Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Технология очистки газовых выбросов от пыли производства силикатного кирпича

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Технология очистки газовых выбросов от пыли производства силикатного кирпича"

На правах рукописи

ХАМИДУЛЛИН РАФИК НАИЛОВИЧ

ТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ ОТ ПЫЛИ ПРОИЗВОДСТВА СИЛИКАТНОГО КИРПИЧА

03.00.16-Экология 05.17.08 - Процессы и аппараты химических технологий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань 2005

Работа выполнена на кафедре оборудования химических заводов Казанского государственного технологического университета

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Махоткин Алексей Феофилактович

кандидат технических наук,

доцент Останин Леонид Михайлович

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Гарифзянов Габдульбар Гарифзянович кандидат технических наук, профессор Зиганшин Малик Гарифович

Ведущая организация - Казанский государственный энергетический университет

Защита состоится 19 октября 2005 года в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.080.02 в Казанском государственном технологическом университете по адресу: 420015, г. Казань, ул. К.Маркса, 68, зал заседаний Ученого совета (А-330).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технологического университета

Автореферат разослан «/Я» сентября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.С. Сироткин

jmj

//еол

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Качество окружающей среды является актуальной проблемой современного общества. Проблема устойчивого развития современной цивилизации, не ставящей под > грозу будущее поколение, может быть решена только на основе эффективного подхода к организации и функционированию промышленных производств.

Одной из важнейших экологических проблем крупных индустриальных центров является загрязнение атмосферы городов промышленными отходами. Ежегодный мировой объем выбросов в атмосферу оксидов углерода составляет - 2-104 млн. тонн, соответственно' оксидов серы - 150, оксидов азота - 50, углеводородов - 57, пыли - 250. Таким образом, среди основных вредных веществ, выбрасываемых промышленными источниками в атмосферу, пыль находится на втором месте В Республике Татарстан выбросы пыли от промышленных источников загрязнения атмосферы составляют около 200 тыс. тонн в год, что значительно больше остальных выбросов загрязняющих веществ.

Производство строительных материалов связано с повышенным выделением пыли. На некоторых участках пылевыделение достигает 8-10 % от объема перерабатываемого материала. Недостаточная эффективность действующего пылеочистного оборудования приводит к нарушению экологической обстановки прилегающих к предприятию территорий. Производство силикатного кирпича, обычно, находится в черте города, что накладывает более жесткие ограничения по выбросам пыли в атмосферный воздух. Например, на Казанском заводе стеновых строительных материалов, в результате проверки Министерством экологии и природных ресурсов РТ установлено превышение ПДВ пыли в отходящих газах вращающейся печи обжига извести. Предприятию выдано предписание на основании статей 16 и 30 федерального закона «Об охране атмосферного воздуха» об организации проверки и оценки состояния действующей установки очистки газовых выбросов вращающейся печи и необходимости обеспечения соблюдения норм выбросов.

Многолетние наблюдения и контроль выбросов пыли в атмосферный воздух из производственных цехов ГУП «Комбинат строительных материалов« г Набережные Челны документально подтверждают неоднократные превышения содержания пыли в приземном слое в районе прилегающих жилых комплексов от нескольких процентов до двух и более раз

Исследование условий функционирования технических средств как источников загрязнения окружающей экосистемы, научное обоснование, разработка и внедрение новых типов газоочистного оборудования, и совершенствование методов их проектирования, обеспечивающих минимизацию антропогенного воздействия на живую природу является актуальной и своевременной задачей

Цель работы; минимизация антропогенного воздействия на окружающую среду производства силикатного кирпича на основе разработки малоотходной технологии для эффективной очистки газовых выбросов от пыли, обеспечивающей снижение концентрации пыли в отходящих газах до санитарных норм (ПДВ).

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

- мониторинг окружающей среды производства силикатного кирпича;

- разработка научных основ для проектирования высокоэффективной технологии и аппаратов очистки газовых выбросов от пыли;

- теоретическое и экспериментальное исследование структуры газового потока в разработанном вихревом пылеуловителе, экспериментальное исследование гидродинамических характеристик и эффективности работы нового аппарата.

Научная новизна.

Впервые проведен экологический мониторинг окружающей среды производства силикатного кирпича на Казанском заводе стеновых строительных материалов.

Выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований для научного обоснования эффективного способа мокрой очистки газовых выбросов от пыли, базирующийся на основе пронизывания газового потока через диспергированную завесу жидкости в новой конструкции аппарата

Аналитически и экспериментально исследована трехмерная структура газового потока в разработанном вихревом аппарате. Впервые раскрыта неравномерность распределение скорости и давления газа в щелях между пластинами вихревого контактного устройства

Разработана методика расчета аппаратов промышленной установки пылеочист-

ки.

Практическая значимость.

Для обеспечения требуемого качества атмосферного воздуха городов разработаны система пылеочистки и промышленные аппараты эффективной очистки отходящих газов от пыли производства силикатного кирпича Рассчитан предотвращенный экологический ущерб окружающей среде в результате внедрения разработанной системы очистки.

Уловленная пыль утилизируется в качестве высокодисперсной добавки в сырьевую массу для увеличения прочности кирпича

Разработанная технология очистки газовых выбросов от пыли открывает перспективы широкого внедрения в производство высокопроизводительных печей обжига извести.

Реализация результатов работы.

Результаты работы использованы при разработке и проектировании технологии мокрой очистки отходящих газов от пыли вращающихся печей обжига извести и производства пенобетона на Казанском заводе стеновых строительных материалов.

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались на:

- всероссийской НПК «Энерго- и ресурсосбережение как фактор развития регионов центрального федерального округа» (г. Смоленск, 17-19 сентября 2003 г.);

- международной НПК «Экология: образование, наука, промышленность и здоровье», (г. Белгород, 14-16 апреля 2004 г.);

- международной научно-технической и методической конференции «Современные проблемы технической химии» (г. Казань, 22-24 декабря 2004).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 2 статьи, 3 тезиса докладов на конференциях международного и всероссийского уровня, 12 тезисов докладов на научно-технических конференциях КГТУ, получено 2 патента на конструкции аппаратов.

м ,

Структура и объем работы.

Диссертация изложена на 136 страницах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, включающего 136 названий. Работа проиллюстрирована 52 рисунками и 9 таблицами. Приложение занимает 45 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В введении приводится актуальность экологической проблемы производства строительных материалов и пути ее решения.

В первой главе проведен мониторинг окружающей среды производства силикатного кирпича г. Казани.

Производство силикатного кирпича характеризуется высокой степенью механического воздействия на перерабатываемые материалы, и как следствие, повышенным выделением пыли. Особенностью рассматриваемого производства является непосредственная близость жилого сектора - 100 м с западной стороны от границы предприятия и 280 м от основных источников загрязнения атмосферы при нормативном размере санитарно-защитной зоны (СЗЗ) 500 м (производство извести относится ко 2 классу, согласно СанПиНа 2.2.1/2.11.1200-03 «СЗЗ и санитарная классификация предприятий сооружений и иных объектов»).

Концентрация пыли, по расчетам, в приземном слое, с учетом фоновой концентрации, может достигать 3,3 мг/м3 (при ПДК 0,5 мг/м3). Выявлено, что основным источником пылеобразования является обжиг извести во вращающейся печи, который превышает все остальные источники пылеобразования в сумме в два раза Фактические выбросы пыли на данном участке (таблица 1) превышают ПДВ (0,1 г/м3) в 12 раз. Недостаточная эффективность работы действующей установки пылеочистки требует ее реконструкции или замены.

Таблица 1 - Концентрация вредных веществ в отходящих газах вращающейся печи обжига извести

Компонент Пыль, мг/м3 Оксиды азота, мг/м3 Оксиды углерода, мг/м3 Метан, мг/м3

Фактическая концентрация 1270±102 59,9 ±15,0 17,5 ±3,5 1,7 ± 0,3

ПДВ 100 110 200 80

Схема действующей технологии очистки отходящих газов от пыли вращающейся печи обжига извести представлена на рисунке 1.

Действующая технология очистки газов от пыли состоит из трех стадий. На первой стадии осуществляется улов крупной пыли в циклоне ЦН-15-1200. На второй стадии осуществляется улов средней пыли в группе циклонов ЦН-15-500X6. На третьей стадии осуществляется улов мелкой пыли в рукавных фильтрах СМЦ 40.2. Установка работает следующим образом. Отходящие газы из вращающейся печи, после прохождения запечного подогревателя сырья при температуре 180-200 °С, направляются в циклон 1, где отделяется основная по массе часть пыли. Затем пылегазовый поток при температуре 130-140 °С поступает в группу циклонов 2. Далее поток газа направляет-

ся в рукавные фильтры 3, где при температуре 80-90 °С доулавливается наиболее мелкая часть пыли. Очищенный от пыли газовый поток дымососом 4 через трубу выхода газа 5 выбрасывается в атмосферу Уловленная пыль отводится из аппаратов пылеочистки конвейером 6. Общая эффективность системы пылеочистки достигает 98 %. Гидравлическое сопротивление установки составляет 3500 Па.

