Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ВЫБОР НАДРАВ- 9
ЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
-
Анализ эффективности улавливания зерновой и муч- 9 ной пыли на действующих производствах
-
Анализ существующих способов очистки выбросов 11 от мучной и зерновой пыли
-
Анализ технологического оборудования как источ- 22 пика выбросов пыли
-
Выбор направления исследований 27
1.5. Выводы по главе 1 29
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ Ф И З Ж О - 30
ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МУЧНОЙ И ЗЕРНОВОЙ ПЫЛИ В ВЫБРОСАХ ПРЕДПРИЯТИЙ ПО ХРАНЕНИЮ И ПЕРЕРАБОТКЕ ЗЕРНА
2.1. Подготовка к анализу проб пыли, отобранных в сис- 30
темах аспирации
2.2. Исследование дисперсного анализа пыли 31
2.2.1 Определение дисперсного состава пыли 33
2.3. Характеристика основных физико-химических 36
свойств мучной и зерновой пыли
2.4. Выводы по главе 2 43
ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ПЫЛЕ- 44
УЛАВЛИВАНИЯ В КОЛЛЕКТОРЕ-
ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЕ
3.1. Теоретический анализ процесса пылеулавливания в 44
вихревом аппарате с несколькими верхними входами
-
Теоретические исследования аэродинамических ха- 52 рактеристик течения потоков в коллекторе- пылеуловителе
-
Определение потерь энергии в коллекторе- 64 пылеуловителе
3.4. Выводы по главе 3 79
ГЛАВА 4. ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ 80
КОЛЛЕКТОРОВ- ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЕЙ
-
Конструктивные решения вертикальных коллекто- 80 ров- пылеуловителей
-
Конструктивные решения горизонтальных коллекто- 84 ров- пылеуловителей
4.3. Выводы по главе 4 87
ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФ- 88
ФЕКТРШНОСТИ ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ ИНЖЕ-НЕРН0-ЭК0Л0ГР1ЧЕСК0Й СИСТЕМЫ С КОЛЛЕКТОРАМИ- ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЯМИ
5. Г Описание экспериментального стенда 88
-
Методика проведения и планирования эксперимен- 89 тальных исследований
-
Анализ результатов экспериментальных исследова- 94 ПИЙ
5.4. Выводы к главе 5 98
ГЛАВА 6. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ 99
ИССЛЕДОВАНИЙ
6. Г Опытно-Промышленная установка улавливания пыли 99
в системе пневмотранспорта размольного отделения
-
Опытно-промышленная установка улавливания пыли 99 в системе аспирации элеватора
-
Сравнение результатов опытнопромышленных испы- 100
таний, теоретических и экспериментальных исследований
-
Экономическая и экологическая эффективность при- 103 менения разработанных вертикальных и горизонтальных коллекторов-пылеуловителей на встречных закрученных потоках
-
Выводы по главе 6 107 ЗАКЛЮЧЕЬШЕ 109 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 111 ПРИЛОЖЕНИЯ 125
-
Условные обозначения 126
-
Методика микроскопического определения дне- 128 персного состава пыли с применением ПЭВМ
-
Акты внедрения и справки 134
ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
Г1 Анализ существующих способов очистки выбросов от мучной и зерновой пыли
В системах аспирации на предприятиях по переработке и хранению зерна для выделения из пылевоздушной смеси твердых и капельных частиц устанавливаются пылеулавливающие аппараты с целью снижения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу [22, 85, 87, 90, 91] .
На мукомольных предприятиях получили наибольшее распространение два вида пылеотделителей- тканевые фильтры и циклоны [9, 29, 81] .
Устройства, работа которых основана на использовании силы тяжести -пылевые камеры запрещены инструкцией Гостехнадзора.
Преимуществом циклонов типа БЦШ и УЦ являются малые габаритные размеры, простота конструкции, низкие энергозатраты и эксплуатационные расходы. Однако недостаточная эффективность циклонов обуславливает их использование только для предварительной очистки запыленного воздуха .
Тканевые фильтры типа ФВ и Г4-1 БФМ имеют достаточно высокую эффективность улавливания (98,0- 99,9%). Однако они громоздки, занимают много места и требуют высококвалифицированного обслуживания. Недостатками данных аппаратов являются также подсос воздуха до 15% от полезной воздушной нагрузки, низкая скорость фильтрации и неудовлетворительная работа встряхивающего механизма рукавов, что приводит к быстрому их выходу из строя. Качество очистки пылевоздзчпной смеси в тканевых фильтрах зависит от применяемой ткани, исправности рукавов и плотности их крепления. Исправные фильтры при удовлетворительной герметизации позволяют снизить содержание пыли в очищенном воздухе до 2-3 мг/м^ при исходной запыленности до 15 г/м^. Однако в производственных условиях при исправной фильтровальной ткани запыленность воздуха на выходе часто достигает 10-15 мг/м^, а при наличии
потертостей в местах крепления колец эффективность очистки значительно снижается.
