависимости К= f (H, w) Эффективность применения зернистых фильтров зависит от способа реге нерации. В работе исследован метод регенерации обратной продувкой через перфорированные трубки и продувочные трубки с буферной камерой. Схема регенерации представлена на рис. 12.

При регенерации данным методом скорость обратной продувки 0,40, м/с. Проведен ряд экспериментов по определению цикла регенерации: установ лено время протекания процесса фильтрования и продолжительность обратной продувки, определено время продувки фильтров при условии сохранения оп тимальной высоты автофильтра (табл. 1).

Рис. 12. Системы реге нерации НКФ: 1 – про дувочные трубки;

2 – буферная емкость для сжатого воздуха;

3 – корпус фильтра;

4 – от верстия в продувочных трубках;

5, 6, 7 – соот ветственно 1-й, 2-й, 3-й зернистые слои Таблица Параметры регенерации НКФ Параметры Параметры регенерации пылегазового потока Продолжительность регенерации рег, мин Вы Фильт- сота С Дисперс руемая Высота Об- проду С проду фильт Концентра ность пыль осадка, рат- дувоч вочными рую- ция пыли, пыли, hос·10- 3м ная воч- трубками кг/м щего мкм про и буфер слоя ными дув- ной ка Н, м труб ка мерой ками графи dm= то хн=16,110- 0,02 7 74 45 перик- lg =0, лаза dm= перик хн=26,110- 0,02 8 48 45 лаза lg =0, В пятой главе произведены технические расчеты для установки фильтров на основе НКФ с расширенной поверхностью фильтрования и возможностью оперативного удаления отработанных насыпных слоев. Замкнутая схема очист ки вентиляционных выбросов с НКФ на ОАО «СОЗ» (цех № 1) представлена на рис. 13.

Рис. 13. Схема включения НКФ на ОАО «СОЗ»:

1 – первая ступень очистки – батарейный циклон;

2 – насыпной комбини рованный фильтр;

3 – газодувка;

4 – транспортирующая цепь;

5 – клапан;

6 – приводная станция транспортера;

7 – натяжная станция транспортера;

8 – электродвигатель;

9 – буферная камера пневморегенерации

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ 1. Доказана целесообразность процесса пылеулавливания с помощью НКФ в условиях производства огнеупорных и строительных материалов. Установле но, что наличие многокомпонентных полидисперсных потоков требует разра ботки многослойных фильтровальных элементов.

2. Исследован дисперсный состав пылей периклаза и графито-периклаза, получены интегральные кривые, позволяющие оценить диапазон действия НКФ, и при этом установлено, что d m 20 мкм.

3. Разработан экспериментальный многослойный фильтр, в котором в ка честве фильтрующей среды использованы огнеупорные материалы различной зернистости, позволяющий осуществлять последовательную очистку полидис персного потока, достигая общей эффективности очистки до 99,85 %.

4. Исследована кинетика процесса фильтрования НКФ, и получены экспе риментально графические зависимости К=f(), Р=f(), позволяющие выявить оптимальные циклы фильтрования в диапазонах критерия Рейнольдса ( Re165) и коэффициента проскока К0,01.

5. Предложены математические интерполяционные модели в обобщенных переменных для расчета общей и фракционной эффективности процесса фильтрования через НКФ. Экспериментально подтверждена адекватность по лученных уравнений.

6. Предложен метод регенерации НКФ – обратная продувка с использова нием перфорированных трубок и буферной камеры, что позволяет осуществить глубинную регенерацию зернистых слоев, уменьшая начальный перепад давле ний при последующем цикле фильтрования, что приводит к снижению энерго затрат при эксплуатации фильтра. Получены технологические режимы прове дения процесса регенерации НКФ.

7. Разработана конструкция НКФ с расширенной поверхностью фильтро вания и возможностью замены фильтрующей среды при непрерывной работе систем аспирации. Предложена замкнутая схема очистки вентиляционных вы бросов.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

Публикации в журналах, рекомендованных ВАК РФ 1. Чугунова, И.А. Многоцелевые зернистые фильтры-пылеуловители для очистки технологи ческих газов и аспирационных выбросов / Ю.В. Красовицкий, И.А. Чугунова, Н.Н. Лобачева, М.Н.

Федорова // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2010.

Т. 6, № 1. С. 163167.

2. Чугунова, И.А. Технико-экономические аспекты высокоэффективного обеспыливания зер нистыми фильтровальными слоями / Е.В. Романюк, И.А. Чугунова, Ю.В. Красовицкий, М.Н. Федо рова // Строительные материалы. – 2009. № 12. С. 6264.

