Влияние параметров пылевоздушной смеси на эффективность очистки установки улавливания пыльных примесей из труб промышленных предприятий

АННОТАЦИЯ

Цементная и неорганическая пыль вредна для здоровья работающих в цехах, жителей недалеко расположенных населенных пунктов, для растительного и животного мира и окружающей среды. В статье приведены результаты исследований влияния параметров пылевоздушной смеси, таких как концентрация пыли, скорость потока, объем пылевоздушных примесей, состав жидкости, на эффективность работы установки улавливания пыльных примесей из труб промышленных предприятий. Как показывает анализ эффективности установок улавливания пыльных примесей из труб промышленных предприятий, широко распространенные циклоны, используемые в бетоносмесительных узлах и гравийно-сортировочных цехах для очистки воздуха, недостаточно эффективно справляются со своей работой.

В задачи исследований входило изучение эффективности работы мокрого пылеуловителя и влияния на него различных параметров смеси цементной и неорганической пыли с воздухом. Исследования проводились на экспериментальной установке, где дополнительной ступенью улавливания является емкость с жидкостью. Очистка воздуха от пыли цементной и неорганической происходит при ударе смеси, движущейся с определенной скоростью, о поверхность жидкости. Результаты исследования показали, что увеличение скорость потока и пылевоздушных примесей положительно сказалось на динамике очистки.

ABSTRACT

Cement and inorganic dust is harmful to the health of workers in workshops, residents of nearby settlements, flora and fauna and the environment. The article presents the results of studies of the parameters of the dust-air mixture, such as the concentration of dust, the flow rate, the volume of dust-air impurities, the composition of the liquid, on the efficiency of the installation for trapping dust impurities from the pipes of industrial enterprises. As the analysis of the efficiency of installations for capturing dust impurities from the pipes of industrial enterprises shows, widespread cyclones used in concrete mixing units and gravel sorting shops for air purification do not effectively cope with their work.

The tasks of the research included the study of the efficiency of the wet dust collector and the effect on it of various parameters of a mixture of cement and inorganic dust with air. The studies were carried out on an experimental setup, where an additional stage of collection is a container with a liquid. Air cleaning from cement and inorganic dust occurs when the mixture, moving at a certain speed, hits the surface of the liquid. The results of the study showed that an increase in the flow rate and dust-air impurities had a positive effect on the cleaning dynamics.

Ключевые слова: цементная пыль, неорганическая пыль, установка улавливания пыльных примесей, концентрация пыли, скорость потока, эффективность.

Keywords: cement dust, inorganic dust, installation for collecting dusty impurities, dust concentration, flow rate, efficiency.

Введение. Промышленное предприятие является источником загрязнения атмосферы вредными веществами, выделяющимися при функционировании технологического оборудования или при технологических операциях в зависимости от мощности техноло­гических агрегатов, химического состава используемого сырья, видов топлива и других факторов. В воздух поступают аэрозольные частицы (пыль, дым, туман), газы, пары, а также микроорганизмы и радиоактивные вещества [2].

В настоящее время повышаются требования к экологической безопасности, в том числе к сокращению негативного техногенного воздействия на атмосферный воздух предприятиями стройиндустрии и промышленности [1]. Технологические операции, в результате которых происходит выделение загряз­няющих веществ, осуществляются в производственных зданиях и площадках по изготовлению железобетонных изделий, подготовке щебня и других строительных материалов.

В процессе дозирования и смешивания компонентов бетона источником выделения пыли является бетоносмесительное оборудование. При проведении разгрузки и загрузки цемента, при пересыпке цемента и пересыпке гравийно-сортировочного материала в атмосферу выделяется неорганическая и цементная пыль.

Для удаления пыли из газовой или воздушной смеси используются разнообразные по типам и конструктивным особенностям пылеуловители [4; 6]. На данном этапе развития существует большой выбор оборудования, обеспечивающего заданную степень очистки газов, а также методик по определению параметров газовых потоков и эффективности пылеуловителей [5].

Несмотря на то что циклоны имеют высокую эффективность, они не справляются с полной очисткой воздуха, поэтому для них необходимо предусматривать дополнительную ступень для улавливания частиц пыли. Более эффективными устройствами являются мокрые скрубберы, которые обычно используются для удаления аэрозолей и газовых компонентов из потока отработанных газов [12]. Однако для достижения высокой эффективности очистки начальная запыленность газового потока при удалении, например, цементной пыли не должна превышать 5600 мг/м³ [9], поэтому перед скруббером должно быть установлено оборудование предварительного обеспыливания. Представляется целесообразным использовать для удаления цементной пыли установку, способную осуществлять очистку от пыли на одной ступени.

В качестве такой установки нами предлагается установка улавливания пыльных примесей из труб промышленных предприятий – дополнительная ступень очистки [11].

Целью исследования является изучение влияния концентрации пыли в воздухе и скорости потока на эффективность работы установки улавливания пыльных примесей из труб промышленных предприятий. Для решения данной цели нами поставлены следующие задачи:

1) определить концентрацию пыли в очищенном воздухе при различных концентрациях пыли в исходном загрязненном воздухе;

2) определить концентрацию пыли в очищенном воздухе при разных скоростях подачи исходного загрязненного воздуха;

3) показать взаимосвязь концентрации пыли и скорости потока.