Вход

газового потока , VI >- -^лДТГ

Выход газового потока

I \ I

- /гр-рп1

6 4/5

Рисунок I - Технологическая схема действующей системы пылеочистки газовых выбросов

вращающейся печи обжига извести 1 - циклон, 2 - группа циклонов, 3 - рукавные фильтры, 4 - дымосос, 5 - труба выхода газа,

6 - конвейер

Основным недостатком действующей технологии пылеочистки является низкая надежность работы рукавных фильтров.

Незначительное изменение теплового режима работы вращающейся печи обжига извести приводит к повышению температуры перед фильтрами, что вызывает спекание фильтрующего материала, его расплавление и приводит к залповым выбросам газов без очистки.

В нормальном режиме работы очистка горячих насыщенных парами воды, газов сопровождается налипанием пыли на рукавных фильтрах, что приводит к росту их гидравлического сопротивления и сказывается на режиме работы печи обжига Расход газа падает, температура возрастает, что повышает вероятность термического повреждения фильтров.

Обе эти причины влекут за собой частую остановку производства из-за необходимости очистки, ремонта или замены фильтрующих элементов

В результате выхода из строя рукавных фильтров образуется повышенный газовый выброс пыли и создается экологическая опасность окружающей среде от данного производства Стоимость фильтров весьма велика. На практике, часто, вынуждены

работать без фильтров. Поэтому действующая в производстве силикатного кирпича система сухой очистки газовых выбросов от пыли не обеспечивает санитарных норм.

Анализ известных способов очистки газовых выбросов от пыли выявил, что при данных условиях экономически целесообразным является мокрая очистка. Достоинствами данного способа является высокая эффективность пылеочистки и низкая металлоемкость установки. Принципиальная работоспособность аппаратов мокрой очистки газов от пыли данных производств подтверждается литературными данными.

Внедрение существующих эффективных аппаратов мокрой очистки газов от пыли сдерживается из-за высокого гидравлического сопротивления. Кроме того, существенным недостатком является брызгоунос суспензии из аппаратов.

Ликвидация этих недостатков может быть решена на основе разработки эффективного низконапорного пылеуловителя с решением проблемы минимизации брызго-уноса.

Анализ механизмов взаимодействия частиц пыли и жидкости показал, что в аппаратах мокрой очистки газов основным механизмом улова частиц пыли каплями жидкости является инерционный. Из которого следует, что для интенсификации процесса мокрого пылеулавливания необходимо увеличивать относительную скорость частиц, уменьшать расстояние между ними и размер частиц жидкости.

На основе рассмотрения механизма и кинетики взаимодействия частиц пыли с орошающей жидкостью было сделано предположение, что для интенсификации процесса очистки газов от пыли можно использовать способы, применяемые для интенсификации массообменных процессов Так современные исследования показывают, что при абсорбции газов основной массообмен происходит при зарождении и разрушении капли жидкости, то есть при высокой степени кратности обновления поверхности контакта фаз, что может быть обеспечено применением вихревых контактных устройств (ВКУ).

В этой связи нами предлагается осуществлять взаимодействия газа с жидкостью не на каплях в объеме газоочистного аппарата, а в ВКУ при пронизывании газовым потоком высокотурбулизированной и высокодиспергированной жидкостной завесы. Вероятность столкновения частиц пыли с жидкостью при этом резко увеличивается, поскольку повышаются относительная скорость частиц и концентрация капель жидкости в рабочем объеме, уменьшается расстояние от частицы до поверхности жидкости, что приводит к увеличению эффективности пылеочистки.

Аппаратурное оформление процесса газоочистки может быть выполнено в виде многоступенчатых аппаратов, либо в аппаратах с одноступенчатым контактом фаз.

С этой целью была разработана конструкция аппарата с многоступенчатым контактом фаз, представленная на рисунке 2. В данной конструкции газ и жидкость двигаются вниз, затем, для сепарации газ движется вверх. Это удалось достичь за счет осевого выхода газа из ВКУ, а равномерность скорости газа в двух областях движения достигается за счет изменения зазора между лопатками. Для повышения удерживающей способности по жидкости на лопатках завихрителя имеются дополнительные горизонтальные пластины.

Аппарат работает следующим образом. Газ, проходя через щели между лопатками раскручивается, эжектирует жидкость из У-образных каналов 8, которая поступает с полотна тарелки 1 на верхнюю горизонтальную пластину 6, срывает жидкость с поверхности пластины и диспергирует ее На внутренней поверхности завихрителя

образуется вращающийся высо-котурбулизированный капельный слой жидкости. В процессе вращения газожидкостного слоя часть жидкости перебрасывается на нижележащую горизонтальную пластину 6, а часть остается на том же уровне, из-за чего повышается удерживающая способность и время пребывания жидкости в зоне контакта. Газожидкостный поток, пройдя лопатки завихрителя 3, доходит до переливного устройства 2, где жидкость под действием центробежных сил отжимается к стенке, а газ идет вниз, разворачивается и через трубу для выхода газа 4 поступает на 1 ~ полотно, 2 - переливное устройство, 3 - лопатки следующую вышележащую сту- завихрителя, 4- труба для выхода газа, 5 - отражатель-пень. Жидкость стекает в ниж- ж 6 " горизонтальные пластаны, 7 - V-

нюю конусную часть перелив- °бр®ные отаерсшя, 8 - У-образный канал, 9 - верти-

„ - _ кальная пластина, 10 - фалыпдно

ного устройства 2 и взаимодей- *

ствует с газовым потоком, выходящим с нижележащей ступени. Затем жидкость попадает на фальшдно 10, перетекает на полотно тарелки 1 и через У-образные отверстия 8 вновь поступает в завихритель. Конструкция разработанного аппарата защищена патентом РФ.

Однако, наиболее широкое распространение в пылеочистке получают аппараты с одноступенчатым контактом фаз, в виду своей простоты и надежности работы.

С этой целью была разработана конструкция вихревого одноступенчатого аппарата мокрой очистки газовых выбросов от пыли, представленная на рисунке 3. В качестве контактного элемента предложено вихревое контактное устройство со сферической формой лопаток завихрителя, отличающейся повышенной удерживающей способностью по жидкой фазе. Для снижения гидравлического сопротивления аппарата выбран нисходящий поток фаз.

Вихревой аппарат состоит из двух основных зон: зона смачивания частиц пыли жидкостью, расположенная вверху и зона сепарации фаз, расположенная внизу.

Аппарат работает следующим образом. Газ, содержащий твердую фазу, поступает через тангенциальный патрубок 6 в верхнюю часть аппарата 3 и предварительно закручивается. Жидкость вводится через патрубок 7 и по зазору, образованному дис-ково-цилиндрическим оросителем 9 и крышкой 12 ВКУ, подается к наружной нерх-ней части пластин 4 ВКУ. Жидкость стекает по ним вниз. Газ, проходя через щели,

Рисунок 2 - Вихревой пылеуловитель для мокрой многоступенчатой очистки газовых выбросов (Патент №2257248 РФ)

11 10

8

5

6

17"

]

7

1

1

12 9

' 3

~ 4- -

4

2

Г 5=1

1 1? I

6

образованные тангенциальными пластинами, раскручивается, срывает жидкость с поверхности пластин и диспергирует ее. На внутренней поверхности ВКУ образуется вращающийся высо-котурбулизированный капельный слой жидкости, который контактирует с вновь входящими порциями газового потока. Здесь происходит основная доля взаи-

РисунокЗ- Вихревой пылеуловитель с выпуклым модействия реагирующих фаз, ВКУ (Патент № 2232625 РФ) где твердые частицы из газовой

1 - корпус, 2 - тарелка, 3 - верхняя закручивающая фазы переходят в жидкую. Далее часть, 4 - тангенциальные пластины ВКУ, 5 - нижняя газожидкостный поток направ-сепарирующая часть, б - тангенциальный патрубок ляется вниз к цилиндрическому входа газа, 7, 8 - патрубки подвода и отвода жидко- сепаратору 11, где под действи-сти, 9 - дисково- цилиндрический ороситель, 10 - ем центробежных сил капли патрубок выхода газа, 11 - сепаратор ВКУ, 12 - жидкости с уловленной твердой крышка ВКУ фазой отжимаются к внутренней

поверхности сепаратора Образующаяся вращающаяся пленка жидкости срывается с нижнего среза сепаратора и через зазор между ним и выхлопной трубой 10 отбрасывается на корпус 1, стекает вниз и выводится из аппарата через патрубок 8. Газ, освобожденный от твердой фазы и капель жидкости, выводится из аппарата через выхлопную трубу 10. Орошение ВКУ жидкостью осуществляется снаружи до входа газового потока в ВКУ.

Завихритель ВКУ выпуклой формы способствует задержке жидкости в нем -увеличению удерживающей способности, времени пребывания, межфазной поверхности и, как следствие, увеличению эффективности процесса. Таким образом, достигается эффективное взаимодействие между газом и жидкостью. Данная конструкция аппарата защищена патентом РФ.

Во второй главе проводится исследование структуры однофазного газового потока в разработанном аппарате.

