Введение к работе
Актуальность. Необходимость резения проблем охраны труда становится с каждый годон все более настоятельной. Развитие производственно-технологических разработок и прокгаленного производства выведи проблему охраны труда на предприятиях горной проиыялешюсти и топливно-энергетического комплекса в ряд важнейших обЕжгосударстпенвік задач, резеаие которой непосредственно связано с обеспеченней безопасных и безвредных условий труда.
Вазшое место в комплексе задач охраны труда занимает "палевой Фактор". Проккааеняая пыль не только отриндтельно воздействует на организм человека, но и ухудоает производственно -технологическую обстановку, приводя к прездеврекешоиу выводу из строя зданий,сооружений и технологического оборудования. Часто, являясь взрывоопасной и представляя собой источник зарядов электричества, пыль может наносить серьезный унерб производственно-экономическому потенциалу.
Наиболее значимыми по степени пылевого загрязнения воздуха рабочих иест и зон горных выработок, воздувного пространства производственных понегеннй поверхностных комплексов, а такге атмосферы прокыпденных плозадок являются источники ШАпевыделення па предприятиях горнодобывающей и горноперерабатнвасяея проккзленности (пахты, разрезы, карьеры, обогатительные, брикетные и рудоподго-товитедыше Фабрики,котельные и другие). Особенно остро эта проблема стоит перед угольники вахтами, где при доение угля поступает в рудничную атмосферу до 30-230 кг пыли за период рабочей смени. На угольных разрезах Кузбасса и Якутии выделяется до 40-500 г угольной ішли на 1 тонну добываеного угля. Причем эта пиль в большинстве случаев является взрывоопасной. Шсокая запыленность воздушной среди набяпяается на предприятиях других отраслей шхяяа-ленности, которые либо входят в инфраструктуру топливно-энергетических конплексов. либо территориально сопрялагни с вини (строительная индустрия, машиностроение и другие).
Без органиэанки целенаправленных мероприятий концентрация пыли в воздухе рабочих нест и зон предприятия горной и другие отраслей проккзленности значительно превызает ПДК. Поэтому сведение к минимальный или. хотя бы, к нормативный значениям конпентрапия пыли является одной из актуальных проблем в области охраны труда, снижение концентрации пихи в воздухе рабочих иест и зон. расположенный в горных выработках, внутри производственных поненения поверхностных комплексов, а также за из цределанн (на территории проннзленной шюзадки), возможно в двух основных направлениях: - разработка и организапня горно-технических процессов, исключаю-
еих или существенно сншсакаих образование и выделение пкяи;
- создание и реализация комплекса специальных ншгеиерно-техничес
ких мероприятий, обесаечнааакЕд снижение концентрации вктавмей
пыли и реализуемых в системам обеспыливания воздуха.
для поддержания пылевых параиетров воздушіои среды в соответствии с нормативными требованиями в пастояяее время кироко используют системы обеспыливания, эффективность которых обусловливается рациональной организацией процессов связывания, задержания (локализации) и удаления плаевого аэрозоля непосредственно в зоне его образования, очистки транспортируемого потока от пшш и пыво-да его в атмосферу орошгяевиоя плоаадкя.
Формирование нлхеаерныз систем обесшынвания воздуха рабочих нест и зон при их проектировании, реконструкшш и эксплуаташш должно иметь єдину» нгтодкческу» основу с учетом не только максимальной эффективности, но а энергетической экономичности организации процесса обеспыливания.
Диссертационная работа вшюдвена в соответствии с:
межотраслевой программой нштопэнерго РФ н te во проекту оз. 27;
планом ШР Ростовского государственного строительного университета по теие: "Создать н внедрить инженерные системы обеспечения чистоты воздуха в производственных помецеииях и предунрегдение загрязнения атмосферы Ерошагенннх ддокадок' per. н Oi. Ббоо7озео в рамках кокидексиой научно-технической программы ПШТ РФ.
Целью работы является разработка метода оценки и выбора высокоэффективных н экономичных кихенервнз систем обеспыливания воздуЕиоя среди предприятий тоддивно-энергетического кон-иле КС а.
0дея работы заключается в использовании энергетических даранетров палевого аэрозоля и взаинодействуюЕШХ с ним дисперсных сметен иди силовых воздействии для описания оценочного критерия процесса обеепкдивзния воздуха рабочих зон.
