Процесс энергосберегающего сухого пылеулавливания зернистыми фильтровальными слоями
На правах рукописи
МАНЬКОВ АЛЕКСАНДР АЛЕКСАНДРОВИЧ
ПРОЦЕСС энергосберегающего сухого ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ ЗЕРНИСТЫМИ фильтровальными СЛОЯМИ
Специальность 05.17.08 Процессы и аппараты
химических технологий
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Воронеж – 2009
Работа выполнена на кафедре «Процессы и аппараты химических и пищевых производств» ГОУ ВПО Воронежской государственной технологической академии (ВГТА).
Научный руководитель: Заслуженный деятель науки РФ,
доктор технических наук, профессор
Красовицкий Юрий Владимирович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Вальдберг Арнольд Юрьевич
доктор технических наук
Энтин Владимир Исаакович
Ведущая организация ОАО «Подольский завод огнеупорных изделий»
Защита диссертации состоится 26 ноября 2009 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 212.145.01 Московского государственного университета инженерной экологии (МГУИЭ) по адресу: 105066 г. Москва, ул. Старая Басманная, 21/4, аудитория имени Л.А. Кастандова (Л-207).
Отзывы в двух экземплярах, скрепленные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 105066, г. Москва Б-66, ул. Старая Басманная, 21/4.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУИЭ.
Автореферат разослан 20 октября 2009 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета, к.т.н. Трифонов С.А.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Выполненная работа посвящена изучению и развитию процесса сухого пылеулавливания, обеспечивающего снижение энергозатрат на процесс очистки и возвращение уловленной пыли в технологический процесс, повышение рентабельности производства и достижение социально-экологической эффективности мероприятий по защите окружающей среды.
В качестве объектов исследования нами использованы технологические процессы в огнеупорном и керамическом производстве (ОАО «Семилукский огнеупорный завод» и ПКФ «Воронежский керамический завод»), отличающиеся разнообразием пылевыделяющих агрегатов (дробилки, сушильные барабаны, печи обжига и т.д.), достаточно сложным энергетическим хозяйством и настоятельной необходимостью обеспечения норм ПДВ в целях защиты атмосферы. Предлагаемые в работе средства и методы для достижения требуемых результатов в значительной мере приемлемы и для смежных отраслей промышленности.
Актуальность темы.
Производство огнеупорных и керамических изделий отличается разнообразием технологического оборудования, предназначенного для дробления, измельчения, классификации, транспортировки и обжига твердых, гранулированных и порошкообразных материалов и является достаточно серьезным источником пылевыделения в производственные помещения и окружающую воздушную среду. При этом теряется значительная часть дефицитного сырья и возникают условия для нарушения действующих санитарно-гигиенических норм. Например, в России предприятиями по производству огнеупоров ежегодно выбрасывается в атмосферу свыше 2 млн. тонн неорганической пыли. На территориях, примыкающих к огнеупорным заводам, годовой осадок пыли достигает 7 кг/м2, а размеры частиц колеблются от 0,01 до 1,0 мкм, что наиболее опасно для органов дыхания.
В этих условиях особое значение приобретает не только всесторонний анализ и оптимизация уже действующих пылеулавливающих комплексов, но и развитие перспективных технологий процесса пылеулавливания, к которым следует отнести зернистые фильтрующие слои, отличающиеся дешевизной, доступностью, прочностью, термостойкостью, высокой степенью очистки, возможностью регенерации различными способами, коррозионно- и окалиностойкостью, способностью противостоять резким изменениям давления, что позволяет обеспечить требуемые показатели нормативов качества.
Зернистые слои обеспечивают не только предельно-допустимые выбросы (ПДВ), но и создают условия для организации на отдельных участках производства безотходной технологии.
Концептуальные условия применения зернистых фильтровальных слоев изучены Ю.В. Красовицким и А.Ю.Вальдбергом, аэродинамические аспекты проблемы – Е.В. Асмоловой и В.Г. Ивановой, математическое моделирование процесса – Е.А. Шипиловой и Л.И. Щегловой, методологические вопросы – Н.Ю. Карнеевой, анализ различных способов регенерации фильтровальных перегородок такого типа – В.Я. Башкардиным и С.Ю. Пановым, конструктивное оформление процесса – А.В. Малиновым и Н.М. Анжеуровым.
