ВОЗМОЖНОСТИ ПЫЛЕ- И ГАЗООЧИСТКИ ВЫБРОСОВ ЦЕМЕНТНОГО ПРОИЗВОДСТВА В УЗБЕКИСТАНЕ

АННОТАЦИЯ

Цементная пыль вредна для здоровья работающих в цехах, жителей недалеко расположенных населенных пунктов, для растительного и животного мира и окружающей среды. В статье приведена 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 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 dust is harmful to the health of workers in workshops, residents of nearby settlements, for flora and fauna and the environment. The article shows the efficiency of the installation for capturing dust impurities from pipes of industrial enterprises. As the analysis of the efficiency of dust impurity trapping plants from pipes of industrial enterprises shows, widespread cyclones used in concrete mixing units and gravel-sorting workshops for air purification do not cope with their work effectively enough. The objectives of the research were to study 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 research was carried out at an experimental facility, where an additional stage of capture is a container with a liquid. Air purification from cement dust occurs when a 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 dynamics of cleaning.

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

Keywords: cement dust, inorganic dust, dust impurity capture plant, dust concentration, flow rate, efficiency.

Введение.

Промышленность строительных материалов связана с выделением пыли, поэтому обеспыливание воздушной среды является важной научной и народно-хозяйственной проблемой, требующей безотлагательного решения.

Высокая концентрация пыли в выбросах наносит огромный вред природной среде, приводит к безвозвратной потере большого количества сырья и готового продукта. Производственная пыль – это мельчайшие твердые частицы, выделяющиеся при дроблении, размоле, перегрузке и механической обработке различных материалов.

Одним из основных промышленных источников пыли являются цементные заводы. Пылевой фон от цементных заводов формируется в основном за счет трех источников пылевыделения: вращающихся печей, цементных мельниц и силосов [8]. Допускаемая концентрация пыли в выбросах цементных заводов по требованиям, принятым в странах СНГ, допускается 60…90 мг/нм³, в то время как в ЕС этот норматив составляет 20,5 мг/нм³ [11].

К газовым составляющим выбросов на цементных заводах относятся окислы азота (NO_x) и сернистый ангидрид (SO₂), а также летучие органические соединения, полихлорированные дибензодиоксины и дибензофураны и пары хлористого водорода (HCl). В значительных объемах образуется углекислый газ СО₂, который не учитывается в нормативах несмотря на то, что он является основным парниковым газом [3].

В Республике Узбекистан функционирует 30 крупных и мелких цементных заводов. Производство цемента растет с каждым годом: в 2020 г было произведено 12,54 млн. тонн цемента, а в 2021 г было произведено 16,4 млн. тонн (прирост 30 %, что в 2,2 раза превышает прирост предыдущего года). [6].

Все технологические агрегаты, являющиеся источниками пылевыделения на цементных заводах, снабжаются пылеулавливающими аппараты, позволяющими не только возвратить значительное количество готового продукта или полуфабриката, но и предотвратить загрязнение пылью воздушного бассейна цементных заводов и прилегающих территорий. Этап пылеочистки следует считать неотъемлемой частью системы борьбы с пылью промышленного предприятия [2].

Наиболее часто применяемым в производстве цементна очистным оборудованием являются рукавные фильтры, электрофильтры и циклоны [1]. Эти аппараты предназначены, главным образом для улавливания пылевых частиц, пропуская в атмосферный воздух вредные газы.

Из этого следует, что существует необходимость совершенствования систем очистки выбросов цементных заводов таким образом, чтобы не только приблизить концентрацию пыли после очистки к европейским стандартам, но и обеспечить улавливание вредных газов. При этом следует учитывать, что для задержания газовых компонентов наиболее часто применяемым методом является абсорбция.

Целью данной статьи является разработка принципиальной технологической схемы комбинированной установки для улавливания пылегазовых выбросов мокрым способом.

Методы исследования. Для разработки технологической схемы установки для улавливания пылегазовых выбросов был проведен анализ существующих конструкций комбинированных устройств.

