Принципово нові перспективні методи очистки повітря від дрібнодисперсного пилу

Постановка проблеми. Проблема вловлювання цементного пилу на промислових об’єктах, занесено до «Чорної книги», як карценогенний забруднювач повітря. Одним із компонентів забруднення повітря є цементний пил, який виробляється у великих обсягах і використовується у різних галузях промислового та житлового будівництва. У технологічному процесі виготовлення цементу, зі збільшенням його обсягу пропорційно збільшується рівень пиловиділення в робочі зони заводу та прилеглі території. І, якщо в цехах та на технологічних дільницях, які мають організовані джерела викидів пилу, запиленість хоч й висока, але не перевищує ГДК, то у виробничих підрозділах з неорганізованими джерелами викидів, де засоби знепилювання відсутні (на дільниця транспортування сировини та у цехах готової продукції), концентрація пилу перевищує ДК у 5 разів і більше. Основними джерелами пилоутворення цементних заводів є конвеєрні лінії, якими транспортується сировина й готова продукція, місця їх пересипання, завантаження й розвантаження, дробильні установки, печі випалювання клінкеру, кульові млини для помелу клінкеру та ін. Конвеєрні лінії для транспортування сипкої сировини (вапняку) з’єднують видобувні кар’єри з дробильними установками цементного заводу. Основними чинниками, які визначають запиленість повітря в робочих зонах різних дільниць, є швидкість вітру й віддаленість транспортованої сировини від кар’єру. Мінімальне пиловиділення при цьому становить 7-10 г/т, а максимальне – 50-52 г/т. У бункерному ангарі при розвантажуванні сировини з автосамоскидів запиленість повітря перевищує ГДК в 50 і більше разів, при надходженні сипкої сировини до бункера із стрічкових конвеєрів концентрації пилу сягають значень 270-450 мг/м3 і при сукупному розвантаженні сировини –1500 мг/м3 і більше, що значно перевищує ГДК. Найбільш істотними джерелами пиловиділення на дільницях цементних заводів є печі для випалювання клінкеру. При сухому способі виробництва кількість сухих запилених газів, які виносяться з печей, на 25-40 % менше, ніж при мокрому способі. При цьому маса дрібнодисперсного пилу, що виділяється, становить 50-120 кг на 1 т клінкеру. Сушильні барабани сировини й добавок виділяють пил, який характеризується підвищеним вологовмістом (температура точки роси сягає 40-60 °C) і широким діапазоном коливань концентрації аерозолю (15-70 г/м3). Колосникові холодильники клінкеру викидають на 1 т клінкеру 1,1-1,8 т сухої газоповітряної суміші, яка містить 7-10 кг пиловидних клінкерних частинок, що характеризуються високим вмістом грубодисперсних фракцій (80 % частинок розміром понад  5 мкм). Якщо порівняти джерела пилоутворення цементних заводів, то слід відзначити, що понад 80 % пилу, що викидається в атмосферу, виділяється обертовими печами випалювання клінкеру. На підставі цього можна зробити висновок, що практично всі дільниці цементних заводів мають інтенсивне пиловиділення, при якому рівень запиленості повітря перевищує ГДК, тому виконання технологічних операцій і процесів можливе лише при наявності високоефективних засобів пригнічення пилу та пиловловлювальних апаратів.

