Губина Т.И. (ред.) Экологические проблемы промышленных городов

Подождите немного. Документ загружается.

ускоренный темп жизни, наряду с быстрой сменой ситуаций, целей

общественного развития – далеко не полный перечень раздражителей.

В росте количества нервно-психических и связанных с ними

заболеваний большое значение имеют новые для населения нашей страны

социальные условия - безработица, неуверенность в завтрашнем дне, резко

возросшее расслоение общества на бедных и богатых. Указанные

неблагоприятные

условия жизни в крупных городах обуславливают

большую заболеваемость городских жителей по сравнению с сельским

населением психическими расстройствами и расстройствами поведения,

алкоголизмом, наркоманией, токсикоманией.

Другая проблема большого города заключается в том, что городская

среда отчуждает человека от людей и от природы. В городе формируется

отчуждение и отсоединение людей вне рабочего дня

и вне трудового

коллектива.

Процесс отчуждения людей от общения усиливается персональными

компьютерами, современными средствами коммуникации, которые

вытесняют человеческое общение, формируют виртуальный

компьютерный мир.

В связи с наличием этих факторов среда больших городов

оказывается наиболее тяжелой психологически для недавних мигрантов,

новых жителей городов, переселившихся в них, как правило, из сельских

населенных мест

Перенасыщение в настоящее время городов индивидуальным

автотранспортом при недостаточной ширине улиц, отсутствии подземных

переходов и других градостроительных изъянах приводят к росту

уличного травматизма, повышенному уровню шума и загрязненности

воздуха на селитебных территориях.

Имеется четкая тенденция к непомерному повышению этажности и

плотности застройки жилых территорий, что связано с недостатком

городских земель,

резким повышением стоимости земельных участков и

ростом численности населения городов.

В.П. Добросоцкий

, Г.В. Кольцов

, И.Н. Дутов

, Ю.В. Красовицкий

Д.Б. Трощенко

, А.А. Маньков

, Е.В. Романюк

, Б.Г. Колбешкин

М.Н. Кузнецова

, О.В. Митюкова

ОАО ПКФ «Воронежский керамический завод»

Воронежская государственная технологическая академия

Воронежский вагоноремонтный завод им. Тельмана

АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ СУХОГО

ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ

МАТЕРИАЛОВ

В большинстве случаев площади сечений на входе рабочего потока в

пылеуловитель и на выходе из него значительно меньше площади сечения

рабочей камеры. После входа в аппарат поток не заполняет всего сечения и

поступает к рабочим элементам

или изделиям узкой струей.

Неравномерное распределение потока по рабочему сечению или

рабочей поверхности ухудшает технологические показатели

пылеуловителя.

Рассмотрим применение зернистых фильтровальных слоев,

способствующих выравниванию скоростей пылегазового потока и

обеспечивающих высокую эффективность пылеулавливания, а при

соответствующем подборе гранул слоя – утилизацию уловленной пыли.

Выполненная нами обработка опубликованных экспериментальных

данных показывает, что для

зернистых слоев из сферических и

несферических гранул 0,5

≤

11. В этом диапазоне изменения чисел Re в

гравитационном поле практический интерес представляют процессы

фильтрования с постепенным закупориванием пор и с отложением осадка на

поверхности слоя [1].

Используем модель Гагена-Пуазейля и ранее установленную зависимость

изменения проскока К от времени фильтрования

К=К

exp(-m

), (1)

где К

– проскок в начальный момент фильтрования, m – коэффициент

пропорциональности. При w=const и непрерывно возрастающем перепаде

давлений на зернистом слое ΔР получим выражение

()

−

⎪

⎭

⎪

⎬

⎫

⎪

⎩

⎪

⎨

⎧

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−Δ=Δ

PP , (2)

где х

– объемная концентрация дисперсной фазы в пылегазовом потоке

перед слоем, l – длина порового канала, В=

l; N

– число поровых

каналов на 1 м

поверхности слоя.

Используя дополнительные обозначения А=(1/ΔР

)

1/2

С=(х

⋅

(wВ/N

)

1/2

, имеем

()

−

⎭

⎬

⎫

⎩

⎨

⎧

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−−=Δ

САP . (3)

При К

=0 зависимость (3) приобретает вид

()

−

=Δ

(4)

Уравнение (4) в координатах

–

[

(1/ΔР

)

1/2

-(1/ΔР)

1/2

]

– прямая линия,

проходящая через начало координат и наклоненная к горизонтальной оси

под углом, тангенс которого равен С.