Исследуемый аппарат (рисунок 3) с точки зрения аэродинамики можно разделить на три основные зоны: область однозаходного тангенциального завихрителя до ВКУ, внутренняя область ВКУ и область сепарации газа от жидких частиц за ВКУ. Из перечисленных областей только внутренняя область ВКУ изучена в полной мере, поскольку в ней происходит основное взаимодействие реагирующих фаз. Остальные две зоны, также, играют существенную роль в процессе газоочистки, но они не исследованы.

Исследование трехмерной структуры газового потока в области однозаходного завихрителя и в области сепарирующей части аппарата (рисунок 4) проводилось на основе составления математической модели и анализа полученных результатов с помощью программного комплекса (ПК) «РНОЕЫЮЗ». При решении задачи использовалась стандартная К-е модель турбулентно«ти. Структура потока в каждой зоне аппарата рассчитывалась как отдельная задача.

о

Щелъ№1

Аналитически полученные результаты сравнивались с собственными экспериментальными данными. Сравнение показало хорошую сходимость.

В результате математического моделирования были получены поля скорости и давления по всему объему аппарата. Выявлено неравномерное распределение скорости и давления газа в области однозаходного тангенциального завихрителя.

Картина течения газа на уровне средней части ВКУ при скорости газа на входе в аппарат 15 м/с представлена на рисунке 5. Цвета соответствуют определенным значениям скорости, значение высоты Ь дано от нижней части завихрителя.

Из рисунка 5 видно, что скорость газа между пластинами имеет разные значения, в зависимости от места входа (от угла) в ВКУ.

Зависимость распределения скорости газа в щелях ВКУ от угловой координаты вращения газового потока представлена на рисунке 6.

Рисунок 4 - Модель вихревого пылеуловителя с пластинчатым ВКУ I - однозаходный завихркгель, 2 - ВКУ

Рисунок 5 - Попе скорости, м/с, Рисунок 6 - Скорость газа в щелях

Ь = 50 мм. ВКУ, V/, м/с

Отношение максимальной и минимальной скорости газа в щелях ВКУ составляет 2,5. Избегать неравномерности распределения скорости газа необходимо по следующим причинам. Первое - особенностью работы аппаратов мокрой очистки газов от пыли является необходимость обеспечения надежности их работы. В результате малой скорости газа может происходить отложение пыли на контактном элементе и зарастание проходного сечения, что значительно понижает надежность его работы. Второе - при малых скоростях газа аппарат работает с меньшей эффективностью,

поэтому в данных условиях может быть проскок пы-легазового потока без эффективной очистки. Третье -при равномерном распределении газового потока достигается меньшее гидравлическое сопротивление.

На основе сравнения структуры газового потока в разных конструкциях однозаходных завихрителей, выбрана конструкция (рисунок 7), обеспечивающая более равномерное распределение газа. Отношение скоростей газа снизилось до 1,8. Для более равномерного распределения газового потока по щелям ВКУ обоснована необходимость создания дополнительного объема над ним, за счет вынесения патрубка входа газа за плоскость верхней части ВКУ. 1 - предлагаемый однозаходный В третьей главе проводится экспериментальное завихритель исследование гидродинамических характеристик

различных конструкций вихревых контактных устройств и пылеуловителей с различным исполнением сепарирующей части. На рисунке 8 представлены исследованные типы ВКУ: ВКУ 1 - со сферической формой лопаток; ВКУ 2-е профилированной формой лопаток; ВКУ 3-е прямыми лопатками.

Разные конструкции ВКУ отличались между собой формой лопаток и высотой завихрителя. Все остальные геометрические параметры ВКУ были идентичны.

На рисунке 9 представлена зависимость критерия Ей от величины критерия Ле при разных расходах жидкости для ВКУ различных конструкций.

пылеуловителя с пластинчатым ВКУ после оптимизации,

ВКУ ]

Рисунок 8 - Схемы исследованных ВКУ 1 - крышка, 2 - сферические лопатки, 3 -тарелка, 4 - дно, 5 - сепаратор, 6 - профилиро-вгнные лопатки, 7 - прямые лопатки

Re 40000

Рисунок 9 - Зависимость Ей от Re, 1 - ВКУ №1,2- ВКУ X« 2; 3 - ВКУ № 3

Обобщение экспериментальных данных по гидравлическому сопротивлению проводилось в виде критериальной зависимости вида:

Ей =>—= А'Яе" ; (1)

Р-К

где А, п-эмпирические константы;

Яе = Wш•d./v - критерий Рейнольдса;

4, = 48/П - эквивалентный диаметр, м.

Для ВКУ 1 - А = 17,2, п = -0,24, погрешность < 7,3%;

Для ВКУ 2 - А = 25,2 п = -0,32, погрешность < 6,6%;

Для ВКУ 3 - А = 16,1 п = -0,28, погрешность < 6,1%.

Исследования показали, что расход жидкости на гидравлическое сопротивление вихревых устройств, представленных на рисунке 8, практически не влияет.

Наименьшим гидравлическим сопротивлением обладает ВКУ 3.

Повышенное гидравлическое сопротивление ВКУ 1 (превышает ДР ВКУ 2 в среднем на 35%) говорит о высоких массообменных характеристиках устройства, что подтверждено литературными данными.

На рисунке 10 представлена зависимость гидравлического сопротивления ВКУ от скорости газа в щелях завихрителя при плотности орошения 50 м3/м2-ч для аппарата с восходящим и нисходящим потоками фаз. Из графика видно, что значение гидравлического сопротивления вихревого устройства с восходящим потоком фаз существенно выше - в 1,5-5-2 раза.

Таким образом, экспериментально доказана целесообразность применения нисходящего способа взаимодействия фаз.

На рисунке 11 представлена зависимость гидравлического сопротивления аппарата (рисунок 3) от соотношения нагрузок по фазам при Wш = 16 м/с. Из графика видно, что в пределах погрешности эксперимента соотношение нагрузок по фазам в исследованном интервале не оказывает влияние на гидравлическое сопротивление аппарата.

Исследование гидравлического сопротивления вихревого аппарата выявило, что оно не зависит от плотности орошения в пределах 10-100 м3/(м ч) и не зависит от

4 1

---- --1 ____J 1 1

---

- - I 1 '

30 35 м/с

Рисунок 10 - Зависимость гидравлического сопротивления ДР ВКУ № 1 от скорости газа в щелях завихрителя \У, 1 - нисходящий поток фаз, 2 - восходящий поток фаз

ДР 10, Пл 140

1 12 14 ив, «г/кг

Рисунок 11 - Зависимость гидравлического сопротивления ДР аппарата (рисунок 3) от соотношения нагрузок ЬЮ, = 16 м/с

величины зазора между ВКУ и выхлопной трубой. Величина относительного зазора находилась в пределах 0,4-5-0,8. Зависимость гидравлического сопротивления вихревого пылеуловителя с погрешностью не более 10,5 % описывается уравнением:

о 1У2

ДР=9,87—(2)

После взаимодействия газожидкостного потока в ВКУ встает вопрос о сепарации жидкости.

Зависимость относительного брызгоуноса жидкости от скорости газа при разной плотности орошения приведена на рисунке 12.

Относительный брызгоунос вихревого аппарата по рисунку 3 при скорости газа в диапазоне 6-19 м/с описывается уравнениями:

При 12 < q < 38 м3/м2-ч:

Е = ((0,0018 - 0,005 я) *Г061 + 0,0019-0' ^-О.З^""; (3)

При 38 < я < 101 м5/м2 ч:

£■ = ((0,005-0,00075 ?) IV'"6+ 0,33-IV ■у"'-'7)-10,25 • г"0 83 - 0,00079• г10'; (4) где Ъ -0,4-Ю,8.

При скорости газа в шелях ВКУ более 19 м/с брызгоунос описывается уравнением:

Е = 0,0129-2'232. (5)

Из уравнения (5) видно, что при скоростях газа в щелях более 19 м/с значение относительного брызгоуноса не зависит ни от скорости газа, ни от количества поступившей жидкости и при Ъ - 0,8 составляет 2,3 %. При зазорах Ъ - 0,4 и 0,6 характер зависимости аналогичен, но конечное значение относительного брызгоуноса составляет 11 и 4,1 % соответственно.

Результаты последующих экспериментальных исследований позволили разработать простую конструкцию сепарирующей части пылеуловителя, которая отличается минимальным гидравлическим сопротивлением. Разработанная конструкция представлена на рисунке 13.

Рисунок 12 - Зависимость относительного брызгоуноса Е, от скорости газа \УШ в шелях завихрителя, X = 0,8; Плотность орошения тарелки □ - 25 м3/(мЧ)0 - 50 м'/(мЧ), Д - 76 м3/(м2-ч), 0 - 101 м3/(м2ч)

Экспериментальные исследования подтвердили снижение гидравли; ческого сопротивления аппарата оптимальной конструкции во всем диапазоне изменения скоростей газа на 35 % по сравнению с конструкцией по рисунку 3.

