Повышение эффективности систем защиты окружающей среды от загрязнения пылевыми выбросами в производстве силикатного кирпича тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.16, кандидат технических наук Недре, Андрей Юрьевич

• Недре, Андрей Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Недре, Андрей Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЙ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Анализ технологического процесса производства силикатного кирпича, как источника выброса пыли в рабочую зону и атмосферу.

1.2. Анализ опыта эксплуатации пылеулавливающего оборудования в системах аспирации на предприятиях строительной индустрии

1.3. Анализ существующих методов расчета рассеивания выбросов в приземном слое атмосферы.

1.4. Особенности расчета рассеивания выбросов в атмосферу загрязняющих веществ от источников предприятий строительной индустрии.

1.5. Обоснование выбора направлений исследований.

1.6. Выводы по первой главе.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ

СВОЙСТВ ПЫЛИ, ОБРАЗУЮЩЕЙСЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ

СИЛИКАТНОГО КИРПИЧА.

2.1. Исследование дисперсного состава пыли производства силикатного кирпича.

2.2. Морфологический анализ и определение фактора формы частиц

2.3. Определение плотности пылей.

2.4. Определение углов естественного откоса.

2.5. Определение пылящей способности пылей.

2.6. Выводы по второй главе.

ГЛАВА 3. ОБОСНОВАНИЕ ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА F ПРИ

РАСЧЕТЕ РАССЕИВАНИЯ ПЫЛИ КИРПИЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА В АТМОСФЕРЕ.

3.1. Исследование зависимости скорости оседания частиц пыли от размера и формы.

3.2. Определение времени оседания частицы пыли.

3.3. Определение коэффициента F при расчёте рассеивания в атмосфере пыли от источников производства силикатного кирпича.

3.4. Определение удельных пылевых выбросов от основного технологического оборудования в производстве силикатного кирпича.

3.5. Выводы по третьей главе.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА СХЕМ КОМПОНОВКИ И

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ УСТАНОВОК ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ С ВИХРЕВЫМИ АППАРАТАМИ И РАЗДЕЛИТЕЛЯМИ-КОНЦЕНТРАТОРАМИ ДЛЯ СИСТЕМ ЛОКАЛИЗУЮЩЕЙ ВЕНТИЛЯЦИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ СИЛИКАТНОГО КИРПИЧА.

4.1. Разработка схем компоновки установок обеспыливания.

4.2. Экспериментальные исследования по оценке эффективности установки пылеулавливания с вихревыми аппаратами и разделителем-концентратором.

4.2.1. Экспериментальная установка и методика проведения экспериментальных замеров.

4.2.2. Анализ результатов экспериментальных исследований.

4.3 Выводы по четвертой главе.

ГЛАВА 5 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

5.1. Основные положения методики расчета распространения в атмосфере частиц пыли кирпичного производства.

5.2. Внедрение схем компоновки многоступенчатых систем пылеулавливания с вихревыми аппаратами и разделителями-концентраторами

5.3. Эколого-экономическая эффективность внедрения результатов исследований.

5.4. Выводы по пятой главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности систем защиты окружающей среды от загрязнения пылевыми выбросами в производстве силикатного кирпича»

Актуальность проблемы. Большинство технологических процессов на предприятиях, производящих строительные конструкции и изделия (в том числе силикатный кирпич), связаны с получением, обработкой и транспортированием порошкообразных материалов. Это обусловливает присутствие большого количества пылевидных загрязняющих веществ в поступающих в атмосферу выбросов от источников предприятий отрасли.

В сложившейся практике проектирования при расчетах максимальной приземной концентрации загрязнений и установлении нормативов предельно допустимых выбросов используется безразмерный коэффициент F, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе. Значение этого коэффициента в соответствии с применяемыми в настоящее время методиками принимается, в основном, в зависимости от эффективности систем пылеулавливания. Однако при этом не учитываются свойства выделяющейся пыли, характерные не только для различных производств, но и для отдельных этапов технологического процесса.

