Исследование и разработка пылеуловителей, обеспечивающих повышение эффективности очистки воздуха аспирационных систем дробильно-сортировочных комплексов карьеров

Чистяков, Ярослав Владимирович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Исследование и разработка пылеуловителей, обеспечивающих повышение эффективности очистки воздуха аспирационных систем дробильно-сортировочных комплексов карьеров
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Исследование и разработка пылеуловителей, обеспечивающих повышение эффективности очистки воздуха аспирационных систем дробильно-сортировочных комплексов карьеров"

005010888

ЧИСТЯКОВ Ярослав Владимирович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЕЙ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА АСПИРАЦИОННЫХ СИСТЕМ ДРОБИЛЬНО-СОРТИРОВОЧНЫХ КОМПЛЕКСОВ КАРЬЕРОВ

Специальность 25.00.36 - Геоэкология (в горно-перерабатывающей промышленности)

Автореферат 1 „г

- 1 идр ¿0»2

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула-2012

005010888

Диссертация подготовлена в ФГБОУ ВПО «Ярославский государственный технический университет» на кафедре «Охрана труда и природы» и в ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет» на кафедре «Аэрология, охрана труда и окружающей среды»

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

МАХНИН Александр Александрович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

РУСАК Олег Николаевич,

кандидат технических наук, доцент КУПЛЕНОВ Николай Иванович.

Ведущая организация: ОАО «Тульское НИГП».

Защита диссертации состоится «16» марта 2012 г. в 14:00 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.271.09 при ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет» по адресу: 300012, г. Тула, пр. Ленина, д. 90, ауд. 220, 6 уч. корпус.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет».

Автореферат разослан «10» февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Л.Э. Шейнкман

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Из карбонатных пород получают более 60 наименований продукции, необходимой для различных отраслей промышленности. Получение из карбонатных пород новых материалов, в том числе на уровне наноструктур , с использованием технологий глубокой переработки горных пород требует инновационных решений, включающих решения по минимизации затрат на добычу полезного ископаемого с учетом экологических ограничений.

Карбонатные породные массивы имеют сложную блочную структуру и характеризуются неоднородностью физико-механических свойств слагающих их пород. Вариации размерных величин природных отдельностей влияют на организацию выемочно-погрузочных работ, на обоснование параметров буровзрывных работ при подготовке карбонатного массива к экскавации и на выбор добычного и перерабатывающего оборудования.

Важнейшим технологическим звеном добычи и переработки карбонатных пород являются дробильно-сортировочные комплексы. Стационарные дро-бильно-сортировочные установки сооружают на карьерах, обеспечивающих работу установок не менее 20-25 лет при годовой производительности более 100 тыс. м . Дробильно-сортировочные установки располагаются на поверхности и могут иметь одну, две или три стадии дробления. Например, процесс дробления играет важную роль во всем технологическом процессе горного предприятия по добыче и переработке известняка. Для производства товарного щебня из горных пород преимущественно используются роторные дробилки, так как колосниковые решетки молотковых дробилок не позволяют обеспечить надежной работы с материалом средней и высокой прочности.

Процессы дробления горных пород сопровождаются весьма интенсивным пылеобразованием и выбросы пыли аспирационными системами дробильно-сортировочных комплексов составляют десятки тонн в год в расчете на одно горное предприятие. Например, выбросы по дробильно-сортировочным комплексам предприятий ООО «Хомяковский карьер» и щебеночный завод «Турдейский» составляют 13,8 т/год и 11,7 т/год , соответственно. На современном этапе для большинства горных предприятий очистка технологических и вентиляционных выбросов от мелкодисперсной пыли является одной из основных экологических проблем. Очевидно, что решение задачи снижения выбросов пыли в окружающую среду лежит в области усовершенствования существующего, а также разработки и внедрения нового пылеулавливающего оборудования.

Сейчас в атмосферу во всем мире выбрасывается около 150 млн. т в год твердых веществ. Валовые выбросы пыли одного только мирового цементного производства составляют около 4 млн.т в год. Поэтому тема диссертационной работы актуальна.

Целью работы являлось уточнение закономерностей процесса разделения пылевоздушных смесей, протекающего в сухом центробежно-инерционном пылеуловителе, совмещающем принципы центробежной и инерционной сепарации пыли, на основе адекватной экспериментальным исследованиям математической модели динамики аэрозоля для разработки конструкций пылеуловителей, обеспечивающих повышение эффективности очистки воздуха аспираци-онных систем дробильно-сортировочных комплексов карьеров от пыли и снижающих выбросы пыли в атмосферу.

Идея работы заключается в том, что разработка конструкций пылеуловителей для повышения эффективности очистки воздуха аспираЦионных систем дробильно-сортировочных комплексов карьеров от пыли и снижения выбросов пыли в атмосферу основывается на выявленных физических закономерностях процесса разделения пылевоздушных смесей, определяющего динамику сепарации твердых частиц из воздушного потока.

Основные научные положения, сформулированные в работе, заключаются в следующем:

- совмещение процессов центробежной и инерционной сепарации пыли в одном аппарате повышает эффективность разделения пылевоздушных смесей, обеспечивая высокое качество защиты окружающей среды, особенно при наличии в газовом потоке мелкодисперсной пыли;

- классификация пылевидных загрязнений воздуха основывается на совмещении процессов центробежной и инерционной сепарации пыли в одном аппарате, обеспечивающем разделение гетерогенного потока на фракции в классификаторе-сепараторе;

- математическая модель протекающих газодинамических процессов в многофазной вращающейся среде сепаратора-классификатора включает нестационарные уравнения неразрывности, импульса, энергии и конденсированной фазы и позволяет определить основные проектные параметры установок очистки воздуха аспирационных систем дробильно-сортировочных комплексов карьеров от пыли.

Новизна научных и практических положений:

- разработаны оригинальные конструкции новых пылеуловителей, совмещающих в отличие от известных принципы центробежной и инерционной сепарации пыли в одном аппарате и позволяющие получить одну, две или три фракции пыли в процессе очистки;

- экспериментально изучено влияние скорости пылевоздушного потока на эффективность работы нового пылеуловителя и установлено значение скорости во входном патрубке и в рабочей части аппарата, которая обеспечивает режим работы аппарата и при котором может быть достигнута максимальная степень очистки воздушного потока от мелкодисперсной пыли;

- экспериментально доказано влияние высоты экрана внутри пылеуловителя на эффективность пылеулавливания и установлено оптимальное соотношение высоты экрана к диаметру корпуса аппарата, при котором наблюдается наиболее высокая эффективность разделения пылевоздушной смеси;

- разработаны математическая модель, алгоритм её численной реализации и комплекс программных средств процесса сепарации и разделения мелкодисперсных твердых частиц в аппарате, совмещающем центробежный и инерционный принципы;

- определены основные эксплуатационные характеристики одноступенчатого пылеуловителя и разработаны пылеуловители, позволяющие с высокой

эффективностью выделить из пылевоздушного потока частицы мелкодисперсной пыли и разделить их на фракции.

