Экспериментальные исследования процесса обеспыливания воздуха рабочей зоны агрегата питания асфальтобетонного завода

В.И. Беспалов, Д.А. Протопопова

(Ростовский государственный строительный университет, Ростов-на-Дону)

Основной целью исследований являлось выявление зависимости эффективности пылеулавливания и очистки воздуха от пыли песка и щебня для условий эксплуатации агрегата питания асфальтобетонного завода (АБЗ) от аэродинамических параметров сдуво-всасывающего воздушного потока и гидродинамических параметров факела диспергированной жидкости.

Экспериментальные исследования процесса обеспыливания воздуха рабочей зоны агрегата питания АБЗ включали два этапа: предварительный и основной [1].

Основные положения методики проведения экспериментальных исследований заключались в следующем:

предварительно определяли основные свойства орошающей жидкости и пылевого материала;
дисперсный состав пыли исследовали методами ситового анализа и микроскопирования по стандартной методике с применением аппарата LPzEI для исследования гранулометрического состава, включающего стандартный набор сит, вибрационную систему и корпус с электрооборудованием, а также микроскопа МИН-8.
скоростные режимы воздушных потоков в открытых сечениях устройства обеспыливания воздуха, а также в его воздуховодах определяли давлением воздуха;
скорость воздуха в во входном сечении устройства и в его воздуховодах, а также при оценке санитарно-гигиенического состояния воздушной среды в рабочей зоне стенда измеряли электронным термоанемометром с диапазоном измерения скорости воздуха от 0 до 10 м/с и погрешностью ±(0,10,3) м/с.
количество и расположение точек в измерительном сечении определяли в соответствии с требованиями ГОСТ 12.3.018-79 ССБТ «Системы вентиляционные. Методы аэродинамических испытаний». Координаты расположения точек в измерительном сечении определяли при помощи рулетки в соответствии с требованиями ГОСТ 7502 «Рулетки измерительные металлические. Технические условия»
длину измерительного зонда анемометра выбирали, исходя из обеспечения доступа к точке замера в сечении воздуховода. В каждой точке измерения скорость измеряли дважды. Причем при разности между результатами измерений более 5% проводили дополнительные измерения.
измерения скорости выходящего воздушного потока в открытых сечениях воздухораспределительных (нагнетающих) насадок производили в плоскости выхода воздуха, а измерения скорости входящего воздушного потока в открытом сечении горловины устройства – в плоскости входного сечения канала. В качестве средней скорости воздушного потока принимали среднее арифметическое из значений измеренных скоростей.

В процессе экспериментальных исследований определяли также концентрацию пыли в воздухе рабочей зоны гравиметрическим методом при аспирационном способе отбора проб, заключающемся в измерении массы навески пыли, осевшей на поглотительный материал (фильтр) при прокачивании через него заданного объема запыленного воздуха. Отбор проб производят аспиратором модели 822. Массу навески пыли определяли с помощью весов WA-33 2-го класса точности.

Определение массового содержания пыли в воздухе основано на том, что объем воздуха пропускали чрез фильтрующий материал и находили массу этого материала до и после запыления.

При отборе проб для определения концентрации пыли в воздухе рабочей зоны применяли открытые аллонжи. Объем аспирируемого воздуха задавали 20 л/мин при времени отбора проб 1 мин, исходя из необходимости накопления на фильтре представительной навески пыли (не менее 2 мг).

Целью проведения предварительных экспериментов являлось определение основных физико-химических свойств различных видов орошающей жидкости, пылевого материала, а также расходных характеристик используемых оросителей.

В результате предварительных экспериментов установлено, что распределение частиц используемых видов пылевого материала по размерам подчиняется логарифмически нормальному закону. Содержание мелкодисперсных частиц (менее 10 мкм) для рассмотренных видов пылевого материала изменяется от 3 до 40%.

Также одной из целей предварительного этапа экспериментов являлось определение аэродинамических и гидродинамических характеристик предложенного устройства улавливания и очистки воздуха от пыли:

1) аэродинамические характеристики:

- варьируемые параметры: расход воздуха, создаваемый вентилятором во всасывающей и нагнетающей ветвях вентиляционной системы устройства;

- измеряемые параметры: полное аэродинамическое давление Рп (Па) в сечениях всасывающих и нагнетающих насадков;

- расчетные параметры: скорость воздушного потока Vв (м/с) в выбранных точках замеров; потери напора в системе Р (Па).

2) гидродинамические характеристики:

- варьируемые параметры: давление воды Нн, создаваемое насосом непосредственно перед оросителем; давление сжатого воздуха Нк, создаваемое компрессором непосредственно перед оросителем; угол наклона спутно расположенного оросителя к центральной оси устройства;

- измеряемые параметры: угол раскрытия факела орошения в активной зоне очистки (град), длина активной зоны факела орошения l (м).

Целью основного этапа экспериментальных исследований являлось определение значений результирующих параметров процессов улавливания и очистки – эффективности и затраченной на реализацию процессов энергии в соответствующих диапазонах изменения варьируемых параметров.

Основной этап экспериментальных исследований выполнен на стенде, смонтированном в лаборатории кафедры «Инженерная защита окружающей среды» ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный строительный университет». Стенд имитирует производственную обстановку в рабочей зоне агрегата питания АБЗ (рис. 1).