3. Чугунова, И.А. Комбинированные фильтровальные структуры для высокоэффективного пылеулавливания в производстве строительных материалов / Ю.В. Красовицкий, Е.В. Романюк, И.А.

Чугунова, М.Н. Федорова // Строительные материалы. 2009. № 9. С. 7071.

4. Чугунова, И.А. Экономические преимущества аэродинамической оптимизации систем и аппаратов пылеулавливания в производстве строительных материалов / Ю.В. Красовицкий, М.Н. Фе дорова, И.А. Чугунова, Е.В. Романюк // Строительные материалы. 2009. № 10. С. 3941.

5. Чугунова, И.А. Анализ механизма растекания пылегазового потока по распределительным устройствам пылеуловителей при производстве стройматериалов / Ю.В. Красовицкий [и др.] // Хи мическое и нефтегазовое машиностроение. 2009. № 10. С. 4346.

6. Чугунова, И.А. Определение оптимальной гидродинамической области эксплуатации зерни стых фильтров / Ю.В. Красовицкий [и др.] // Строительные материалы. 2011. № 8. С. 193194.

Публикации в других изданиях 7. Чугунова, И.А. Регенерация зернистых фильтров / И.А. Чугунова [и др.] // Экологические проблемы промышленных городов: тр. 4-й Всесоюзной науч.-практ. конф. Саратов: СГТУ, 2009. – С. 349-351.

8. Чугунова, И.А. Математические модели процесса фильтрования пылегазового потока для вращающегося зернистого слоя / И.А. Чугунова, Р.А. Важинский, Е.В. Романюк // Математические методы в технике и технологиях: тр. XXI Междунар. науч. конф. Тамбов: ТГТУ, 2008. – С. 20-21.

9. Чугунова, И.А. Фильтры с комбинированными элементами / И.А. Чугунова [и др.] // Эколо гические проблемы промышленных городов: тр. 4-й Всесоюзной науч.-практ. конф. – Саратов, СГТУ, 2009г. – 313-315с.

10. Чугунова, И.А. Технико-экономический анализ возможности применения зернистых фильтров в технике пылеулавливания / И.А. Чугунова [и др.] // Экологические проблемы промыш ленных городов: тр. 4-й Всесоюзной науч.-практ. конф. – Саратов: СГТУ, 2009. – С. 228-230.

11. Чугунова, И.А. Фильтр многосекционный с комбинированными элементами / И.А. Чугуно ва // Экологические проблемы промышленных городов: тр. 4-й Всесоюзной науч.-практ. конф. – Са ратов, СГТУ, 2009. – С. 228-229.

12. Чугунова, И.А. Разработка математических моделей и программное обеспечение процесса фильтрования / И.А. Чугунова, Р.А. Важинский // Математические методы в технике и технологиях:

тр. XXI Междунар. науч. конф. Тамбов: ТГТУ, 2008. – С. 20-21.

13. Чугунова, И.А. Расчет социально-экономической эффективности рекомендаций по защите атмосферы от полевых промышленных выбросов крупных городов / Ю.В. Красовицкий [и др.] // Эко логические проблемы промышленных городов: сб. Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием.

– Саратов, 2011. – С. 44-47.

14. Чугунова, И.А. Изокритериальный отбор пылегазовых проб из промышленных газоотходов при прогнозировании состояния окружающей среды в промышленной зоне / Ю.В. Красовицкий [и др.] // Экологические проблемы промышленных городов: сб. науч. тр. 5-й Всерос. науч.-практ. конф.

с междунар. участием. – Саратов, 2011. – С. 76-78.

15. Чугунова, И.А. Рациональная организация анализа дисперсного состава пыли для оценки эффективности пылеуловителей и прогнозирования состояния техносферы / Ю.В. Красовицкий [и др.] // Экологические проблемы промышленных городов: сб. науч. тр. 5-й Всерос. науч.-практ. конф.

с междунар. участием. – Саратов, 2011. – С. 80-82.

16. Чугунова, И.А. Унифицированный экспериментальный стенд для изучения зернистых фильтров-пылеуловителей, обеспечивающих экологически безопасные технологии / Ю.В. Красовиц кий [и др.] // Экологические проблемы промышленных городов: сб. науч. тр. 5-й Всерос. науч.-практ.

конф. с междунар. участием. – Саратов, 2011. – С. 213-215.

17. Чугунова, И.А. Гидродинамика фильтра с динамической регенерацией / С.Ю. Панов, З.С.