Обоснованность и достоверность теоретических положений, выводов и рекомендаций подтверждается

корректной постановкой задач исследований, использованием методов математической статистики и планирования эксперимента, теории вероятностей, математического анализа и современных достижений вычислительной техники; достаточным объемом вычислительных экспериментов, проведенных в процессе теоретических исследований пылевоздушного потока; удовлетворительной сходимостью расчетных значений с фактическими данными; положительными решениями Государственной патентной экспертизы по заявленным техническим решениям; результатами опытно-промышленной апробации, промышленного внедрения и экологической эффективностью разработанных технических решений.

Практическая реализация выводов и рекомендаций. Основные научные и практические результаты диссертационной работы включены в учебный курс «Техника защиты окружающей среды» для студентов, обучающихся по специальности 320700 — «Охрана окружающей среды и рациональное использованию природных ресурсов». Рабочая техническая документация на промышленный центробежно-инерционный пылеуловитель производительностью 5000 м3/час была передана для внедрения на ООО «Полихимпроект» (г.Тула), а после проведения опытно-промышленных испытаний на реальных средах при расходе газа 300 м3/час передана ОАО «Ярославский пигмент» на пылеуловитель производительностью 10000м3/час , а на ОАО «Ферос» - производительностью 2000м3/час.

Апробация работы. Научные положения и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры охраны труда и природы ЯГТУ; на международной научной конференции «Энерго - ресурсосберегающие технологии и оборудование, экологически безопасные производства», Иваново, 2004г. ; на VIII Российской научной конференции школьников «Открытие», Ярославль, 2005 г; на первой всероссийской научно-технической интернет- конференции «Современные проблемы экологии и безопасности», Тула, 2005 г.; на 10 и 11й международных научно-практической конференции «Высокие технологии в экологии», Воронеж, 2007 -2008 г.г.; на 20-й меяедународной научной конференции: «Математические методы в технике и в технологиях»,Ярославль, 2007г., на научных семинарах кафедры «Аэрология, охрана труда и окружающей среды» и кафедры геотехнологий и строительства подземных сооружений ТулГУ, Тула 2010 - 2011 г.г.

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 22 работы, в том числе 3 в рекомендованных ВАК журналах, получено 4 патента РФ.

Объём работы. Диссертация изложена на 196 страницах машинописного текста, состоит из 5 глав, содержит 8 таблиц. 49 иллюстраций, список литературы из 159 наименований и - приложений.

Автор выражает благодарность заведующему кафедрой «Аэрология, охрана труда и окружающей среды» Тульского государственного университета д.т.н., профессору Соколову Э.М. за методическую помощь и содействие, оказанные при выполнении'работы.

ОБЩЕЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Вопросы запыленности атмосферного воздуха технологическими комплексами и способов борьбы с их пылением нашли отражение в работах В.И. Саранчука, В.И. Волохова, В.И. У скова, И.Е. Билана, Ф.И. Маковей, О.Н. Русака. Движение аэрозоли изучали A.A. Скочинский, А.П. Стельмах, П.А. Леонов , Б.А. Сурначев, В.Б. Комаров, М.И. Медведев, Б.Ф. Кирин, Ю.Н. Малышев, , Э.М. Соколов, Н.И. Володин и др.

• Проведенный анализ применяемых конструкций аппаратов свидетельствует о том, что в промышленной практике как в первой, так и во второй ступенях очистки чаще всего используются Сухие пылеуловители. На предприятиях различных отраслей промышленности в качестве сухих пылеуловителей наиболее широкое применение нашли циклоны как аппараты, отличающиеся простотой изготовления и эксплуатации, а также предоставляющие возможность очистки газов с большой начальной запыленностью и выделения пыли в сухом виде. Однако у циклонов есть один существенный недостаток, они обеспечивают эффективность очистки до 80% только для пыли с размером частиц более 20 мкм, а при улавливании тонкодисперсной пыли их эффективность снижается до 40-60% (в основном из-за вторичного уноса мелкодисперсных частиц).

Развитие систем сепарации и очистки загрязненного воздуха нового поколения с высокими техническими характеристиками выдвигает перед разработчиками новых конструкций серьезные проблемы, основными из которых являются обеспечение высокой эффективности их функционирования при уменьшении себестоимоста, снижение негативных воздействий на окружающую среду и другие. Выбор проектных параметров установок данного класса с использованием традиционных математических моделей и методов проектирования не представляется возможным.

Таким образом, цель и идея работы, а также современное состояние знаний по рассматриваемой проблеме обусловили необходимость постановки и решения следующих задач:

1. Провести анализ конструкций и принципов работы существующих в настоящее время пылеуловителей для выбора наиболее эффективного аппарата для улавливания мелкодисперсной пыли из отходящих газов.

2. Экспериментально исследовать процесс разделения пылевоздушных смесей в предлагаемом центробежно-инерционном пылеуловителе.

3. Обосновать математическое описание динамики процесса сепарации твердых частиц из воздушного потока , протекающего в исследуемом пылеуловителе, используя методы математической физики.

4. Разработать возможные варианты усовершенствования размеров элементов конструкции и режима работы центробежно-инерционного пылеулови-

теля с точки зрения повышения эффективности очистки отходящих газов от мелкодисперсной пыли.

Разработанная на кафедре охраны труда и природы Ярославского государственного технического университета и кафедры аэрологии , охраны труда и окружающей среды Тульского государственного университета конструкция нового пылеулавливающего аппарата (рис.1.), совмещает в своей работе процессы центробежной и инерционной сепарации пыли . Такое сочетание позволяет значительно повысить степень улавливания мелкодисперсных частиц из потоков очистки воздуха аспирационных систем дробильно-сортировочных комплексов карьеров, за счет увеличения скорости очищаемого воздушно-пылевого потока в рабочих областях пылеуловителя в 4-5 раз по сравнению с циклонами и соответствующего увеличения центробежных и инерционных сил.

Рис.1. Схема ¡¡ентробежно-инерционного сепаратора МП - мелкодисперсная пыль; ЗГП - загрязненный газовый поток;

ОГП - очищенный газовый поток.