Для оценки общего перепада давлений ΔР

общ.ц.

на цилиндрическом

зернистом фильтровальном элементе использована зависимость

+=Δ

ПН

ПНОС

ПВ

ПН

ПНПцобщ

wRr

wRrP

(5)

где R

пн

, R

пв

– наружный и внутренний радиусы цилиндрической

перегородки; r

, r

ос

– удельные сопротивления фильтровальной

перегородки и осадка; х

– объемная концентрация дисперсной фазы в

пылегазовом потоке;

– продолжительность фильтрования.

В целях разработки стабильного гидродинамического режима

фильтрования проведены теоретические и экспериментальные работы по

изучению особенностей прохождения пылегазового потока через

вращающиеся зернистые слои со связанной структурой [2,3].

Созданная для этой цели опытная установка состояла из

последовательно соединенных воздуходувки, регулятора расхода,

ротаметра, сменной фильтровальной кассеты и лазерного аэрозольного

спектрометра

ЛА-01 НИФХИ им. Л.Я. Карпова, позволяющего измерять

счетную концентрацию частиц при 0,2

40 мкм.

В качестве образцов использовали плоские диски толщиной 2 мм,

изготовленные из сферического порошка фосфористой меди различных

фракций.

Результаты экспериментов были аппроксимированы критериальными

зависимостями вида f(К

, Re, Stk)=0. Значения Re и Stk определяли по

формулам

()

ενε

−

45,0Re

, (6)

ενρ

ЗГ

wCd

Stk

= . (7)

Значения Re и Stk меняли в следующих пределах: 0,2

9 и

⋅

-4

Stk

⋅

-2

. Функциональная зависимость К

=f(Re) представлена на

рисунке.

Зависимость К

=f(Re) для образцов при d

, мкм, более:

1 – 0,2; 2 – 0,5; 3 – 0,7; 4 – 1,0; 5 – 1,5

Полученные критериальные зависимости позволяют не только

прогнозировать К

, но и своевременно исключить зоны значений Re и Stk,

отвечающие наименее выгодному режиму работы фильтра.

Литература

1. Гидродинамические особенности и кинетические закономерности разделения

промышленных аэрозолей фильтрованием / С.Ю. Панов, Г.В. Кольцов, Е.В. Романик,

Ю.В. Красовицкий, Д.Б. Трощенко // Экология Центрально-Черноземной области РФ:

Науч.-техн. журн. – Липецк, ЛЭГИ, 2006. – С. 82-83.

Аэродинамические способы повышения эффективности пылеуловителей в

производстве огнеупоров / В.П. Добросоцкий, В.Г. Иванова, Б.Г. Колбешкин, Д.Б.

Трощенко, Ю.В. Красовицкий // Экология Центрально-Черноземной области РФ: Науч.-

техн. журн. – Липецк, ЛЭГИ, 2006. – С. 83-84.

Улавливание и утилизация пыли зернистыми слоями при сушке

гранулированных материалов / Ю.В. Красовицкий, А.В. Логинов, Е.В. Архангельская,

Д.Б. Трощенко, С.В. Энтин, Д.А. Ермолычев, С.Л. Кабаргин, Б.Г. Колбешкин, М.Н.

Кузнецова, О.В. Митюкова, В.П. Добросоцкий, Г.В. Кольцов // Строительные

материалы. – 2006. – №7. – С. 61-63.

В.П. Добросоцкий

, Г.В. Кольцов

, И.Н. Дутов

, Ю.В. Красовицкий

Д.Б. Трощенко

, А.А. Маньков

, Е.В. Романюк

Б.Г. Колбешкин

М.Н. Кузнецова

, О.В. Митюкова

ОАО ПКФ «Воронежский керамический завод»

Воронежская государственная технологическая академия

Воронежский вагоноремонтный завод им. Тельмана

ОБЕСПЫЛИВАНИЕ ВОЗДУХА В СИСТЕМАХ

ПНЕВМОТРАНСПОРТА

Для обеспыливания воздуха в системах пневмотранспорта

применяют рукавные фильтры. Однако эти фильтры имеют существенные

недостатки: плоские стенки кожуха рассчитаны на разность давлений (2,5

– 3,0)⋅10

Па; клапаны переключения направления воздушного потока не

обеспечивают достаточной герметичности; переключение положения

клапанов и встряхивание рукавов осуществляются от механического

привода, что ведет к быстрому срабатыванию трущихся частей и

нарушению режима работы фильтра; способ подвода пылегазового потока

не обеспечивает предварительного отделения и не устраняет взмучивания

пыли, осевшей в бункер.

