Совершенствование систем защиты от пыли с применением аппаратов взп на строительных предприятиях по производству мела
На правах рукописи
ПОНОМАРЕВА НАТАЛИЯ СЕРГЕЕВНА
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ ЗАЩИТЫ ОТ ПЫЛИ С ПРИМЕНЕНИЕМ АППАРАТОВ ВЗП НА СТРОИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ ПО ПРОИЗВОДСТВУ МЕЛА
| 05.26.01 | Охрана труда (строительство) |
| 05.23.19 | Экологическая безопасность строительства и городского хозяйства |
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Волгоград - 2011
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Волгоградский государственный архитектурно–строительный университет»
| Научный руководитель доктор технических наук, профессор | АЗАРОВ ВАЛЕРИЙ НИКОЛАЕВИЧ |
| Официальные оппоненты: | |
| доктор технических наук, профессор | ГОЛОВАНЧИКОВ АЛЕКСАНДР БОРИСОВИЧ ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет» |
| кандидат технических наук | КУЗНЕЦОВА НАТАЛЬЯ СЕРГЕЕВНА ООО «НИПИ Волгогорхимстрой» |
| Ведущая организация | ФГБУ «ВНИИ охраны и экономики труда» Минздравсоцразвития России |
Защита состоится 29 декабря 2011 г. в 1100 на заседании диссертационного совета ДМ 212.026.05 при ФГБОУ ВПО Волгоградском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1, ауд. Б-203.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно–строительного университета.
Автореферат разослан 29 ноября 2011 г.
| Ученый секретарь диссертационного совета |  | Юрьев Ю.Ю. |
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Одним из неблагоприятных факторов, воздействующих на работающих предприятий строительной индустрии, является пыль. В рабочих зонах на многих предприятиях уровень запыленности превышает предельно-допустимые концентрации и величину предельно-допустимых выбросов в атмосферу. Это приводит к ухудшению качества воздуха рабочей зоны на рабочих местах и атмосферы вблизи предприятий, следовательно, ведет к росту числа профессиональных заболеваний и повышает уровень загрязнения городской среды.
На предприятиях по производству мела, строительных и отделочных материалов, сухих строительных смесей, шпаклевочных и малярных материалов на основе мела, в системах обеспыливания и аспирации распространены циклоны и рукавные фильтры на разных ступенях очистки. Опыт эксплуатации систем обеспыливания показал, что существует несколько причин низкой эффективности их работы: забивание меловой пылью внутренней поверхности циклонов и тканей рукавных фильтров, устаревшее пылеулавливающее оборудование, низкая эффективность улавливания частиц мелкой фракции, абразивный износ. Это приводит к снижению производительности, ухудшению пылевой обстановки на рабочих местах и на территории предприятия, загрязнению городской среды, а также к увеличению эксплуатационных затрат.
Таким образом, актуальным является совершенствование и промышленное внедрение в системах аспирации с низкими концентрациями пыли и с большой долей тонкодисперсных фракций аппаратов со встречными закрученными потоками различных конструкций, которые по сравнению с циклонами более эффективны при улавливании мелких фракций пыли, размером менее 10 мкм и менее чувствительны к колебаниям расхода очищаемого воздуха и подсосам в бункерную зону, то есть разработка мероприятий, направленных на улучшение качества воздушной среды (воздуха рабочей зоны), разработка экологически безопасных систем жизнеобеспечения, разработка методов и средств защиты работников от негативных воздействий, а население от загрязнений городской среды (совершенствование систем обеспыливания).
Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.
Цель работы. Улучшение условий труда работников предприятий и повышение экологической безопасности строительных производств, использующих мел.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
- оценка технологического оборудования как источника поступления меловой пыли в рабочую зону и атмосферу, определяющая исходные данные для проектирования систем обеспыливания;
- анализ условий труда и оценка воздействия меловой пыли на организм работающего, обобщение данных о дисперсном составе и основных физико-химических свойствах и аэродинамических характеристиках меловой пыли;
- совершенствование расчетной модели для аппроксимационного представления интегральной функции распределения массы частиц по диаметрам пыли в воздухе рабочей зоны и инженерно-экологических системах на базе теоремы Гаусса-Маркова для наилучших линейных несмещенных оценок;
- проведение опытно-промышленных исследований по определению требуемых расходов удаляемого воздуха от пылящего оборудования в системах аспирации;
- проведение опытно-промышленных исследований по совершенствованию систем защиты от пыли (систем обеспыливания) цехов по производству мела, разработка конструкций пылеулавливающих аппаратов ВЗП и исследование процессов улавливания пыли в этих аппаратах;
- оценка социально-экономического и эколого-экономического эффектов внедренных мероприятий.