Так как наибольшими опасностью, степенью дисперсности и количеством частиц в воздухе рабочей зоны обладает пыль песка, то именно этот вид пыли применяется в экспериментальных исследованиях. Результирующей характеристикой процесса обеспыливания воздушной среды является его эффективность, которая, в конечном счете, определяется разностью концентраций пыли в воздухе рабочей зоны до и после реализации процесса. В экспериментальных исследованиях стремились задавать начальную концентрацию пыли в воздухе рабочей зоны, равную 100 мг/м3, что обеспечивало возможность сопоставления получаемых данных при адекватных начальных условиях.

В ходе основных экспериментальных исследований процесса обеспыливания воздуха варьировали и измеряли следующие величины в соответствующих диапазонах:

- давление жидкости перед оросителем Нн = 0,2 - 0,7 МПа;

- расход орошающей жидкости Qн = 0,110 - 0,450 кг/с;

- давление сжатого воздуха перед оросителем Нв = 0,25 - 0,8 МПа;

- расход сжатого воздуха Qв = 0,00001 - 0,00004 м3/с;

- среднюю скорость пылевоздушного потока в зоне факела орошения Vпт = 0,5 - 5,5 м/с;

- массу фильтров до и после измерения m(ф) = 80 - 200 мг,

Рис. 1. Экспериментальный стенд для исследования процесса и устройства пылеулавливания и очистки воздуха от пыли в рабочей зоне агрегата питания АБЗ

1 - подающий конвейер; 2 - бункер-дозатор; 3 - сферическая подошва; 4 – горловина; 5 - сферическая заслонка; 6 - всасывающий воздуховод; 7 - нагнетающий воздуховод; 8 - нагнетающие насадки; 9 – оросители; 10 - вентилятор-пылеотделитель; 11 – рабочая зона агрегата питания

при фиксированных:

- время работы электроаспиратора t* = 30 с;

- расходе воздуха через аспиратор Qва = 0,00017 м3/с.

По формуле (2) определяли:

- концентрацию пылевого аэрозоля в воздухе имитируемой рабочей зоны 11 оператора агрегата питания;

- концентрацию пылевого аэрозоля во всасывающем воздуховоде 6 перед вентилятором-пылеотделителем 10;

- концентрацию пылевого аэрозоля в нагнетающем воздуховоде 7 после вентилятора-пылеотделителя 10.

Рассчитываемые результирующие параметры:

- санитарно-гигиеническая эффективность улавливания пыли Еэф(у), %, определяемая по формуле:

(5)

где: Сн(рз) – концентрация пыли песка в воздухе имитируемой рабочей зоны 11 оператора агрегата питания без применения устройства пылеулавливания и очистки воздуха от пыли, мг/м3; Ск(рз) – концентрация пыли песка в воздухе имитируемой рабочей зоны 11 оператора агрегата питания при использовании устройства пылеулавливания и очистки воздуха от пыли, мг/м3;

- эффективность очистки Еэф(о), %, воздушного потока от пылевого аэрозоля, определяемая по формуле:

(6)

где: Сн(о) – концентрация пыли песка во всасывающем воздуховоде 6 перед вентилятором-пылеотделителем 10 при использовании устройства пылеулавливания и очистки воздуха от пыли, мг/м3; Ск(о) – концентрация пыли песка в нагнетающем воздуховоде 7 после вентилятора-пылеотделителя 10 при использовании устройства пылеулавливания и очистки воздуха от пыли, мг/м3 ;

- затраченная на реализацию процесса улавливания энергия N(у), Вт, определяемая по формуле:

(7)

где: Рпт – полное давление воздушного потока во всасывающем сечении сферической подошвы 3 устройства, кг/м2; Qпт - расход воздуха во всасывающем сечении сферической подошвы 3 устройства, м3/с.

- затраченная на реализацию процесса очистки энергия N(о), Вт, определяемая по формуле:

(8)

где: Нн – давление орошающей жидкости перед оросителями 9 устройства, Па; Qн – суммарный расход орошающей жидкости, кг/с; Нк – давление сжатого воздуха перед оросителями 9 устройства, Па; Qк – суммарный расход сжатого воздуха на оросители, м3/с.

Метрологическая проработка использованных в экспериментальных исследованиях приборов и статистическая обработка результатов предварительных экспериментов показали, что максимальная погрешность измерений концентрации пыли в воздухе используемыми приборами составляет ±10,5% при доверительной вероятности p = 0,95.

Таким образом, полученные нами результаты экспериментальных исследований позволили определить регрессионные зависимости эффективности для процессов улавливания и очистки воздуха, которые использованы для сопоставления полученных теоретических и экспериментальных данных. Такое сопоставление выполнено графическим способом с учетом погрешности проведенных измерений.

Литература:

В.И. Беспалов, Д.А. Протопопова. Анализ методических подходов к выбору обеспыливающего оборудования при эксплуатации агрегата питания асфальтобетонного завода // Инженерный вестник Дона», 2012 Ростов н/Д. URL: http://www.ivdon.ru/magazine/latest/n1y2012/622/