Обеспыливание мокрым

способом в этих условиях нецелесообразно в

связи с появлением трудноудаляемых отложений и недостаточной

степенью очистки. Поэтому целесообразно применение зернистых

фильтров со связанной структурой, в частности фильтров из пористых

металлов, обладающих повышенной прочностью, нечувствительностью к

резким колебаниям давления в сети и высокой улавливающей

способностью. Схема такого фильтра показана на рисунке.

Пылегазовый поток

изокинетически отбирается из промышленного

газохода и поступает в циклон ЦН-15, используемый в качестве первой

ступени очистки. Уловленная в циклоне пыль удаляется через бункер, а

пылегазовый поток, содержащий высокодисперсные фракции глинозема,

поступает в цилиндрический корпус металлокерамического фильтра.

В качестве фильтрующих элементов использованы шесть сварных

цилиндров диаметром 90 мм, толщиной стенки 5 мм и

высотой 600 мм,

изготовленных из порошка никеля фракции 0,1 – 0,2 мм. Для снижения

степени забивания пор на наружную поверхность фильтрующих элементов

методом напыления нанесен никелевый порошок фракции менее 0,063

мм. Очищенный газ всасывается ротационной газодувкой РГН-95 и

выбрасывается в атмосферу.

Схема установки фильтра из пористого металла на огнеупорном заводе:

1 – газоход; 2 – циклон ЦН-15; 3 – бункер циклона; 4 – корпус фильтра;

5 – фильтрующие элементы; 6 – газодувка РГН-95; 7 – масловлагоотделители;

8 – ресивер; 9 – коллектор продувочный; 10 – конденсатоотводчики; 11 – манометры

самопишущие; 12 – расходомер; 13 – дифференциальные манометры

Фильтровальные элементы регенерируют обратной продувкой

очищенным газом или воздухом. Газодувку с помощью системы кранов

переводят в режим нагнетания и регенерирующий агент направляют в фильтр.

Для регенерации можно применять компримированный до 7⋅10

Н/м

воздух из

цеховой магистрали. Для этого сжатый воздух предварительно направляют в

масловлагоотделители, в которых масло задерживается набивкой

ультратонкого стекловолокна, а влага адсорбируется слоем алюмогеля.

Свободный от масла и влаги воздух поступает в ресивер-подогреватель.

В период регенерации воздух из ресивера подают в фильтр, откуда его

удаляют через кольцевой коллектор, соединенный

четырьмя патрубками с

корпусом фильтра.

Во избежание снижения температуры газа и воздуха ниже точки росы,

что привело бы к залипанию фильтрующих поверхностей, коммуникаций и

арматуры, корпус фильтра и ресивер снабжены змеевиковым паровым

обогревом и теплоизоляцией. Бункер циклона снабжен теплоизоляцией,

чтобы не допустить конденсации паров влаги, адсорбированной глиноземом

из воздушного потока при

транспортировании. Для автоматического отвода

конденсата, образующегося в процессе теплообмена, установлены

конденсатоотводчики системы «Симплекс».

Производительность установки по газу и расход воздуха на обратную

продувку определяли нормальными острыми диафрагмами, соединенными

с дифференциальными самопишущими манометрами ДП-610, и

дополнительно контролировали пневмометрической трубкой, соединенной с

микроманометром ММН. Гидравлические сопротивления циклона и

фильтра определяли U-образными дифференциальными манометрами.

При эксплуатации удельную газовую нагрузку q на фильтр меняли от

0,42 до 5,0 м

/(м

⋅мин) соответственно. Поэтому изменяли условную скорость

в поперечном сечении циклона с 1,3 до 3,9 м/с. Эффективность циклона при

этом возрастала с 52 до 80%. В известных пределах меняли и дисперсный

состав пыли, поступающей на фильтр [1].

Параметры логарифмически-нормального распределения размеров

частиц пыли перед циклоном не зависели от q и составляли d

= 5 мкм, σ = 0,81, а

перед фильтром d

и σ менялись соответственно от 1,8 до 0,9 мкм и от 0,39 до

0,59. Такие изменения d

и σ следует признать незначительными, а параметры

пылегазового потока на входе в фильтр вполне стабильны. Некоторое

увеличение среднего квадратичного отклонения при оптимальной скорости

пылегазового потока на входе в циклон связано с проявлением

кинематической коагуляции в центробежном поле циклона [2].