Аппарат включает корпус (1), в котором размещен завихритель (2), выполненный в виде полого диска, состоящего из верхней (3) и нижней стенки (4). Внутри завихрителя расположены закручивающие лопатки (5). По оси корпуса проходит патрубок ввода запыленного газа (6), примыкающий к нижней стенке завихрителя. Концентрично снаружи патрубка ввода установлен патрубок вывода очищенного газа (7). По наружному нижнему краю диска завихрителя

установлен экран (8) в виде усеченного конуса или цилиндра. Из нижней части корпуса уловленная пыль попадает в бункер для сбора пыли.

Пылеуловитель работает следующим образом. Запыленный газ через входной патрубок (6) поступает в завихрительное устройство (2), в котором расположены определенного профиля лопатки (5), способствующие закручиванию пылегазового потока. Особое расположение входного патрубка обеспечивает сохранение высокой скорости газа (до 20 м/с) в верхней части аппарата, в отличие от обычных циклонов, где в зоне ввода очищаемого потока скорость падает до 2-4 м/с, существенно уменьшая центробежную силу и тем самым значительно снижая эффективность пылеулавливания.

Отделение частиц пыли в закрученном потоке происходит под действием центробежных сил в пространстве между корпусом (1) и экраном (8), установленным под завихрителем. Вихревой поток, опускаясь по спирали вниз, затем поворачивает на 180° и по внутренней спирали меньшего радиуса попадает под экран, а затем снова изменив свое направление на 180°, уже очищенный газ поступает в патрубок вывода (7). Установка экрана соответствующей геометрии позволяет повысить эффективность пылеулавливания за счет лучшей аэродинамики потока в верхней части аппарата и снижения вторичного уноса, предотвращая попадание отскочивших от корпуса частиц в поток очищенного газа. Отделившаяся пыль по стенке корпуса под действием силы тяжести поступает в нижнюю часть корпуса и собирается в бункер.

Установка патрубка вывода очищенного газа под завихрительным устройством концентрично снаружи патрубка ввода уменьшает диаметр корпуса в верхней части пылеуловителя, что повышает фактор разделения и, соответственно, эффективность работы аппарата.

Для проведения экспериментальных исследований закономерностей процесса улавливания мелкодисперсной пыли в центробежно-инерционном пылеуловителе была смонтирована экспериментальная установка, состоящая из цен-тробежно-инерционного пылеуловителя 0 350 мм , вытяжного вентилятора , с регулируемым числом оборотов и питателя пыли. Для изучения процесса сепарации твердых частиц в исследуемом пылеуловителе в качестве твердой фазы были использованы различные монодисперсные модельные смеси , №1 (5 = 1015 мкм; р = 200 кг/м3), №2 (5 = 15 мкм; р = 500 кг/м3) и №3 (5 = 3-6 мкм; р = 2200 кг/м3), а так же полидисперсные смеси , №4 ( медианный размер -21,694 мкм), №5 (средний размер -1,387 мкм , преобладающий 1,074), в качестве газового потока применялся воздух. Скорости воздушного потока w (м/с), рассчитанные на свободное сечение входного патрубка, изменялись в пределах 5 -25 м/с, температуре t = 18-25°С.

Зависимость гидравлического сопротивления АР (мм вод. ст.) центробеж-но-инерционного пылеуловителя от скорости газа на входе в аппарат w (м/с) изучалась при продувке исследуемого аппарата газовой смесью содержащей кварцевую пыль. На основе полученных результатов построен график зависимости гидравлического сопротивления от скорости газового потока во входном патрубке центробежно-инерционного пылеуловителя (рис.2.).

Исследования проводимые на пылеуловителе при пропускании воздуха с различной скоростью показали, что резкое возрастание АР намечается при скорости газа свыше 22 м/с, поэтому считаем, что увеличение скорости выше этого показателя не целесообразно.

На основании обработки экспериментальных данных по гидродинамике пылевоздушного потока в центробежно-инерционном пылеуловителе нами получено критериальное уравнение:

Ей = 2,3 Де"0'2 Г} (1)

где Г - критерий геометрического подобия, Г = Ь/с!,, где Ь - длина трубы, с1, — эквивалентный диаметр трубы.

Среднее отклонение значений критерия Ей, определенного по опытным данным, от критерия Ей, рассчитанного по уравнению (1), для всех опытов, вошедших в обработку, составляет ± 5 %.

Для исследования закономерности влияния размера экрана, установленного в центробежно-инерционном пылеуловителе под завихрителем с целью предотвращения вторичного уноса мелкодисперсной пыли, на эффективность очистки газового потока был проведен ряд опытов, в ходе которых была установлена оптимальная высота экрана.

Обоснование материалов для моделирования осаждения карбонатной пыли.

ДР, мм вод. ст.

W. м/с

Рис. 2. Зависимость гидравлического сопротивления аппарата АР от скорости газового потока W во входном патрубке.

Испытания пылеуловителя на модельной полидисперсной смеси №2 и полидисперсной смеси №4 проводились при концентрации примесей в газовом потоке ~ 2,5 г/м3 и скорости газового потока в пределах 16-17 м/с. Высота экрана, при проведении опытов изменялась в диапазоне от 50 до 250 мм., диаметр корпуса составлял 350 мм. Согласно результатам опытов была установлена оптимальная высота экрана - 175 мм, что соответствует соотношению высо-

ты экрана к диаметру корпуса 0,5, при этом наблюдалась наиболее высокая эффективность разделения пылевоздушной смеси ~ 98,6 %. При длине экрана меньше этой величины или превышающей ее наблюдается снижение эффективности очистки за счет вторичного уноса мелкодисперсной пыли в поток очищенного газа. При дальнейших испытаниях на других материалах и на других диаметрах аппаратов, соотношения их к размерам экрана подтвердили полученный ранее результат.

Зависимость эффективности очистки газовых потоков от его скорости на входе в аппарат отражены на рис.3.

Как видно из графика , степень очистки газового потока в исследуемом пылеуловителе от пыли тем выше , чем выше плотность и размеры улавливаемой пыли. Дальнейшие исследования показали, что эффективность работы цен-тробежно-инерционного пылеуловителя тем выше, чем меньше начальная концентрация частиц пыли (при одной и той же их дисперсности и плотности), т.е. в ряде случаев возможно использование его в качестве второй ступени очистки к уже имеющимся в какой-либо технологической схеме пылеуловителям, к примеру, циклонам.

Рис.3. Зависимость степени очистки газового потока г} (%) от скорости газового потока на входе в аппарат IV (м/с) при улавливании: монодисперсных (1,2,3) и полидисперсных смесей (4,5)

Сопоставляя графики зависимости эффективности очистки газовых потоков в исследуемом пылеуловителе от их скорости (рис. 3.) с графиком зависимости гидравлического сопротивления аппарата от скорости газового потока (рис. 2.), можно сделать вывод, что оптимальное сочетание максимальной эффективности пылеулавливания и достаточно низкого гидравлического сопротивления пылеуловителя (около 60 мм вод. ст.) достигается при скорости газового потока во входном патрубке равной 15 - 20 м/с.