Несмотря на возрастающий интерес к слоевым зернистым фильтрам, ряд вопросов, связанных с их исследованием и практическим применением, изучен недостаточно, что в значительной мере сдерживает их внедрение и требует комплексного решения следующих задач: дальнейшее рассмотрение и развитие важнейших механизмов процесса пылеулавливания; анализ кинетики фильтрования на реальных пылегазовых потоках с использованием вероятностных моделей и соответствующей интерпретацией полученных экспериментальных данных; изучение и корректировка параметров регенерации зернистых слоев для определения оптимальной зоны их применения; активная идентификация изучаемых динамических объектов, предусматривающая априорное ранжирование технологических факторов, влияющих на процесс фильтрования; сравнение энергозатрат, эффективности и эксплуатационных параметров зернистых фильтров и других пылеуловителей.
Поэтому актуальность углубленного изучения процесса пылеулавливания зернистыми слоями из технологических и аспирационных газов достаточно очевидна.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планом НИР кафедры «Процессы и аппараты химических и пищевых производств» Воронежской государственной технологической академии (№ госуд. регистр. 01960006217).
Цель работы - совершенствование процессов энергосберегающего сухого пылеулавливания слоевыми зернистыми фильтрами из технологических и аспирационных газов для обеспечения требуемых норм ПДВ.
Эта цель достигалась комплексным решением следующих задач: изучением перспектив применения зернистых слоев для высокотемпературного обеспыливания технологических газов и аспирационных выбросов и формулировкой концептуальных подходов к решению проблемы; дополнительным анализом механизмов и гидродинамических особенностей при фильтровании зернистым слоем; разработкой условий представительного методологического обеспечения экспериментов; апробированием результатов экспериментов в печати и их обсуждением в рамках научных форумов; прогнозированием перспектив развития и внедрения зернистых фильтров на предприятиях по производству строительных материалов, в химической промышленности и в смежных отраслях техники; техно- и социально-экономической оценкой разработанных решений и рекомендаций.
Научная новизна работы состоит в следующем:
- показан перспективный характер дальнейшего развития зернистых фильтровальных слоев для организации высокоэффективного и энергосберегающего пылеулавливания в широком диапазоне изменения физико-химических и гидродинамических параметров пылегазовых потоков и геометрических характеристик зернистых слоев;
- проведена оценка механизмов осаждения взвешенных частиц к стенкам поровых каналов зернистого слоя для новых типов фильтровальных перегородок с разработкой специальных инженерных рекомендаций и анализом зависимости для расчета эффективности пылеулавливания;
- изучена кинетика процесса фильтрования с интерпретацией полученных результатов в вероятностных моделях. Одновременно дополнительно изучена и доказана доминирующая роль лобового слоя в процессе обеспечения высокой эффективности;
- теоретически обоснованы и экспериментально проверены параметры регенерации зернистых слоев и сформулированы соответствующие инженерные рекомендации производству;
- впервые выполнен аэродинамический анализ процессов истечения и засасывания пылегазового потока через цилиндрические фильтровальные перегородки и на этой основе сформулированы рекомендации по технологическому и аппаратурному оформлению процесса пылеулавливания.
На защиту выносятся указанные выше положения, составляющие научную новизну.
Практическая ценность диссертации состоит в разработке рекомендаций промышленным предприятиям: Семилукскому огнеупорному заводу – внедрение оптимальной системы пылеулавливания в цехах №1-4, реконструкция аспирационных систем технологических агрегатов, использование ЦЗЛ завода методологических решений по проведению пылегазовых замеров; Воронежскому керамическому заводу – внедрение зернистых фильтров на участках складирования исходного сырья, растаривания кусковых и сыпучих материалов, загрузки шихты в шаровые и коллоидальные мельницы, молотковые и щековые дробилки, во вращающиеся печи. Предложены зависимости, обеспечивающие уточненный расчет гидравлического сопротивления зернистых фильтров и своевременную корректировку эксплуатационных параметров.
Отдельные результаты работы используются систематически в практике ряда высших учебных заведений – Воронежской государственной технологической академии и Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г. Шухова (новые конструктивные решения зернистых фильтров), Липецком эколого-гуманитарном институте (расчетные зависимости для курса промышленной экологии).
Специальные рекомендации по методике и проведению пылегазовых замеров выданы Федеральной службе по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Территориальному управлению по Воронежской области).