Для получения высокой эффективности очистки воздуха в тканевых фильтрах необходимо тщательно и систематически следить за состоянием фильтровальной ткани. К тому же из-за отсутствия сжатого воздуха тканевые фильтры применяется лишь на некоторых предприятиях.
В последнее время нашли применение фильтры типа РЦИЭ сочетающие в себе принципы работы фильтра и циклона. Эффективность очистки воздуха в фильтре РЦИЭ достигает 99,9%, но эта величина зависит от многих факторов, и может снижаться при браке ткани, плохом прижиме рукавов на патрубках. Эффективность очистки снижается и при увеличении удельной нагрузки на ткань. Фильтры РЦИЭ в настоящее время применяются на Карповском КХП, Волгоградском КХП и Ленинском элеваторе.
Применяемые на предприятиях по переработке и хранению зерна пылеуловители не в полной мере отвечают требованиям практики. В связи с этим предусматривается перспективным использование вихревых инерционных аппаратов на встречных закрученных потоках с большим разнообразием в конструктивном исполнении. Одним из аппаратов этого типа является ВИП. Практика исследований и эксплуатации аппаратов ВРШ показала высокую степень улавливания частиц пыли различной дисперсности, слабую чувствительность к колебаниям нагрузки по воздуху и концентрации пыли в очищенном воздухе.
Опыт эксплуатации подтвержден на Суровикинском КХП, Калачевском ХПП, Волгоградском КХП, Карповском КХП, (зерновая пыль), в Арчеде (м5Д1ная пыль).
Характерное отличие такого пылеуловителя от циклонного аппарата состоит в том, что кроме традиционного тангенциального ввода запыленного воздуха, осуществляется ввод вторичного потока по оси аппарата в нижней его части.
Одной из разновидностей аппаратов на встречных закрученных потоках является пылеуловитель-коллектор К-ПВЗП. Такие аппараты наиболее удобны в разветвленных системах аспирации и пневмотранспорта и напши применение на мельнице Калачевского XI111.
Вихревой пылеуловитель-коллектор работает следующим образом. Вторичный поток газа подается на очистку в корпус через тангенциально установленные три патрубка , благодаря чему он закручивается и движется по спирали сверху вниз. Первичный поток очищаемого газа подается на очистку в корпус через тангенциально отдельно установленный патрубок, закручивается завихрителем и движется по спирали, снизу вверх расширяясь от центра к стенкам корпуса. Под действием центробежных сил частицы пыли отбрасываются к стенкам корпуса. Взаимодействие первичного и вторичного потоков очищаемого газа усиливает центробежные силы, действующие на частицы пыли. При этом под действием центробежных сил и сил земного тяготения частицы пыли движутся винтообразно по спирали сверху вниз и от центра к стенкам корпуса и направляются в пылесборник. Часть частиц пыли, попадая на коническую отбойную шайбу, скользит по ее наклонной поверхности и через кольцевой зазор между стенками корпуса и отбойной шайбой попадает в конический пылесборник. Очищенный газ выводится через осевой вывод в верхней части корпуса. Пылеуловитель-коллектор позволяет повысить надежность и эффективность пылеулавливания.
1.2. Анализ технологического оборудования как источника выбросов пыли
Анализ технологического оборудования как источника пылевыделения должен содержать два направления: пылевыделение в рабочую зону и поступление пыли в систему аспирации.
Технологический процесс производства мз^и состоит из трех этапов: этап очистки зерна, этап размола зерна, упаковка и склад готовой продукции.
в соответствии с этими этапами в планировке мукомольного предприятия (мельницы) выделены зерноочистительное, размольное и выбойное отделения.
В зерноочистительном отделении осугцествляется подготовка зерна к помолу: очистка зерновой массы от примесей, очистка поверхности зерна сухим и мокрым способами, увлажнение, отволаживание и стерилизация. Принципиальная схема технологического процесса зерноочистного отделения показана на рис. 1.1.
Зерно, предварительно прошедшее очистку от примесей и выделения мелкого зерна в элеваторе, поступает в бункера неочищенного зерна. Пылевыделение в надбункерном пространстве происходит от транспортеров и от узла перегрузки. В подбункерном пространстве наиболее пылят узлы выгрузки зерна из бункера на горизонтальные транспортеры и узлы пересыпки.
Затем через автоматические дозаторы зерно подается в сборные винтовые конвейеры и магнитные сепараторы. Как правило, от всех электронных дозаторов не наблюдается пылевыделение. Далее зерно поступает в пневмоприемник нагнетающей пневмотранспортной сети (или на норию). Подъем зерна обеспечивает воздуходувная машина. Через разгрузители пневмотранспортерами зерно направляется в весы порционного действия, которые позволяют учитывать общее количество принятого в переработку зерна. При штатном режиме работы систем транспортирования зерна пылевыделение в воздух рабочей зоны не отмечается.
В зимний период предусмотрен подогрев зерна в специальных подогревателях.