Основная идея работы состояла в совершенствовании расчетной модели для аппроксимационного представления интегральной функции распределения массы частиц по диаметрам пыли в воздухе рабочей зоны и инженерно-экологических системах на базе теоремы Гаусса-Маркова для наилучшей линейной несмещенной оценки и улучшении пылевой обстановки за счет использования аппаратов ВЗП с вращающейся цилиндрической вставкой (ВЗПц) и аппаратов ВЗП с тканевой вставкой (ВЗПт) в системах обеспыливания цехов по производству мела.
Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, моделирование изучаемых процессов, обработку экспериментальных данных методами математической статистики и корреляционного анализа с применением ПК, лабораторные и опытно-промышленные исследования.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений теоретического анализа, планированием необходимого объема экспериментов, и подтверждена удовлетворяющей сходимостью теоретических результатов с результатами экспериментальных исследований, выполненных в лабораторных и промышленных условиях, патентной чистотой разработанного технического решения.
Научная новизна работы:
- усовершенствована расчетная модель для аппроксимационного представления интегральной функции распределения массы частиц по диаметрам пыли в воздухе рабочей зоны и инженерно-экологических системах на базе теоремы Гаусса-Маркова для наилучшей линейной несмещенной оценки;
- определены и систематизированы данные о дисперсном составе и физико-химических свойствах меловой пыли, образующихся в процессе производства мела;
- установлены экспериментальные зависимости, характеризующие изменение концентрации меловой пыли и плотности оседания в воздухе рабочей зоны в цехах по производству мела;
- экспериментально обосновано применение аппаратов ВЗПц и ВЗПт в системах обеспыливания цехов по производству мела;
- предложена методика расчета аппаратов ВЗПт в системах обеспыливания цехов по производству мела;
- проведена оценка социально-экономического и эколого-экономического эффектов разработанных мероприятий.
Практическое значение работы:
- определены и систематизированы данные опытно-промышленных исследований дисперсного состава меловой пыли, поступающей в инженерно-экологические системы и рабочую зону предприятий по производству мела, строительных и отделочных материалов, сухих строительных смесей, шпаклевочных и малярных материалов на основе мела;
- разработана методика описания дисперсного состава пыли в выбросах в атмосферу, которая прошла апробацию и внедрение в «НИИ Атмосфера» и «НИПИ Волгогорхимстрой»;
- для систем обеспыливания разработаны конструкции аппаратов ВЗПц для первой ступени очистки (патент на изобретение РФ №2343958) и ВЗПт для второй ступени очистки (положительное решение от 28.09.2011 г. на патент по заявке №2011131240/05(046095) от 26.07.2011), обладающие высокой эффективностью очистки (до 99,8%);
- разработана методика расчета аппаратов ВЗПт, позволяющая производить расчет эффективности пылеулавливания данных аппаратов и их аэродинамических характеристик;
- разработаны и приняты к использованию рекомендации по повышению эффективности работы систем обеспыливания цехов по производству мела.
Реализация результатов работы:
- разработка и испытание опытной установки пылеулавливания на стройбазе ООО «Волгохимполимер»;
- проведено обследование, выданы рекомендации и разработан проект системы аспирации, который принят к внедрению на ЗАО «КНАУФ Гипс Баскунчак»;
- рекомендации по проектированию системы обеспыливания цеха по производству строительных и отделочных материалов, сухих строительных смесей, шпаклевочных и малярных материалов на основе мела внедрены в ПТБ ПСО «Волгоградгражданстрой» при разработке проектной документации;
- материалы диссертационной работы использованы кафедрой «Безопасность жизнедеятельности в техносфере» в учебном процессе Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета;
- методика описания дисперсного состава пыли в выбросах в атмосферу.
На защиту выносятся:
- результаты исследования технологического оборудования как источника пылевыделения в цехах производства мела;
- расчетная модель для аппроксимационного представления интегральной функции распределения массы частиц по диаметрам пыли в воздухе рабочей зоны и инженерно-экологических системах на базе теоремы Гаусса-Маркова для наилучшей линейной несмещенной оценки;
- результаты исследования дисперсного состава меловой пыли, поступающей в системы аспирации и воздух рабочей зоны;
- результаты экспериментальных исследований аппаратов ВЗПц и ВЗПт на меловой пыли;
- результаты опытно-промышленных исследований по совершенствованию систем обеспыливания цехов по производству мела.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались, получили одобрение и награды на: IX Международной научной конференции «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды» (Кошалин, 2011 г.); IV Российской научно-технической конференции с международным участием «Социально-экономические и технологические проблемы развития строительного комплекса региона. Наука. Практика. Образование» (Волгоград, 2011 г.); Международной научно-практической конференции «Научный потенциал молодых ученых для инновационного развития строительного комплекса Нижнего Поволжья» (Волгоград, 2010 г.); научно-технической конференции «Проблемы промышленной экологии» (Волгоград, 2006, 2007 гг.); ежегодных научно-технических конференциях Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета (Волгоград, 2006-2011 г.); XI Региональной конференциях молодых исследователей Волгоградской области «Архитектура, градостроительство, строительство и экологические проблемы» (Волгоград, 2006 г.).
Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 11 работах, в том числе 2 работы в рецензируемых научных журналах и в изданиях, 1 патент на изобретение и 1 положительное решение от 28.09.2011 г. на патент по заявке №2011131240/05(046095) от 26.07.2011 г.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы 177 страниц, в том числе: 150 страницы – основной текст, содержащий 26 таблиц на 26 страницах, 49 рисунков на 42 страницах; список литературы из 162 наименований на 15 страницах, 7 приложений на 12 страницах.
Основное содержание работы
Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель, задачи и основная идея работы, ее научная новизна и практическая значимость, приведены сведения об апробации и практическом внедрении результатов проведенных исследований.
В первой главе проведен анализ технологического процесса производства мела. В результате выявлены основные источники выделения меловой пыли в воздух рабочей зоны и инженерно-экологические системы: сушильные барабаны, системы транспортировки мела между стадиями переработки и его фасовки и упаковки, операции дезинтеграции и классификации мела через систему очистки.
Определено воздействия меловой пыли на организм работающего, которое приводит к раздражениям и профессиональным заболеваниям – пневмокониозам и др.
Анализ работы существующих систем обеспыливания показал недостаточную эффективность улавливания меловой пыли. Вследствие чего запыленность воздуха в рабочей зоне превышает ПДК, что приводит к повышению риска возникновения профессиональных заболеваний, а также повышается уровень загрязнения городской среды. Как правило, на предприятиях отрасли в качестве пылеуловителей используются на первой ступени очистки – циклоны, на второй – рукавные фильтры. Одной из причин не достаточно высокой эффективности применяемых аппаратов является то, что рукавные фильтры громоздки, занимают много места и требуют высококвалифицированного обслуживания. В связи с этим очень дороги в эксплуатации. Кроме того, отмечается непостоянство эффективности очистки с течением времени из-за частого забивания фильтра, а циклоны обладают низкой эффективностью улавливания частиц мелкой фракции до 10 мкм. К недостаткам циклонов относится также довольно высокие показатели абразивного износа, что приводит к тому, что аппараты при их изоляции, футеровке и т. д. могут полностью истираться в одном или нескольких местах корпуса, вследствие чего резко падает эффективность очистки.
Представленный опыт внедрения аппаратов на встречных закрученных потоках на различных предприятиях промышленности, показал, что установка ВЗП после инерционных пылеуловителей повышает эффективность на 12 – 23 %, а после циклона – на 8 – 30 % в зависимости от фракционного состава и плотности пыли.
Рассмотрены способы оценки эффективности улавливания пыли инерционными аппаратами.
Вторая глава посвящена совершенствованию расчетной модели для аппроксимационного представления интегральной функции распределения массы частиц по диаметрам пыли в воздухе рабочей зоны и инженерно-экологических системах на базе теоремы Гаусса-Маркова для наилучшей линейной несмещенной оценки.
Как правило, дисперсный состав пыли не может описываться в вероятностно-логарифмических координатах одной прямой, т.е. логарифмически-нормальным законом. В настоящее время нашли широкое применение различные методы аппроксимации. Одним из приближенных описаний может быть кусочно–линейная функция. Например, В.А. Минко, В.Н Азаров показали это для пыли в различных аспирационных отсосах от оборудования во многих производствах строительной индустрии.
Для приближенного описания интегральной функции распределения, характеристик пыли нами был использован метод аппроксимации непрерывными линейными и нелинейными функциями с использованием двухзвенного сплайна. По аналогии на втором участке линейную функцию заменили нелинейной - гиперболической.
Рассмотрим область значений всех размеров частиц на двух участках: первый участок кр1, второй участок кр1 < кр2 (рис. 1).
Аппроксимируем функцию на участке [0, хкр1] линейной, что подтверждается многочисленными замерами.