Методы исследований. Исследования проведены путем постановки экспериментов на опытной экспериментальной установке улавливания пыльных примесей из труб промышленных предприятий (рис. 1), через которую пропускали загрязненный воздух. Подача воздуха осуществлялась через компрессор. Различную концентрацию пыли обеспечивали дозирующим устройством [8; 10]. В качестве пыли применяли неорганическую и цементную пыль. Концентрацию пылевых частиц в воздухе до и после очистки определяли аспиратором ЭА-30. Скорость и расход пылевых потоков определили при помощи межгосударственного стандарта ГОСТ 17.2.4.06-90 [3; 8; 10].

Степень улавливания пыльных примесей экспериментальной установки определяли при разных скоростях потока 2,0–10,0 м/с. Каждый эксперимент проводился трехкратно.

Результаты исследования. Результаты проведенных экспериментальных исследований по определению концентрации пыли в очищенном воздухе при различных концентрациях пыли в исходном загрязненном воздухе представлены в таблице 1. Как видно из табл. 1, концентрация неорганической пыли и цементной пыли в очищенном воздухе уменьшается с увеличением скорости потока пылевоздушной смеси [7]. Более наглядно результаты исследований видно на представленных графиках (рис. 2).

Рисунок 1. Схема экспериментальной установки улавливания пыльных примесей из труб промышленных предприятий:

1 – источник выброса; 2 – трубопроводы; 3 – вентилятор; 4 – абсорбер грубой очистки; 5 – абсорбер тонкий очистки; 6 – вентилятор; 7 – отводящий шлам; 8 – вентилятор; 9 – фильтр

Таблица 1.

Результаты эксперимента

Более наглядно результаты исследований видны на представленных графиках (рис. 2).

Рисунок 2. Зависимость концентрации пыли в очищенном воздухе от ее исходной концентрации и скорости потока

График на рисунке 2 показывает, что увеличение скорости потока положительно сказывается на эффективности работы экспериментальной установки улавливания пыльных примесей из труб промышленных предприятий.

Таблица 2.

Эффективность улавливания установки

Увеличение скорости пылевоздушной смеси повышает очищающую способность на 19,5 %.

Таким образом, при повышении скорости пылевоздушного потока очищающая способность пылеуловителя увеличивается.

По графику также можно выявить, что зависимость снижения концентрации пыли нелинейная и с увеличением скорости и объема пылевоздушных примесей ее интенсивность увеличивается, что наглядно показано на графике при интервале скоростей 8–10 м/с (рис. 2).

Выводы. Улавливающая способность установки улавливания пыльных примесей из труб промышленных предприятий увеличивается при повышении скорости потока и увеличении объема пылевоздушных примесей. Данный результат можно объяснить тем, что высокая скорость потока сообщает частицам более высокую кинетическую энергию, соответственно, сила проникновения в жидкость будет высокой.

Список литературы:

1. Азаров В.Н., Кошкарев С.А., Николенко М.А. Снижение выбросов систем обеспыливания с использованием дисперсионного анализа пыли в стройиндустрии // Инженерный вестник Дона. – 2015. – № 1. – Ч. 2 / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: don.run/uploads/article/pdf/IVD_95_azarov.pdf_2cedb04647.pdf.
2. Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты пылеочистки : учеб. пособие. – Пенза : Издательство Пенз. гос. ун-та, 2005.
3. ГОСТ 17.2.4.06-90. Методы определения скорости и расхода газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения.
4. Ильичев В.В. Выбор устройств для улавливания пыли в зависимости от условий их функционирования // Вестник НГИЭИ. – 2014. – № 10. – С. 74–81.
5. Коновалов Н.М. Массоотдача в турбулентных пленках в условиях вертикального прямоточного движения газожидкостного потока / Н.М. Коновалов, Н.А. Войнов, H.A. Николаев // Теоретические основы хим. технологии. – 1997. – Т. 31. – № 1. – С. 1–6.
6. Новикова Л.Я., Шмыков С.Н., Широбоков В.И.  Параметры пылевоздушной смеси и их влияние на эффективность очистки воздуха в мокром пылеуловителе // Вестник Ижевской государственной сельскохозяйственной академии. – 2019. – № 3 (59). – С. 59–62.
7. ОНД-86. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий.
8. Рахмонов Т.З. Методы применения пылеулавливающего аппарата мокрого типа в технологических схемах очистки промышленных выбросов от мелкодисперсных частиц // Булатовские чтения: сборник статей. – 2018. – С. 73–78.
9. Система очистки газа от цементной пыли. Техническое описание // Официальный сайт Приволжского завода газоочистного оборудования / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://gas-cleaning.ru/article/sistema-ochistki-gaza-ot-cementnoy-pyli-tehnicheskoe-opisanie (дата обращения: 09.12.2020).
10. Сугак Е.В. Очистка газовых выбросов в аппаратах с интенсивными гидродинамическими режимами / Е.В. Сугак, Н.А. Войнов, Н.А. Николаев. – Казань : РИЦ «Школа», 1999. – 224 с.
11. Устройство для утилизации газов и пыльных примесей из труб промышленных предприятий // Патент РУз № IAP 04202 / Астанов Р.А., Астонов Э.Р., Гойзенштейн М.Б.
12. Mi T., Yu X.M. Dust removal and desulphurization in a novel venturi scrubber // Chemical Engineering and Processing: Process Intensification. – 2012. – № 62 / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://doi.org/10.1016/j.cep.2012.07.010.