Разработка и исследование мокрого однозонного электрофильтра для очистки рециркуляционного воздуха животноводческих помещений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.02, кандидат технических наук Андреев, Леонид Николаевич

• Андреев, Леонид Николаевич
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Андреев, Леонид Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗА ДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Г. 1 Проблема очистки и обеззараживания воздуха в промышленном животноводстве.

1.2 Требования к системам очистки рециркуляционного воздуха.

1.3 Анализ существующих аппаратов очистки рециркуляционного воздуха.

1.4 Анализ процессов очистки в однозонном электрофильтре.

1.4.1. Электрическая очистка воздуха.

1.4.2. Коронный разряд и процессы, происходящие в воздушной среде под действием разряда.

1.4.3 Очистка воздуха от вредных газовых составляющих.

1.5 Выводы и задачи исследования.

1.5.1 Выводы из анализа состояния вопроса.

1.5.2 Постановка задач исследования.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ К РАСЧЁТУ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ МОКРОГО ОДНОЗОННОГО ЭЛЕКТРОФИЛЬТРА.

2.1 Мокрый однозонный электрофильтр.

2.2 К методике определения эффективности систем очистки воздуха от микроорганизмов.

2.3 К методике определения эффективности систем очистки воздуха от вредных газов.

2.4 К выбору основных параметров осадительных электродов мокрого однозонного электрофильтра.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование мокрого однозонного электрофильтра для очистки рециркуляционного воздуха животноводческих помещений»

Актуальность исследования.

Несмотря на значительные трудности и проблемы, с которыми сталкивается мясное животноводство России, отрасль по-прежнему сохраняет значительный потенциал для роста и интенсивного развития. При этом основными направлениями развития должны стать те отрасли, которые обеспечивают наибольшую рентабельность капиталовложений и производственной деятельности в условиях высокой востребованности рынком их продукции [1,2].

Современные технологии мясного животноводства индустриального типа позволяют в короткие сроки не только количественно увеличить объемы отечественного производства мяса, но и снизить его себестоимость. В условиях более низких, чем в зарубежных странах, стоимости кормов, энергоносителей и уровня заработной платы, продукция отечественного мясного животноводства сможет обладать не только абсолютной конкурентоспособностью по сравнению с импортом, но и также и потенциалом для экспорта в зарубежные страны [3, 4, 5, 6, 7].

Таким образом, развитие мясного животноводства является естественным, объективно обусловленным, экономически и социально выгодным и наиболее перспективным направлением возрождения мясного комплекса России.

Основной задачей данной отрасли является обеспечение продовольственной безопасности страны, ориентиры для осуществления которой обозначены утверждённой приказом Министра сельского хозяйства от 6 ноября 2008 г. № 494 отраслевой целевой программой «Развитие мясного скотоводства России на 2009 - 2012 годы», разработанной в целях реализации Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008 - 2012 годы, утверждённой приказом Правительством РФ № 446 от 14 июля 2007 г [8].

В-современном промышленном мясном животноводстве одной из нерешенных проблем остается создание оптимальных условий содержания животных. При высокой концентрации поголовья на единицу площади состояние и состав воздуха ухудшаются. В результате увеличивается падёж, снижается прирост массы и сохранность животных, возрастает риск распространения аэрогенных инфекций. В процессе жизнедеятельности животных в замкнутом помещении воздух загрязняется аммиаком, сероводородом, углекислым* газом, органическими соединениями и пылью.

Нормируемый воздухообмен, обеспечивающий снижение концентраций' вышеперечисленных компонентов до ПДК, в животноводческих помещениях осуществляется с помощью механической принудительной приточно-вытяжной системы вентиляции.

Также необходимо учитывать, что животноводческая отрасль является довольно энергоёмкой: в структуре себестоимости свинины и продукции птицеводства затраты на энергоресурсы составляют 10 - 15% и 7 - 9% при производстве молока. В свою очередь основная часть энергии, около 50 %, расходуется на поддержание нормируемого микроклимата [9].

В переходный и холодный периоды года нагнетаемый в животноводческие помещения воздух необходимо подогревать. На данные цели тратится 6080 % всей тепловой энергии, расходуемой на комплексах. В то же время из помещений помимо вредных веществ с вентиляционным воздухом в атмосферу выбрасывается значительное количество теплоты. Если учесть, что отопительный сезон на большей части территории России длится шесть - девять месяцев, то важность проблемы обогрева животноводческих помещений становится очевидной.