 . | (1) |
На участке [хкр1, хкр2] аппроксимируем функцию возрастающей гиперболической функцией, имеющей вертикальную асимптоту хкр2 = lg хкр2:
 . | (2) |
Получаем:
 ,  . | (3) |
В точке сочленения х = хкр1 равны не только значения функций Y 1 (хкр1) и Y 2 (хкр2), но и производные этих функций: Y 1 (х) – слева, Y 2 (х) – справа.
Подбор коэффициентов а1, а2, а3, k осуществляется из следующих условий:
- Равенство функций y1 и y2 в точке хкр1:
 | (4) |
- Равенство производных функций y1 и y2 в точке хкр1:
 | (5) |
 | |
| Рис. 1. | Аппроксимация интегральной функции распределения дисперсного состава пыли линейной и нелинейной функциями: 1 – линейная функция; 2 – нелинейная функция; 3 – касательная |
Обозначим: 
Проведя ряд преобразований получим следующую систему уравнений:
 | (6) |
В итоге получим выражения для функций Y1(хкр1) и Y2(хкр1):
 , | (7) |
 . | (8) |
Таким образом, для того чтобы функция (8) удовлетворяла не только условиям «склейки», но и была наиболее близкой к полученным экспериментальным данным, выбираем для каждого xкр1 значения k и yкр1 таким образом, чтобы сумма квадратов отклонений от экспериментальных значений была минимальной.
В итоге уравнения функций распределения будут иметь вид:
 если   , если 0  < | (9) |
Искомая функция должна быть выбрана из условия минимума квадратичной формы 
при изменении четырех параметров: х, у0, k. Этот минимум будем искать следующим образом:
1. Для каждого х необходимо найти величину 
и соответствующие этому значению х значения у0, k.
2. Находим минимум формы по х, и для каждого значения x, где этот минимум достигается, найдем значения у0, k и, следовательно, получим искомую сплайн функцию (9).
Первый этап можно свести к задаче оптимального планирования. Введем следующие обозначения: Y = (y1…yN)T – вектор значений интегральной функции (Т – символ транспонирования); = (у0, k)T – вектор неизвестных параметров; = (1…N)Т – вектор отклонений; F(x) – матрица размером (N 2), зависящая от х (xi 
x при i 
n, xi > x при n < i 
N).
F(x) =  | (10) |
Задача нахождения вектора (у0, k) для каждого фиксированного x сводится к задаче оптимального планирования, которая в матричной форме имеет вид:
| Y = F(x0) +. | (11) |
Согласно теореме Гаусса-Маркова, при условии det FT · F 0, оценки 
метода наименьших квадратов определены однозначно, являются наилучшими линейными несмещенными оценками и имеют вид:
 . | (12) |
Поэтому для каждого x наименьшее по параметрам у кр1, k1, k2 значение Т определяется следующим образом:
 . | (13) |
На втором этапе определяют величины Т по х0. Затем приравнивание производной нулю позволяет определить x, при котором достигается минимум формы 
, и, следовательно, при котором сплайн функция (9) является лучшим приближением экспериментальных значений.
Последовательно находя параметры k, а1, а2 и а3, при которых для заданных значений хкр1 и хкр2 отклонение функций вида (3) от экспериментальных значений будет минимальным. Таким образом, данный алгоритм позволяет получить более точное представление интегральной функции распределения массы частиц по диаметрам.
На основе предложенного алгоритма разработана методика описания дисперсного состава пыли в выбросах в атмосферу, которая прошла апробацию в таких научно-исследовательских институтах, как «НИИ Атмосфера» и «НИПИ Волгогорхимстрой». В частности, такой анализ дисперсного состава меловой пыли, отобранной в системах аспирации, позволил достоверно оценить фракционную эффективность пылегазоочистных устройств.
Кроме того такой подход позволил теоретически рассчитать долю мелкодисперсной пыли РМ10 и РМ2,5 при исследовании запыленности в воздухе рабочей зоны.
Проведенные теоретические и экспериментальные исследования аэродинамических характеристик пыли мела, выделяющейся из технологического оборудования, позволили сделать вывод о том, что при скорости восходящего воздушного потока от 0,1 до 0,17 м/с во взвешенном состоянии в рабочей зоне в основном находиться частицы с медианным размером от 2,5 до 10 мкм. При этом частицы такого размера составляют не более 5-7% от общего количества пыли, выбивающейся из технологического оборудования. Также для разработки решений по обеспыливанию оборудования были исследованы физико-химические свойства меловой пыли.
Для решения одной из задач исследования – определение требуемых величин расхода удаляемого воздуха от пылящего оборудования – были проведены опытно-промышленные исследования методами Посохина и Богуславского-Азарова зависимости запылённости воздуха на рабочих местах от производительности местных отсосов.