Первый этап очистки происходит в сепараторе, который состоит из закрытого ситового кузова, подвешенного к станине на гибких подвесках, и блока из двух пневмосепарирующих каналов. Чтобы уменьшить выделение пыли в воздух рабочей зоны, на ситовом кузове, совершающем круговые поступательные движения, в зоне выхода зерна установлены аспирационные патрубки, присоединенные к аспирационной системе мукомольного
предприятия. Примеси, отличающиеся от зерна шириной, толщиной и аэродинамическими свойствами, отделяет сепаратор. На большинстве обследуемых предприятий аспирация сепараторов неэффективна, поскольку работа сепараторов сопровождается генерацией производственного шума.
Из элеватора^
1^
Бункера для
отволажива
В размольное отделение
Бункера
неочищенно
го зерна
Рис. 1.1. Принципиальная схема технологического процесса зерноочистного отделения:
1 - нория; 2 - магнитный сепаратор; 3 - ленточный транспортер; 4 -шнек; 5 - промежуточный бункер; 6 - сепаратор; 7 - камнеотборник; 8 - триер; 9 - обоечная машина; 10 - аспиратор; 11 - пневмосепаратор; 12 - увлажнительная машина.
Для выделения минеральных примесей предусмотрен вибропневматический камнеотборник, в которой тяжелые минеральные частицы опускаются на сортирующую поверхность-сито, по которому поднимаются вверх и выводятся из машины, а зерно остается в верхних слоях и скатывается по наклону деки. Легкие примеси уносятся воздухом и задерживаются в фильтре. На этом этапе очистки также значительного пылевыделения не наблюдается.
Затем, для отведения примесей, отличающихся от основной культуры по длине, зерно направляют на дисковые триеры. Основным рабочим органом триера является ротор с набором вертикальных дисков, которые смонтированы на горизонтальном валу и заключены в металлический корпус. В триере-куколеотборнике зерно, имеющее большую длину, выпадает из ячеек раньше, чем короткие примеси и выводятся из машины. Короткие примеси, находясь в ячейках поднимаются значительно выше, а затем, выпадая из них, поступают на лотки и винтовой конвейер. В триере овсюгоотборнике зерно поднимается ячейками рабочих дисков и выводится через патрубок, а овсюг (длинные примеси) выпадает из ячеек и перемещается гонками дисков вдоль триера к накопительному отделению.
Интенсивная очистка поверхности зерна с частичным отделением верхних покровов происходит в обоечной машине, в которую зерно направляется через магнитные сепараторы. Исходное зерно поступает через приемный патрубок и равномерно распределяется в зазоре между сетчатым цилиндром и бичевым ротором. Оно подхватывается бичами и подвергается интенсивному трению о бичи и внутреннюю поверхность сетки цилиндра, а также межзерновому трению. При работе обоечной машины наблюдается выделение значительных количеств пыли в воздухе рабочей зоны.
Зерно пневмотранспортом подают в аспираторы. Они работают на постоянном объеме воздуха и не требуют устройства специальных аспирационных сетей, а в помещении не образуется вакуума. Исходная смесь поступает в приемную камеру и по наклонной плоскости перемещается в пневмосепарирующий канал, где продувается восходяпщм потоком воздуха.
создаваемым диаметральным вентилятором. Легкие примеси захватываются воздухом и поступают в осадочную камеру, затем выводятся из машины шнеком. Очиш;енный продукт выводится из машины через выпускной патрубок. Воздух, освобожденный от примесей, вновь засасывается ротором вентилятора и через рециркуляционный канал постзшает в пневосепарирующий канал. Пылевыделение отмечается в районе выпускного патрубка.
К основным процессам подготовки зерна к помолу относят увлажнение зерна, качественно ул5Д1шающим его продовольственное использование. В процессе увлажнения и последуюпдего отволаживания в зерне происходят физико-биологические изменения. Кроме того, увлажнение зерна положительно влияет на снижение пылевыделения в воздух рабочей зоны.
Для увлажнения используют увлажнительную машину, которая состоит из цилиндрического корпуса, бичевого ротора, привода и индикатора наличия зерна. Зерно подают через индикатор, затем срабатывает электромагнитный вентиль, и поступает вода из водопровода. Зерно интенсивно перемешивается, насыщаясь влагой и перемещается к выпуску благодаря особому устройству ротора (представляющему собой вал с приваренными к нему бичами и гонками из нержавеющей стали) и его большой частоте вращения. Машина обеспечивает увеличение влажности зерна на 5%.
Увлажненное зерно поступает в шнеки, где в результате смешивания влажность его выравнивается. Затем зерно подают в бункера для первого отволаживания.
После этого зерно из бункеров через дозаторы поступает в магнитные сепараторы, пневмотранспортом в загрузитель зерна и далее на второй этап очистки в обоечную машину, где снова очищается поверхность зерна и частично отделяются плодовые оболочки. Отходы удаляются из обоечной машины в винтовой конвейер и далее в бункер отходов.