К настоящему времени разработан ряд комбинированных установок, позволяющих очищать пылегазовые потоки как от пылевых частиц, так и от газовых компонентов [ 4,5,9,10].

Группой авторов [4,5,7,9,10,11] было разработано устройство, относящееся к средствам комбинированной очистки производственных пылегазовых выбросов, которое содержит инерционную камеру, пенный аппарат – абсорбер с входящим и выходящим трубопроводами и капле уловителем в пенном аппарате (SU 1389826 A1) – [5].  В данном аппарате наблюдается эффект пузырьков болотного газа. Как известно, газовые пузырьки, поднимающиеся со дна озер, содержащих в себе метан, разрушаются только на поверхности. Аналогичный механизм был использован авторами указанной установки, в которой отсутствует рециркуляционная система очистки, что позволяет говорить о низкой эффективности газо-пылеулавливания и пониженных функциональных возможностях.

Установка для улавливания газов и пыльных примесей из труб промышленных предприятий [UZIAP 04202] с входящим и выходящими трубопроводами содержит абсорбер с установленными в нем перфорированными дисками с жёстко укрепленными на них иглами, направленными вниз к днищу абсорбера.

Перфорированные диски с иглами, направленными вниз навстречу поднимающимся воздушным пузырькам, содержащих в себе газовые примеси, предназначены для разрушения или прокалывания воздушных пузырьков, с целью более полного и эффективного процесса нейтрализации газовых включений при более полном контакте с жидкой пенообразующей средой.

Однако перфорированные диски с иглами, направленные вниз, жёстко закреплены на корпусе, и некоторая часть пузырьков имеет возможность проходить между иглами и не быть проколотыми, что снижает эффективность работы устройства.

Данная конструкция была нами принята за базу и нашей задачей было повышение эффективности работы установки за счет многократного прокалывания воздушных пузырьков.

Для решения поставленной задачи нами предлагается конструкция, в которой выход выпускного трубопровода сопряжен с входом впускного трубопровода с образованием общей стенки, причем стенки сопряженных частей обоих трубопроводов выполнены перфорированными. Противоположный конец впускного трубопровода выполняется суженным и снабжается вентилятором. Абсорбер оборудован дополнительной трубой с распылителями, направленными внутрь емкости вытяжного вентилятора и перфорированными дисками вниз. Перфорированные диски устанавливаются с возможностью вращения, при этом концы игл загнуты под углом 90⁰ к телу иглы. Выполнение игл с загнутыми концами увеличивает количество прокалываемых пузырьков, а вращение дисков, приводящихся в движение двигателем, повышает возможность большего контакта загнутых концов игл с пузырьками [12].

Абсорбер в нижней его части снабжён сливным отверстием для проведения профилактических работ.

На рис.1 схематично изображена предлагаемая установка.

Рисунок 1. Схема установки для улавливания газов и пылевых примесей

1 – отводящая труба, 2 – перфорированная стенка, 3 – ёмкость, 4 – вытяжной вентилятор, 5 – впускной трубопровод, 6 – пенообразующая жидкость, 7 – распылители, 8 – нагнетательный насос, 9 – труба, 10 – выпускной трубопровод, 11 – двигатель, 12 – труба подачи жидкости, 13 – слой масляной жидкости, 14 – холодильная система, 15 – перфорированные диски; 16 – иглы, 17 – абсорбер, 18 – заглушка,  19 – сливное отверстие, 20 – вал, 21 – шнековый транспортер  

Процесс очистки в установке происходит следующим образом. Выход выпускного трубопровода 10, сопряженный с входом впускного трубопровода 5 с образованием общей стенки 2, размещается в отводящей трубе 1 промышленного предприятия. Газы и пыль из зоны А трубы 1 засасываются через перфорацию в стенках труб 2 насосом 4 и орошаются мелкодисперсными частицами охлажденной пенообразующей жидкости при помощи нагнетательного насоса 8 через распылители 7  в зоне 3. Воздушно-капельная смесь продувается в абсорбер 17 через суженную часть  выходящего конца впускного трубопровода 5, где происходит сжатие смеси до жидкого состояния из-за сжатия ее слоев. Поступившая жидкая струя образует большое количество пузырьков – капсул, несущих в себе газы и пыль, которые недостаточно эффективно контактируют с пенообразующей жидкостью, так как заключены внутри пузырьков-капсул. Для разрыва этих капсул предусмотрены перфорированные диски 15 с многочисленными иглами 16 различной длины, с загнутыми на конце, которые способствуют прокалыванию поднимающихся вверх пузырьков – капсул и сбросу в них давления, что будет способствовать лучшему обволакиванию газовых пыльных примесей, чему также помогает масляный слой 13, который подаётся трубой 12.  Перфорированные диски 15 вращаясь от двигателя 11 получают больший контакт с пузырьками, повышая эффективность установки.