По результатам исследований были получены зависимости относительной концентрации пыли в воздухе рабочей зоны (рис. 2) и мощности пылевыделений в рабочую зону (рис. 3) от количества удаляемого воздуха от оборудования. Кроме того получена зависимость относительной концентрации пыли от мощности пылеоседания, характерной для пыли мела.
 |  | |
| Рис. 2 Зависимость величины относительной концентрации пыли в воздухе рабочей зоны от производительности местных отсосов от: 1 - дробилка; 2 - сушильный барабан; 3 - элеватор; 4 - бункер; 5 - винтовой конвейер; 6 - классификатор; 7 - шаровая мельница | Рис. 3 Зависимость максимальной интенсивности пылеоседания из оборудования от производительности местных отсосов от: 1 - дробилка; 2 - сушильный барабан; 3 - элеватор; 4 - бункер; 5 - винтовой конвейер; 6 - классификатор; 7 - шаровая мельница |
Как показали исследования, концентрация пыли в воздухе рабочей зоны достигает значения ПДК при расходах отсасываемого воздуха: 1200 м3/ч от дробилки, 1050 м3/ч от сушильного барабана, 750 м3/ч от элеватора, 750 м3/ч от бункера, 500 м3/ч от винтового конвейера, 1000 м3/ч от классификатора, 900 м3/ч от шаровой мельницы. Однако, для того чтобы достичь условного норматива для воздуха мелкодисперсные фракции размером до 10 мкм и 2,5 мкм (10 ПДК для РМ10 и РМ2,5 в воздухе рабочих мест) в ряде случаев эти расходы должны быть увеличены на 15 – 20 %.
В третьей главе проведены теоретические и экспериментальные исследованиям процесса пылеулавливания меловой пыли в аппаратах ВЗП с тканевой вставкой.
Экспериментальные исследования эффективности пылеулавливания проводились на вихревом пылеуловителе с тканевой вставкой (ВЗПт), который представлен на рис.2.
  | |
| Рис. 4 | Схема экспериментальной установки для исследования эффективности аппарата ВЗП с тканевой вставкой и отбойной шайбой со спирально-закрученными направляющими каналами (ВЗПт): 1 - цилиндрический корпус; 2 - пылевой бункер; 3 - верхний тангенциальный входной патрубок; 4 - улиточный завихритель; 5 - верхний выходной осевой патрубок; 6 - нижний входной патрубок; 7 - V-образный рассекатель; 8 - отбойная шайба; 9 - спирально закрученные каналы; 10 - горизонтальные спицы; 11 - конусный тканевый фильтр; 12 - сопла воздуха высокого давления; 13 - вентилятор; 14, 15 - шиберы; 16 - штуцер для проведения замеров |
Выбор фильтровальной ткани был обусловлен величиной их воздухопроницаемости: 86033 (110 дм3/м2с), МПП (230-300 дм3/м2с), Рудфил (400-600 дм3/м2с).
При проведении экспериментальных исследований был использован симметричный план для трех факторов В3. В качестве функции отклика были принята эффективность улавливания. Уровни и интервалы варьирования факторов представлены в табл.1.
Таблица 1 - Уровни и интервалы варьирования факторов
| Факторы | Интервалы варьирования | Уровни факторов | ||
| Основной 0 | Верхний +1 | Нижний -1 | ||
| х1 - относительная скорость потока в поперечном сечении аппарата, равная отношению расхода газа, поступающего на очистку, к площади поперечного сечения аппарата и отнесенная к 1 м/с; | 2 | 6 | 8 | 4 |
| х2 - относительная влажность воздуха, отнесенная к 1 %; | 20 | 60 | 80 | 40 |
| х3 - относительная концентрация поступающей пыли на очистку, отнесенная к 1 г/м3; | 20 | 25 | 45 | 5 |
В качестве математической модели, связывающей выбранные параметры оптимизации и влияющие факторы, был принят полином второго порядка. Для проверки воспроизводимости эксперимента и проведения статистических оценок его результатов проведены три параллельные серии опытов. Для вычисления коэффициентов уравнения регрессии использован модуль «Нелинейное оценивание» пакета программ статистического анализа «STATISTICA 6.0». Оценка воспроизводимости экспериментальных исследований выполнена на основании сопоставления расчетного и табличного критериев Кохрена, значимость коэффициентов проверяли, сопоставляя табличные значения критерия Стьюдента с расчетными, проверка адекватности уравнений проводилась по расчетному и табличному значению критерию Фишера.