Для придания оболочкам требуемой эластичности перед 1-ой драной системой очищенное зерно доувлажняют на 0.3-0.5%, а затем отволаживают в металлическом бункере в течении 10-15 минут (второе отволаживание).Затем
зерно взвешивают на автоматических весах и через магнитный сепаратор оно поступает на вальцовый станок 1-ой драной системы.
Операции измельчения и сортирования продуктов измельчения по крупности и добротности осуществляются в размольном отделении мукомольного завода. Принципиальная схема технологического процесса размольного отделения показана на рис. 1.2.
Основные требования, предъявляемые к процессу измельчения при сортовых помолах зерна, сводятся к получению максимального количества промежуточных продуктов в виде крупок и дунстов высокого качества, их шлифованию и последующему тонкому измельчению в муку. Исходя из этого, процесс измельчения зерна при сортовых помолах состоит из трех этапов: крупообразования с вымолом оболочек (драной процесс), шлифовочного и размольного, также с вымолом оставшихся оболочек.
Измельчение зерна и промежуточных продуктов в мукомольном производстве осуществляется на вальцовых станках. Между двумя цилиндрическими вальцами, строго параллельными между собой и вращающимися навстречу друг другу с разной скоростью происходит измельчение зерен. На интенсивность измельчения влияют: форма поверхности вальцев, величина зазора между ними, удельная нагрузка, технологические свойства зерна и другие факторы. В технологической схеме помола каждого предприятия указывают основные параметры вальцевых станков на каждой системе.
Для охлаждения рабочих органов (вальцев) и продуктов измельчения, а также для устранения взрывоопасных концентраций пыли, вальцевые станки необходимо аспирировать. На обследованных предприятиях аспирационная система от вальцевых станков отсутствует, однако проблема решалась за счет отсоса воздуха из бзшкеров под вальцами в систему пневмотранспорта.
Рис. 1.2. Принципиальная схема технологического процесса размольного отделения:
1 - вальцевый станок; 2 - рассев; 3 - энтолейтор; 4 - ситовеечная машина; 5 - бичевая вымольная машина МБО; 6 - винтовой конвейер, 7 - нория.
Для дополнительного измельчения крупок и дунстов после вальцевых станков с шероховатыми валками применяются энтолейторы, а после вальцевых станков с шероховатыми валками шлифовочных и размольных системах -деташер.
Энтолейтор состоит из корпуса, ротора и привода. Вследствие многократных ударов о втулки и корпус продукты дополнительно измельчаются, а спрессованные комки разрзчпаются.
Деташер состоит из следующих основных частей: корпуса, бичевого ротора, приемных и выпускных патрубков и привода. После вальцевого станка продукт самотеком или через систему пневмотранспорта направляется в приемный патрубок. Затем он подхватывается бичами вращающегося ротора, отбрасывается к внутренней поверхности корпуса и постепенно перемещается к выпускному патрубку. В результате происходит разрыхление-разрушение комков, лепешек, что снижает возврат продукта в вальцевые станки. На обследуемых мукомольных предприятиях Волгоградской области деташеры не применяются.
В результате измельчения зерна на различных этапах технологического процесса образуется неоднородная смесь, которую необходимо разделить на фракции. Для сортирования смеси промежуточных продуктов измельчения по крупности и качеству применяют рассевы. Технологические схемы сортирования представляют собой определенную последовательность движения сортируемых продуктов по ситам рассевов.
Рассев представляет собой сборную конструкцию шкафного типа и состоит из следующих основных узлов: корпуса с двумя каркасами, дверей, ситовых рам, приемных и выпускных патрубков, балансирного механизма с приводом.
Рассев подвешивается на подвесках (тросах) к потолочному креплению, смонтированному на междуэтажном перекрытии. Привод обеспечивает круговые колебательные движения рассева. Работа рассева сопровождается генерацией производственного шума.
Рассев необходимо аспирировать через приемные коробки затем, чтобы устранить пылевыделение, охладить сортируемые продукты, не допустить конденсации водяных паров на ситах, их заклеивание и уменьшение севкости необходимо аспирировать рассев через приемные коробки. Однако на обследуемых предприятиях аспирация рассевов неэффективна. Кроме того, в районе рассевов часто образуются россыпи продуктов зерна при аварийных режимах работы, что приводит к значительному повышению содержания мучной пыли в воздз^е рабочей зоны.
Для предварительного рассортирования продуктов измельчения зерна после вальцевых станков драной системы, а также дополнительного отделения остатков эндосперма от оболочек при выработке сортовой муки устанавливается бичевая вымольная машина. Отделение эндосперма от оболочек происходит за счет соударения и интенсивного трения частиц между собой и о поверхность цилиндра.