Основные теплопотери в животноводческих помещениях - это теплопо-тери на воздухообмен. В животноводстве они составляют около 90 % от общих теплопотерь зданий.

Таким образом в,условиях интенсивного развития промышленного животноводства важной инженерной задачей является создание таких вентиляци-онно - отопительных систем (ВОС), которые бы обеспечивали необходимые зоогигиенические условия содержания животных в сочетании с комплексом научных и практических мероприятий, снижающих энергозатраты на создание микроклимата.

Одним из наиболее перспективных способов повышения экономичности ВОС является утилизация теплоты, удаляемой из помещения с вентиляционным воздухом. Непосредственное применение теплообменников для утилизации теплоты животноводческих помещений без очистки воздуха затруднительно по причине забивания их пылью и снижения теплотехнических характеристик.

Одним из способов утилизации теплоты животноводческого помещения является рециркуляция воздуха. Однако при этом происходит накопление пыли, микроорганизмов и вредных газов в воздушной среде помещения, а также влаги и углекислого газа. Таким образом, необходимо применять схему частичной рециркуляции воздуха с его очисткой от вышеперечисленных компонентов. Причём частичная схема подразумевает по собой непрерывное удаление некоторого объёма внутреннего воздуха с целью удаления излишнего углекислого газа и влаги и подмес свежего очищенного воздуха к рециркуляционному для обогащения последнего кислородом.

Работа выполнена в соответствии с общероссийской федеральной программой: «Энергоэффективная экономика» раздел "Энергоэффективность в сельском хозяйстве" (постановление Правительства РФ от 17 ноября 2001 г. № 796), Приказом Минсельхоза РФ от 25 июня 2007 г. № 342 "О концепции развития аграрной науки и научного обеспечения АПК России до 2025 года" и «Государственной программой развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008 -2012 годы» утверждённой постановлением Правительства Российской Федерации от 14 июля 2007 г. № 446.

Цель исследования: повышение эффективности очистки рециркуляционного воздуха с помощью электрофильтра от пыли, микроорганизмов и вредных газов за счёт использования абсорбирующего свойства жидкости.

Для достижения данной цели*были сформулированы следующие задачи исследования.

Задачи исследования:

1. Выполнить теоретический анализ процессов очистки и обеззараживания рециркуляционного воздуха животноводческих помещений-в мокром однозонном электрофильтре.

2. Разработать методику расчётов основных параметров мокрого одно-зонного электрофильтра.

3. Исследовать основные технические характеристики мокрого однозон-ного электрофильтра в лабораторных условиях.

4. Исследовать основные технические характеристики мокрого однозон-ного электрофильтра в производственных условиях.

5. Исследовать влияние мокрого однозонного электрофильтра на основные производственные показатели в животноводстве.

Объект исследования: процессы очистки и обеззараживания рециркуляционного воздуха животноводческих помещений с помощью мокрого однозонного электрофильтра.

Предмет исследования: закономерности процессов очистки и обеззараживания рециркуляционного воздуха в мокром однозонном электрофильтре, связь параметров мокрого однозонного электрофильтра с его выходными показателями.

Методологическая и теоретическая основа исследования: в основу данной работы легли труды, внёсшие неоценимый вклад в развитие науки об электроочистке и электрообеззараживании воздуха, таких учёных как Возмилов А.Г., Файн В.Б., Изаков Ф.Я., Кирпичникова И.М., Иванова С.А., Звездакова О.В., Дель М.В., Байдукин Ю. А., Першин А. Ф. и др.

Достоверность полученных результатов: достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается использованием: известных теоретических положений и апробированных экспериментальных методов исследований; математической модели, дифференциальных и алгебраических уравнений, составленных на ее основе и их решения.

Научная новизна:

Получены»аналитические зависимости определения эффективности систем очистки воздуха от микроорганизмов и вредных газовых составляющих.

Разработана методика расчета основных параметров мокрого однозонно-го электрофильтра.

Результаты комплексных испытаний мокрого электрофильтра в лабораторных условиях

Результаты комплексных испытаний мокрого электрофильтра в производственных условиях.

В результате проделанной работы доказана практическая целесообразность и экономическая эффективность очистки рециркуляционного воздуха мокрым однозонным электрофильтром в помещениях для содержания животных.