Для сравнения работы известных циклонов НИИОГАЗа с разработанным пылеуловителем, на лабораторной установке были проведены сравнительные испытания при улавливании смеси пылей различных синтетических моющих средств. Во время эксперимента сохранялись идентичными такие параметры как производительность, начальная концентрация твердых частиц в газовом потоке и температура воздуха. Результаты эксперимента отражены на рисунке .4.

П,% 100

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

5.МКМ

Рис. 4. Зависимость степени очистки газового потока r¡ (%) от размеров частиц 8 (мкм) для модельной смеси №2: I - циклоны НИИОГАЗа; 2-разработанный пылеуловитель

Из рисунка видно, что степень очистки в разработанном аппарате значительно выше, чем в известных циклонах НИИОГАЗа, особенно для мелкодисперсной пыли размером от 20 мкм и меньше (более чем в два раза).

Проведенные испытания аппарата, на железооксидном катализаторе «коричневый» (ОАО «Ферос») и пигменте «желтый» (ОАО «Ярославский Пигмент») по очистке воздушных потоков линии пневмотранспорта при транспортировании от сушильных установок к расфасовочным аппаратам показали, что вторичный унос по сравнению с существующей системой пылеочистки (циклон ЦН-15) снизился в 1,5 раза, а общая степень очистки составила 98,5%, что показало высокую эффективность разработанного пылеуловителя.

При проектировании рассматриваемых пылеулавливающих установок требуется проведение газодинамических расчетов с целью оптимизации параметров конструкции и прогнозирования степени очистки запыленного потока. При выводе уравнений, описывающих движение двухфазного рабочего вещества в пылеуловителе, принимались следующие основные допущения: объемная доля твердой фазы (К-фазы) невелика, в связи с чем соударениями частиц

пренебрегалось; гидродинамические силы, действующие на движущиеся частицы, определялись посредством коэффициента сопротивления Сх, учитывающего размер и форму частиц; фазовые переходы отсутствуют, рассматривается идеальный газ.

Для численного моделирования в общем виде пространственных газодинамических процессов необходимо решать сложные трехмерные дифференциальные уравнения. В настоящее время мощности ЭВМ, использующихся в инженерной практике, ограничены, и решать задачи в трехмерной постановке оказывается экономически нецелесообразно. Во многих случаях, характерных для рассматриваемых задач, моделируемые процессы можно рассматривать в осе-симметричной постановке с достаточной точностью. В проекциях на оси цилиндрической системы координат уравнения течения газа в центробежных сепараторах в осесимметричном случае имеют вид:

- уравнение неразрывности

Зг \ о г г

- уравнения импульса

<Ю г 8Р а( а

(IV г 8Р р—--+

Л г дг

- уравнение энергии е!Е

3 г

(2)

1 д ( \

---гг

гдЛ */

да, .дг

—— +--[га

8 г г дг\ п

(3)

/т.гг (дРЦ ВРУ ,

(а -а<р)У г и +—--

г г

(4)

где и, V - составляющие скорости по осям гиг соответственно; На непроницаемой стенке граничные условия имеют вид: и = О, V = О

На оси симметрии должно быть задано условие: дт

где f- параметр потока (и,Р,Т).

Уравнения для конденсированной фазы :

■+ Р,

8г

1 дгУ, г дг

= О

Рк-

рк-

где Ff =-С8рл621W-WK |*(W-\VK) - приведенные силы межфазового взаимо-

действия; es = сх • ccf - коэффициент аэродинамического сопротивления частицы сложной формы, cCf и сх - коэффициент аэродинамического сопротивления частицы идеальной сферической формы и коэффициент отклонения формы от сферической.

Для замыкания системы используются законы взаимодействия фаз. Пространственные физические границы расчетной области течения подразделяются на следующие типы: непроницаемая стенка, открытые границы и ось симметрии. Для непроницаемых границ задаются условия прилипания, т.е. равенство нулю нормальной и касательной составляющих вектора скорости потока. Через открытые границы происходит конвективный перенос массы газа, K-фазы и соответствующие этим массам переносы импульса и энергии, поэтому на таких границах постановка граничных условий заключается в определении соответствующих параметров потока. При этом необходимо учитывать направление потоков газа через границы. На оси симметрии граничные условия имеют вид: г)Х

wK=oß-=o, (6)

оп

где п - нормаль к оси, X = (W, Р, Т).

Для расчета рассматриваемых течений применен численный метод, использующий схемы расщепления метода крупных частиц, но реализованный на неравномерной сетке метода конечных элементов. Внутри конечной частицы параметры потока аппроксимируются алгебраическими функциями с использованием известных соотношений метода конечных элементов. Особенно важно введение такой сетки при расчете гетерогенных потоков, так как ступенчатая аппроксимация границ приводит к дополнительным ошибкам, связанным с накоплением K-фазы в угловых областях сетки. В совокупности эти уравнения однозначно определяют значения неизвестных параметров: давления газовой среды, скоростей, температур и концентраций газа и частиц.

По разработанным численным моделям созданы алгоритм и программа численного моделирования газодинамических процессов. Для проверки точности решения задач течения в каналах сложной формы с образованием рециркуляционных зон проведены расчеты по исследованию процессов газодинамики в плоских и цилиндрических каналах с резким изменением площади поперечного сечения. Частные случаи таких течений достаточно хорошо изучены и имеются многочисленные экспериментальные данные. Проведенное тестирование подтвердило достоверность получаемых с помощью разработанного алгоритма результатов и удовлетворительной точности численного моделирования.

С помощью разработанной программы выполнены вычислительные эксперименты по исследованию процесса сепарации мелкодисперсной пыли в цен-тробежно-инерционном пылеуловителе (рис. 5.).

Сравнение теоретически определенной степени очистки запыленного потока с экспериментальными данными, полученными авторами на этой установке, показало хорошее согласование для различных параметров K-фазы и расходов потока через установку, что позволяет рекомендовать программу для расчета и оптимизации разрабатываемых конструкций пылеуловителей.

Несмотря на высокую эффективность данного пылеуловителя, анализ его работы позволяет сделать вывод, что результирующая всех сил, действующих

на частицу пыли, по пути движения газового потока теряет свою величину, а значит падает и эффективность процесса пылеулавливания.

Мы считаем, что одним из направлений повышения эффективности работы пылеуловителей является конструктивное их совершенствование, позволяющее постоянно поддерживать высокую величину результирующей силы по ходу движения газового потока внутри аппарата.