Апробация работы. Результаты выполненных исследований доложены и обсуждены: на XLIV (21-23 марта 2006 г.) и на XLV (21-23 марта 2007 г.) отчетных научных конференциях ВГТА (г. Воронеж); на IX Региональной научно-практической конференции «Проблемы экологии и экологической безопасности Центрального Черноземья РФ» ( 7 декабря 2005г., ЛГТУ, г. Липецк); на 2-й Международной научно-практической конференции «Составляющие научно-технического прогресса» ( 21-22 апреля 2006 г.,ТГТУ, г. Тамбов); на IV Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы индустриальных мегаполисов» ( 5-7 июня 2007 г., МГУИЭ, г. Москва).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 19 работ, из которых 9 входят в перечень ВАК.
Структура и объем диссертации. Структура работы: основные условные обозначения, введение, пять глав, основные выводы, список использованных источников из 83 наименований, 3 приложений и 12 документов, подтверждающих практические результаты диссертации.
Основной объем работы - 130 стр., в том числе, 38 рис., 11 табл.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель работы и задачи исследований, указаны объекты и предметы анализа, методы проведения экспериментов, научная новизна диссертации и положения, представляемые на защиту, практическая ценность и апробация полученных результатов, личный вклад соискателя в работы, опубликованные в соавторстве и структура диссертации.
В первой главе, являющейся, по существу, аналитическим обзором, рассмотрены перспективы применения слоевого зернистого фильтра для тонкой очистки технологических и аспирационных потоков. Собраны достоверные и воспроизводимые сведения о массовых концентрациях, дисперсном и химическом составе, слипаемости, абразивности и аутогезионной прочности реальных промышленных пылей. Анализ технологических особенностей и характеристик пылегазовых выбросов в производстве огнеупорных и керамических изделий позволил оценить токсикологическое воздействие пыли на организм человека. Онкоэкологический мониторинг ситуации, приведенный в работе, позволяет оценить масштабный характер ситуации и разработать соответствующие инженерные решения проблемы пылеулавливания. Обзор и анализ способов и аппаратов для тонкой очистки пылегазового потока позволил выделить область применения зернистых фильтров, обеспечивающую весьма высокую эффективность пылеулавливания высокодисперсных токсичных пылей и надежную защиту организма человека в сочетании с повышенной возможностью утилизации пыли. Такой подход обеспечивает, как показано в работе, существенные экономические преимущества при реализации предлагаемого способа.
Выполнено технико-экономическое обоснование процесса обеспыливания и утилизации пыли зернистыми слоями.
Сформулированы основные направления работы по развитию гидродинамических и технологических условий эксплуатации пылеуловителей.
Во второй главе рассмотрено комплексное методологическое обеспечение экспериментов.
Абсолютное предпочтение в работе отдавалось проведению экспериментов на реальных пылегазовых потоках, отбираемых непосредственно из промышленных газоходов. Организация экспериментов на реальных пылегазовых потоках обеспечила высокую достоверность и практическую ценность результатов, так как позволила избежать достаточно трудоемкого и крайне ненадежного моделирования пылегазовых потоков в лабораторных условиях.
При проведении пневмометрических и пылегазовых измерений, обеспечивающих достаточно представительный характер получаемых результатов, в работе использованы стандартизированные методики.
Нами использована пылезаборная трубка с неохлаждаемыми графитовыми и стальными наконечниками, прошедшая длительную экспериментальную проверку при выполнении высокотемпературных замеров в промышленных газоходах.
Усредненное значение массовой концентрации пыли в пылегазовом потоке определялось как средневзвешенное по скорости из всех проведенных замеров по сечению при снятии поля запыленности. При проведении дисперсного анализа пыли в работе использованы квазивиртуальные импакторы НИИОГАЗа, успешно зарекомендовавшие себя в нестабильных производственных условиях движения пылегазовых потоков.
Интерпретация результатов дисперсного анализа пыли реализована нами в логарифмически-нормальном распределении (ЛНР), что позволило представить полученные данные в виде прямых и охарактеризовать их всего двумя величинами: средним медианным диаметром частиц 
и средним квадратическим отклонением логарифма диаметров частиц lgч.