Далее остаточные пылегазовые примеси по трубопроводу 10 поступают на выход входящего трубопровода 5, расположенный в отводящей трубе 1, где некоторая порция газов вновь будет засосана в зону 3 через перфорацию в стенках 2 трубы 5 вместе с новой порцией неочищенных газов и пройдет дополнительный цикл очистки, другая порция газов пойдет вверх по трубе 1, но уже в значительно меньшем объеме и хорошо очищенная от примесей.

Накопившиеся примеси в абсорбере в виде осадков могут быть отведены через спускную трубу 19 имеющую заглушку 18. В спускную трубу примеси направляются с помощью шнекового транспортера 21. Удаленный шлам, содержащий цементную пыль, может быть направлен в технологический процесс приготовления бетонных смесей.

В результате циркуляционной очистки с применением сжатой воздушно – капельной смеси, пропускаемой через охлажденную пенообразующую жидкость с масляным слоем, с применением способа прокалывания пузырьков – капсул при помощи игл с загнутыми концами и обратной многократной очистки достигается высокая степень очистки и улавливания газовых и пыльных выбросов в атмосферу.

Предварительные эксперименты, проведенные на лабораторном варианте установки показали, что степень улавливания пылевых частиц составляет 93,1…95,6 %. Увеличение скорости пылевоздушной смеси повышает очищающую способность на 19,5 %. Таким образом, при повышении скорости пылевоздушного потока очищающая способность пылеуловителя увеличивается.

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. Разработанная установка может быть использована для доочистки выбросов на предприятиях различных отраслей промышленности и строительства с любой концентрацией нерастворимых и растворимых примесей в жидком реагенте мелкодисперсной пыли и газов.

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. Учебное пособие Пенза 2005
3. Володина Д.А. Цементный завод как источник пылеаэрозольного загрязнения атмосферы (Эл. ресурс). Режим доступа: https://core.ac.uk/download/pdf/53079677.pdf  
4. Кочетов О.С. Двухступенчатая установка пылеулавливания Патент RU 2673510.
5.  Комбинированная установка очистка газа //SU 1389826 A1/Какабадзе К.В., Чилашвили Ч.В.,Какабадзе А.К.,Логачева С.Г.
6. Объем производства цемента в Узбекистане в 2020 году вырос на 14 % // Цемент и его применение (Эл. ресурс). Режим доступа: https://jcement.ru/content/news/obem-proizvodstva-tsementa-v-uzbekistane-v-2020-godu-vyros-na-14-/#:~:text=29.01.2021 .
7. 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.
8. Семиненко А. С., Попов Е. Н., Малахов Д. Ю. Влияние цементной пыли на организм человека. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований / Выпуск № 2 / 2012.
9. Трубицын Д.А. Комбинированное устройство для очистки воздуха. Патент RU 2548956
10. Устройство для утилизации газов и пыльных примесей из труб промышленных предприятий // Патент РУз № IAP 04202 / Астанов Р.А., Астонов Э.Р., Гойзенштейн М.Б.
11. Установка для улавливания газов и пыльных примесей из трубы предприятия водохозяйственного строительства// Патент РУз № IAP 06715 / Раззаков Р.И., Салохиддиннов А.Т., Астанов Р.А.
12.  Шаптала В.В. Моделирование и расчет систем очистки запыленных выбросов цементного производства//Вестник БГТУ им. В. Шухова. 2015, № 6