На заинту выносятся еяедуюене освоение положения :
-
Процесс обеспыливания воздушной среды, осгиествляенкн поэтапно и состояашиз двух основных циклов: обеспмяквааия исходного сырья (технологического оборудования) и обеспыливания воздуха рабочик зон, корректно описывается обобвеиной физической модель» последовательного воздействия внешшии дисперсными системами иди силовыми полями на частица дисперсной Фазы пылевого материала и пылевого азроэодя для цредотврапегош развития процессов кж образования, выделения и распространения в воздужной среде.
-
Результат реализации процесса обеспыливания воздуха рабочей зоны достаточно полно гарактернэуется энергетический показателен.
который представляет собой отнояенне полезной н затраченной в процессе обеспыливания энергия я учитывает:
эффективность процесса обеспыливания воздуха, определяемую через параметры, которые характеризуют изменение коннентгапки дисперсной Фазы пилевого аэрозоля в активной зоне обеспыливания;
параметры, характеризухетіе тєхнояорез реализации пропесса обессиливания: геометрические, азроднианяческие, гидродинамические, электрические н ряд других характеристик;
параметры, характеризующие свойства частил дисперсной Фазы пылевого аэрозоля {плотность материала частин, краевой угол смачивания, удельная электрозаряязяность. дисперсный состав, влажность, скоростпне характеристики движения частин и ряд других параметров);
параметры. характеризующие свойства газообразной дисперсионной среди палевого аэрозоля (плотность газовой снеси, ее влажность, вязкость, скоростные характеристика перенесения среды ряд других параметров);
параметры, характериэукае свойства дисперсная систем или силовых полей, имевших различат» фяэнческу» фориу (воздупяые яото-ки: всасываакае, нагнетакзїе, сдгво-всасішаазіе; кавелыгкя аэрозоль; пена (аэрозольная и в виде слоя); пар; здектрзческое. магнитное, акустическое, температурное поля и другие.
3. Разработанной метод позволяет осуществлять вкбор и «юрнирсва-ние инаеперных систем обеспыливания воздуха рабочих зон для поверхностных объектов предприятий топливно-энергетического комплекса и других отраслей прокжгленности (строительной индустрии и назиностроепня) по двум основним критериям:
требуемой эффективности процесса обеспыливания воздуха, равной или преветаюнеи значение, определяемое из условий обеспечения ши пили в воздухе рабочей зоны;
энергетическому показателю, равному максимальному из всех возмогши его значений для набранного к рассмотрели» вида нзнческо-го воздействия на пцдевоя аэрозоль (технологии обеспыливания).
нетод реализуется последовательно несколькими основними этапами, заюгочаюаккися в:
определении параметров для объектов, участвусетх в процессе обеспыливания: производственно-технологического оборудования, пи-леобразутетего енрья. источника ншеобразовання. пилевого материала, источника пыдевхддедения. пилевого аэрозоля, воздуха рабочей зовы и территории прокаяяенноа ялозадкя;
выделении возноишх для реадизадюі в заданных производственно-технологических условиях видов Физического воздейстзяя на пылевой аэрозоаь (технологий обеепшшвания) в зависимости от требования.
предъявляемых к производственному продессу к воздуху рабочей зоны (вэрыво- пожаробеэопасность по соответствующей категории производства. тенаературно-влазЕНостныа рехкн для сырья и воздуха рабочей зоны соответственно по тєхнологїїчєскнл параметрам н паранет-раи «икроклнмата, эдектробезопасность по соответствзлааеиу классу опасности и другие);
определении диапазона рабочих параметров (геометрических, аэродинамических, гидродинамических, электрических и другнг» для каждой выделенной техиодогда обеспшшванмя;
реаевии задачи определения области существования зпачепий эффективности обеспыливания для выделенных технологий обеспыливания по предложенным матенатическии зависимостям и отборе только тех технологий, которые обеспечат требуемую эффективность:
реаетш оптимизационной задачи поиска одной текиолопш обеспыливания из оставшихся к рассмотрению, обеспечивающей наксииальное значение энергетического показателя реализуемого процесса обесоьг-янвавня;
решении обратион задачи определения опткнадышз рабочих пара-метров для выбранной технологии обеспыливания воздуха рабочей зоны, соответствуиаих рассчнтаннону максимальной? значенії» энергетического показателя:
подборе технических средств, обеспечиваясих реаднзашг» полученных для выбранной технологии обеспыливания оптимальных значений рабочих параметров, н определении вознозвостн их конструктивного СОВМЄЕЄННЯ в одион устройстве.