Полученные в процессе крупки и дунет суп1;ественно отличаются по крупности (размер крупок колеблется от 0.35 до 3.25 мм, дунстов от 0.2 до 0.35 мм), и добротности, т.е. относительным содержанием эндосперма и оболочек, следовательно, крупки и дунсты необходимо сортировать. Это осзчцествляется на ситовеечной машине, где происходит разделение на ситах под воздействием В0СХ0ДЯ1ЦИХ потоков воздуха. По структуре процесс разделяется на системы, обогаш(аюш;ие раздельно крупные, средние и мелкие крупки и жесткий дунет. Крупки представляюш;ие собой сростки эндосперма с оболочками, поступают в вальцевые станки шлифовочных систем. Фракции, содержащие наибольшее количество оболочек, возвращаются в вальцевые станки драных размольных систем. От эффективности процесса обогащения промежуточных продуктов размола зерна, существенно зависят выход и качество муки высоких сортов.
Ситовеечная машина имеет два ситовых корпуса, сдвоенный кузов-сборник, две аспирационные камеры, две приемные и две распределительные коробки, две камеры сходов, станину и колебатель. Технологический процесс сортирования и обогащения продукта в машине происходит в результате
взаимодействия движения продукта по ситам при возвратно-поступательном движении ситового корпуса и восходящих потоков воздуха. Продукт направляют на каждую половину машины отдельными потоками. Затем он поступает в приемные коробки и с помощью клапанов равномерно распределяется по ширине и направляется на сита верхних ярусов ситового корпуса. Аспирационная камера установлена над каждой половиной ситового корпуса. По мере разрыхления слоя продукта воздухом частицы с наибольшей плотностью перемещаются вниз к ситу, а частицы с наименьшей плотностью и наиболее шероховатые - к верхнему слою. Таким образом, происходит сортирование и обогащение продукта. На данном этапе пылевыделение не отмечалось.
В размольном отделении для перемещения продуктов размола применяется внутрицеховой пневмотранспорт. Подъем продукта осуществляется по трубопроводу с пневмоприемником. Пневмотранспортер включает пневмоприемник, трубопровод, циклон - разгрузитель и шлюзовой затвор. Транспортирование продукта обеспечивается движением воздуха при помощи воздуходувной машины. Воздух, перед выбросом в атмосферу, очищается в фильтре, циклоне или вихревом пылеуловителе. После контрольного рассева, мука поступает в магнитные сепараторы, а затем при помощи винтовых конвейеров ее направляют в порционные весы и в пневмоприемник, далее по пневмосети в накопительные емкости (бункера) выбойного отделения, предназначенные для бестарного хранения и отпуска муки. Принципиальная схема технологического процесса весовыбойного отделения показана на рис. 1.3. Около порционных весов и в над- и подбункерном пространстве отмечалось наибольшее пыление.
Муку из бункеров можно направлять в бункера отпускного устройства на автомобильный транспорт или на упаковку в тару через дозатор и весовыбойный аппарат. Муку упаковывают в мешки на упаковочной машине. Затем мешки с продукцией зашивают на зашивочной машине и транспортером подают в склад готовой продукции. Муку, затаренз^ю в мешки, хранят в складе
на деревянных поддонах и отпускают на автомобильный или железнодорожный транспорт электропогрузчиком, с использованием ленточного транспортера.
Из размольного отделения
Рис. 1.3. Принципиальная схема технологического процесса весовыбойного отделения:
1 - бункер муки; 2 - дозатор; 3 - весовыбойный аппарат; 4 -мешкозашивочная машина
Пылевыделение, от технологического оборудования поступающее в
систему аспирации для предприятий по переработке и хранению зерна,
рассматривалось неоднократно [57, 72, 84, 117]. В табл. 11 приведены
концентрации зерновой и мучной пыли в системах аспирации от различных
видов технологического оборудования. В данной таблице помимо
литературных данных [57, 72, 84, 117] приведены данные, полз^енные нами в
результате обследования 17 мельниц и элеваторов Волгоградской области. Как
показывает анализ сравнения литературных данных и результатов
обследования, большая часть значений концентраций пыли на входе в систему
аспирации совпадают. Однако на наш взгляд ряд значений используемых при
проектировании систем аспирации и расчете выбросов вредных веществ в
атмосферу должен быть уточнен. Например, по данным [117] концентрация
пыли в воздухе, отходящем от ситовеечных машин составляет 8 г/м^ в то время
как результаты замеров показывают концентрацию 0,5... 1 г/м^
Таблица 1.1.- Среднее значение концентрации пыли в воздухе, отходящем от различных видов аспирируемого оборудования предприятий по хранению и переработки зерна
Наименование
аспирируемого
оборудования
Концентрация в воздухе отходящем от оборудования, г/мл
Согласно [117] Согласно [57] Результаты замеров
2 1,3
3 3,3
4 0,9-1,7
2,0 1,5
4,0-10,0 0,30-0,7
8,0
2,0
0,5-1,0
2,0-7,0
1,2
0,6
0,3-0,9