Гидравлическое сопротивление аппарата данной конструкции с погрешностью не более 11,2 % в диапазоне изменения Яе от 10000 до 30000 описывается зависимостью:

Еи= —г = 5,8Яе"°13. (6) Р-К

Анализ работы известных аппаратов мокрой очистки газов от пыли показал, что ликвидировать брызго-унос жидкости из них полностью невозможно. Расчеты показывают, что, даже при минимальном брызгоуносе в 2,3 %, из аппарата вместе с капельной жидкостью уносятся смоченные частицы, с концентрацией в газе до 0,4 г/м3, что в четыре раза больше ПДВ. То есть, при проектировании установок мокрой очистки газов от пыли необходимо предусматривать меры не только для эффективного улова пыли, но и меры по ликвидации брызгоуноса суспензии.

Анализ возможных путей ликвидации брызгоуноса показал, что наиболее оптимальным является установка дополнительного аппарата, работающего в поле центробежных сил и в восходящем режиме работы.

В четвертой главе проводится экспериментальное исследование эффективности очистки газов от пыли в вихревом пылеуловителе с различными конструкциями ВКУ, с различным направлением движения потока газа и жидкости по аппарату и при различной концентрации пыли в газе на входе в аппарат.

На рисунке 14 представлена зависимость эффективности работы пылеуловителя по рисунку 13 от соотношения нагрузок по фазам ЬЮ при \УШ=19 м/с для восходящего и нисходящего прямотока для аппарата с ВКУ 1 при концентрации пыли на входе в аппарат 30 г/м3. Во всём диапазоне изменения плотностей орошения эффективность работы пылеуловителя с восходящим потоком фаз выше, чем у аппарата с нисходящим потоком.

Наибольшая разность наблюдается при малых соотношениях нагрузок по фазам. С увеличением соотношения нагрузок по фазам эта разница уменьшается, и эффективность двух способов взаимодействия фаз становится практически одинаковая.

На рисунке 15 представлена зависимость параметра т|/ДР от скорости газа в щелях завихрителя для аппаратов с восходящим и нисходящим потоком фаз при плотности орошения ц = 38 м3/м2ч для ВКУ 1. Из графиков видно, что для достижения одной и той же эффективности аппарату с нисходящим потоком фаз требуется

Рисунок 13 - Промышленный пылеуловитель

1 - ВКУ, 2 - однозаходный тангенциальный за-вихритель, 3 - сепарирующая область, 4 - тангенциальный патрубок входа газа, 5 - тангенциальный патрубок выхода газа, 6 - патрубок входа орошающей жидкости, 7 - патрубок выхода суспензии

1 4 1 1 1 - —

1

1

□ч

--- —

_ 1

иа. кг/«г

Рисунок 14 - Зависимость л от 170, = 19 м/с, ВКУ-1, С„ = 30 г/м3, - юсходящий поток, 2 - нисходящий поток

О 10 20 30 ду^ н/с 4

Рисунок 15 - Зависимость т|/ДР от \УЩ, q =

3« м3/м2-ч, ВКУ № 1, С.х = 30 г/м3, - восходящий поток, 2 - нисходящий поток

меньше затрат энергии газового потока Наибольшее различие (до 35%) наблюдается при малых скоростях газа При высоких скоростях это различие незначительное. По данному параметру сравнения аппарат с нисходящим потоком фаз превосходит аппарат с восходящим прямотоком. Это открывает перспективы использования этих устройств в аппаратах мокрой пылеочистки, когда, исходя из технологических требований, накладываются жесткие ограничения по гидравлическому сопротивлению или выбору воздуходутьевого оборудования.

На рисунке 16 представлена зависимость эффективности пылеулавливания аппарата г| от скорости газа в щелях завих-рителя ВКУ, для разных конструкций ВКУ при плотности орошения Я = 38 м3/м2-ч и концентрации пыли на входе в аппарат С,х = 3 г/м3. Для всех конструкций эффективность повышается с увеличением скорости газа в щелях за-вихрителя. Как предполагалось ранее, на всем диапазоне изменения скорости газа эффективность работы аппарата с ВКУ 1 превышает эффективность остальных конструкций. Эффективность пылеулавливания аппарата с ВКУ 2 на скоростях газ до 19 м/с превышает значение г| для ВКУ 3, но при дальнейшем возрастании

20 30 м/с 40

- Зависимость я от ХУщ,

Рисунок 16

Я = 38 м3/м2-ч, Св, = 3 г/м3, 1 - ВКУ № 1,2- ВКУ № 2; 3 - ВКУ № 3

скорости газа значение эффективности пылеулавливания аппаратов с ВКУ 2 и ВКУ 3 совпадают.

При расчете и конструировании газоочистного оборудования необходимо в первую очередь знать величину концентрации пыли в газе на выходе из аппарата

На рисунке 17 представлено сравнение эффективности аппарата с различными ВКУ по остаточной концентрации пыли в газе при плотности орошения L„p = 38 м3/м2-ч (расход жидкости L = 0,3 м3/ч) при разных значениях входной концентрации пыли.

Из рисунка 17 видно, что только аппарат с ВКУ № 1 позволяет добиться требуемой концентрации пыли на выходе из аппарата при скорости газа в щелях 20 м/с. Это доказывает обоснованность выбора данного типа ВКУ. Также видно, что концентрация пыли в газе на входе в аппарат, в пределах ошибки эксперимента, не влияет на концентрацию пыли на выходе. Результаты, представленные на рисунке 17 убедительно показывают, что при данном способе взаимодействия фаз в новой конструкции аппарата можно эффективно улавливать частицы мелкой фракции.

Зависимость выходной концентрации пыли в газе Свш описывается с погрешностью не более 8,3 % в диапазоне изменения скорости газа в щелях завихрителя W^ от 6 до 32 м/с, плотности орошения жидкостью q от 6 до 52 м3/(ч-м2) и концентрации пыли на входе в аппарат 3-30 г/м3 следующим уравнением:

C^w/V"7. (7)

В пятой главе приводится разработка и проектирование промышленной установки очистки газовых выбросов от пыли вращающейся печи обжига извести производства силикатного кирпича.

Технологическая схема предлагаемой системы пылеочистки на основе вихревого низконапорного пылеуловителя представлена на рисунке 18.

Установка работает следующим образом. Запыленный газовый поток подается в первую ступень очистки, состоящую из одиночного циклона 1. Здесь улавливается основная доля крупных частиц Далее газовый поток поступает во вторую ступень пылеочистки, состоящую из пылеуловителя 2. На входе в пылеуловитель температура газового потока снижается ниже 100 °С за счет испарения жидкости, поступающей через форсунку 7. Газовый поток входит по касательной в цилиндрический корпус пылеуловителя 2, приобретая крутку. Пыль, осевшая на стенке аппарата, смывается струей жидкости, которая поступает из форсунки 8. Пылегазовый поток очищается от мелкодисперсных твердых частиц при взаимодействии с жидкостью в ВКУ. Отсепа-рированная жидкость прижимается к стенке пылеуловителя и стекает в нижнюю его часть. Далее газовый поток поступает на третью ступень газоочистки в брызгоулови-тель 3. В газоходе, между пылеуловителем 2 и брызгоуловителем 3, установлена форсунка 9 для подачи чистой жидкости с целью предотвращения твердых отложений в газоходе и брызгоуловителе. После брызгоуловителя газовый поток выходит через

Рисунок 17 - Зависимость С!Ь|Х от W^ q = 38 м3/мЧ 1-ВКУ № 1,2-ВКУ № 2,

3-ВКУ № 3,4 - ПДВ О - Сю = 30 г/м3, о - С„ = 3 г/м3

тангенциальный патрубок в верхней части аппарата Далее очищенный газовый поток проходит через дымосос 11 и выбрасывается в атмосферу через трубу 12.

Суспензия, выходящая из пылеуловителя и брызгоуловителя, поступает в осади-тельную емкость 4. Здесь твердые частицы под действием гравитационных сил отделяются от жидкости, накапливаются в нижней части и периодически выгружаются в виде концентрированной суспензии (шлама) с помощью шламового насоса 10. В случае потери текучести суспензии, в нижнюю часть осадительной емкости от компрессора подают сжатый воздух.

Рисунок 18 - Технологическая схема предлагаемой системы очистки газовых выбросов от пыли вращающейся печи обжига извести 1 - циклон, 2 - пылеуловитель, 3 - брызгоуловитель, 4 - осадительная емкость, 5 - промежуточная емкость, 6 - насос, 7,8,9 - форсунки, 10 - шламовой насос, 11 - дымосос, 12 - труба выхода газа

Осветленная жидкость из осадительной емкости 4 поступает в промежуточную емкость 5, а затем, с помощью центробежного насоса 6, вновь поступает в пылеуловитель. Таким образом, жидкость циркулирует, то есть организуется замкнутый водо-оборот.

Чистая вода подается через форсунку 9 в промежуточный газоход для компенсации потерь воды на испарение и в промежуточную емкость 5 для поддержания необходимого уровня в момент пуска и останова системы пылеочистки.

Общая эффективность системы пылеочистки составляет 99,8 %, гидравлическое сопротивление составляет 3200 Па в том числе 1500 Па ДР для вихревого пылеуловителя.