Эксперименты показали, что пылесодержание перед циклоном менялось

от 0,4 до 5,8 г/

нм

и в среднем составляло 5,2 г/нм

, а после фильтра не

превышало 1,6⋅10

-3

г/нм

. Таким образом, эффективность

установки достигала

99,8% при изменении ΔР от 1,3 до 2,7 кПа [3].

Литература

1. Гидродинамические особенности и кинетические закономерности

разделения промышленных аэрозолей фильтрованием / С.Ю. Панов, Г.В. Кольцов, Е.В.

Романик, Ю.В. Красовицкий, Д.Б. Трощенко // Экология Центрально-Черноземной

области РФ: Науч.-техн. журн. – Липецк, ЛЭГИ, 2006. – С. 82-83.

2. Обеспыливание газов зернистыми слоями / В.П. Добросоцкий, В.Г. Иванова,

Д.Б. Трощенко, А.А

. Маньков, М.Н. Кузнецова // Экология Центрально-Черноземной

области РФ: Науч.-техн. журн.. – Липецк, ЛЭГИ, 2006. – С. 89-90.

3. Улавливание и утилизация пыли зернистыми слоями при сушке

гранулированных материалов / Ю.В. Красовицкий, А.В. Логинов, Е.В. Архангельская,

Д.Б. Трощенко, С.В. Энтин, Д.А. Ермолычев, С.Л. Кабаргин, Б.Г. Колбешкин, М

.Н.

Кузнецова, О.В. Митюкова, В.П. Добросоцкий, Г.В. Кольцов // Строительные

материалы. – 2006. – №7. – С. 61-63.

В. П. Добросоцкий

, В. Г. Кольцов

, И. Н. Дутов

Ю. В. Красовицкий

, Д. Б. Трощенко

, Е. В. Романюк

, И.А.

Малинова

, Б. Г. Колбешкин

, М. Н. Кузнецова

О. В. Митюкова

ОАО ПКФ «Воронежский керамический завод»

Воронежская государственная технологическая академия

Воронежский вагоноремонтный завод им. Тельмана

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ

ОБЛАСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗЕРНИСТЫХ СЛОЕВ

Проскок пыли через насыпные зернистые слои имеет селективный

характер. Экстремальные значения проскока приходятся на частицы пыли

размером 0,4 – 0,9 мкм, причем с увеличением скорости потока этот

максимум возрастает со смещением в сторону меньших частиц. При

низких скоростях потока и крупных

зернах слоя частицы пыли в

результате касания и инерции почти не осаждаются, и эффективность

осаждения субмикронных частиц аэрозоля с ростом скорости резко

снижается. Большое влияние седиментации на осаждение частиц крупнее

0,4 мкм проявляется в зависимости проскока от направления потока: при

восходящем пылегазовом потоке через слой проскок в 5 – 8 раз выше, чем

при

направлении потока, совпадающем с направлением гравитационной

силы [1].

Слои из зерен неправильной формы эффективнее слоев из сфери-

ческих или окатанных зерен.

Улавливание тонкодисперсных частиц пыли при d

<< 5 мкм в зер-

нистых слоях высокоэффективно при низкой скорости потока (w<0,05 м/с),

когда преобладает диффузионно-седиментационное осаждение, и при

высокой скорости (w >> 0,5 м/с), когда преобладает инерционный

механизм осаждения, а субмикронные частицы плохо улавливаются. Для

предотвращения уноса уловленной пыли зернистые слои часто орошают

жидкостью. Это позволяет резко сдвинуть экстремальные значения

проскока в сторону субмикронных частиц.

Особый интерес прецизионное определение оптимальной

гидродинамической области фильтрования приобретает при строго

регламентированных фракционных коэффициентах проскока и

применении зернистых слоев со связанной структурой. Созданная для этой

цели опытная установка состоит из последовательно соединенных

воздуходувки, регулятора расхода, ротаметра, сменной фильтровальной

кассеты и лазерного аэрозольного спектрометра ЛА-01 НИФХИ им. Л. Я.

Карпова, позволяющего измерять счетную концентрацию частиц при

0,2<d

< 4,0 мкм [2].