1 Приемка зерна с железной дороги (завальная яма, насыпные лотки, сбрасывающие коробки) Башмаки норий Насыпные лотки подсилосньгс транспортеров Сбрасывающие коробки подсилосных транспортеров Автоматические весы, подвесовой и надвесовой, бункера Поворотные круги, надсепараторные бункера
Продолжение таблицы
3,0
8,0
8,0
20,0 2,0
2,0
2,2 5,0
4 0,4-0,1
0,4-0,6
0,4-0,1
5,0-12,0
1,0-4,0
2,0-5,0 1,0-3,0
0,5-1,0 4,5-9,0
3,0
0,5-1,0
Таким образом, можно сделать вывод: в режиме постоянной работы оборудования наибольшее количество пыли выбивается от упаковочной машины, транспортера выбойного отделения, норий и рассевов. Следовательно, эта оценка технологического процесса оборудования позволила определить ряд обстоятельств, которые могут привести к формированию вредных и опасных условий труда для здоровья работаюш;их и, следовательно, требзлющих разработки соответствзчощих технических решений, направленных на оздоровление труда на мукомольных предприятиях:
-интенсивное выделение зерновой и мучной пыли на этапах производства, что может формировать концентрации пыли, превышаюпдие предельно допустимые и следовательно, являющиеся факторами риска профессионально - обусловленных заболеваний у работников основных профессий;
-основным источником пылевыделений в воздух рабочей зоны является технологическое оборудование мукомольных производств: упаковочные машины, нории зерноочистительного отделения, транспортеры выбойного отделения и рассева;
-планировочные особенности расположения оборудования увеличивают тяжесть труда работающих (многоэтажная компоновка и, как следствие, наличие длительных переходов) и могут усугубить воздействие на организм ведущего неблагоприятного производственного фактора.
ТЗ. Анализ эффективности улавливания зерновой пыли на действующем производстве.
Как отмечалось выше основные инерционные аппараты использующиеся для улавливания зерновой и мучной пыли являются одиночные циклоны типа ЦОЛ и батарейные типа БЦШ и УЦ (однорядные и двух рядные). Средняя
эффективность циклонов ЦОЛ согласно справочной литературе [57, 72, 84, 117] составляет 90% намного выше эффективности батарейных циклонов: для циклонов типа БЦШ она достигает 95% у циклонов типа УЦ согласно справочным данным до 9 8 % ) . Однако в производственных условиях достижение максимальной эффективности пылеулавливания задачи практически не разрешимая, даже при соблюдении оптимального диапазона рекомендуемых скоростей (табл. 1.1) в сечении входных патрубков данные значения эффективности , как правило, не достигаются.
Таблица. 1.1. - Рекомендуемая скорость в среднем сечении аппарата.
Тип Рекомендуемая
№ циклона скорость, м/с
Одиночный
18,0
1. ЦОЛ
Батарейный
16,0-18,0
2. БЩП
Батарейный
10,0-12,0
3. УЦ
Основными причинами того что не достигается проектная эффективность улавливания являются наличие подсосов через шлюзовые питатели дисперсный состав пыли, поступающий на очистку и ряд других причин. Результаты замеров эффективности в системах аспирации разгрузителей систем пневмотранспорта на мельницах пшеничного помола показали ее зависимость с коэффициентом корреляции К = 0,81 от скорости потока на входе в циклон. При этом максимальная эффективность достигается в диапазоне 1 5 - 1 8 м/с (рис. 1.4). Аналогичные обследования проведены для мельниц ржаного помола на рис. 1 . 4 приведены результаты замеров эффективности циклонов БЦШ от разгрузочных систем пневмотранспорта. На рис. 1 . 7 приведены результаты замеров эффективности в производственных условиях циклонов ЦОЛ.
>л у = -0,0769хл+2/М51 х + Qg98
Рис. 1.4. Результаты замеров эффективности пылеулавливания циклонов БЦШ
в системах аспирации разгрузителей на мельницах пшеничного
г|^% помола.
у=-0,176хА + 4,496х + 51
Рис. 1.5. Результаты обследования эффективности улавливания циклонов систем аспирации от разгрузителей пневмотранспорта на мельнице ржаного помола.
Г1,%
80 г y=-o,1o; 8x* + 2,6156x+67,655
К,
70 о 10 15 20
Рис. 1.6. Результаты замеров эффективности пылеулавливания циклонов УЦ установленных в системах пылеулавливания на элеваторах и ХПП Волгоградской области.
На зерновой пыли приведены результаты замеров эффективности улавливания зерновой пыли в системе аспирации оборудования зерноочистки мельницы пшеничного помола.
Нами было обследовано 17 предприятий по хранению и зерна на территории Волгоградской области. Были обследованы 325 систем аспирации и пневмотранспорта. Эффективность улавливания инерционных аппаратов оказалась значительно ниже указанных в справочных и паспортных данных. На рис. 17 приведены результаты обследования эффективности улавливания циклонов систем аспирации от разгрузочных отделений и пневмотранспорта на мельнице пшеничного помола производительностью 54 т в сутки в г. Калач-на-Дону. На рис. 1.8 приведены результаты обследования эффективности улавливания циклонов систем аспирации мельницы г. Волгограда (п. ГЭС) производительностью 10 т/сут.