4. Анализ полгчеяннх зависимостей для энергетического показателя и составляаснх его отдельных энергетическая параметров для различных технологий реализации процесса обеспыливания воздуха рабочей зоны позволяет определить направления его совершенствования путей повкаення эффективности и энергетической экономичности без проведения предварительных сравнительных опэтных испытаний.
Научная новизна наиболее существенных результатов работы и их значимость состоят в той. что:
установлены закономерности перераспределения энергетических параметров пылевого аэрозоля и взаимодеяствуших с нкн дисперсных систем или силовій полей в процессе обеспыливания воздуха;
разработан и обоснован критерий энергетической экононнчности процесса обеспыливания воздуха, представляюагй собой отношение полезной к затраченной в процессе энергии и учнтываший требуенус из условий обеспечения ШШ эффективность процесса, производственно-технологические условия, параметры воздуха рабочей зоны, а также параметры пылевого аэрозоля и направленных на него внешних воздействий:
получены математические зависимости, позволяющие определить энергетический критерий для процессов пылеулавливания, пнлеочист-ки и рассеивания шин. последовательная реализация которых определяет репение задачи обеспыливания воздуха;
разработана классификационная схена инженерной системы обеспыливания производственной воэдупной среды в обпей структуре мероприятий по обеспечена:» безопасного ведения горных работ и других горно-тезіїіРіеских процессов;
разработан метод расчета високоэффективных И экоионячша инженерши систем обеспыливания воздуха в зависимости от пылевой обстановки в рабочей зоне, производственно-технологических условий и особенностей процессов образования, выделения и распространения пылевого аэрозоля.
Достоверность научных положении, выводов и рекомендация подтверздается:
согласованностью научных выводов с результатами, представленный! в предвествутетя научных работах, научно-технической и патентной литературе;
высокой сходимостью результатов болызого обьена экспериментов, проведенных э лабораторных и пронкэлешщх условиях (более 8000 опытов) и полученных аналитических зависимостей в пределах максимальной погревности 13/. при доверительной вероятности 0.95;
методическими предпосылками работы, основанными на корректном использовании математического аппарата нехашші иногофаэкыж сред, математического моделирования процесса обеспыливания и его Физического моделирования методами теории подобия, компьютерного моделирования технических средств обеспыливания воздуха;
сопоставимостью результатов аналитических расчетов с Фактическими дагашки. подученными инструнентальныяи методами в производственных УСЛОВИЯХ.
Практическое значение работы заключается в следуюаеи:
разработана методика опенки энергетической экономичности различных по физической сущности технология обеспыливания воздуха рабочей зоны с учетом эффективности снижения концентрации пыли;
создан программный комплекс расчета энергетического показателя и эффективности процесса обеспыливания, обеспечнвахеий опеику, еы-6ор и Формирование высокоэффективных и экономичных систем обеспыливания воздуха, а такге способов и средств шлеулавлазаяия. пы-леочистки и рассеивания пыли при их эксплуатадиоикон контроле и проектировании из условия достижения ПДК пыли в воздухе рабочих зон для узлов транспортировки, перегрузки, хранения и переработки твердых сыпучих материалов предприятий топливно-энергетического
комплекса, а также строительной индустрии и иааино с троения;
разработаны реконендапин по повызета> эффективности и экономичности способов и средств обеспыливания воздуха рабочих зон вдг. тез случаев, когда полученные расчетом овтниалыше рабочие параметры процесса невозможно реализовать известкыии техническим решениями;
созданы высокоэффективные и экономичные способы и средства шале улавливания, оадеочистки, рассеивания шиш. обеспечивахеше пдк вши в воздухе рабочих зон (всего более 60 способов и устройств. из числа которых запатентовано 51 и внедрено 24).
Реализация работы, подученные лично и под руководством автора, при его непосредственном участии результаты исследований доведены до практического использования и внедрены в практику проектирования и контроля эксплуатации инженерных систем обеспыливания воздуха рабочих зон предприятий топливно-энергетического комплекса, строительной индустрии и машиностроения.