Экологический эффект от внедрения предлагаемой системы очистки газовых выбросов от пыли вращающихся печей обжига извести производства силикатного кирпича заключается в следующем:

- концентрация пыли в очищенном воздушном потоке на выходе из системы пы-леочистки снизится до 0,1 г/м3, что соответствует санитарным нормам (ПДВ);

- повысится надежность эксплуатации системы пылеочистки, что исключает аварийные выбросы пыли в атмосферу.

Дополнительным преимуществом разработанной технологии очистки газовых выбросов от пыли является возможность повышения качества выпускаемой продукции за счет создания оптимальных режимов работы печи и использования уловленной пыли в качестве высокодисперсной добавки в сырьевую массу для повышения прочности кирпича.

ВЫВОДЫ

1. Проведенный мониторинг окружающей среды предприятий производства силикатного кирпича показал, что фактическое загрязнение атмосферы превышает санитарные нормы. Концентрация пыли в отходящих газах вращающейся печи достигает 1,27 г/м3 (ПДВ 0,1 г/м3). Расчетная максимальная концентрация пыли в приземном слое составляет 3,3 мг/м3 (ПДК 0,5 мг/м3).

2 Анализ механизмов взаимодействия частиц пыли и капель орошающей жидкости в различных аппаратах позволил разработать малоэнергоемкий высокоэффективный способ и аппарат вихревого типа для мокрой очистки газов от пыли.

3 Аналитически и экспериментально исследована трехмерная структура газового потока в разработанном вихревом аппарате. Впервые раскрыта неравномерность распределения скорости и давления газа в щелях между пластинами вихревого контактного устройства. Научно обоснован выбор конструкции, обеспечивающей более равномерное распределение газа в щелях вихревого контактного устройства.

4. Сравнение эффективности работы различных аппаратов по комплексному параметру т|/ДР показало, что аппарат с нисходящим способом взаимодействия фаз обладает более высокой эффективностью Сравнение разных конструкций вихревьгх контактных устройств показало, что ВКУ выпуклой формы обладает наиболее высокой эффективностью пылеулавливания

5. Разработаны и защищены патентами РФ новые конструкции вихревых пылеуловителей с одноступенчатым и многоступенчатым способами взаимодействия фаз.

6. Разработана высокоэффективная малоэнергоемкая система трехступенчатой пылеочистки, которая обеспечивает эффективную очистку газовых выбросов от пыли в широком диапазоне изменении концентрации и размеров частиц пыли на входе, сокращает выбросы пыли по сравнению с аналогом до 12 раз, обеспечивая ПДВ (0,1 г/м3) Разработана методика расчета высокоэффективного промышленного аппарата и предлагаемой технологии пылеочистки.

7. Расчетный экономический эффект от внедрения предлагаемой системы очистки газовых выбросов от пыли вращающейся печи обжига извести составляет 1 млн 434 тыс.рублей в год, включая 510 тыс.рублей предотвращенного экологического ущерба.

Основные условные обозначения

ВКУ - вихревое контактное устройство, Т - температура, "С, W - скорость газа, м/с, \УЩ - скорость газа в щелях завихрителя, м/с, Ей - критерий Эйлера, Яе - крите-

рий Рейнольдса, ДР - гидравлическое сопротивление, Па, р - плотность воздуха, кг/м3, с), - эквивалентный диаметр, м, Б - площадь щели завихрителя, мг, П - периметр контура щели завихрителя, м, V - кинематическая вязкость воздуха, м2/с, - коэффициент сопротивления, ^ - эффективность пылеочистки, %, Е - относительный брызгоунос, кг/кг, Ъ - относительный зазор - отношение расстояния межу срезом сепаратора ВКУ и трубы выхода газа к диаметру трубы выхода газа, я - плотность орошения тарелки, м /(м2-ч), Свых - концентрация пыли на выходе из аппарата, г/м3, Си -концентрация пыли на входе в аппарат, г/м3.

Основное содержание диссертации изложено в публикациях:

1. Сопротивление и брызгоунос вихревых массообменных аппаратов с нисходящим потоком фаз / Р.Н. Хамидуллин, Л.М. Останин, А.Ф. Махоткин; Казан, гос. технол. ун-т. - Казань, 2003, - 7 с. - Деп. в ВИНИТИ 09.07.03 № 1332-В2003.

2. Хамидуллин Р.Н., Останин Л М., Махоткин А.Ф. Гидравлическое сопротивление вихревых аппаратов пыле- и газоочистки с нисходящим потоком фаз // Энерго-и ресурсосбережение как фактор развития регионов центрального федерального округа: Всерос. науч.- промыш. конф.; Смоленск, 17-19 сент. 2003. С. 32-35.

3. Эффективность вихревого пылеуловителя с нисходящим потоком фаз / Р.Н. Хамидуллин, Л.М. Останин, И.А. Махоткин, и др. // Экология: образование, наука, промышленность и здоровье: Междунар. науч.- промыш. конф.; Бел. ГТУ, Белгород, 14-16 апр. 2004. С. 206-207.

4. Вихревой аппарат для проведения физико-химических процессов с нисходящим потоком фаз: пат. 2232625 Рос. Федерация: МПК7 В 01 Э 47/06, В 04 С 3/00 / Р Н. Хамидуллин, Л.М. Останин, И.А. Махоткин, А Ф. Махоткин; заявитель и патентообладатель Казан, гос. технол. ун-т. - № 2003120604; заявл. 07.07.03; опубл. 20.07.04. Бюл. № 20, - 5 е.: ил.

5. Хамидуллин Р.Н., Останин Л.М., Махоткин А.Ф. Разработка вихревого пылеуловителя с пониженным гидравлическим сопротивлением // Современные проблемы технической химии: Матер, докл. междунар. науч.- техн. и метод, конф.; Казан, гос. технол. ун-т. Казань, 22-24 декаб. 2004 С. 431-438.

6. Хамидуллин Р.Н., Останин Л.М., Панарин Ю.И. Теоретическое и экспериментальное исследование пространственной структуры газового потока в вихревых аппаратах с односогаговым входом и пластинчатым завихрителем // Электронный журнал «Исследовано в России», 77, 798-808, 2005, http://2humal.aparelarn.ru/articles/2005/077.pdf.

7 Тепломассообменная тарелка: пат. 2257248 Рас. Федерация: МПК7 В 01 Э 3/30 / Р.Н. Хамидуллин, Л.М. Останин, Ю.И. Панарин и др.; заявитель и патентообладатель Казан, гос. технол. ун-т. - № 2004116785; заявл. 26.05.04; опубл. 27.07.05. Бюл. №21 -6 с.: ил.

Соискатель Р.Н. Хамидуллин

Заказ 29*/ Тираж 80

Офсетная лаборатория КГТУ, 420015, Казань, К Маркса,68

m 17 055

РНБ Русский фонд

2006-4 11600

и

\ i

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Хамидуллин, Рафик Наилович

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

I ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Анализ экологических проблем и технологии производства силикатного кирпича

1.1.1 Силикатный кирпич, общие сведения, сырье, технология производства;

1.1.2 Известь, общие сведения, анализ технологии обжига

1.1.3 Анализ систем очистки отходящих газов при обжиге извести

1.1.4 Физико-химические свойства пыли

1.2 Технико-экономический анализ способов очистки газов от пыли

1.3 Методы интенсификации и закономерности процесса мокрой очистки; газов от пыли

1.3.1 Методы интенсификации процессов мокрой пылеочистки газов 3 7 132 Анализ сил взаимодействия орошающей жидкости и частиц пыли

1.3.3 Анализ вихревых аппаратов газоочистки

1.3.4 Разработка низконапорного вихревого пылеуловителя 51 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

II ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ПОТОКА В ВИХРЕВОМ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЕ

2.1 Экспериментальное исследование структуры газового потока в вихревом аппарате

2.2 Математическое моделирование движения газового потока в аппарате с ВКУ

2.3 Результаты математического моделирования и натурного эксперимента

2.4 Изучение структуры газового потока в вихревом пылеуловителе с помощью ПК «Phoenics»

III ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХФАЗНОГО ПОТОКА В ВИХРЕВОМ АППАРАТЕ

3.1 Исследование гидродинамического сопротивления ВКУ

3.1.1 Экспериментальная установка для исследования гидравлического сопротивления ВКУ

3.1.2 Результаты исследования гидравлического сопротивления ВКУ

3.2 Исследование гидродинамических параметров вихревого пылеуловителя с нисходящим потоком фаз

3.2.1 Экспериментальная установка для исследования гидравлического сопротивления и брызгоуноса вихревого пылеуловителя

3.2.2 Результаты исследования гидравлических характеристик вихревого аппарата с нисходящим потоком фаз

IV ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО ПОТОКА В ВИХРЕВОМ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЕ

4.1 Экспериментальная установка для исследования эффективности работы пылеуловителя

4.2 Результаты экспериментального исследования эффективности работы пылеуловителя

V ПРОМЫШЛЕННАЯ АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

5.1 Разработка технологии очистки газовых выбросов от пыли вращающейся печи обжига извести производства силикатного кирпича и описание ее работы

5.2 Опросный лист, получение исходных данных

5.3 Расчет аппаратов пылеочистки

5.4 Расчет вспомогательного оборудования

5.5 Результаты внедрения промышленной установки очистки газовых выбросов от пыли вращающейся печи обжига извести производства силикатного кирпича

Введение Диссертация по биологии, на тему "Технология очистки газовых выбросов от пыли производства силикатного кирпича"

Качество окружающей среды является актуальной проблемой современного общества. Проблема устойчивого развития современной цивилизации, не ставящей под угрозу будущее поколение, может быть решена только на основе эффективного подхода к организации и функционированию промышленных производств [1].