В результате, как показывают результаты проведенных многочисленных замеров, в большинстве случаев концентрации загрязняющих веществ на границе санитарно-защитной зоны превышают ПДК даже при соблюдении предприятием нормативов ПДВ, определенных по действующим методикам.

Таким образом, актуальными являются исследования, направленные на совершенствование подходов к определению значений одного из коэффициентов, характеризующих условия распространения загрязнителей в атмосфере, применительно к пыли, образующейся при производстве силикатного кирпича.

С другой стороны, как показывает опыт эксплуатации, применяемые в настоящее время установки пылеулавливания в системах локализующей вентиляции на предприятиях отрасли не обеспечивают достаточной степени очистки выбросов, что приводит к превышению нормативов ПДК не только на территории предприятия, но и в жилых застройках. Поэтому, в связи с увеличением объемов выпуска силикатного кирпича, обусловленного возрастанием темпов строительства, также актуальными являются исследования, направленные на совершенствование систем обеспыливания на предприятиях отрасли.

Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ ГОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.

Цель работы — снижение негативного воздействия на окружающую среду пылевых выбросов от источников предприятий по производству силикатного кирпича посредством совершенствования методики прогнозирования уровня загрязнения атмосферы и повышения эффективности пылеулавливающих установок в системах локализующей вентиляции.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- анализ технологического оборудования в производстве силикатного кирпича как источника выделения пыли в атмосферу;

- исследование дисперсного состава и обобщение данных об основных свойствах пыли выделяющейся в процессе производства силикатного кирпича; исследование аэродинамических свойств пылевых частиц, поступающих в системы вентиляции и обеспыливания и в атмосферу от основных источников загрязнения в производстве силикатного кирпича;

- проведение исследований по определению значений удельных выбросов пыли от основного технологического оборудования в производстве силикатного кирпича;

- разработка компоновочных схем систем обеспыливающей вентиляции с использованием вихревых пылеуловителей и разделителей-концентраторов; экспериментальная оценка эффективности пылеулавливающей установки с вихревыми аппаратами и разделителями-концентраторами в системе локализующей вентиляции.

Основная идея работы состоит в: совершенствовании подходов к прогнозированию уровня загрязнения атмосферы пылевыми выбросами предприятий по производству силикатного кирпича на основе результатов исследований аэродинамических характеристик пыли, характерной для рассматриваемого производства, и по определению удельных выбросов; использовании в компоновке пылеулавливающей установки вихревых аппаратов и разделителей-концентраторов.

Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, лабораторные и опытно-промышленные исследования, обработку экспериментальных данных методами математической статистики и корреляционного анализа с применением ПЭВМ и сертифицированных программ.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений теоретического анализа, планированием необходимого объема экспериментов, подтверждена удовлетворяющей требуемым критериям сходимостью полученных результатов экспериментальных исследований, выполненных в лабораторных и опытно-промышленных условиях, с результатами других авторов.

Научная новизна работы состоит в том, что:

- по результатам численных экспериментов получены зависимости, характеризующие скорость оседания частиц пыли, образующейся при производстве силикатного кирпича с учетом размеров, формы и плотности;

- посредством статистического анализа экспериментальных данных натурных исследований установлены корреляционные зависимости, определяющие значения безразмерного коэффициента F, учитывающего скорость гравитационного оседания пылевых частиц пыли производства силикатного кирпича в атмосферном воздухе на подстилающую поверхность при расчете максимальной концентрации вредных веществ, с учетом дисперсного состава выброса и скорости оседания частиц;

- получены аналитические зависимости, позволяющие оценить массу частиц определенного диаметра в пределах установленной границы;

- установлена экспериментальная зависимость, характеризующая эффективность установки обеспыливания в системе локализующей вентиляции, скомпонованной по предложенной схеме;

- определены и систематизированы данные об основных физико-химических свойствах пыли, образующейся при производстве силикатного кирпича.