Ввиду невозможности выбрать из существующих фильтровальных тканей строго определенную воздухопроницаемость, то эксперименты проводились для каждого типа тканей в отдельности. Проведенные результаты позволяют получить общую формулу для расчета эффективности в зависимости от четырех факторов, однако, для практического применения удобнее использовать формулу для каждого типа тканей в отдельности.
Для ткани 86033 уравнение регрессии имеет вид:
 | (14) |
При переходе от кодированных величин к именованным:
 | (15) |
Для ткани МПП уравнение регрессии имеет вид:
 | (16) |
При переходе от кодированных величин к именованным:
 | (17) |
Для ткани Рудфил уравнение регрессии имеет вид:
 | (18) |
При переходе от кодированных величин к именованным:
 | (19) |
В качестве примера на рис. 5 приведены экспериментальные зависимости эффективности улавливания меловой пыли тканью 86033 в зависимости от относительной скорости потока в поперечном сечении аппарата, относительной влажности воздуха и относительная концентрации поступающей пыли на очистку.
 | |
| Рис.5 | Экспериментальные зависимости эффективности улавливания меловой пыли аппаратом ВЗПт с тканью марки 86033 при:  = 40: 1 –  = 5; 2 –  = 25; 3 –  = 45;  = 60: 4 –  = 5; 5 –  = 25; 6 –  = 45;  = 80: 7 –  = 5; 8 –  = 25; 9 –  = 45. |
Результаты эксперимента показали, что наибольшая эффективность улавливания меловой пыли наблюдалась аппаратом ВЗПт с тканью марки 86033 при относительной скорости потока в поперечном сечении аппарата, равной отношению расхода газа, поступающего на очистку 8 м/с, относительная влажность воздуха 80 % относительная концентрация поступающей пыли на очистку 45 г/м3 – эффективность пылеулавливания максимальна. Также, на эффективность очистки влияет воздухопроницаемость фильтровальной ткани, то есть чем меньше воздухопроницаемость ткани, тем выше эффективность пылеулавливании. Однако, следует отметить, что потери давления в аппарате ВЗПт с тканью 86033 оказались наивысшими до 2,0 кПа.
- Четвертая глава посвящена опытно-промышленным исследованиям. Разработаны и адаптированы конструкции аппаратов ВЗПц и ВЗПт для систем обеспыливания, соответственно первой и второй ступеней очистки, использование которых позволило сократить выбросы пыли в атмосферу в 1,7 раза. Разработана и испытана опытная установка пылеулавливания на стройбазе ООО «Волгохимполимер». Проведено обследование, выданы рекомендации и разработан проект системы аспирации, который принят к внедрению на ЗАО «КНАУФ Гипс Баскунчак», что позволит сократить выбросы пыли в атмосферу до уровня ниже ПДВ и в воздух рабочей зоны.
Проведенные экспериментальные исследования позволили разработать методику расчета аппаратов ВЗПт.
Для оценки экономической и экологической эффективности от внедрения проведено технико-экономическое обоснование, которое строилось на сравнении экономических показателей базового и предлагаемого вариантов с учетом прибыли, получаемой от реализации извлеченного материала. В качестве базы сравнения использовались показатели рассматриваемого производства до внедрения мероприятий.
В базовом варианте системы аспирации массовый выброс пыли составлял 36,719 т/год. При внедрении предложенных схем очистки и при правильной наладке оборудования выброс снизился до 22,524 т/год. Суммарный экономический эффект с учетом предотвращенного ущерба от загрязнения атмосферы выбросами загрязняющих веществ, капитальных и эксплуатационных затрат 151,9 тыс.руб./год. Ожидаемый социально-экономический эффект составит 27 тыс.руб./год.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертационной работе дано решение актуальной задачи, относящейся к разработке методов контроля, оценки и нормирования опасных и вредных факторов производства, способов и средств защиты от них, научному обоснованию, конструированию, установлению области рационального применения и оптимизация параметров, средств коллективной защиты работников от воздействия вредных и опасных факторов в производстве строительного мела, методов расчетного обоснования и проектирования повышения уровня защищенности природной среды при создании строительных комплексов для производства строительного мела. На основании результатов проведенных теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие основные выводы по работе:
- Проведенные исследования пылевой обстановки на предприятии по производству строительного мела позволили оценить технологическое оборудование, как источник пылевыделения в воздух рабочей зоны и источник загрязнения атмосферного воздуха. Главной причиной превышения ПДК в воздухе рабочей зоны и превышение ПДВ в выбросах в атмосферу является низкая эффективность работы существующих систем обеспыливания на предприятиях данного профиля.