Рис .5. Поле концентрации в зоне сепарации для пыли плотностью: 200 кг/мЗ с размером частиц 10... 15 мкм (1-входной запыленный поток; 2-выходной очищенный поток; 3-отбор К-фазы).

Рис. 6 - Схема 2-х ступенчатого центробежно-инерционного аппарата 1 - корпус; 2 - завихритель; 3,4 - верхняя и нижняя стенки завихрителя; 5 - лопатки; б - входной патрубок; 7 - патрубок очищенного газа; 8,12 - экраны; 9 - приемный цилиндр; 10 - днище; 11 — патрубок. 1 -первая ступень очистки; 11 - вторая ступень очистки

Наиболее перспективным направлением повышения эффективности работы аппарата является поддержание величины инерционной составляющей результирующей силы на протяжении всего пути движения газового потока внутри аппарата за счет последовательного изменения направлений движения и изменения сечений каналов восходящих и нисходящих потоков.

Конструкции пылеуловителей, отвечающих требованиям по совершенствованию аппаратурного оформления данного направления, представлены на рисунке 6 и 7.

Рис. 7. Схема центробежно-инерционного сепаратора с выделением крутодисперсной фракции пыли.

В центробежно-инерционном сепараторе-классификаторе (рис.7.) имеют место два явления. Во-первых, происходит отделение пыли от воздуха, как и в первом случае, а во-вторых, осуществляется в первую очередь отделение крупной фракции от мелкой. Разделение частиц разного размера происходит в зоне Б. Здесь поток разгоняется на специальных выступах обтекаемой формы, отклоняясь от поверхности стенки (рис.8.). Двигаясь после среза выступа мелкая фракция, увлекаемая потоком, пролетает зону щелей, не успевая осесть в пы-лесборник крупной фракции, а крупные, более тяжелые частицы, вследствие более быстрого оседания под действием центробежной силы во вращающемся потоке, попадают в щелевое отверстие пылесборника.

Рис. 8. Схема движения газопылевого потока в зоне разделения частиц.

Анализируя пылеуловители представленные на рисунках 1,6,7 появилась возможность объединить их в одном корпусе с получением трех фракций (рис.9.) : мелкодисперснойя(тонкая); медийной ( основной) и крупнодисперсной.

Рис.9. Схема трехступенчатого центробежно-инерционного пылеуловителя-классификатора.

Пыль через пылеотводящее устройство выводися в бункер. Затем направление газового потока меняется на 180°. Он направляется с образованием Восходящего потока между внутренней стенкой экрана 8 и стенкой приемного корпуса 9 основной (медийной) фракции. При этом за счет сил инерции происходит очистка газопылевого потока от основной (медианная) части пылевой фракции, причем скорость движения газового потока в этом сечении должна составлять 10-15 м/с, при последующем изменении движения газового потока на 180° через перегородку 10 и снижения его скорости до 2-10 м/с отделяются остатки самой мелкодисперсной пыли. За счет инерционной составляющей частицы мелкодисперсной пыли увлекаются вниз пылеуловителя и через патрубок 11 собираются в бункере. Практически полностью очищенный газ выводится из пылеуловителя, три разделенные фракции [крупнодисперсная, основная (медианная) и мелкодисперсная] собираются в отдельные приемные бункеры. Ввод пылегазового потока на очистку и классификацию конструктив-

но можно выполнять как через верхнюю крышку пылеуловителя, так и через осевой патрубок ввода газопылевой фракции.

Анализируя работу описанных выше пылеуловителей, следует отметить, что они являются представителями нового поколения пылеулавливающих аппаратов, с помощью которых решаются вопросы не только высокоэффективной очистки газов от мелкодисперсной пыли, но и появляется также возможность параллельного проведения такого процесса как классификация пьши на фракции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основе экспериментальных и теоретических исследований уточнены закономерности динамики сепарации тонкодисперсных частиц из воздушных потоков в центробежно-инерционном пылеуловителе, процессов разделения и классификации пыли в исследуемом аппарате на фракции, позволившие сделать новые конструкции пылеуловителей, обосновать размеры их элементов и режима работы для повышения эффективности очистки пылевоздушных смесей аспирационных систем дробильно-сортировочных комплексов карьеров.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Экспериментально доказано, что эффективность разделения пылегазо-вых смесей в исследуемом пылеуловителе определяется начальной концентрацией пьши в газовом потоке, скоростью газопылевого потока во входном патрубке и в завихрителе, а также в пространстве между корпусом пылеуловителя и экраном, длиной экрана и плотностью пьши.

2. Установлено, что в сопоставимых условиях, за счет уменьшения вторичного пылеуноса процесс пылеулавливания в центробежно-инерционном пылеуловителе более чем в 1,5 раза эффективнее разделения пылевоздушных смесей в обычном циклоне, и степень очистки в зависимости от дисперсности и плотности составляет от 75 % до 97,3 % для различной мелкодисперсной пыли при скорости воздушного потока в рабочих элементах пылеуловителя 15-20 м/с.

3. Экспериментально определена и получена эмпирическая зависимость гидравлического сопротивления исследуемого пылеуловителя от скорости газового потока во входном патрубке.

4. Установлена оптимальная высота экрана, соответствующая соотношению высоты экрана к диаметру корпуса 0,5, при которой наблюдалась наиболее высокая эффективность разделения пылевоздушной смеси - 98,6 %. При длине экрана меньше этой величины или превышающей ее наблюдается снижение эффективности очистки за счет вторичного уноса мелкодисперсной пьши в поток очищенного газа.

5. В результате разработки физической модели пылеулавливания в аппарате совмещающем в себе принципы центробежной и инерционной сепарации сформулирована математическая модель протекания газодинамических процессов в элементах пылеуловителя, учитывающая характерные особенности их функционирования.

6. Создан программно-вычислительный комплекс математического моделирования и компьютерной визуализации процессов газодинамики в полостях

пылеулавливающего оборудования. Доказана адекватность получаемых результатов при расчете эффективности очистки воздуха аспирационных систем дро-бильно-сортировочных комплексов карьеров.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Кобзев В. И. Исследование процесса разделения пылегазовых смесей в инерционно-центробежном пылеуловителе / Кобзев В.И., Чистяков Я.В. // Доклады международной научной конф. «Энерго - ресурсосберегающие технологии и оборудование, экологически безопасные производства».-Иваново, сентябрь, 2004. T.2-C.87-87.

2. Подрезов A.B. Очистка газов от мелкодисперсной пыли / Подрезов A.B., Чистяков Я.В., Чичура Т.М Володин Н.И., Журавлева Ю.Н. // Экология и промышленность России. - М„ ноябрь 2004. С. 20-22.