Практическое значение работы:

- определены удельные выбросы пыли от основного технологического оборудования в производстве силикатного кирпича;

- определены значения безразмерного коэффициента F, учитывающего скорость гравитационного оседания пылевых частиц пыли производства силикатного кирпича в атмосферном воздухе на подстилающую поверхность при расчете максимальной концентрации вредных веществ, с учетом дисперсного состава выброса и скорости оседания частиц; по результатам проведенных исследований предложена система формул, позволяющих при расчете рассеивания выбросов пыли от источников производства силикатного кирпича оценить вклад предприятия в уровень загрязнения атмосферы; разработана и внедрена компоновочная схема установки обеспыливания с применением вихревых пылеуловителей и разделителя-концентратора.

Реализация результатов работы:

- результаты исследований по уточнению значений коэффициента F и по определению удельных пылевых выбросов использованы ООО "ПТБ ПСО Волгоградгражданстрой" при разработке проектов нормативов ПДВ для предприятий строительной отрасли;

- рекомендации по проектированию систем локализующей вентиляции с установками пылеулавливания, скомпонованными по разработанной схеме, использованы ООО "Волгоградский НИИ ПКВ" при разработке проектной документации для предприятий отрасли;

- проведена реконструкция установки обеспыливания выбросов в системе локализующей вентиляции на ОАО «Михайловский завод силикатных изделий» (Волгоградская область); материалы диссертационной работы использованы кафедрой отопления, вентиляции и экологической безопасности, кафедрой безопасности жизнедеятельности в техносфере ГОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета при подготовке инженеров по специальности "Теплогазоснабжение и вентиляция", инженеров и бакалавров по специальности "Инженерная защита окружающей среды".

На защиту выносятся:

- полученные по результатам численных экспериментов зависимости, характеризующие скорость оседания частиц пыли, образующейся при производстве силикатного кирпича с учетом размеров, формы и плотности;

- полученные посредством статистического анализа экспериментальных данных натурных исследований корреляционные зависимости, определяющие значения безразмерного коэффициента F, учитывающего скорость гравитационного оседания пылевых частиц пыли производства силикатного кирпича в атмосферном воздухе на подстилающую поверхность при расчете максимальной концентрации вредных веществ, с учетом дисперсного состава выброса и скорости оседания частиц;

- аналитические зависимости, позволяющие оценить массу частиц определенного диаметра в пределах установленной границы;

- экспериментальная зависимость, характеризующая эффективность установки обеспыливания в системе локализующей вентиляции, скомпонованной по предложенной схеме; данные об основных физико-химических свойствах пыли, образующейся при производстве силикатного кирпича.

Апробация. Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на: Международной научно-практической конференции «Экономика, экология и общество России в 21-м столетии» (Санкт-Петербург, 2005 г.); Международной научно-технической конференции «Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов» (Волгоград, 2005 г.); конференции молодых инженеров-экологов «Проблемы охраны производственной и окружающей среды» (Волгоград, 2005 г.); ежегодных научно-технических конференциях ГОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета, (Волгоград, 2003-2006 г.).

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 8 работах, в том числе в 2 статьях, опубликованной в изданиях, рекомендуемых ВАК России, и 3 патентах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы 127 страниц, в том числе: 121 страница — основной текст, содержащий 14 таблиц на 19 страницах, 14 рисунков на 12 страницах;

Заключение диссертации по теме «Экология», Недре, Андрей Юрьевич

5.4 Выводы по пятой главе

1. По результатам проведенных исследований предложены формулы, позволяющие при расчете рассеивания выбросов пыли от источников производства силикатного кирпича оценить массу частиц пыли определенного диаметра, осевших в пределах установленной границы.

2. При реконструкции системы аспирации, обслуживающей сушильный барабан, на ОАО "Михайловский завод силикатных изделий" внедрена установка пылеулавливания с аппаратами ВЗП и разделителями-концентраторами, эффективность которой составила 87,5 %, что обеспечило снижение пылевых выбросов в атмосферу с 2,15 г/с до 0,49 г/с и, соответственно, валового выброса — с 66,96 т/год до 14,476 т/год.

3. Определен ожидаемый эколого-экономический эффект, составивший 195 700 руб./год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение важной и актуальной задачи по повышению эффективности систем защиты окружающей среды от загрязнения пылевыми выбросами в производстве силикатного кирпича.