Важнейшей составной частью методологического обеспечения экспериментальных исследований является активная идентификация исследуемого динамического объекта, которая предполагает не только проведение отсеивающих экспериментов, но и априорное ранжирование, учитывающее мнение специалистов о влиянии факторов. Выполненное нами ранжирование безразмерных комплексов – числа Рейнольдса Re, коэффициента гидравлического сопротивления, чисел Стокса Stk, Пекле Pe, параметров механизма касания R, седиментации G, диффузии D и турбулентной миграции показало, что доминирующими безразмерными комплексами в интересующей нас гидродинамической области, отвечающей практическому использованию зернистых фильтровальных перегородок для обеспыливания газов, являются Re,, Stk, и D.
В работе использованы цеховые опытно-промышленные установки и специальное оборудование ЦЗЛ ОАО «Семилуский огнеупорный завод», модифицированный автором стенд, лабораторные установки отдела №31 АО «НИИОГАЗ», а также лабораторные стенды кафедры ПАХПП ВГТА.
Погрешность при проведении пневмометрических и пылегазовых измерений в работе оценивали по нормальному закону распределения ошибок (закону Гаусса). При этом максимальное расхождение результатов теоретических и экспериментальных исследований составляет 1216% с доверительной вероятностью 0,95.
В третьей главе рассмотрено влияние механизмов осаждения на эффективность фильтрования аэродисперсных систем зернистыми насыпными слоями.
Применительно к процессу фильтрования газовых гетерогенных систем с монодисперсной твердой фазой, используя уравнение движения пылегазового потока в пористой среде и уравнение неразрывности потока, в работе получена зависимость вида:
, (1)
где, о – эффективность общая и незапыленной пористой перегородки соответственно; С – коэффициент пропорциональности; – время релаксации аэрозольных частиц; Рс – гидравлическое сопротивление пылевого слоя, – динамическая вязкость пылегазового потока.
Уравнение (1), характеризует эффективность при интегральном эффекте накопления твердой дисперсной фазы на поверхности пористой перегородки.
Установлено, что при фильтровании промышленных пылей зернистыми слоями турбулентный режим наступает при критическом значении Rе, намного меньшем, чем для гомогенного потока, так как частицы пыли являются дискретными турбулизаторами, дестабилизирующими устойчивость ламинарного течения.
Анализ показал, что турбулизация потока в поровых каналах приводит к тому, что размер улавливаемых частиц оказывается намного меньше минимального размера пор и определяется совместным действием различных механизмов осаждения – инерционным осаждением, зацеплением и диффузией.
Расчетная оценка реального воздействия различных механизмов осаждения на эффективность пылеулавливания может быть представлена зависимостью вида:
, (2)
где ReT – критерий Рейнольдса для обтекаемого тела (зерна), Stk – критерий Стокса, R, D, m.м. – параметры, характеризующие эффективность осаждения за счёт зацепления, диффузии, турбулентной миграции.
Оценка проводилась для следующего диапазона параметров зернистого слоя и пылегазового потока, характерных для условий работы зернистых слоев на практике: диаметр зерна (dз=2,5мм); пористость зернистого слоя (=0,320,65); температура газового потока (T=293-973К); плотность газового потока (г=0,341,2 кг/м3); динамическая вязкость газового потока (г=18·10-6 40·10-6 Па·с); скорость газового потока (wг =0,10,6м/с); диаметр улавливаемых частиц (dч=2·10-6 10-5 м); плотность частиц (ч=20003500 кг/м3).
Результаты расчётов представлены на рис. 1 и 2, из которых следует, что основная роль в осаждении взвешенных частиц в зернистом слое принадлежит инерционному механизму, т.е. критерию Stk
Рис. 1. Расчетная зависимость =f(dч) при Т=293° К, wг =0,1м/с
Рис. 2. Расчетная зависимость =f(dч) при Т=973° К, wг =0,6м/с
Влияние диффузионного осаждения наблюдается лишь для высокодисперсных частиц (dч 1 мкм) и при малых скоростях потока wг 0,1 м/с.
Известно, что при фильтровании промышленных пылей зернистыми слоями автомодельный режим наступает при критическом значении ReТ, намного меньшем, чем для гомогенного потока, так как зёрна насадки являются дискретными турбулизаторами пылегазового потока.
Отсюда следует возможность принять за основу при оценке эффективности осаждения взвешенных частиц в зернистом насыпном слое зависимость, характеризующую осаждение взвешенных частиц в насадочной колонне, исключив влияние орошающей жидкости.