Система электрофильтрации воздуха помещений для содержания животных на основе мокрого однозонного электрофильтра прошла производственную проверку на свинокомплексе ООО «Совхоз Каштак» и Красногорском свинокомплексе.

Апробация работы: результаты исследований докладывались, обсуждались и получили одобрение на ежегодных научных конференциях ЧГАУ (Челябинск, 2007-2010 гг.), на расширенном заседании кафедры «Энергообеспечение сельского хозяйства» ТГСХА (30. 06. 2010).

Публикации: основное содержание диссертации опубликовано в восьми научных статьях, четыре из которых в изданиях, рекомендуемых ВАК. Получено три патента РФ: два на изобретение и один на полезную модель.

Структура и объем диссертации: диссертация состоит из введения; пяти глав, основных выводов, списка литературы (из 63 наименований), 6 приложений и содержит 103 страницы основного текста, в т. ч. 32 рисунка и 6 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве», Андреев, Леонид Николаевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Проблему очистки воздушной среды животноводческого помещения от пыли, микроорганизмов и вредных газов,, решаемую в» настоящее время-с помощью прямоточной вентиляции, наиболее целесообразно решать с помощью рециркуляции воздуха с одновременной его очисткой от выше перечисленных компонентов. Наиболее перспективным способом очистки рециркуляционного воздуха является использование электрофильтров. Практический интерес представляет повышение эффективности электрофильтра по очистке рециркуляционного воздуха от пыли, микроорганизмов и вредных газов за счёт использования абсорбирующего свойства жидкости.

2. В результате теоретических расчётов усовершенствована методика определения степени очистки воздуха от микроорганизмов, которая позволяет избежать погрешностей, связанных с неточностями при: определении коэффициента К, связывающего степень очистки воздуха от пыли и степень очистки от микроорганизмов, определении предельных размеров пылевых частиц, для которых должно браться значение эффективности, привязке величины коэффициента к размеру аэрозоля, снятии данных с графика связи микробной загрязненности воздуха и числа аэрозольных частиц, переводе данных в несвойственную для нашей страны систему единиц (футы).

3. Получено аналитическое выражение для определения эффективности очистки воздуха в мокром электрофильтре от вреднодействующих газов, позволяющая повысить точность расчётов при проектировании мокрых од-нозонных электрофильтров.

4. Получены аналитические выражения позволяющие определять основные конструктивные и технологические параметры мокрого однозонного электрофильтра, такие как радиус осадительного электрода и скорость вращения осадительных электродов.

5. В результате комплексных лабораторных испытаний опытного образца мокрого электрофильтра получены и проанализированы вольт-амперная и озонотоковая характеристики, а также зависимости эффективности очистки воздуха от мощности коронного разряда и скорости воздушного потока.

6. Производственные испытания в свинокомплексе ООО «Совхоз Каштак» показали, что при очистке рециркуляционного воздуха с помощью мокрого однозонного электрофильтра эффективность очистки от пыли достигает 97,3 %, от микроорганизмов - 70 %, от вредных газов — 83,8 %. Производственные испытания в Красногорском свинокомплексе показали, что при использовании мокрого однозонного электрофильтра в системе очистки рециркуляционного воздуха, происходит уменьшение падежа поросят-отъёмышей на 52 %, рост среднесуточного прироста массы на 16,4 %, увеличение удельного съёма продукции с одного квадратного метра на 11 % и рост сохранности поросят-отъёмышей — на 8,4 %.

7. Экономическая эффективность от внедрения системы чистки рециркуляционного воздуха в помещении для содержания поросят-отъемышей составила 78,8 тыс. руб (в ценах на 2008 г.). Срок окупаемости капитальных вложений составляет Т ~ 0,75 года.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Андреев, Леонид Николаевич, 2010 год

1. Государственная программа развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008 2012 гг. Утверждена Правительством РФ от 14 июля 2007 г. № 446

2. Mukhtar, S., A. Mutlu. С. Parnell, R. Lacey. 2009. Seasonal Ammonia Emissions From A Free Stall Dairy in Texas. Journal of the Air and Waste Management Association.

3. Mukhtar, S., A. Mutlu. C. Parnell, R. Lacey. 2009. Seasonal Ammonia Emissions From A Free Stall Dairy in Texas. Journal of the Air and Waste Management Association.