По результатам выполненных теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие основные выводы.

1. По результатам численных экспериментов получены зависимости, характеризующие скорость оседания частиц пыли, образующейся при производстве силикатного кирпича с учетом размеров, формы и плотности.

2. Посредством статистического анализа экспериментальных данных натурных исследований установлены корреляционные зависимости, определяющие значения безразмерного коэффициента F, учитывающего скорость гравитационного оседания пылевых частиц пыли производства силикатного кирпича в атмосферном воздухе на подстилающую поверхность при расчете максимальной концентрации вредных веществ, с учетом дисперсного состава выброса и скорости оседания частиц.

3. Получены аналитические зависимости, позволяющие оценить массу частиц определенного диаметра в пределах установленной границы.

4. Получена экспериментальная зависимость, характеризующая эффективность установки пылеулавливания в системе аспирации с учетом режимных параметров ее работы. Установлено, что при изменении отношения расхода воздуха, отсасываемого из бункерной зоны первого аппарата ВЗП, к общему, подаваемому на очистку, в пределах от 0,22 до 0,26 достигается максимальное значение эффективности пылеулавливания. Выявлено, что изменение отношения расхода воздуха, подаваемого на нижний ввод первого пылеуловителя ВЗП, к общему, подаваемому на очистку, в пределах от 0,29 до 0,36 обеспечивает повышение степени очистки. Установлено, что при изменении отношения расхода воздуха, подаваемого на нижний ввод первого пылеуловителя ВЗП, к расходу, проходящему через разделитель-концентратор, от 0,3 до 0,4 увеличивается эффективность системы.

5. Исследованы и обобщены основные физико-химические свойства пыли кирпичного производства, необходимые для решения вопросов по совершенствованию систем пылеулавливания. Проведённые исследования показали, что пыль, образующаяся при производстве силикатного кирпича, является полидисперсной, распределение частиц пыли по размерам -кусочное логарифмически-нормальное. Полученные результаты показали, что исследуемая пыль состоит в основном из частиц мелких фракций с размерами до 50 мкм, основная доля массы приходится на частицы, имеющие размеры 20-30 мкм.

6. Определены удельные выбросы пыли от основного технологического оборудования в производстве силикатного кирпича.

7. Определены значения безразмерного коэффициента F, учитывающего скорость гравитационного оседания пылевых частиц пыли производства силикатного кирпича в атмосферном воздухе на подстилающую поверхность при расчете максимальной концентрации вредных веществ, с учетом дисперсного состава выброса и скорости оседания частиц.

8. Предложена система формул, позволяющих при расчете рассеивания выбросов пыли от источников производства силикатного кирпича оценить вклад предприятия в уровень загрязнения атмосферы.

9. Разработана и внедрена компоновочная схема установки обеспыливания с применением вихревых пылеуловителей и разделителя-концентратора, эффективность которой составила 87,5 %, что обеспечило снижение пылевых выбросов в атмосферу с 2,15 г/с до 0,49 г/с и, соответственно, валового выброса - с 66,96 т/год до 14,476 т/год. Ожидаемый эколого-экономический эффект составляет 195 700 руб./год.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Недре, Андрей Юрьевич, 2009 год

1. Адлер, Ю. П. Планирование эксперимента / Ю. П. Адлер и др. ; отв. ред. Г. К. Круг ; МЭИ. М. : Наука, 1966.

2. Азаров В.Н., Волынцева JI.H., Сергина Н.М., Юркьян О.В., Донченко Б.Т., Мартьянов В.Н. Пылеуловители со встречными закрученными потоками / Под. ред. В.Н. Азарова. Волгоград, ООО "Ассоциация Волгоградэкотехзерно", 1999 - (Обзор изобретений). - 48 е.: ил.

3. Азаров В.Н., Ковалева А.В., Сергина Н.М. Дисперсный анализ методом микроскопии с применением ПЭВМ // Междунар. науч.-практ. конф. "Экологическая безопасность и экономика городских и теплоэнергетических комплексов". Волгоград, 1999. - с. 76.