Экспериментальные исследования автора позволили получить зависимость:
=1-0,254(Stk·H/dз)-0,432, (3)
где критерий Stk=dm2чvг/(18гdз). Зависимость (3) действительна в интервале значений dm=515 мкм.
Для обеспечения статистической эффективности полученных результатов экспериментальные данные представлены на рис. 3 в виде функциональной зависимости вида:
К=f((Stk*Нсл)/ dз (4)
Рис.3. Зависимость К=f((Stk*Нсл)/ dз
Доверительный интервал для формулы (3ёё) составляет ±0,37·24=±0,009 (при доверительной вероятности =95% (по Стьюденту) и числе экспериментальных точек n=24).
Учитывая доминирующую роль инерционного механизма осаждения в зернистом насыпном слое, по аналогии с высокоскоростными волокнистыми фильтрами для частиц пыли с dm от 5 до 15 мкм в работе получена зависимость эффективности от энергетических затрат (рис. 4):
=1-1,177·P-0,432 (5)
Рис.4. Зависимость К=f(P)
Как видно из графика, представленного на рис. 4, высокая эффективность осаждения (0,9 и выше) достигается при гидравлическом сопротивлении зернистого слоя P250Па.
Значение P может быть рассчитано по формуле Дарси-Вейсбаха:
P=·(H/dз)·(гwг2/22), (6)
где – коэффициент сопротивления слоя толщиной в один диаметр зерна.
Особое внимание в работе уделено гидродинамике пористой зернистой фильтровальной среды. При этом дифференцированы режимы стационарного и нестационарного процесса.
Полученные результаты позволили сформулировать рекомендации производству и соответствующим проектным организациям.
В четвертой главе выполнен анализ кинетики процесса и эксплуатационных параметров фильтрования. Рассмотрены экспериментально полученные интерполяционные модели фильтрования, проведены исследования механической прочности гранул зернистых слоев, обоснованы параметры регенерации зернистых фильтровальных перегородок. Определено гидравлическое сопротивление фильтровальных перегородок цилиндрической формы при истечении и засасывании пылегазового потока.
Градация процесса фильтрования полидисперсных аэрозолей промышленного происхождения на стационарный и нестационарный режимы позволила нам предложить вероятностную модель вида:
, (7)
где 
, Кс - проницаемость пылевого слоя; t - время фильтрования; - -время релаксации; м -максимальное значение эффективности пылеулавливания.
Выражение (7) использовано нами для оценки зависимости =f(t).
На рис. 5 приведены полученные автором результаты обработки экспериментальных данных в вероятностной системе координат при фильтровании запыленного кварцевой пылью воздуха через зернистый фильтр.
Для прецизионного определения оптимальной гидродинамической области фильтрования при строго регламентированных значениях эффективности использована опытная установка, состоящая 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 в пределах 0,2 < dч <4,0 мкм.
Рис. 5. Зависимость эффективности 
.
Зернистый слой при скоростях фильтрования, м/с: – 1.18; – 0.21; 
- 0.28; – 0.33; + – 0.42.
Полученные при этом экспериментальные зависимости вида ф = f(Re) и ф = (Stk) позволили идентифицировать зону экстремального минимума эффективности, лежащую в пределах 0,5 < Re < 0,8 и 710-4 < Stk < 310-3, как это показано на рис. 6 и 7.
| Рис.6. Зависимость ф =f(Re) при dч, мкм,: 1 – 0,2; 2 – 0,5;3 – 1,0; 4 – 1,5. | Рис.7. Зависимость ф =f(Stk) при dч, мкм,: 1 – 0,2; 2 – 0,5; 3 – 1,0; 4 – 1,5. |
При исследовании механической прочности гранул для имитации условий, максимально приближенных к регенерации импульсной продувкой, была разработана экспериментальная установка, состоящая из фильтрующего элемента диаметром 50 мм и высотой 200мм и компрессора с вентилем типа СВМ для подачи кратковременных импульсов сжатого воздуха.
Размер зерен кварцевого песка – 1-3 мм, магнезита – 2-5мм, марганцевой руды – 3-6 мм, доломита – 4-6 мм, высота слоя Н 0,15 м. В качестве модельной пыли – высокоглиноземистый шамот от вращающихся печей при значениях dm =5,610-6м, lg=0,32. Результаты экспериментов представлены на рис. 8 зависимостью 
, где n1, n2 – массы навески экспериментальной порции фильтровального материала с пылью и без неё (до и после эксперимента); Nф- число импульсов.