3. Чичура Т.М. Способы борьбы с промышленными пылевыми выбросами / Чичура Т.М. Чистяков Я.В. // Первая Всероссийская научно-техническая интернет- конференция "Современные проблемы экологии и безопасности", Том 3, ТулГУ, 2005, с.3-5.

4. Чистяков Я.В. Производственная пыль и её влияние на организм человека / Чистяков Я.В. Чичура Т.М. // Сборник статей Первой Всероссийской научно-технической интернет- конференции "Современные проблемы экологии и безопасности", Том 3, ТулГУ, 2005, с.5-7.

5. Чистяков Я.В. Пыль, влияние на организм человека и современные способа борьбы с ней / Чистяков Я.В., Журавлева Ю.Н. // Материалы Всероссийской конференции аспирантов и студентов по приоритетному направлению «Рациональное природопользование». г.Ярославль, ЯрГУ, 2005г, с.226.

6. Чистяков Я.В. Высокоэффективный инерционный пылеуловитель ИПВС / Чистяков Я.В. // Сборник лучших студенческих научных работ городского конкурса «Ярославль на пороге тысячелетия» .Ярославль 2006,с.99-104

7. Смирнов Д.Е. Высокоэффективный инерционно-центробежный пылеуловитель-классификатор / Смирнов Д.Е., Сугак A.B., Чистяков Я. В., Володин Н.И. // Высокие технологии в экологии. Труды 10-й международной научно-практической конференции: тез. докл. - Воронеж: Изд-во Учебного центра агробизнеса, 2007. - с. 184-187.

8. Чистяков Я.В. Математическая модель процесса сепарации твердых частиц в пылеуловителе-классификаторе / Чистяков Я.В., Володин Н.И., Сугак A.B. II Труды 20-й международной научной конференции: «Математические методы в технике и в технологиях»,Ярославль 2007 г, с. 203-206.

9. Сугак A.B. Конструкция инерционно-ценгробежного пылеуловителя для очистки промышленного воздуха от пыли / Сугак A.B., Чистяков Я.В., Володин Н.И. // Перспективные полимерные композиционные материалы. Альтернативные технологии. Переработка Применение. Экология. Доклады международной конференции «Композит-2007» 3-6 июля 2007г, Саратов, с. 495-498.

10. Чистяков Я.В. Высокоэффективная очистка промышленного воздуха от мелкодисперсной пыли / Чистяков Я.В. // Сборник лучших студенческих научных работ городского конкурса «Ярославль на пороге тысячелетия» Ярославль 2007, с. 114-119.

11. Смирнов Д.Е. Высокоэффективный инерционно-центробежный пылеуловитель-классификатор / Смирнов Д. Е., Чистяков Я. В. // 60-я науч.-техн. конф. студентов, магистрантов и аспирантов :тез. докл.: -Ярославль : Изд-во ЯГТУ, 2007.-е. 155.

12. Володин Н.И. Способ улавливания пыли / Володин Н.И., Леонтьев В.К., Сугак А.В.,Чистяков Я.В. // Заявка на изобретение Ru 2006 122969 А. Россия, МПК В 01 D 45/04. Заявлено 28.06.2006,заявка:2006122969/15.0публ.10.01.08. Бюл.№1.

13. Секундов Е.И. Экспериментальные исследования циклона НИИОГАЗ / Секундов Е.И, Коршунов Е.А .Чистяков Я.В. II Тезисы докладов 61й научно-технической конференции студентов, магистрантов и аспирантов. Ярославль 2008 г, с. 149.

14. Коршунов Е.А Разработка оборудования для улавливания пыли и классификации ее по фракциям / Коршунов Е.А., Секундов E.H., Чистяков Я.В. // Тезисы докладов 61й научно-технической конференции студентов,магистрантов и аспирантов. Ярославль 2008г,с.151.

15. Секундов E.H. Аппарат для очистки воздуха промышленных зон от мелко-дисперсной пыли / Секундов E.H., Смирнов Д.Е., Чистяков Я.В., Сугак A.B. // Труды 11-й международной науч.-практ.конф. «Высокие технологии в экологии». -Воронеж, 2008, с.109-111.

16. Патент РФ №85366 Ш(Россия), МПК В 04 С 5/08, В 07 В 7/08. Пылеуловитель-Классификатор/Чистяков Я. В, Сугак А. В, Володин Н.И., Сугак Е.А. (Россия) -Опубл. 10.08.2009.Бюл.№22.

17. Патент РФ № 81092 Российская Федерация, МПК В 01 D 45/04. Устройство для улавливания и классификации пыли по фракциям / Н. И. Володин, В. К. Леонтьев, Д. Е. Смирнов, М. Е. Смирнов, А. В. Сугак, Я. В. Чистяков. - Опубл. 10.03.2009, Бюл. № 7.

18. Чистяков Я.В. Разработка оборудования для улавливания пыли и классификации ее по фракциям / Чистяков Я;В. // Тезисы докладов 62й научно-технической конференции студентов,магистрантов и аспирантов. Ярославль 2009г, с 102.

19. Чистяков Я.В. Определение параметров пылеуловителя с применением вычислительного эксперимента / Чистяков Я.В. // Тезисы докладов 62й научно-технической конференции студентов, магистрантов и аспирантов. Ярославль 2010, с. 288.

20. Чистяков Я.В. Математическое моделирование газодинамического процесса сепарации мелкодисперсной пыли / Чистяков Я.В. // Тезисы докладов VIII Региональной студенческой научной конференции, Иваново 2010, с. 47.

21. Смирнов Д. Е. Математическое моделирование процесса пылеулавливания в ИЦПК / Смирнов Д. Е., Сугак А. В., Леонтьев В. К., Чистяков Я. В., Володин Н. И. // Изв. Тульского гос. ун-та. Естественные науки. Сер. «Науки о земле». - Вып. 1.- Тула, 2010.-е. 129-135.

22. Каталов К.А. Разработка конструкции центробежно-инерционного пылеуловителя-классификатора / Каталов К.А., Сугак A.B., Володин Н.И., Чистяков Я.В. // Тезисы докладов 64-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и магистрантов высших учебных заведений с международным участием, Ярославль 2011, с. 213.

23. Чистяков Я.В. Пылеуловитель-классификатор / Чистяков Я.В., Каталов К.А., Володин Н.И. // Тезисы докладов 64-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и магистрантов высших учебных заведений с международным участием, Ярославль 2011, с. 324. 24.Чистяков Я.В. Разработка и исследование опытной конструкции высокоэффективного пылеуловителя и основ математической модели газодинамического процесса сепарации мелкодисперсной пыли / Чистяков Я.В. // Известия ТулГУ. Естественные науки. Сер. «Науки о Земле». Вып. 1 .-Тула:Изд-во ТулГУ,2011, с. 87.