Одной из важнейших экологических проблем крупных индустриальных центров является загрязнение атмосферы городов промышленными отходами. Ежегодный мировой объем выбросов в атмосферу оксидов углерода составляет - 2-104 млн. тонн, соответственно: оксидов серы - 150, оксидов азота - 50, углеводородов - 57, пыли — 250 [2]. Таким образом, среди основных вредных веществ, выбрасываемых промышленными источниками в атмосферу, пыль находится на втором месте. В Республике Татарстан выбросы пыли от промышленных источников загрязнения атмосферы составляют около 200 тыс. тонн в год, что значительно больше остальных выбросов загрязняющих веществ [3]. Этой проблеме в последние годы уделяется большое внимание в связи с серьезными нарушениями экологического равновесия, приводящим к необратимым негативным отклонениям. Несмотря на предпринимаемые меры по защите биосферы от загрязнения промышленными выбросами, происходит дальнейшая ее деградация и разрушение [4].

Промышленность строительных материалов представляет собой сложный комплекс специализированных отраслей производства, изготовляющих большое количество разнообразной продукции. По объему производимой продукции она занимает одно из первых мест в экономике [5].

При изготовлении глиняного и силикатного кирпича, нерудных строительных материалов, строительной керамики запыленность производственных помещений превышает санитарные нормы и достигает соответственно 911, 8-10 и 6-10 мг/м3, при ПДКр.з. 6 мг/м3 [6].

Недостаточная эффективность работы действующего пылеочистного оборудования негативно сказывается на окружающую среду предприятий. Контролирующие органы фиксируют нарушение требований природоохранного законодательства, и превышение допустимой концентрации пыли в приземном слое за территорией предприятий (приложение П1). Многолетние наблюдения и контроль выбросов пыли в атмосферный воздух с территории ГУП «КСМ» г. Набережные Челны документально подтверждают неоднократные превышения содержания пыли в зоне жилых комплексов от нескольких процентов до двух и более раз. Например, 7,7 мг/м3 против допустимых 0,5 мг/м3.

Хотя кальций является необходимым элементом питания растений, избыточные количества его, попадающие в природную среду с индустриальной эмиссией, может вызвать ряд негативных явлений [7].

На Казанском заводе CGM, согласно акту проверки от 23.10.2003j Министерством экологии и природных ресурсов РТ обнаружено превышение нормативов ПДВ от пыли извести (СаО) вращающейся печи производства № 2 в 1,48 раза. Предприятию выдано предписание на основании статей 16 и 30 ФЗ «Об охране атмосферного воздуха» об организации проверки и оценки состояния действующей установки очистки газов от вращающейся печи и необходимости обеспечения соблюдения норм выбросов.

Проведенный мониторинг загрязнения окружающей среды вокруг производства № 2 и расчет наибольшей ожидаемой концентрации пыли в приземном слое атмосферы показал, что фактическое загрязнение с учетом фоновой концентрации и санитарно-гигиеническим нормативом превышает ПДК более чем в 6 раз и составило 3,3 мг/м3. Что подтверждает необходимость реконструкции или замены существующей установки пылеочистки.

Пыль отрицательно действует на многие органы человека. Влияние пыли на организм человека усиливается из-за одновременного ее воздействия на несколько органов. Наибольшему влиянию пыли подвержены органы дыхания, в меньшей степени кожа, глаза, кровь и желудочно-кишечный тракт.

При действии пыли на органы дыхания возникает заболевание пневмокониоз со многими разновидностями, а также возможны другие заболевания органов дыхания - бронхиальная астма, пылевой бронхит, пневмония, бериллиоз и т.д. [8].

Таким образом, обеспыливание воздушной техносферы производственных помещений окружающей среды является важной народно-хозяйственной проблемой, требующей ее неотлагательного решения [9]. Решив проблему пылеочистки, зачастую можно поднять производительность основного оборудования. Исследование условий функционирования технических средств как источников загрязнения и антропогенного воздействия на окружающую экосистему научное обоснование, разработка и внедрение новых типов газоочистного оборудования и совершенствование методов их проектирования, обеспечивающих минимизацию антропогенного воздействия на живую природу является актуальной и своевременной задачей [10]. i литературный обзор

Заключение Диссертация по теме "Экология", Хамидуллин, Рафик Наилович

заключение

1. Проведенный мониторинг окружающей среды предприятий производства силикатного кирпича показал, что фактическое загрязнение атмосферы превышает санитарные нормы. Концентрация пыли в отходящих газах вращающейся печи достигает 1,27 г/м3 (ПДВ 0,1 г/м3). Расчетная максимальная концентрация пыли в приземном слое составляет 3,3 мг/м3 (ПДК 0,5 мг/м3).

2. Анализ механизмов взаимодействия частиц пыли и капель орошающей жидкости в различных аппаратах позволил разработать малоэнергоемкий высокоэффективный способ и аппарат вихревого типа для мокрой очистки газов от пыли.

3. Аналитически и экспериментально исследована трехмерная структура газового потока в разработанном вихревом аппарате. Впервые раскрыта неравномерность распределения скорости и давления газа в щелях между пластинами вихревого контактного устройства. Научно обоснован выбор конструкции, обеспечивающей более равномерное распределение газа в щелях вихревого контактного устройства.

4. Сравнение эффективности работы различных аппаратов по комплексному параметру г|/АР показало, что аппарат с нисходящим способом взаимодействия фаз обладает более высокой эффективностью. Сравнение разных конструкций вихревых контактных устройств показало, что ВКУ выпуклой формы обладает наиболее высокой эффективностью пылеулавливания.

5. Разработаны и защищены патентами РФ новые конструкции вихревых ш пылеуловителей с одноступенчатым и многоступенчатым способами взаимодействия фаз.

6. Разработана высокоэффективная малоэнергоемкая система трехступенчатой пылеочистки, которая обеспечивает эффективную очистку газовых выбросов от пыли в широком диапазоне изменении концентрации и размеров частиц пыли на входе, сокращает выбросы пыли по сравнению с аналогом до 12 раз, обеспечивая ПДВ (0,1 г/м3). Разработана методика расчета высокоэффективного промышленного аппарата и предлагаемой технологии пылеочистки.

7. Расчетный экономический эффект от внедрения предлагаемой системы очистки газовых выбросов от пыли вращающейся печи обжига извести составляет 1 млн. 434 тыс.рублей в год, включая 510 тыс.рублей предотвращенного экологического ущерба.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата технических наук, Хамидуллин, Рафик Наилович, Казань

1. Зайцев В.А. Промышленная экология. М.: РХТУ, 2000. — 131 с.

2. Агеев Ф.Г. Технология и оборудование газоочистки на зарубежных предприятих / НИИТЭХИМ. М. 1990, - 33 с.

3. Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды республики Татарстан в 2003 году. / Казань: Мир без границ, 2004, 472 с.

4. Актуальные экологические проблемы Республике Татарстан. // Тез. докл.

5. VI республиканской научной конференции. Казань, 2004 - 259 с.

6. Попов К.Н., Кадцо М.Б. Строительные материалы и изделия. М.: Высш.шк., 2001.-367 с.

7. Воробьёв В.А., Комар А.Г. Строительные материалы. М.: Стройиздат,1971.-489 с.

8. Загрязнение природной среды кальций содержащей пылью. / Рига.: Зинатне, 1985.-215 с.

9. Юдашкин М.Я. Пылеулавливание и очистка газов в чёрной металлургии М.: Металлург, 1984. -316 с.

10. Кузнецов A.M. Технология вяжущих веществ и изделий из них. / Под ред. акад. П.П. Будникова М.: Высш. шк., 1963. 455 с.

11. Вахнин М.П., Анищенко А.А. Производство силикатного кирпича. 3-е изд. перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1989. 200 с.

12. Куприянов В.П. Технология производства силикатных изделий. М.: Высш. шк., 1969. 276 с.

13. Патрушева В.Н., Кузнецова Т.В., Никонова Н.С. Влияние сырья и технологических факторов на качество силикатного кирпича. МХТИ им. Менделеева М., 1985.-51 с.

14. Брянцева Н.Ф., Глухова Р.Н., Адейшвили JI.O. Влияние пылеуноса известкового производства на прочность силикатных материалов автоклавного твердения. // Силикатные материалы из минерального сырья, Л., Наука, 1983 с. 9-17.

15. Сырьевая смесь для приготовления силикатного кирпича. Малышкин А.П., ПарусимовВ.Н., Черепанов В.И. и др. Патент РФ № 2213712 от 10.10.2003, Бюл.№ 19.

16. Методика использования отощающих добавок. Албаров И.Д., Хубаева Г.П. Труды Сев.-кавк. гос. технол. ун-та, 2000 № 7, с. 171-174.