Рис. 8. Зависимость 
:
1 – кварцевый песок (20°С); 2 – магнезит (20°С ); 3 – кварцевый песок (380°С); 4 – марганцевая руда (20°С); 5 – доломит (20°С ).
Наиболее высокой механической прочностью из испытанных материалов обладали кварцевый песок и магнезит, рекомендованные в дальнейшем для организации зернистых фильтровальных перегородок с несвязанной структурой.
При исследовании кинетики фильтрования нами была получена зависимость р = f(), представленная на рис. 9. Здесь кривая 1 показывает кинетику изменения перепада давлений на первом лобовом участке слоя (Н1 = 10мм); кривая 2 – перепад давлений на первом и втором участке и т.д.
Общий перепад давления характеризуется кривой 4:
р1+2…+4 = (). (8)
Такая форма обработки данных удобна, так как перепад давлений на любом участке в произвольный момент может быть определен как разность соответствующих ординат в этот момент. Так, отрезок ВС определяет значение р на участке третьего зернистого слоя в рассматриваемый момент времени.
Рис. 9. Зависимость р = () для различных участков по высоте слоя.
Полученные результаты позволяют считать, что глубина погружения рыхлителей, предназначенных для разрушения лобового слоя, не должна превышать (3-4)dз, что обеспечивает достаточно эффективную регенерацию при относительно небольших энергетических затратах. При этом гидравлическое сопротивление слоя падало практически до первоначального.
Результаты сравнительной оценки истечения и засасывания пылегазового потока при фильтровании через зернистые слои цилиндрической формы представлены на рис. 10 в виде функциональных зависимостей =f(Re). В качестве фильтровальной перегородки - глинозем (dз =1-3мм; =0,48; Dнр /Dвн=1,4). Опыты были проведены непосредственно на Семилукском огнеупорном заводе. Из графика на рис. 10 видно, что указанная разница сопротивлений достигает 30%.
Значения коэффициента сопротивления определяли по формуле:
(9)
При этом значения Re в диапазоне 3 < Re < 1000 определяли в работе по формуле:
(10)
Рис. 10. Зависимость =f(Re), для пористого цилиндрического фильтровального слоя.
1 – истечение; 2 – засасывание.
Явные и существенные энергетические преимущества режима истечения пылегазового потока из фильтровальных элементов должны быть использованы только в процессе регенерации очищенным газом или предварительно компримированным воздухом. Попытки реализовать в этом режиме фильтрование пылегазового потока создают практически непреодолимые эксплуатационные трудности, связанные с возникающими проблемами удаления уловленной пыли из внутреннего объема цилиндрических фильтровальных элементов.
В пятой главе рассмотрена обобщенная концепция соотношения «затраты – выигрыш» при использовании зернистых фильтров для обеспечения стандартов качества атмосферного воздуха.
Рассмотрены перспективы применения результатов работы, подтвердившие целесообразность дальнейшего развития и совершенствования энергосберегающих процессов сухого пылеулавливания. Одновременно предложена классификационная таблица для выбора сухих, энергосберегающих систем и аппаратов, предусматривающая широкое использование зернистых насыпных фильтров.
Приложения содержат характеристики пылегазовых потоков, результаты обработки экспериментальных данных и технико-экономические параметры некоторых пылеуловителей.
Раздел «Внедрение результатов работы» содержит документы, подтверждающие научное, научно-методическое и практическое использование выполненных исследований.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ
- Показан перспективный характер развития процесса пылеулавливания зернистыми насыпными фильтрами, обеспечивающими нормы ПДВ и утилизацию уловленной пыли.
- Определена оптимальная область эксплуатации зернистых слоев для очистки промышленных и аспирационных газов, которая характеризуется следующими параметрами: 0,4 w 0,8 м/с; (2,0 dч 10)10-6 м; 20°С Т 700°C; 1810-6 3210-6 Пас; 0,35 0,62.
- Получены зависимости вида К=f((Stk*Нсл)/ dз и К=f(P) для идентификации рациональной области эксплуатации зернистых фильтров.