Аналіз останніх досягнень. Вже 40 років викидає шкідливі речовини в атмосферу  Миколаївський гірничо-цементний комбінат. Дві печі, які були здані в експлуатацію в 1951 р., взагалі були без очисних споруд. Через одинадцять років стало до ладу ще чотири печі, правда, з  електрофільтрами, але настільки недосконалими, що коефіцієнт їх корисної дії зовсім невисокий. Лише на шостій печі поставили правильно розрахований і підібраний електрофільтр, ефективність вловлення цементу яким за розрахунками мала бути 90 %, але практично цей показник значно менший. Після реконструкції печей їх продуктивність збільшилася майже в два рази і приблизно на стільки ж зросли викиди пилогазової суміші в повітря, оскільки електрофільтри залишилися без змін. За даними райсанепідемстанції забрудненість повітря клінкерною і цементною пилюкою навколо підприємства в радіусі одного кілометра перевищує допустимі концентрації в 4,5-5,4 рази, в радіусі двох кілометрів у 2,4-3,3 рази. А взагалі понад допустимі норми запиленість спостерігається на відстані п’яти і більше кілометрів. За час існування комбінату в повітря вже вилетіло і продовжує вилітати десятки тисяч тонн цементу найвищої марки, вартість якого вже давно окупила б всі витрати на встановлення добротних пилоочисних установок. Основне джерело пилу на цементних заводах – піч для обпалу клінкера мокрого і сухого методу виробництва. При мокрому способі: на кожну тонну клінкера з печей, що обертаються, виноситься 5,3-7,3 т пилу з температурою 140-400 С, яка містить  80-250 кг дисперсного пилу. При сухому способі кількість газів, які виносяться з печі, на 25-45 % менша, але температура їх 350-400 С, а маса тонкодисперсного пилу 50-120 кг на тонну клінкера. Крім того, з колосникових холодильників викидається на кожну тонну клінкера – 1,1-1,8 тонн сухого повітря, в якому є 7-10 кг дисперсних клінкерних частинок. Для пилоочистки нині використовують двоступеневу установку, в якій першим ступенем є циклон ЦН-11, а другим – електрофільтри або рукавні фільтри з рукавами з гідрофобізованої і графітизованої склотканини. В будь-якому варіанті завдання полягає у збільшенні до максимуму ефективності роботи  циклона  першого  ступеня  очистки,  щоб  на  другий  ступінь  надходила  мінімально  можлива кількість пилу. В 99 % пилоочисних установках цементної промисловості,  як перший ступінь очистки використовують циклон ЦН-11, недоліком якого є наявність вторинного виносу, який веде до виносу вже виділеного і зібраного в його бункері пилу і змішування його з потоком чистого повітря.
Метою роботи є створення такого пиловловлювача, в якому  система доочистки повітря від дрібнодисперсного пилу в теплоенергетичних установках забезпечується виконанням певним чином жалюзі відокремлювача, що дозволяє виділити з уже очищеного пилогазового потоку найдрібніші фракції і протранспортувати їх зверху вниз у напрямку до пиловипускного патрубка і  за рахунок цього збільшити ефективність роботи апарату.
Виклад основного матеріалу. Нами запропоновано для першого ступеня очистки повітря конструкція відцентрово-інерційного апарата, основною позитивною рисою якого є суміщення в одному корпусі двох ступенів очищення: перший – циклонний – на половині оберту потоку після входу в апарат під дією відцентрової сили та другий – інерційний - при проходженні потоку через щілини між жалюзі відокремлювача, який встановлений коаксійно корпусу, причому жалюзійний відокремлювач складається з декількох секцій.
Дослідження прозорої моделі наведеної вище конструкції відцентрово-інерційного пиловловлювача в аеродинамічній трубі довели, що значного підвищення ефективності їх роботи вдається отримати при дотриманні умови постійності швидкості руху пилогазової суміші, як в корпусі апарату, так і при проходженні через щілини між жалюзі відокремлювача, що і було нами використано при конструюванні принципово нових апаратів, в яких додаткова попередня очистка повітря від великодисперсного пилу забезпечує виділення пилу його з потоку ще до входу в пиловловлювач, тобто збільшує його кількість виділену з газоповітряного потоку і за рахунок цього підвищується ефективність пиловловлення. Працює запропонований пиловловлювач наступним чином.
Запилене повітря через вхідний патрубок  попадає всередину першого корпуса - корпуса доочистки, де при переході з меншого перерізу в більший втрачає швидкість попадає в зигзагоподібні канали, оснащені гофрами. Зважені частинки пилу під дією інерційних і гравітаційних сил рухаються по параболічних траєкторіях в напрямку приймальних патрубків і при зіткненні з гофрами в втрачають кінетичну енергію і осідають у приймальних патрубках.
Очищений у першому корпусі газ виводиться із нього в другий корпус – корпус пиловловлювача через тангенційний патрубок, який є для другого корпуса  вхідним патрубком.  Після входу в апарат пилогазовий потік гвинтоподібно обертається зверху вниз спочатку навколо вихлопної труби, потім навколо жалюзійного відокремлювача, під час чого відбувається розділення частинок пилу. Більш великі пилові частинки під дією відцентрових сил притискаються до стінки корпуса  і, здійснюючи гвинтоподібний рух всередині циліндричної, потім конічної частини корпуса циклона, попадають у пиловипускний патрубок .
Більш дрібні частинки пилу захоплюються потоком повітря до жалюзійного відокремлювача, де повітря проходить інерційний відокремлювач  крізь щілини, що розміщені між жалюзі його. При цьому повітря робить різкий поворот малого радіуса на кут більший за 90°, але менший за 180°. Дрібні частинки пилу також виконують поворот в напрямку щілини, але, завдяки силі інерції, радіус повороту в них значно більший, ніж у повітря, за рахунок чого дрібні пилові частинки пролітають мимо щілини, стикаються з жалюзі, відбиваються від них або сповзають по її поверхні (залежно від маси і пружності частинок, місця їх попадання на жалюзі та кута, під яким відбувається удар частинки з жалюзі). Якщо пилова частинка дуже сильно відіб’ється від жалюзі, вона знову попадає до пилоповітряного потоку, що обертається навколо жалюзійного відокремлювача, знов вдаряється об одну з наступних жалюзі доти, доки не попадуть у потік, який рухається вздовж корпуса апарата. Із жалюзійного відокремлювача очищене повітря викидається назовні, а весь вловлений в циклоні пил через пиловипускний патрубок попадає в бункер для збирання пилу.
На експериментальному стенді НУ „Львівська політехніка” проведені порівняльні дослідження запропонованого пиловловлювача із попередньою очисткою, де гофри на пластинах  пакету, виконані параболічної форми і утворюють між собою зигзагоподібні канали  у всіх напрямках можливого руху потоку газу, з апаратом, всередині якого поперек потоку встановлений пакет пластин із гофрами, на цементному пилу. Дані випробувань наведені в таблиці 1.