17. Пеньевский А.П. Производство извести. М.: Гл. Ред. Строительной литературы, 1936. 182с.

18. Монастырев А.В. Производство извести.- 3-е изд. перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1978.-216 с.

19. Монастырев А.В. Александров А.В. Печи для производства извести. Справочник. М.: Металлургия, 1979. -232 с.

20. Бойнтон Роберт С. Химия и технология извести. / Пер. с англ. М.: Строй-издат, 1972. 239 с.

21. Табунщиков Н.П. Производство извести. М.: Химия, 1974. - 240 с.

22. Регулирование теплового процесса в печи для обжига извести. Zhang Xi-ang-yang. Wujiyan gongye, Inorg. Chem. Ind. 2003, 2003, 35, № 3, c. 34-36.

23. Брусиловский Г.В. Обжиг известняка и приготовление известкового молока М.: Гос. НТИ хим-ой литературы, 1949. 168с.

24. Шуляковская А.И., Васильченко Ю.В. Энергоресурсосберегающая технология термообработки карбонатных пород. Межвузов, студенч. форум

25. Образование, наука, производство» Белгород, 22-24 мая 2002: Бел.ГТАСМ. 2002, с. 343-349.

26. Монастырев А.В. Производство извести. М.: Изд-во лит-ры по строительству, 1972. 208с

27. Нехлебаев Ю.П. Исследование многозонной печи кипящего слоя для диссоциации карбонатов. /05.176. машины и оборудование хим-х пр-в/ авто-реф. дис.к.т.н. МИХМ, М. 1970. 23 с.

28. Красильников В.В., Сосновский В.И., Безденежных И.С. и; др., Очистка газовых выбросов в производстве силикатных материалов. // Вестник ТО РЭА4 2004 г. 24-27 сс.

29. Лапшин А.Б. Обеспыливание в производстве извести. М.: Стройиздат, 1988. - 72 с.3 0. Алиев Гасан М-А. Техника пылеулавливания и очистка промышленных газов: Справочник. М: Металлургия, 1986. 544 с.

30. Зиганшин M.F., Посохин В.Н., Колесник А.А. Проектирование аппаратов пылегазоочистки. М.: «Экопресс-ЗМ», 1998 — 470 е., ил.

31. Биргер М.И., Вальдберг А.Ю., Мягков Б.И., и др. Справочник по пыле- и золоулавливанию. 2-е изд., перераб. и доп. / под общ. ред. Русанова А.А. М.: Энергоатом издат, 1983. - 312 с.

32. Ужов В.Н., Вальдберг А.Ю., Мягков Б.И. и др. Очистка промышленных газов от пыли. М.: Химия, 1981. 392 с.

33. Бродский Ю.Н., Балычева К.В. Экономика очистки промышленных газов рукавными фильтрами за рубежом. // Обзор, информ. Сер. ХМ 14, Промышленная и санитарная очистка газов. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1978. - с. 1-39.

34. Диденко В.Г. Техника мокрой очистки вентиляционных выбросов. Волгоград: Волгоградская государственная архитектурно-строительная академия, 1996. 123 с.

35. Способ мокрой очистки воздуха и устройство для его осуществления. Ба-бинов С.П. Патент РФ № 2188696 от 10.09.2002. Бюл. № ю.

36. Пылегазоуловитель. Сергеев С.И. Патент РФ № 2214855 от 27.10.2003.

37. Центробежный аппарат для очистки газа. Шмелев М.Г. и др. Патент РФ № 2203725 от 10.05.2003. Бюл. № 5.

38. Мокрый пылеуловитель. Русинов П.С. Патент РФ № 2206373 от 20.06.2003. Бюл. № 6.

39. Циклон. Сафонов Е.В. и др. Патент РФ № 2180260 от 10.03.2002. Бюл. № 3.

40. Массообменный аппарат. Смыслов В.А. и др. Патент РФ № 2205679 от 10.06.2003.

41. Пылеуловитель. Бейльман В.И. и др. Патент РФ № 2158166 от 27.10.2000.

42. Дергачев Н.Ф. Диссертация. М., 1947.

43. Фукс Н.А. Механика аэрозолей. М., 1955.

44. Уатлоу Грей и Патерсон. Дым. Госхимиздат, 1934.

45. Руденко K.F., Марголин В.А., Адитриевская Н.М. Мокрые золоуловителя и пылеуловители. М.: Углетехиздат, 1953.

46. Позин М.Е., Мухленов И.П., Демшин В.А. П.Х. т.28, № 8, 1955.

47. Зайцев М.М. Тарнавский И.Л. Отчет НИИОГАЗ, 1953.

48. Страус В. Промышленная очистка газов: Пер. с англ. М., Химия, 1981. 616 с.

49. Мурашкевич Ф.И. Некоторые вопросы теории улавливания частиц в турбулентном промывателе (Скруббере Вентуре). / Под ред. Зайцева М.М. Лаборатория и технико-экономических исследований и научно-технической информации НИИОГАЗ, 1959. 54 с

50. H.F.Johnstone, R.B.Field, M.C.Tassler. Ind. and Eng. Chemistry v. 46, № 8, 1954.

51. Чижов И. Сборник материалов по пылеулавливанию в цветной металлургии. Металургиздат, 1957.

52. I.Langmuir. J.Meteorol, v. 5, № 5, 1948.

53. I.Langmuir, K.Blodgett. Army Air Force, Techn. Rep. № 5418.

54. C.N.Davies. Proc. Inst. Mech. Eng. IB, 1952.

55. Левин Л. ДАН СССР, т. 91 № 6, 1953.

56. RM.Scotland. J. Meteorol., v. 14, № 5, 1957.

57. H.F.Johnstone, M.H.Roberts. Ind. and Eng. Chem. v. 41, № 11, pp.2417-2423, 1949.

58. Николаев H.А. Исследование и расчет ректификационных и абсорбционных аппаратов вихревого типа. автореф.дисс.д.т.н. Казань. 1974, 32 с.

59. Ершов А.И. Разработка, исследование и применение элементарных ступеней контакта с взаимодействием фаз; в закрученном прямотоке: авто-реф. дисс.д.т.н. Л:', 1975. 36 с.

60. Приходько В.П. Принципы расчета и конструирования прямоточных центробежных аппаратов со статическими завихрителями: автореф. дисс. д.т.н. М., 1989. -42 с.

61. Петров В.И. Разработка, исследование и оптимизация вихревых контактных устройств для многоступенчатых абсорберов в очистки отходящих газов, атореф. дисс.к.т.н. Казань, 1979. 32 с.

62. Сабитов С.С., Савельев Н.И., Николаев НА., и др. Вихревые массооб-менные аппараты / Обзор, инф. сер. общеотраслевые вопросы развития хим. промышленности, вып. 3. М.: НИИТЭХИМ, 1981. 30с.

63. Диаров Р.К., Овчинников А.А. Николаев Н.А. и др. Вихревые газожидкостные сепараторы / Обзор, инф. сер. Машины и нефтяное оборудование, вып. 1. М.: ВНИИОЭНГ, 1984. 44с.

64. Останин Л.М. Разработка и расчет вихревых контактных устройств с повышенной удерживающей способностью, автореф. дисс.к.т.н. Казань,1987.-24 с.

65. Булкин В.А. Разработка и исследование массообменного аппарата с прямоточными вихревыми контактными устройствами, автореф. дисс.к.т.н. Казань, 1969. 24 с.

66. Карпенков А.Ф. Разработка и исследование высокоскоростных массооб-менных аппаратов вихревого типа, автореф. дисс.к.т.н. Казань, 1970. — 20 с.

67. Авторское свидетельство № 226551 (СССР) Вихревая распылительная колонна. Сафин Р.Ш; Бюлл. изобр. № 29 с. 12, 1968.

68. Лобанов В.М. Исследование некоторых закономерностей гидродинамики вихревого распылительного контактного устройства с рециркуляцией жидкости: автореф дисс.к.т.н. М., МИХМ. 1972. 16 с.

69. Исследование массоотдачи в газовой фазе в вихревом распылительном контактном устройстве. // Антонов Ю.Е., Сафин Р.Ш. Труды МИХМ, М., Вып. 55., 1974 с. 26-28.

70. Исследование процесса массоотдачи в жидкой фазе в вихревом распылительном контактном устройстве. // Антонов Ю.Е., Сафин Р.Ш. Машины и аппараты в химической технологии: Межвуз. сб. — Казань, КХТИ им. С.М. Кирова, 1974. с. 22-24.

71. Гидродинамические характеристики работы массообменных вихревых аппаратов с тангенциальными завихрителями. // Короткое Ю.Ф., Николаев Н.А. Изв. вузов, сер. Химия и химические технологии, т. 15, № 5, 1972. -с. 800-804.

72. Гидродинамические и массообменные характеристики контактной ступени аппаратах тангенциальными пластинчатыми завихрителями. // Туту-балина В.П., Короткова Е.Г., Вьюшин В.Д. Изв. вузов, сер. Химия и химические технологии, т.23, № 2. 1980. с. 226-230.