- Полученные результаты аппроксимированы функциональными зависимостями вида ф = f(Re) и ф = (Stk). Установлено, что при формировании эксплуатационного регламента следует избегать зону экстремального минимума эффективности, лежащую в пределах 0,5 < Re < 0,8, что позволило разработать практические рекомендации промышленности по корректировке условий работы зернистого фильтра.
- Для интерпретации экспериментальных данных, описывающих кинетику процесса, впервые использована вероятностная модель, позволяющая предложить практическую реализацию полученных результатов при стационарном и нестационарном режимах фильтрования.
- Экспериментально проверены параметры регенерации зернистых слоев и сформулированы соответствующие конкретные рекомендации производству. При этом скорость движения зернистого материала под действием силы тяжести в вертикальном направлении в процессе регенерации wсх (скорость схода), как это установлено экспериментально, определяется соотношением 0,1710-3 wсх 0,7010-3 м/с.
- Применительно к поставленным задачам разработаны мобильные модули ранее созданного унифицированного экспериментального стенда, представляющие очевидный интерес для различных отраслей промышленности.
- Проведено сравнение энергозатрат, эффективности и ряда эксплуатационных параметров пылеуловителей, показавшее очевидные преимущества зернистых слоев: диаметр улавливаемых частиц пыли – до 2,010-6 м; удельная газовая нагрузка – до 30 м3/м2·мин; максимальная начальная запыленность – до 30 г/м3; температура очищаемых газов – до 750 °С; максимальный перепад давлений на зернистом слое – до 1500 Па; степень очистки – до 99,8%.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ:
- Добросоцкий В.П. Определение экономически целесообразной удельной 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.
- Добросоцкий В.П. Перспективные разработки систем пылеулавливания в керамическом производстве / В.П.Добросоцкий, К.С.Громов, А.В.Малинов, Г.В.Кольцов, Ю.В.Красовицкий, А.А.Маньков // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2005. – №7. – С.37-38.
- Добросоцкий В.П. Обеспыливание газов зернистыми слоями / В.П.Добросоцкий, В.Г.Иванова, Д.Б.Трощенко, А.А.Маньков, М.Н.Кузнецова // Экология Центрально-Черноземной области РФ. – 2006. – №1 –С.89-90.
- Ермолычев Д.А. Количественная оценка степени неравномерности распределения пылегазовых потоков по рабочему сечению газоходов и пылеуловителей при решении экологических проблем в производстве огнеупоров / Д.А.Ермолычев, Ю.В.Красовицкий, Е.В.Архангельская, А.А.Маньков // Сб. материалов II Междунар. науч.-практ. конф. «Составляющие научно-технического процесса» / Тамбов. гос. техн. ун-т – Тамбов, 2006. – С.217-218.
- Кабаргин С.Л. Токсикологические аспекты загрязнения воздушной среды при производстве огнеупоров / С.П.Кабаргин, Ю.В.Красовицкий, Е.В Архангельская, А.А.Маньков // Сб. материалов II Междунар. науч.-практ. конф. «Составляющие научно-технического процесса» / Тамбов. гос. техн. ун-т – Тамбов, 2006. – С.220-222.
- Колбешкин Б.Г. Анализ современных математических моделей фильтрования пылегазовых потоков зернистыми слоями / Б.Г. Колбешкин, В.П.Добросоцкий, О.А.Панова, А.А.Маньков // Экология Центрально-Черноземной области РФ. – 2006. - № 1. – С.45-47.
- Маньков А.А. Тенденции изменения биосферы в процессе технической деятельности человека / А.А. Маньков // Материалы ХLIV отчет. науч. конф. за 2005 г.: в 3 ч. / Воронеж. гос. технол. акад. – Воронеж, 2006. – Ч. 3. – С.107-108.
- Маньков А.А. Перспективы применения зернистого фильтра при тонкой очистке от пыли газовых технологических сред в химической промышленности / А.А. Маньков, Н.М. Анжеуров, Е.В. Романюк // Материалы ХLV отчет. науч. конф. за 2006 г.: в 2 ч. / Воронеж. гос. технол. акад. – Воронеж, 2007 – Ч. 2. – С.28-29.
- Добросоцкий В.П. Аэродинамические способы сухого пылеулавливания в производстве строительных материалов / 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 // Сб. науч. тр. III Всеросс. науч.-практ. конф. «Экологические проблемы промышленных городов», Саратов, 4 – 5 апр. 2007 г. – Саратов, 2007. – С. 72-74.