При проведении экспериментов в качестве образцов нами

использованы плоские диски толщиной 2 мм, изготовленные из

сферического порошка фосфористой меди различных фракций: 0,09 – 0,18

мм (I), 0,18 – 0,35 мм (II) и 0,35 – 0,50 мм (III). Значения коэффициента

проскока K=N/N

(где N и N

– число частиц данной фракции после слоя и

до него соответственно) при d

=0,25 мкм и при разных значениях

линейной скорости потока w приведены в таблице.

Значение К при фильтровании через разные зернистые слои

Зернистый слой

W, м/с

0,06 0,16 0,26

I 0,67/0,60 0,79/ 0,77 0,78/ 0,83

II 0,79/ 0,82 0,87/ 0,90 0,92/ 0,93

III 0,85/ 0,90 0,92/ 0,94 0,96/ 0,96

Теоретические значения К, рассчитанные по формуле Гормли и

Кеннеди [2, 3] для диффузионного осаждения в идеальном фильтре при

пуазейлевском профиле течения, достаточно близки к экспериментальным.

Это подтвердило доминирующий характер диффузионного

осаждения в этих условиях. Результаты экспериментов были

аппроксимированы критериальными зависимостями вида f(K

, Re, Stk)=0.

Экспериментально установлено, что в доэкстремальной области кривых,

интерпретирующих зависимость f(K

, Re, Stk)=0, преобладают

одновременно действующие седиментационное и диффузионное

осаждения, антибатные с w. Этим объясняется увеличение К

доэкстремальной области с увеличением Re и Stk. В области,

расположенной справа от зоны экстремальных значений К

, явно

преобладает инерционное осаждение, симбатное c d

и W.

Экспериментальные критические значения Stk

кр

свидетельствуют о

вполне удовлетворительном совпадении этих величин для различных

условий фильтрования и определяют условия, при которых начинает

действовать инерционный механизм осаждения, может быть использовано

для выбора оптимального режима фильтрования. Экспериментальные

значения Stk

кр

оказались ниже теоретического (0,083), вычисленного для

осаждения частиц на изолированной сфере, имитирующей зерно слоя.

Таким образом, эффективность зернистых слоев в области

диффузионного осаждения сравнительно низкая, она повышается при

переходе к инерционному механизму улавливания, что позволяет

выделить предпочтительную область применения перегородок этого типа.

Полученные критериальные зависимости позволяют не только про-

гнозировать К

, но и своевременно исключить зону значений Re и Stk,

отвечающую наименее выгодному режиму работы фильтра. Визуальное

изучение этих зависимостей позволяет констатировать наличие общей

вершины в пределах 0,5<Re<0,8, асимптотическое приближение к

некоторому минимуму при возрастании Re и близость к гауссовской

кривой вида

−

= . Это дало основание предложить и в дальнейшем

экспериментально подтвердить зависимость вида

CBxAx

фф

eLnKK

)ln( ,

где х = lnRe.

Значения (К

)

определены из приближенной асимптотики.

Полученные результаты использованы при оптимизации работы фильтра

для тонкой очистки водорода [3].

Ограничение оптимальной области фильтрования диапазоном изме-

нения важнейших гидродинамических критериев Re и Stk не исчерпывает

проблемы оптимизации, так как не известно численное значение

важнейшего параметра – удельной газовой нагрузки для конкретных

условий процесса [3].

Литература

1. Гидродинамические особенности и кинетические закономерности

разделения промышленных аэрозолей фильтрованием / С.Ю. Панов, Г.В.

Кольцов, Е.В. Романюк, Ю.В. Красовицкий, Д.Б. Трощенко // Экология Центрально-

Черноземной области РФ: Науч.-техн. журн. - Липецк, ЛЭГИ, 2006. - С. 82-83.

2. Определение экономически целесообразной удельной газовой

нагрузки на зернистые фильтровальные перегородки при пылеулавливании /

В.П. Добросоцкий, К.С. Громов, А.В. Малинов, Г.В. Кольцов, Ю.В.

Красовицкий, В. Г. Иванова, А.А. Маньков // Химическое и нефтегазовое

машиностроение. - 2005. - №5. - С.36 – 38.

3. Особенности гидродинамики процесса фильтрования пылегазовых

потоков через зернистые слои [электронный ресурс] / В.П. Добросоцкий,

Г.В. Кольцов, Ю.В. Красовицкий, Д.Б. Трощенко // Проблемы экологии: наука,

промышленность, образование материалы III Междунар. науч.-практ. Конф.: 25-27

октября 2006 г. - Белгород, БГТУ, 2006.