Разработанные основные научные повоаения. практические реко-иендашш и программные средства контроля и автонатазиреэатюго проектирования снетен обеспыливания воздуха рабочих зон использованы:
при проектировании систем борьбы с пылью для предприятий топливно-энергетического комплекса н других отраслей промыззевностя: на лопастном питателе тракта углеподачн Березовской ГРЭС-1. на поверхностных трактах угдеподачм и в котельных вахт "Шааа". "Oscrs-бРьская-Екная". "Западная-капитальная" АО "Ростовуголь*. на участках транспортировки к гранения песка н вебня Ростовского завода железобетонных изделий и конструкция, в плавильном отделении иа-шщостроіггельного завода г. Каменска Ростовской области;
при реконструкции систем борьбы с пылью на действушня предприятия!: на узле перегрузки нранорной кроеки ПО "ставроаольне-руд", участках транспортировки н хранения песка, вебня. угая и взака домостроительного комбината и комбината строительных изделий Гдавкавшшкурортстроя. асфальтобетонных заводов Ростовавтодо-ра, пехов крупного и нелкого литья по "Оредхинтекстндьнан":
при ревевни задач оптимизации процесса обеспыливания возяувной среды для поверхностных вахтных конплексов в научно-исскедова-тедьской работе Карагандинского государственного университета;
в учебной процессе Ростовского государственного строительного университета по дисциплинам: "Неканяка многофазных сред". "Системи обеспечения нормативных параметров воздуеной среды", "Технология проектирования систем борьбы с проккняенкоя пыль»". "Натенатичес-кое моделирование процессов очистки воздуха" и "физика атмосферы*, а также Киевское выснего военного авиакионного училиаа в дабора-
tophus работах по изучению распространения пылевых частий в воз-дуеноп среде.
Результата работы использованы при создании н внедрении ІЧ новых инженерных систем борьбы с пилы» для предприятий топливно-энергетического комплекса, строительной индустрии н наяннострое-ния. в этих системах реализовано 2'1 изобретения автора.
Научные и практические результаты диссертации включении в і учебник и г учебных пособия под грифон нинвуэа Р*. ноеііє способы и устройства обеспыливания вшпоченц В "Каталог паспортов научно-технических достихенкя. рекомендуєшся для использования на зро-ихгзленния предприятиях северного Кавказа" н в "Лаьбон технических реаешш пылеулавливания, пыдеочистки и рассеивания галла".
Внедрение результатов исследований на предприятиях топянвио-эиергетического комплекса, строительной ішдустрнл и макшострое-няя позволило обеспечить снижение уровня запыленности воздуха работах зон до ПДК яря какскхадьнон использовании потребляемся системами обеспыливания энергии.
Апробапня работы, основные подоаепзя работы до-лохеші з период 1985-1996 гг. на Всесоюзных, региональных и областных научно-технических конференциях, совепанхях и секняарах; "Состояние а пути снижения уровня загрязнения скрухаюсей я ароиз-воаственноя среды* (Караганда. 19В5). "Актуальные вопросы физики азродисперсншг систем" (Одесса. 1986,1989)."Реализация научио-тех-вяческих достижении - основа совершенствования сельского строительства" (Ростов н/д. 1986), 'Совершенствование охраны труда в пароднон хозяйстве республик Средней Азии" (Таякеит. 1988), "Проблемы охраны труда и окрухаїязея среды" (Москва, 1988), "фунданеитадь-пке исследования и новые технологам в строительной материаловедении" (Бєлгород, 1989). "Борьба с шшысэ в строительстве н проньгзяен-носта" (Ростов и/Д. 1989. 1991). "Ресурсо- и знергосберегакзие технологии строительных материалов, изделия и конструкция" (Белгород. 1995г. ). посвяпеяных вопросам борьбы с пылью в рабочей зоне производственных зданий и прокшшенннх плопадок. а также средствам удучления условия труда в промышленности.
Публикации. Результата исследования яо теме диссертации изложены в 105 работах, в тон числе і нонограФии. і учебнике, г учебных пособиях, 42 авторских свидетельствах и 9 патентах.
объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, 5 разделов.основных выводов и заключения, списка использованной литературы и 29 приложений, в ней содержится гб7 старшої основного наяинописного текста. 24 рисунка. 8 таблиц. 29 приложений и библиографии из 248 наименовании литературных источников отечественных и зарубежных авторов.