- Добросоцкий В.П. Обеспыливание воздуха в системах пневмотранспорта / 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 // Сб. науч. тр. III Всеросс. науч.-практ. конф. «Экологические проблемы промышленных городов», Саратов, 4 – 5 апр. 2007 г. – Саратов, 2007. – С. 75-77.
- Добросоцкий В.П. Токсикологическое воздействие пылей керамического производства / 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 // Сб. науч. тр. III Всеросс. науч.-практ. конф. «Экологические проблемы промышленных городов», Саратов, 4 – 5 апр. 2007 г. – Саратов, 2007. – С. 83-85.
- Кольцов Г.В. Аэродинамические проблемы пылеулавливания зернистыми слоями / Г.В. Кольцов, Д.Б. Трощенко, Е.В. Романюк, Ю.В. Красовицкий, А.А. Маньков, В.Г. Иванова // Тр. IV Междунар. науч.-практ. конф. «Экологические проблемы индустриальных мегаполисов», Москва, 5 – 7 июня 2007 г. – Москва, 2007. – С. 184 – 187.
- Красовицкий Ю.В. Унифицированный экспериментальный стенд и система мониторинга для оценки эффективности фильтровальных перегородок / Ю.В. Красовицкий, Е.В. Романюк, Е.Л. Заславский, Е.В. Архангельская, А.А. Маньков, Н.Н. Лобачева // Строительные материалы. – 2008. – № 1. – С.66-67.
- Маньков А.А. Определение гидравлического сопротивления фильтровальных перегородок цилиндрической формы при истечении и засасывании пылегазового потока / А.А. Маньков, Ю.В Красовицкий, В.Г. Стогней, Д.Б. Трощенко, Е.В. Архангельская, Н.Н. Лобачева // Вестник Воронежского государственного технического университета / Воронеж. гос. техн. ун-т. – Т. 4. – №3. – Воронеж, 2008. – С. 18-20.
- Романюк Е.В. Особенности применения фильтров со связанной структурой зернистого слоя при высокоэффективном пылеулавливании из технологических газов и аспирационных выбросов / Е.В. Романюк, Ю.В Красовицкий, В.Г. Стогней, Д.Б. Трощенко, Н.Н. Лобачева, Е.В. Архангельская, А.А. Маньков // Вестник Воронежского государственного технического университета / Воронеж. гос. техн. ун-т. – Т. 4. – №3. – Воронеж, 2008. – С. 51-54.
- Трощенко Д.Б. Перспективы применения зернистых фильтров для обеспыливания отходящих газов при проведении высокотемпературных технологических процессов / Д.Б. Трощенко, В.Г. Стогней, Ю.В Красовицкий, А.А. Маньков, Н.Н. Лобачева, Е.В. Архангельская, Е.В. Романюк// Вестник Воронежского государственного технического университета / Воронеж. гос. техн. ун-т. – Т. 4. – №3. – Воронеж, 2008. – С. 129-131.
- Маньков А.А. Экспериментальная оценка общей и фракционной эффективности зернистых фильтров-пылеуловителей при производстве огнеупоров / А.А.Маньков, Ю.В.Красовицкий, Е.В. Архангельская, С.Л.Кабаргин, Д.Б. Трощенко, Н.Н. Лобачева, В.П. Добросоцкий// Новые огнеупоры. – 2008. - № 4.- С.64-67.
- Важинский Р.А. Анализ дисперсного состава промышленных пылей струйными осадителями (импакторами) / Р.А. Важинский, Ю.В Красовицкий, А.А. Маньков, Е.В. Романюк, Е.В. Архангельская, В.Г. Стогней // Вестник Воронежского государственного технического университета / Воронеж. гос. техн. ун-т. – Т. 4. – №9. – Воронеж, 2008. – С. 21-22.
- Красовицкий Ю.В. Определение запыленности газов и эффективности пылеулавливания в производстве стройматериалов / Ю.В Красовицкий, Р.А. Важинский, А.А. Маньков, Е.В. Романюк, Н.Н. Лобачева, В.Г. Стогней, А.В. Логинов // Вестник Воронежского государственного технического университета / Воронеж. гос. техн. ун-т. – Т. 4. – №9. – Воронеж, 2008. – С. 89-91.