25. Пылеуловитель. Положительное решение о выдаче патента на изобретение от 11.11.11 по заявке №2010136875/05(052400) от 06.09.2010

26. Патент №111773 РФ, МПК B01D 45/12. Центробежно-инерционньш пылеуловитель / Чистяков Я.В., Володина О.Н., Дубов А.Ю., Моисеева Л.А., Махнин A.A. - Опубл 27.12.2011 Бюл.№36.

Изд. лиц. Л Р№020300от 12.02.97. Подписано в печать 06.02.2012 г Формат бумаги 60x84 1/и .Бумага офсетная. Усл. печл.1,1 Уч.-изд.л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ 006 Тульский государственный университет 300012, г. Тула, пр Ленина 92 Отпечатано в Издательстве ТулГУ 300012, г. Тула, пр Ленина 95

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Чистяков, Ярослав Владимирович, Тула

61 12-5/1898

ФГБОУВПО «Ярославский государственный технический

университет»

ФГБОУВПО «Тульский государственный университет»

На правах рукописи -

Чистяков Ярослав Владимирович

Специальность 25.00.36 - Геоэкология (в горно-перерабатывающей промышленности)

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д.т.н., доцент, Махнин А. А.

Тула-2012

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Введение........................................................................... 4

1. Аналитический обзор и постановка задач исследований............... 10

1.1. Анализ существующих видов пылеуловителей..................... 15

1.1.1. Сухие механические пылеуловители.......................... 17

1.2. Способы и средства борьбы с пылью в шахтах...................... 37

1.3. Методы моделирования циклонного процесса....................... 42

1.4. Методы исследования движения частиц в пылеуловителях....... 49

Выводы по главе 1............................................................... 52

2. Экспериментальные исследования процесса сепарации (разделения) пылевоздушных смесей.......................................................... 54

2.1. Описание исследуемого центробежно-инерционного пылеуловителя....................................................................... 55

2.2. Экспериментальная установка и методика цроведения эксперимента.................................................................. 58

2.3. Исследования гидродинамики газового потока в аппарате и соотношение его конструктивных элементов.......................... 62

2.4. Экспериментальные исследования эффективности разработанного центробежно-инерционного пылеуловителя............................. 73

2.5. Прогноз выбросов пыли при переработке горной массы на дробильно-сортировочный комплексе (ДСК) ОАО «Хомяковский карьер» Тульской области...................................................... 76

2.6. Мероприятия по уменьшению выбросов пыли загрязняющих веществ в атмосферу при переработке горной массы на дробильно-сортировочный комплексе (ДСК) на Турдейском, Хомяковском

известняковых карьерах............................................................ 94

Выводы по главе 2......................................................................... 96

3. Математическая модель процесса сепарации мелкодисперсной пыли в

центробежно-инерционном пылеуловителе................................ 97

3.1. Основы математической модели процесса сепарации............... 97

3.2. Краевые условия................................................................104

3.3. Особенности моделирования турбулентного движения............. 105

3.4. Особенность моделирования многофракционности состава запыленного воздуха................................................ 109

3.5. Общая характеристика методов решения задач газодинамики применительно к объектам пылеулавливания........................... 111

3.6. Постановка численного решения......................................... 117

Выводы по главе 3................................................................ 125

4. Проверка адекватност математической модели и разработка программно-вычислительного комплекса для исследования процесса сепарации мелкодисперсной пыли........................................... 126

4.1. Вычислительные аспекты, оценка практической точности численного моделирования..................................................... 126

4.2. Программно-вычислительный комплекс для исследования

процессов газодинамики......................................................... 139

Выводы по главе 4................................................................ 145

5. Пути совершенствования аппаратурного оформления пылеуловителей центробежно-инерционно типа...................................................146

5.1. Разработка пылеуловителя-классификатора для мелкодисперсной фракции............................................................................... 151

5.2.Разработка пылеуловителя-классификатора для выделения крупно дисперсной фракции..................................................... 159

5.3. Разработка трехступенчатого пылеуловителя-классификатора.... 168

5.4.Разработка мобильного центробежно-инерционного

пылеуловителя..................................................................... 172

Заключение........................................................................ 178

Библиографический список..................................................... 180

ВВЕДЕНИЕ

Важнейшим технологическим звеном добычи и переработки карбонатных пород являются дробильно-сортировочные комплексы. Стационарные дробильно-сортировочные установки сооружают на карьерах, обеспечивающих работу установок не менее 20-25 лет при годовой производительности более 100 тыс. м3. Дробильно-сортировочные установки располагаются на поверхности и могут иметь одну, две или три стадии дробления. Например, процесс дробления играет важную роль во всем технологическом процессе горного предприятия по добыче и переработке известняка. Для производства товарного щебня из горных пород преимущественно используются роторные дробилки, так как колосниковые решетки молотковых дробилок не позволяют обеспечить надежной работы с материалом средней и высокой прочности.

Процессы дробления горных пород сопровождаются весьма интенсивным пылеобразованием и выбросы пыли аспирационными системами дробильно-сортировочных комплексов составляют десятки тонн в год в расчете на одно горное предприятие. Например, выбросы по дробильно-сортировочным комплексам предприятий ООО «Хомяковский карьер» и щебеночный завод «Турдейский» составляют 13,8 т/год и 11,7 т/год, соответственно. На современном этапе для большинства горных предприятий очистка технологических и вентиляционных выбросов от мелкодисперсной пыли является одной из основных экологических проблем. Очевидно, что решение задачи снижения выбросов пыли в окружающую среду лежит в области усовершенствования существующего, а также разработки и внедрения нового пылеулавливающего оборудования.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с тематическим планом НИР Научно-образовательного центра по проблемам рационального природопользования при комплексном освоении минерально-сырьевых ресурсов Аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009 - 2010 годы)» (per. номер 2.2.1.1/3942) и Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (государственный контракт № 02.740.11.0319). Целью работы являлось уточнение закономерностей процесса разделения пылевоздушных смесей, протекающего в сухом центробежно-инерционном пылеуловителе, совмещающем принципы центробежной и инерционной сепарации пыли, на основе адекватной

экспериментальным исследованиям математической модели динамики аэрозоля для разработки конструкций пылеуловителей, обеспечивающих повышение эффективности очистки воздуха аспирационных систем дробильно-сортировочных комплексов карьеров от пыли и снижающих выбросы пыли в атмосферу.

Идея работы заключается в том, что разработка конструкций пылеуловителей для повышения эффективности очистки воздуха аспирационных систем дробильно-сортировочных комплексов карьеров от пыли и снижения выбросов пыли в атмосферу основывается на выявленных физических закономерностях процесса разделения пылевоздушных смесей, определяющего динамику сепарации твердых частиц из воздушного потока.