Таблиця 1 – Порівняльні дослідження пиловловлювачів


Витрати повітря, м3/год

Ефективність пиловловлення, %

запропонований

Апарат із гофрами

Розмір пилу, 10 -6 м

32

50

32

50

1000

81,5

82,4

76,6

79,8

1500

83,4

85,6

79,3

81,0

2000

84,7

87,4

81,1

83,0

2500

87,8

89,4

82,2

86,7

3000

88,6

89,8

85,1

87,6

Низька ефективність апарату з гофрами пояснюється тим, що переміщуючись частинки пилу при стиканні з гофрами втрачають частину своєї кінетичної енергії та отримують тенденцію до руху в напрямку дії гравітаційних сил або в тому напрямку, де відсутні зигзагоподібні канали в пластинах, тобто знаходяться в стані вітання, що погіршує ефект їх вловлення. Підвищення ефективності роботи в запропонованому пиловловлювачі досягається тим, що гофри на пластинах у повздовжньому перетині мають параболічну форму.
На експериментальному стенді НУ „Львівська політехніка” проведені порівняльні дослідження запропонованого пиловловлювача із попередньою очисткою з апаратом без попередньої очистки, тобто без його першої частини (без першого корпуса ) на цементному пилу (таблиця 2).

Таблиця 2 – Порівняльні дослідження пиловловлювачів


Витрати повітря, м3/год

Ефективність пиловловлення, %

Запропонований

Апарат без очистки

Розмір пилу, 10-6 , м

32

50

32

50

1000

81,5

82,4

79,8

81,0

1500

83,4

85,6

81,5

83,4

2000

84,7

87,4

83,4

85,2

2500

87,8

89,4

84,3

88,1

3000

88,6

89,8

87,1

88,6

Висновки.  Переваги запропонованої конструкції очевидні, що пояснюється наявністю першого ступеня попередньої очистки газу. Як видно із проведених експериментальних досліджень, ефективність очистки повітря в запропонованому пиловловлювачі виявилась вищою на 0,7-2,4 %. При цьому запропонована конструкція пиловловлювача виключає попадання великодисперсного пилу всередину другого пиловловлювача, що надто важливо для запобігання зносу його корпуса через значне зменшення концентрації та фракційного складу пилу. Наявність зигзагоподібних каналів у всіх можливих напрямках руху газу запобігає створенню зон збільшеного тиску, а це в свою чергу призводить до збільшення ефективності роботи цієї ступені очистки і зниження гідравлічного опору.
Недоліком цієї конструкції є те, що великодисперсні частинки аерозолів, які містяться в пилоповітряній суміші, відкидаються відцентровою силою до внутрішньої стінки корпуса апарата і, по-перше, руйнують її, а по-друге, в залежності від їх розмірів займають весь простір між корпусом і жалюзійним відокремлювачем і не дають місця більш дрібним фракціям рухатися зверху вниз, а крім того зменшують дуже значно відстань між корпусом і жалюзійним відокремлювачем і дрібнодисперсні частинки пилу, відбившись від жалюзі відокремлювача, будуть попадати не на стінку корпуса, а на ці великодисперсні частинки пилу, які рухаються вздовж стінки корпуса зверху вниз до бункера для збору пилу і тим самим заштовхуватися назад в щілини між жалюзі, що призводить до зменшення ефективності роботи апарата та збільшення його гідравлічного опору.
Список літератури

  • Пат. на корисну модель 50128 Україна, МПК B 01D 45/00. Пиловловлювач з теплообмінником і змійовиком  / Ст. В.А. Батлук, Н. М. Параняк. – № u 2009 12666 ; заявл. 07.12.2009; опубл. 25.05.2010, Бюл. № 10. – 8 с.
  • Батлук В.А., Параняк Н.М. Макарчук В.Г. Рівень забруднення атмосферного повітря та його вплив на стан здоровя населення Україні; Збірник наукових праць „Будівництвово, матеріалознавство, машинобудування” № 52, Серія «Безпека життєдіяльності», Дніпропетровськ, 2010 р. – С. 205-210.
  • The Problem of  Highly EffectiveCleaning of air from dust//Modern problems of radio engineering, telecommunicataions and computer science.Proceedings of the International Conference TCSET 2006, Lviv-Slavsko, Ukraine. – Р. 46-48.

Принципово нові перспективні методи очистки повітря від дрібнодисперсного пилу   [Електронний ресурс]  / [Батлук В.А., Параняк Н.М., Басов М.В.] // Режим доступу: http://eco.com.ua/content/pryncypovo-novi-perspektyvni-metody-ochystky-povitrya-vid-dribnodyspersnogo-pylu

Topics: 
Оцінка: 
0
No votes yet