4. Азаров, В. Н. Дисперсный состав пыли как случайная функция / В. Н. Азаров и др. // Объединенный науч. журн. 2003. -N 6. - С. 62-64.

5. Азаров, В. Н. Методика микроскопического анализа дисперсного состава пыли с применением ПК / В. Н. Азаров, Н. М. Сергина ; Волгогр. гос. арх.-строит. акад. Волгоград, 2002. - 9 с. : ил. - Деп. в ВИНИТИ 15.07.2002, № 1333.

6. Азаров, В. Н. О концентрации и дисперсном составе пыли в воздухе рабочих и обслуживаемых зон предприятий стройиндустрии / В. Н. Азаров // Качество внутр. воздуха и окружающей среды : междунар конф. Волгоград. - 2003. - С. 1-7.

7. Азаров, В. Н. Пылеуловители со встречными закрученными потоками. Опыт внедрения / В.Н. Азаров, Волгоград, 2003.

8. Азаров, В. Н. Системы пылеулавливания с инерционными аппаратами в производстве строительных материалов / В. Н. Азаров, Н. М. Сергина // Строит, материалы. 2003. -N 8. - С. 14-15.

9. Азаров, В.Н. Методика микроскопического анализа дисперсного состава пыли с применением персонального компьютера (ПК) / В.Н.

10. Азаров, В.Ю. Юркъян, Н.М. Сергина, А.В. Ковалева // Законодательная и прикладная метрология. 2004 - №1 - С. 46-48.

11. Ахназарова C.JI. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии: Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Учеб. пособие / 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1985. - 327с.: ил.

12. Базовые нормативы платы за выбросы (сбросы) загрязняющих веществ в окружающую природную среду и размещение отходов.: Утв. Мин. охраны окр. среды и природных ресурсов РФ. М., 27.11.99г.

13. Балакин В.В. Методика расчёта полей концентрации загрязняющих веществ вдоль автомобильных дорог / Волгогр. гос. архит. строит, акад. - Волгоград, 1998. - 9 с.

14. Балтеренас, П. С. Обеспыливание воздуха на предприятиях строительных материалов / П. С. Балтеренас. М. : Стойиздат, 1990.

15. Банит, Ф. Г. Пылеулавливание и очистка газов в промышленности строительных материалов / Ф. Г. Банит, А. Д. Мальгин. М. : Стройиздат, 1979.

16. Барский, М. Д. Фракционирование порошков / М. Д. Барский. М. : Недра, 1980.

17. Батурин, В.В. Основы промышленной вентиляции /В.В. Батурин. М. : Профиздат, 1990.

18. Берлянд М.Е. "Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы" Ленинград: Гидрометеоиздат, 1975г.-с. 448.

19. Берлянд М.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы.-Л.:Гидрометеоиздат,1985.-272 с.

20. Бессараб О.И. Закономерности распростронения пылегазовоздушной смеси (частиц пыли) в атмосфере / Бессараб О.И., Кабаева И.В. // Проблемы охраны производственной и окружающей среды: сб. науч. тр. / ВолгГАСА.- Волгоград, 2001. с. 187 - 189.

21. Бобровников, Н. А. Охрана воздушной среды от пыли на предприятиях строительной индустрии / Н. А. Бобровников. М.: Стройиздат, 1981.

22. Боглаев В.И. О повышении эффективности систем пылеулавливания на предприятиях по производству строительных материалов Текст. / А.В. Баев, В.И. Боглаев, В.И., Россошанский М.В. Тетерев // Проблемы региональной экологии —№ 4 2006 . - С. 73-76.

23. Богуславский, Е. И. Теория и расчет эффективности технических средств обеспыливания и разработка на их основе конструкций с вихревым режимом работы : автореф. дис. . д-ра техн. наук 6 05.17.08 / Е. И. Богуславский. Ростов н/Д, 1991.

24. Боженов П.И. Технология автоклавных материалов. С.-П., 1978.31.34