у = -0 Э634Х1 + 2,2189х + 52,3
К,
Рис. 1.7. Результаты замеров эффективности пылеулавливания циклонов ЦОЛ установленных в системах пылеулавливания на элеваторах и ХПП Волгоградской области.
у=-0,0563х" + 1,9098x4 74,754
у
Рис. 1.8. Результаты обследования эффективности улавливания циклонов УЦ систем аспирации мельницы г. Волгограда.
По результатам обследования можно получить регрессионные зависимости, характеризующие реальные зависимости эффективности улавливания действзчощих в производстве пылеулавливающих устройств, например, от условной скорости на входе в пылеуловитель (Уу). Уравнения
регрессии приведены на рис 1 . 4 - 1 . 8 . Отметим, что коэффициент корреляции для данных зависимостей достаточно высок и колеблется от 0,52 до 0,81. При этом характерно, что данные рисунков реально соответствуют данным, приведенным в табл. 1.2.
Как отмечалось выше, препятствием для достижения максимальной эффективности является наличие подсосов, забивание бункеров аппаратов и воздуховодов, мелкодисперсный состав пыли. Проведенные в ходе обследования замеры сопротивления пылеулавливающих аппаратов по позициям показывают высокое совпадение со справочными и паспортными данными. Как правило, реальным значением аэродинамического сопротивления превышают паспортные данные не более чем на 10%.
На основании проведенных обследований можно сделать вывод: разработка конструкции инерционных пылеулавливающих аппаратов имеющих по техническим параметрам большую устойчивость к наличию подсосов приведет к более высокой эффективности улавливания.
1.4. Выбор направления исследований
В сложившейся практике проектирования инженерно-экологических систем наибольшее распространение получили тканевые фильтры и циклоны. С точки зрения эколого-экономической целесообразности и создания технологий с замкнутым циклом наиболее приемлемыми и перспективными являются вихревые инерционные пылеуловители.
Вместе с тем, существующие способы пылеулавливания не в полной мере отвечают требованиям практики в связи с недостаточной степенью эффективности и характеризуются существенными недостатками. Для многих производств, сопровождающихся значительными пылевыделениями, с целью достижения нормативов ПДВ требуется устройство таких аппаратов, использование которых показывает наиболее высокую степень улавливания частиц пыли различной дисперсности или использование капитало- и энергоемкого экологоохранного оборудования. Для существующих схем систем обеспыливания также характерно наличие значительных подсосов воздуха и выбивание пыли через неплотности и разгрузочные устройства в пылеуловителях, работающих под разрежением и на нагнетательной части сети соответственно. Кроме того, к недостаткам существующих систем пылеочистки следует отнести интенсивное пылевыделение, наблюдаемое при выгрузке уловленного продукта из бункеров пылеулавливающих аппаратов. При размещении инженерно-экологического оборудования на промплощадке или на кровле производственных зданий это приводит к загрязнению прилегающих территорий, при расположении пылеуловителей в производственных помещениях - к выносу пыли в атмосферный воздух системами общеобменной вытяжной вентиляции.
Перечисленные выше факторы обусловили выбор направления
исследований: разработка (с учетом перечисленных недостатков) и
обоснование систем пылеулавливания с использованием горизонтальных
коллекторов-пылеуловителей, позволяющих обеспечить высокую
эффективность пылеулавливания при минимальных затратах материальных ресурсов; изучение и оптимизация режимов работы, а также разработка достоверной методики расчета предлагаемых систем.
1.5. Выводы по главе 1
-
На предприятиях по хранению и переработке зерна наибольшее распространение получили два вида пылеотделителей -тканевые фильтры и циклоны. В настояЕцее время все большее применение находят вихревые инерционные аппараты на встречных закрученных потоках.
-
Системы аспирации и пневмотранспорта на предприятиях по хранению и переработке зерна представляют собой разветвленные системы с протяженными вертикальными и горизонтальными коллекторами.
-
Для мукомольных предприятий малой и средней мопдности сети аспирации, как правило, являются громоздкими и имеют значительные сопротивления. Потери давления в тройниках на сети аспирационных систем составляют до трети всех потерь в системе.
-
Потребность в полной замене сети возникает и пылеулавливаюш;его оборудования в системах аспирации и пневмотранспорта возникает даже при небольшой реконструкции производства.
Введение к работе
Актуальность проблемы. В отрасли по хранению и переработке зерна в последние годы резко увеличилось количество мелких и Средних предприятий, зачастую удаленных от традиционных промышленных центров. На таких предприятиях, как правило, применяются инерционные методы пылеулавливания в системе аспирации и пневмотранспорта. В связи с этим особо важное место занимают проблемы снижения энергоемкости и повышения устойчивости их работы. Наличие протяженных вертикальных участков, большая степень разветвленности, характерная для систем аспирации и пневмотранспорта данной группы предприятий, создает дополнительные трудности в эксплуатации этих систем.