- Усовершенствована расчетная модель для аппроксимационного представления интегральной функции распределения массы частиц по диаметрам пыли в воздухе рабочей зоны и инженерно-экологических системах на базе теоремы Гаусса-Маркова для наилучшей линейной несмещенной оценки.
- Определены и систематизированы данные о дисперсном составе, физико-химических свойствах и аэродинамических характеристиках меловой пыли, образующейся в процессе производства и поступающей в воздух рабочей зоны и в выбросах в атмосферу. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования аэродинамических характеристик пыли, выделяющейся из технологического оборудования, позволили сделать вывод о том, что при скорости восходящего воздушного потока от 0,1 до 0,17 м/с во взвешенном состоянии в рабочей зоне в основном находятся частицы с медианным размером от 2,5 до 10 мкм.
- Проведены опытно-промышленные исследования по определению требуемых расходов удаляемого воздуха от пылящего оборудования (дробилка, классификатор, сушильный барабан и пр.) в системах аспирации. По результатам исследований получены зависимости относительной концентрации пыли в воздухе рабочей зоны и интенсивности пылеоседания в рабочую зону от количества удаляемого воздуха от оборудования, а также зависимость концентрации пыли от интенсивности пылеоседания, характерной для пыли мела.
- Разработаны и адаптированы конструкции аппаратов ВЗПц и ВЗПт для систем обеспыливания, соответственно первой и второй ступеней очистки, использование которых позволило сократить выбросы пыли в атмосферу в 1,7 раза. Новизна разработок подтверждена патентом на изобретение РФ №2343958 и положительным решением от 28.09.2011 г. на патент по заявке №2011131240/05(046095) от 26.07.2011 г.
- Разработана методика расчета аппаратов ВЗПт, позволяющая производить расчет эффективности пылеулавливания данных аппаратов и их аэродинамических характеристик.
- Разработана методика описания дисперсного состава пыли в выбросах в атмосферу, которая прошла апробацию и внедрение в «НИИ Атмосфера» и «НИПИ Волгогорхимстрой».
- Разработаны рекомендации по проектированию системы обеспыливания цеха по производству строительных и отделочных материалов, сухих строительных смесей, шпаклевочных и малярных материалов на основе мела и внедрены в ПТБ ПСО «Волгоградгражданстрой» при разработке проектной документации.
- Разработана и испытана опытная установка пылеулавливания на стройбазе ООО «Волгохимполимер». Проведено обследование, выданы рекомендации и разработан проект системы аспирации, который принят к внедрению на ЗАО «КНАУФ Гипс Баскунчак».
- В результате реализации мероприятий по уменьшению запыленности воздуха рабочей зоны эколого-экономический эффект составил 151,9 тыс.руб./год, социально-экономический эффект - 27 тыс.руб./год.
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
dч, - эквивалентный размер частиц; D(dч) – интегральная функция распределения массы частиц пыли по диаметрам, %; ПДКрз –предельно-допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны, мг/м3; V - относительная скорость потока в поперечном сечении аппарата; 
- относительная влажность воздуха; 
- относительная концентрация поступающей пыли на очистку; Y = (y1…yN)T – вектор значений интегральной функции; = (у0, k)T – вектор неизвестных параметров; = (1…N)Т – вектор отклонений; F(x) – матрица размером (N 2); – эффективность улавливания, %; Мm – максимальная интенсивность пылеоседания, г/м3; L – расход газа, м3/ч.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ОТРАЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ:
| Работы, опубликованные в рецензируемых научных журналах и изданиях | |
| 1. | Пономарева, Н.С. Концентрации меловой пыли в воздухе рабочих зон и выбросах в атмосферу на предприятиях строительной индустрии [Текст] / Н.С. Пономарева // Вестник Волгогр. гос. арх.-строит. ун-та; Сер.: Строительство и архитектура. - Волгоград: ВолгГАСУ, 2010. – Вып. 20 (39). – С. 93 – 98. |