4. Liang, Y., H. Xin, H. Li, R. S. Gates, E. F. Wheeler, and K. D. Casey. 2006. Effects of measurement intervals on estimation of ammonia emissions from layer houses. Trans. ASAE. Vol. 49(1): 183-186.

5. Собрание законодательства Российской Федерации, 2007, № 31, ст. 4080

6. Агропортал. Новости агропромышленного комплекса России. Август 31st, 2008 в Научные публикации. Метки: Животноводство.http:// agroportal.su

7. Зоогигиенические нормативы для- животноводческих объектов. Справочник. Г.К.Волков, В.М.Репин,' В.И. Большаков, и др./ Под ред. Г.К.Волкова.- М.: Агропромиздат, 1986.- 303 с.

8. Научные основы электрификации и построения машинных технологий птицеводства. Славин P.M. Машинные технологии производства яиц и мяса птицы.- М.: ВИЭСХ, 1984.- с.14.,.29.

9. Юрков О.И. Тепло и массообменные процессы в теплообменнике животноводческих помещений. Водоснабжение и сантехника. -1972. - 7. -С.

10. Карпис Е.Е. Энергосбережение в системах кондиционирования воздуха.- М.: Стройиздат, 1986. 269 с.

11. Методические рекомендации по применению и исследованию средств очистки и дезинфекции вентиляционного воздуха животноводческих и птицеводческих помещений. М: ВИЭСХ, 1982. - 39 с.

12. Вестник УКЦ АПИК № 53 Воздушные фильтры и их классификация.

13. Пирумов А.И. Обеспыливание воздуха. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Строиздат, 198 Г. - 296 с.

14. Справочник по пыле- и золоулавливанию /М.И.Биргер, А.Юг Вальд-берг, Б.И.Мягков и др.; /Под общ.ред. А.А.Русанова. 2-е изд., перераб. и*доп. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 312 с.

15. Чистые помещения / Под. ред. А. Е. Федотова. М.: АСИНКОМ. 2003. -576 с.

16. ГОСТ 30528-97. Системы вентиляционные. Фильтры воздушные. Типы и основные параметры. Дата введения 2002—01—01.

17. ГОСТ Р 51251-99. Фильтры очистки воздуха. Классификация, маркировка. Дата введения 2000—01—01.

18. Страус В. Промышленная очистка газов./Пер. с англ. М.: Химия, 1961. -616 с.

19. Ужов В.Н., Мягков Б.И. Очистка промышленных газов фильтрами. -М.: Химия, 1970.

20. Дымовые электрофильтры. /В. И. Левитов, И.К. Решидов, В.М. Тка-ченко и др.; /Под общ.ред. В.И. Левитова. М.: Энергия, I960. - 446 с

21. Возмилов А.Г. Электроочистка и электрообеззараживание воздуха в промышленном животноводстве и птицеводстве: Дис. . .д-ра техн. наук: 05.20.02 / ЧИМЭСХ.- Челябинск, 1993.- 337 с.

22. Басов A.M., Возмилов А.Г. Фильтрация вентиляционного воздуха в промышленном птицеводстве. Научн. отчет по теме НИС 512. № гос. per. 79032741, Инв. № 849858., ЧИМЭСХ. - Челябинск, 1980. - 51 с.

23. Жебровский С.П. Электрофильтры. М., Госэнергоиздат. 1950 - 256 с.

24. Ужов В.Н. Очистка промышленных газов электрофильтрами.- М.: Химия, 1967.

25. Мик Дж., Крэгс Дж. Электрический пробой в газах.- М.: Иностранная литература, I960.- 606 с.

26. Верещагин И.П. и др. Основы электрогазодинамики дисперсных систем.- М.: Энергия, 1974. 480 с.

27. Мирзабекян Г.З. Зарядка аэрозолей в поле коронного разряда.- В кн.: Сильные электрические поля в технологических процессах (Электронно-Ионная Технология). Вып.1,- М."Энергия, 1969.* C.20.39.

28. Свиридов. A.A. Исследование влияния очистки воздуха в приточно-вытяжной вентиляции на формирование микроклимата птичников и продуктивность несушек. Автореф. дис. .канд.вет.наук.- М., 1977. 21 с.