73. Николаев А.Н. Комплексная очистка промышленных газовых выбросов в аппаратах вихревого типа: Теоретические основы и методология расчета, автореф. дисс.д.т.н. Казань, 1999.-40 с.

74. Способ организации контакта жидкости и газа и устройство для его осуществления. Гольдштик М.А., Дашин С.С., Деревенчук В.П. и др. Патент РФ № 2084269 от 20.07.97 Бюл. № 20

75. Вихревой распылительный аппарат. Махоткин А.Ф., Шамсутдинов A.M. А.С. № 593706 (СССР) 1978, Бюлл. изобр. № 7.

76. Махоткин А.Ф. Теоретические основы очистки газовых выбросов производства нитратов целлюлозы, изд-во Казанского гос. технол. ун-та, Ка• зань, 2003. 268 с.

77. Тепломассообменная тарелка. Р.Н. Хамидуллин, JI.M. Останин, Ю.И. Панарин и др. // Патент на изобретение РФ № 2257248 КГТУ от 27.07.05. Бюл. № 21.

78. Вихревой аппарат для проведения физико-химических процессов с нисходящим потоком фаз. Хамидуллин Р.Н., Останин Л.М., Махоткин И.А., Махоткин А.Ф. // Патент на изобретение РФ № 2232625 КГТУ от 20.07.04 г. бюл. № 20.

79. Шамсутдинов A.M. Разработка и исследование вихревого аппарата для очистки отходящих газов в процессах нитрации: автореф. дис. .к.т.н., Казань, 1978. -24 с.

80. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости / Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1984. — 152 с.

81. Повх И.Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении. Л.: Машиностроение, 1974. 479 с.

82. Махоткин И.А., Хамидуллин Р.Н., Останин Л.М., Махоткин А.Ф. Методические указания. Методика исследования структуры газового потока в вихревых устройствах с помощью термоанемометра. КГТУ, Казань, 2004.-16 с.

83. Останин Л.М. Махоткин А.Ф., Махоткин И.А. Методические указания: Исследование и расчет профиля давлений и гидравлического сопротивления в вихревых устройствах. КГТУ, Казань, 2004. 24 с.

84. Тахавутдинов Р.Г. Теоретические основы и методы повышения эффективности промышленных полимеризаторов в производстве синтетического каучука, автореферат дисс. д.т.н. Казань, 2000. — 36 с.

85. Takhavoudtinov R.G. Computations of Axisymmetric Flows in Pipe Expansions. // The PHOENICS Journal of Computational Fluid Dynamics and its Applications, 1999 V.12, № 4, pp 80-95.

86. Достоверность расчетов по методу моделирования крупномасштабных вихревых структур (LES). Не Zi-gan, Xia Qing-fu. Dalian ligong daxue xue-bao. J.Dalian Univ. Technol. 2001. 41, № 2 c. 228-236.

87. Чупин П.В. Сравнительный анализ моделей турбулентности. Проблемы механики и управления. Нелинейные динамические системы. Межвузов, сборник научных трудов. Вып. 34. Перм. гос. ун-т. Пермь: изд-во Перм. гос. ун-та 2002, с. 131-145.

88. B.E.Launder and D.B.Spalding, The numerical computation of turbulent flows. // Сотр. Meth. in Appl. Mech. & Eng., Vol. 3, pp 269, 1974.

89. W.Rodi, Examples of calculation methods for flow and mixing in stratified fluids. // J.Geo.Res., Vol. 92, No. C5, p 5305, 1987.

90. Y.S.Chen and S.W.Kim, Computation of turbulent flows using an extended k-e turbulence closure model. NASA CR-179204, 1987.

91. Гольдштик M.A. Вихревые потоки. Новосибирск: Наука, 1981. 368 с.

92. Захаров JI.B. Математическое описание процесса взаиодействия мелкодисперсной фазы с турбулентным несущим потоком, автореф. дисс. к.т.н., Казань 1988, 18 с.

93. Механизм уменьшения сопротивления добавлением мелких гантелеобраз-ных элементов в турбулентное течение в канале. Kuroda Akiyoshi, Saido Shuhei, Kudo Kazuhiko. Nihon Kikai gakkai ronbushu. B-Trans. Jop. Soc. Mech. Eng. 13. 2004.70, № 690 c. 303-310.

94. Идельчик И.Е. Гидравлическое сопротивление (физико-химические основы) М.: Наука, 1954. 220 с.

95. Шмыглевский Ю.Д. Аналитические исследования динамики газа и жидкости. М.: Эдиторал УРСС, 1999. 237

96. Русецкая Г.В. Гидравлическое сопротивление Н.Новгород, 1999. — 184 с.

97. Альтшуль А.Д. Местные гидравлические сопротивления при движении вязких жидкостей М. Гостоптехиздт, 1962. 137 с.

98. Чмутов К.Е. Техника физико-химических исследований. М.: Госхимиз-дат, 1954. 342 с.

99. ГОСТ 14322-73. Стандартные диафрагмы. Общие технические требования. Типоразмеры d2o 50-250 мм. М.: Изд. стандартов, 1973. - 8 с.

100. РД 50-213-80. Правила измерения расходов газов и жидкостей стандартными суживающими устройствами. М.: Изд. стандартов, 1982. 12 с.

101. Закгейм А.Ю. Введение в моделирование химико-технологических процессов. 2-е изд., М.: Химия, 1982. 288с.

102. Грановский BiA., Сирая Т.Н. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях. JI.: Энергоатомиздат. Ленинф. отд-ние, 1990. — 288 с.

103. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: Изд. 3-е в 2-х кн.: Часть 1. Теоретические основы процессов химической технологии. Гидродинамические и тепловые процессы и аппараты. М.: Химия, 2002.-400 с.

104. Швыдкий B.C., Ладыгичев М.Г. Очистка газов. Справочник М.: Теплоэнергетик, 2002. 640 с.

105. Татаринов Е.Б. Аэрогидродинамика и пылеулавливание в вихревом аппарате с оросителем в закручивающем устройстве, автореф. дисс.к.т.н. Казань, 2002. 20 с.

106. Хамидуллин Р.Н., Останин JI.M., Махоткин А.Ф. Сопротивление и брызгоунос вихревых массообменных аппаратов с нисходящим потоком фаз. // Деп. ВИНИТИ № pp. 1332-В2003, Н.Новгород, 2003.

107. А.с 1005927 (СССР), МКИ3 ВО 4С 5/107. Циклон для очистки газа. Су-лименко В.Г., Козлицкий С.М., Смиляну В.Г. и др. 23.03.83, Бюл. № 11.

108. Иванов А.А. Расчет и конструирование вихревых сепарационных аппаратов на основе структурного анализа гидродинамики закрученного потока. автореф. дисс.д.т.н. Москва, 1999. 32 с.

109. Сугак Е.В. Моделирование и интесификация процессов очистки промышленных газовых выбросов в турбулентных газодисперсных потоках, автореф. дисс.д.т.н. Красноярск, 1999. — 46 с.

110. Лебедюк Г.К., Вальдберг А.Ю., Громова М.П. и др. Каплеуловители и их применение в газоочистке. // Серия ХМ-14, Промышленная и санитарная очистка газов. Обзорная информация ЦИНТИХимнефтемаш, М.: 1974. -64 с.

111. Халитов Р.А., Махоткин А.Ф., Шамсутдинов A.M. и др. Экологическая очистка газов в производстве нитроэфиров. // Междунар. конф. «Воздух-98» г. Санкт-Питербург, 1997.

112. Махоткин А.Ф., Шамсутдинов A.M., Халитов Р.А. и др. Разработка системы очистки технологических газовых выбросов при концентрировании азотной и серной кислот. // Междунар. конф. «Воздух-98» г. Санкт-Питербург, 1997.

113. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования. Справочник. Т.2. Калуга: Издательство Н.Бочкаревой, 2002: 968 с.

114. Швыдкий B.C., Ладыгичев М.Г., Швыдкий Д.В. Теоретические основы очистки газов М.: Машиностроение-1, 2001. - 502 с.

115. Махоткин А.Ф., Останин Л.М., Хамидуллин Р.Н. Исследование вихревого пылеуловителя: Метод, указания. КГТУ, Казань, 2002. 28 с.

116. Юдашкин М.Я. Пылеулавливание и очистки газов в черной металлургии. Изд. 2-е, М.: Металлургия, 19841 320 с.

117. Справочник по пыле- и золоулавливанию. // Под общ. ред. Русанова А.А. М.: Энергия, 1975. 296 с.

118. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. / Под ред.чл.-корр. АН СССР П.Г.Романкова. 9-е изд., перераб. и доп. Л.: Химия, 1981. 560 с.

119. Тимонин А.С. Инженерно экологический справочник. Т. 2 Калуга: Издательство Н.Бочкоревой, 2003. 845 с.

120. Кравчук Януш, Пылеулавливание, тепло- и массообмен в аппаратах интенсивного действия, автореф. дисс. д.т.н. Ивановская гос. хим. технол. академия. М., 1997. 57 с.

121. Фридланд С.В., Стрельцова Н.Р., Ряписова Л.В. и др. Промышленная экология (основы инженерных расчетов). Учебное пособие. КГТУ, Казань, 2002. 156 с.