| 2. | Пономарева, Н.С. О расчете траекторий частиц в пылеулавливающих аппаратах систем обеспыливания [Текст] / А.С. Артюхин, Н.С. Пономарева, А.Ю. Недре // Вестник Волгогр. гос. арх.-строит. ун-та; Сер.: Строительство и архитектура. - Волгоград: ВолгГАСУ, 2008. – Вып. 12 (31). – С. 96 – 100. |
| Патенты | |
| 3. | Пат. 2343958 Российская Федерация, МПК51 B01D 45/12 B04C 3/00. Вихревой пылеуловитель [Текст] / В.Н.Азаров, Н.С. Пономарева [и др.]; заявитель и патентообладатель ООО «ПТБ ПСО Волгоградгражданстрой». – № 2007126393/15; заявл. 12.07.2007; опубл. 20.01.2009, Бюл. № 2. – 5 с.: ил. |
| 4. | Положительное решение на выдачу патента на полезную модель №2011131240/05(046095); заявл. 26.07.2011.; Вихревой пылеуловитель: пат./ В.Н.Азаров, Н.С. Пономарева [и др.]; заявитель и патентообладатель ООО «ПТБ ПСО Волгоградгражданстрой». |
| Работы, опубликованные в других изданиях и журналах | |
| 5. | Пономарева, Н.С. Совершенствование конструкций аппаратов ВЗП в системах аспирации меловых заводов [Текст] / Н.С. Пономарева // IX Международная научная конференция «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды», г. Кошалин: Волгогр. гос. архит.-строит. ун-т. – Волгоград: ВолгГАСУ, 2011. – 420 с. – С. 91 – 97. |
| 6. | Пономарева, Н.С. Применение метода «Рассечения» при анализе дисперсного состава пыли на предприятиях по переработке мела [Текст] / Н.С. Пономарева, Н.А. Маринин // IV Российская научно-техническая конференция с международным участием «Социально-экономические и технологические проблемы развития строительного комплекса региона. Наука. Практика. Образование», г. Волгоград: 2011 – С. 193 – 196. |
| 7. | Пономарева, Н.С. О способах снижения концентрации меловой пыли в воздухе рабочих зон и выбросах в атмосферу на предприятиях строительной индустрии [Текст] / Н.С. Пономарева // Международная научно-практическая конференция «Научный потенциал молодых ученых для инновационного развития строительного комплекса Нижнего Поволжья», г. Волгоград: в 2-х ч. Ч. II / Волгогр. гос. архит.-строит. ун-т. – Волгоград: ВолгГАСУ, 2010. – 355 с. – С. 166 – 169. |
| 8. | Пономарева, Н.С. Анализ влияния формы корпуса аппарата ВЗП на структуру гидродинамически потока очищаемого воздуха [Текст] / А.С. Артюхин, Н.С. Пономарева // Проблемы промышленной экологии: сб. матер. и науч. трудов инж.-эколог. /Волгогр. гос. арх.-строит. ун-т. - Волгоград, 2007. – Вып. 2 – С. 4 – 7. |
| 9. | Пономарева, Н.С. О влиянии диаметра корпуса и запыленности очищаемого потока на коэффициент сопротивления аппарата ВЗП [Текст] / А.С. Артюхин, Н.С. Пономарева // Проблемы промышленной экологии: сб. матер. и науч. трудов инж.-эколог. /Волгогр. гос. арх.-строит. ун-т. - Волгоград, 2007. – Вып. 2 – С. 8 – 10. |
| 10. | Пономарева, Н.С. Сравнение характеристик работы аппаратов со встречными закрученными потоками и циклонов при очистке выбросов в атмосферу предприятий стройиндустрии [Текст] / А.С. Артюхин, Н.С. Пономарева // XI Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, Волгоград, 8-10 ноября 2006 г. Направление № 16 «Архитектура, градостроительство, строительство и экологические проблемы»: тезисы докладов / Волгогр. гос. архит. – строит. ун-т. – Волгоград, 2007. – 164 с. – С. 13 – 15. |
| 11. | Пономарева, Н.С. Экспериментальные исследования аэродинамических характеристик и эффективности улавливания аппаратов ВЗП [Текст] / А.С. Артюхин, Н.С. Пономарева // Проблемы промышленной экологии: сб. матер. и науч. трудов инж.-эколог. /Волгогр. гос. арх.-строит. ун-т. - Волгоград, 2006. – Вып. 1 – С. 133 – 137. |
ПОНОМАРЕВА НАТАЛИЯ СЕРГЕЕВНА
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ ЗАЩИТЫ ОТ ПЫЛИ С ПРИМЕНЕНИЕМ АППАРАТОВ ВЗП НА СТРОИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ ПО ПРОИЗВОДСТВУ МЕЛА
| 05.26.01 | Охрана труда (строительство) |
| 05.23.19 | Экологическая безопасность строительства и городского хозяйства |
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Подписано в печать 15.11.2011 г. Заказ № 226 Тираж 100 экз. Печ. л. 1,0
Формат 60 х 84 1/16
Бумага писчая. Печать плоская.
Волгоградский государственный архитектурно–строительный университет
400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1.
Сектор оперативной полиграфии ЦИТ