Поэтому актуальной представляется проблема разработки и совершенствования эффективных пылеуловителей, используюш;их специфику производства, в частности, наличие горизонтальных и вертикальных коллекторов для большинства систем аспирации и пневмотранспорта.
Работа выполнена в соответствии с Координационным планом ГК РФ по науке и технической политике Региональной программы «Экологические проблемы Нижней Волги» - Е. 11.01.96, а также Тематическим планом научно-исследовательских работ Экологического фонда Волгоградской области по комплексной целевой программе «Развитие Волгоградского природоохранного комплекса» Администрации Волгоградской области.
Цель работы. Разработка систем пылеулавливания с использованием горизонтальных и вертикальных коллекторов-пылеуловителей для повышения эффективности улавливания, надежности работы и снижения энергоемкости систем аспирации и пневмотранспорта на предприятиях по переработке и хранению зерна.
Для достижения поставленных целей в работе решались следуюп];ие задачи: - разработка инерционных пылеуловителей-коллекторов для систем аспирации и пневмотранспорта; разработка физико-математических моделей, описывающих закономерности массопереноса частиц пыли внутри пылеуловителей -коллекторов; исследование дисперсного состава и физико-химических свойств пылей, образующихся в системах аспирации и пневмотранспорта.
Основная идея работы состоит в использовании вероятностно-стохастического подхода для анализа процессов пылеулавливания в вертикальных и горизонтальных коллекторах-пылеуловителях систем аспирации и пневмотранспорта, характерных для предприятий по хранению и переработке зерна и ряда других отраслей.
Методы исследования включали: анализ и обобщение исследований других авторов, математическое и физическое моделирование, обработку данных экспериментов методами математической статистики с применением ПК, сопоставление результатов экспериментальных исследований, выполненных в лабораторных условиях, с результатами теоретических исследований.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций доказаны применением классических положений теории механики аэрозолей и аэродинамики при моделировании изучаемых процессов, и подтверждена сходимостью результатов лабораторных и промыпшенных экспериментов с теоретическими положениями и данными других авторов.
Научная новизна работы состоит в том, что: усоверпгенствована физико-математическая модель и получены аналитические зависимости, описывающие процессы массопереноса пыли в пылеуловителях - коллекторах на встречных закр5Д1енных потоках с более чем двумя входами; исследован дисперсный состав и физико-химические свойства пылей, образующихся в системах аспирации и пневмотранспорта предприятий по хранению и переработке зерна; получены аналитические зависимости, характеризующие потерю давления на участке коллектора-пылуловителя.
Практические результаты: разработаны и исследованы конструкции вертикальных пылеуловителей на встречных закрученных потоках с более чем двзпмя входами, которые выполняют функции коллектора - пылеуловителя; усовершенствована методика экспериментального определения мощности пылевыделения технологического оборудования для предприятий по хранению и переработке зерна.
Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены на Калачевском ХПП, Карповском КХП, Суровикинском КХП, Себряковском элеваторе. Волгоградском комбикормовом заводе в г. Михайловке и ряде других предприятий Волгоградской, Астраханской областей и Республики Калмыкия.
На защиту выносятся: физико-математическая модель и аналитические зависимости, описывающие процессы массопереноса в пылеулавливающих аппаратах со встречными закрученными потоками с несколькими входами; аналитические зависимости, характеризующие потерю давления на участке коллектора- пылеуловителя.
Апробация работы.
Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на: Международной научно-практической конференции «Строительство-2000» (Ростов-на-Дону, 2000г.); Всероссийской научно-практической конференции «Лабораторное дело: организация и методы исследования» (Пенза, 2001г.); Международной научно-технической конференции «Проблемы охраны производственной и окружающей среды» (Волгоград, 1997г.,2001г.); Межрегиональном научно-техническом семинаре «Экологическая безопасность регионов России» (Пенза, 2000г.); Международном научно -практическом семинаре «Опыт и практика по итогам российско -американской программы «Управление качеством воздуха» (Волгоград, 1998г); Международной научно -технической конференции «Достижение в теории и практике теплогазоснабжения, вентиляции, кондиционирования воздуха и охраны воздз^пного бассейна» (Санкт-Петербург, 1997г); ежегодных научно-техни-ческих конференциях Волгоградской государственной архитектурно-строительной академии.
Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 14 работах, в том числе: в 12 статьях, в патенте на изобретение, в свидетельстве на полезную модель.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы - 140 страниц, в том числе: 120 страниц - основной текст, содержащий _12_ таблиц на 12 страницах, __32_ рисунков на '_32_ страницах; список литературы из 123 наименований на Ы страницах, 3_ приложений на 9 страницах.