Основные научные положения, сформулированные в работе, заключаются в следующем:

Новизна научных и практических положений:

экспериментально доказано влияние высоты экрана внутри пылеуловителя на эффективность пылеулавливания и установлено оптимальное соотношение высоты экрана к диаметру корпуса аппарата, при котором наблюдается наиболее высокая эффективность разделения пылевоздушной смеси;

определены основные эксплуатационные характеристики одноступенчатого пылеуловителя и разработаны пылеуловители, позволяющие с высокой эффективностью выделить из пылевоздушного потока частицы мелкодисперсной пыли и разделить их на фракции. Обоснованность и достоверность теоретических положений, выводов и рекомендаций подтверждается

вычислительной техники; достаточным объемом вычислительных экспериментов, проведенных в процессе теоретических исследований пылевоздушного потока; удовлетворительной сходимостью расчетных значений с фактическими данными; положительными решениями Государственной патентной экспертизы по заявленным техническим решениям; результатами опытно-промышленной апробации, промышленного внедрения и экологической эффективностью разработанных технических решений.

Практическая значимость работы заключается в том, что разработанные конструкции пылеуловителей и варианты усовершенствования элементов конструкции и режима работы, исследуемых центробежно-инерционных пылеуловителей, способствуют повышению эффективности сепарации мелкодисперсной пыли и дают возможность разделения твердой фазы на фракции в процессе её сепарации при очистке воздуха аспирационных систем промышленности дробильно-сортировочных комплексов карьеров от пыли. Практическая реализация выводов и рекомендаций. Основные научные и практические результаты диссертационной работы включены в учебный курс «Техника защиты окружающей среды» для студентов, обучающихся по специальности 320700 - «Охрана окружающей среды и рациональное использованию природных ресурсов». Рабочая техническая документация на промышленный центробежно-инерционный пылеуловитель производительностью 5000 м3/час была передана для внедрения на ООО «Полихимпроект» (г.Тула), а после проведения опытно-промышленных испытаний на реальных средах при расходе газа 300 м /час передана ОАО «Ярославский пигмент» на пылеуловитель производительностью 10000м3/час , а на ОАО «Ферос» -

производительностью 2000м /час.

Апробация работы. Научные положения и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры охраны труда и природы ЯГТУ; на международной научной конференции «Энерго - ресурсосберегающие технологии и оборудование, экологически безопасные производства», Иваново, 2004г. ; на VIII Российской научной конференции школьников «Открытие», Ярославль, 2005 г; на первой всероссийской научно-технической интернет- конференции «Современные проблемы экологии и безопасности», Тула, 2005 г.; на 10 и 11й международных научно-практической конференции «Высокие технологии в экологии», Воронеж, 2007 - 2008 г.г.; на 20-й международной научной конференции: «Математические методы в технике и в технологиях»,Ярославль, 2007г., на научных семинарах кафедры «Аэрология, охрана труда и окружающей среды» и кафедры геотехнологий и строительства подземных сооружений ТулГУ , Тула 2010 - 2011 г.г. Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 22 работы, в том числе 3 в рекомендованных ВАК, получено 4 патента РФ.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЙ

Защита воздушного бассейна от загрязнений промышленными выбросами является в настоящее время одной из важнейших проблем, затрагивающей в той или иной степени все страны мира. Поэтому вопросам газоочистки сейчас уделяется исключительно большое внимание, и глубокие практические и теоретические исследования проводятся во всех индустриально развитых странах.

Реальность глобальных, экологических катастроф заставляет принимать все более жесткие меры для снижения негативного воздействия жизнедеятельности человека на природу. Особенно актуально это для России, одной из экологически неблагополучных стран, где в неблагоприятной природной среде проживает 40 млн человек, из них 1 млн - в условиях с опасным уровнем загрязнения. Дальнейшее ухудшение экологической обстановки приведет к тому, что через 10...30 лет значительная часть территории России будет не приспособлена для жизни [1,2].

В государственном докладе «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2006г» приводится официальная статистическая информация об объемах выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух. В таблице 1.1 показаны основные показатели выбросов вредных веществ по федеральным округам (ФО) Российской Федерации. Наибольшие валовые выбросы загрязняющих веществ в воздушный бассейн от стационарных источников в 2006 г отмечены в Уральском и Сибирском ФО, на долю которых приходится 58% общего объема выбросов по России.

Таблица 1.1

Выбросы загрязняющих веществ в воздушный бассейн от стационарных источников в 2006 г (тыс. т)

Пока-зател ь РФ В том числе ФО

Цент-ральн ый Северо Западн ый Южн ый При-волжск ий Урал ь-ский Сиби реки й Даль -не-вост очн V/ И

Всего 20580 Л 1570,3 2301,9 886,7 3067,1 6320, 9 5582, 8 850,4

В том числе

Твердые веще с-тва 2842, 8 232,7 290,4 90,4 229,5 878,5 811, 309,8

Жидкие веще ства и газы 17737 ,3 1337,6 2011,5 96,3 2837,7 5442, 4 4771, 2 540,6

Улов -лено и обезв реже-но, % 74,8 76,4 72,9 74,1 65,0 70,9 79,6 83,7 к

В таблице 1.2 приведены показатели характеризующие воздействие на окружающую среду отдельных видов обрабатывающих производств в 2006 г. Видно , что на металлургию приходится 2/3 всех выбросов загрязняющих веществ в атмосферу (4,8 млн т) [2,3]. Для снижения негативного воздействия экономической деятельности на окружающую

среду и развития экологически «чистых» производств о правительстве разрабатывается ряд законопроектом, при шапимх жопомп'кч/ки стимулировать предприятия, применяющие ■жергоей'реглюишг н экологически чистые технологии.

Таблица 1.2

Показатели (тыс.т), характеризующие воздействие на окружающую среду отдельных видов обрабатывающих

производств в 2006 г.

Показатель I II III IV V VI УН

Выброшено вредных веществ, всего 84,2 161,4 764,4 368,9 497,6 4756,3 102,6

В том числе:

Твердые вещества 17,0 46,5 15,7 40,4 215,8 363,0 2 ,8

Жид-кие вещества и газы 67,2 114,8 748,7 328,5 28 ,8 4393,3 79,8

Диоскид серы 3,9 47,0 117,6 44, 20,3 2639,6 10,5

Оксид углерода 54,1 39,1 135,8 124,7 144,6 1570,8 41,6

Оксиды азота 5,4 22,8 30,7 40,5 8 , 130,7 14,8

Углеводород ы (без ЛОС) 0,1 0 3 65,4 16,0 1, 2 4 0,6