29. Зимон А.Д. Адгезия пыли и порошков. Изд. 2-е, перераб. и доп.-М: Химия, 1976.- 432 с.

30. Капцов И.А. Коронный разряд и его применение в электрофильтрах,-М.: Гостехиздат, 1947. 246 с.

31. Разевич В.Д., Соколова М.В. Расчет начальных и разрядных напряжений газовых разрядов, М., 1977, 113 с.

32. Попков В.И., Богданова И.Б., Певчев Б.Г. Напряженность электрического поля на поверхности электрода положительной полярности в условиях встречного потока отрицательных ионов. Известия АН СССР. Энергетика и транспорт. 1978.- №1.- с. 96. 102.

33. Филиппов Ю.В., Емельянов Ю.М., Семиохин И.А. Химические реакции в тихом разряде.- Современные проблемы физической химии т.п.н.: изд-во ЫГУ, 1968.- C.76.148.

34. Кривопишин И.П. Озон в промышленном птицеводстве 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Росагропромиздат, 1988. - 175с.

35. Кирпичникова И.М. Энергосберегающие системы электроочистки воздуха в сельскохозяйственных помещениях с повышенными требованиями к чистоте воздуха: Дис. . д-ра. техн. наук.- Челябинск: ЧГАУ, 2001.-326 с.

36. Иванова G. А. Исследование эффективности очистки воздуха от пыли,в; сельскохозяйственных 'малообъемных помещениях рециркуляционным электрофильтром: Дис. канд. техн. наук.- Челябинск: ЧГАУ, 2003. 130 с.

37. Кондратенков В.Н. Константы скорости газофазных реакций. Справочник. М.: Наука. 1970. - 351 с.

38. Кондратенков В.Н. Определение констант скорости газофазных реакций. М.: Наука. 1971. - 95 с.

39. Речменский С. С. Очерки экспериментальной аэромикробиологии. — М.: Медицина. 1973. 164 с.

40. Чистые помещения / Под. ред. А. Е. Федотова. М.: АСИНКОМ. 1998. -320 с.

41. Возмилов А.Г. Исследование и разработка двухзонного электрофильтра для очистки воздуха в промышленном птицеводстве (цех инкубации цыплят). Автореф. дис. .канд.техн.наук.- Челябинск, 1980.- 21 с.

42. В.Н. Мишагин, JI.H. Андреев, И.Е. Сыромятов С.Д. Матвеев. Методика определения эффективности систем очистки воздуха от микроорганизмов. МЭСХ. № 5 2008 г.

43. Возмилов А.Г., Андреев Л.Н., Мишагин В.Н. Расчёт эффективности мокрого электрофильтра по очистке воздуха от вредных газов. Сборникнаучных трудов. Материалы международной научно-практической конференции. 17-18 апреля 2008 г. Алматы. Казахстан.

44. Возмилов А.Г., Мишагин В.Н., Андреев JI.H. Расчёт основных параметров осадительных электродов мокрого электрофильтра. ТвСХ №2 2010.

45. НТП-АПК 1.10.02.001-00. (Приказ Минсельхоз России от 15. 09. 2000 г.) Нормы технологического проектирования свиноводческих ферм крестьянских хозяйств. Дата введения 2000-10-01.

46. Патент на изобретение № 2343362 «Мокрый однозонный электрофильтр» / Возмилов А.Г., Андреев JI.H., Мишагин В.Н., Астафьев Д.В. Опубл. в БИ №1 2009 г.

47. ВНТП 2-96. Ведомственные нормы технологического проектирования. Утверждены Минсельхозпродом России 30 мая 1996 г.

48. ГОСТ Р 51707-2001 Электрофильтры. Требования безопасности и методы испытаний. 1

49. Возмилов А.Г. Очистка воздуха в помещениях для свиней. Достижения науки и техники АПК, 1991, №2, с. 33.

50. Торников Ф.Г. Зоогигиена в промышленном свиноводстве. JI: Колос, Ленинградское отделение, 1980. - 229 с.

51. Овсянников А.И. Основы опытного дела в животноводстве. М., Колос, 1976-304 с.

52. Методика определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложении. М.: ВНИИПИ, 1986, 52 с.

53. Славин P.M. Научные основы электрификации и построения машинных технологий птицеводства. / В кн. : машинные технологии производства яиц и мяса птицы. М.: ВИЭСХ, 1984, с. 14-29.