Гасанов, Ю.В. Красовицкий, И.А. Чугунова // Теплообмен и гидродинамика в закрученных потоках:

тез. 4-й междунар. конф. – М.: Издательский дом МЭИ, 2011. – С. 288-289.

Патенты 18. Патент Российской Федерации на полезную модель № 105200 МПК ВО4С 9/00. Циклон фильтр / А.В. Логинов, Ю.В. Красовицкий, Н.В. Пигловский, Е.В. Романюк, М.Н. Федорова, И.А. Чу гунова;

заявитель и патентообладатель Воронеж. гос. технол. акад. – № 2010146337/05;

заявл.

13.11.2010;

опубл. 10.06.2011. Бюл. № 16.

19. Патент Российской Федерации на полезную модель № 109984 МПК ВО1D 29/01. Фильтр для очистки гетерогенных систем / Ю.В. Красовицкий, Р.Ф. Галиахметов, С.Ю. Панов, З.С. Гасанов, И.А. Чугунова;

заявитель и патентообладатель Воронеж. гос. технол. акад. – №2011115498/05;

заявл.

19.04.2011.;

опубл. 10.11.2011.

20. Патент Российской Федерации на полезную модель № 109987 МПК ВО1D 46/10. Фильтр для очистки гетерогенных систем / Ю.В. Красовицкий, Р.Ф. Галиахметов, С.Ю. Панов, З.С. Гасанов, И.А. Чугунова;

заявитель и патентообладатель Воронеж. гос. технол. акад. – № 2011115454/05;

заявл.

19.04.2011;

опубл. 10.11.2011.

21. Патент Российской Федерации на полезную модель № 109985 МПК ВО1D 29/01. Фильтр для очистки гетерогенных систем / Ю.В. Красовицкий, Р.Ф. Галиахметов, С.Ю. Панов, З.С. Гасанов, И.А. Чугунова;

заявитель и патентообладатель Воронеж. гос. технол. акад. – № 2011115496/05;

заявл.

19.04.2011;

опубл. 10.11.2011.

22. Положительное решение № 2011139431 патентной экспертизы на НКФ.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Р' – перепад давлений, возникающий на фильтре за счет возникновения автофильтра на пер вом по ходу пылегазового потока слое, Па;

Р'' – перепад давлений, возникающий за счет постепен ного закупоривания пор первого по ходу потока зернистого слоя, Па;

Р''' – перепад давлений, воз никающий за счет постепенного закупоривания пор второго зернистого слоя;

rз', rз" – радиус зерна первого и второго слоя, м;

R – радиус фильтровального слоя, м;

h1 – высота первого зернистого слоя, м;

h2 – высота второго зернистого слоя, м;

– продолжительность фильтрования, мин;

хн – начальная объемная концентрация дисперсной фазы в пылегазовом потоке;

Q – расход пылегазового потока, м3;

Kn – коэффициент проскока фракции с n размером частиц;

Dn – вероятность нахождения частиц дан ной фракции в пылегазовом потоке после НКФ;

Н – высота фильтрующего слоя;

w – скорость пыле газового потока;

dэ – эквивалентный диаметр порового пространства;

Эs – эффективность улавлива ния в результате седиментации;

Эi – эффективность улавливания в результате инерционного осажде ния, Эh – эффективность улавливания в результате зацепления;

Эd – эффективность улавливания в ре зультате диффузии;

Эт – эффективность улавливания в результате термофореза;

Эт.м. – эффектив ность улавливания в результате турбулентной миграции;

Ээл.ст. – эффективность улавливания в ре зультате электростатического осаждения. ui – скорость аспирации аэрозоля;

ue – скорость течения аэ розоля в зоне аспирации;

p – продолжительность релаксации;

Di, De – внутренний и внешний диа метры наконечника зонда.

Индексы: n – размер частиц;

дин. – динамический;

з – зерно;

ц – цилиндр;

ч – частица;

сл. – слой;

т. м. – турбулентная миграция.

ЧУГУНОВА ИРИНА АНАТОЛЬЕВНА ОБЕСПЫЛИВАНИЕ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ ВЫБРОСОВ НАСЫПНЫМИ КОМБИНИРОВАННЫМИ ФИЛЬТРАМИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ОГНЕУПОРОВ Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Подписано в печать 18.02.2013. Формат 60х84 1/16.

Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № Отпечатано в отделе оперативной полиграфии Издательства учебной литературы и учебно-методических пособий Воронежского государственного архитектурно-строительного университета 394006 Воронеж, ул.20-летия Октября,

 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.