О применении вероятностного подхода для оценки эффективности многоступенчатых систем пылеулавливания

Аннотация

Н.М. Сергина

Дата поступления статьи: 25.10.2013

Обосновывается представление суммарной эффективности многоступенчатых систем пылеулавливания в реальных условиях их функционирования как случайной величины.

Ключевые слова: Многоступенчатые системы пылеулавливания, суммарная эффективность, случайная величина.

05.23.19 - Экологическая безопасность строительства и городского хозяйства

При оценке эффективности систем обеспыливания, скомпонованной из n аппаратов с эффективностью , применяются известные зависимости: при последовательной установке пылеуловителей - (1), при параллельной – (2)
 ,   (1)
    (2)
В работе [1] степень очистки воздуха от пыли предлагается оценивать по величине фракционного проскока, который для системы из  последовательно соединенных пылеуловителей при известной дифференциальной функции распределения частиц по размерам  выражается интегралом
    (3)
где  - постоянные, характеризующие пылеулавливающие способности -го аппарата;  - число Стокса для -го аппарата.
Методика расчета эффективности многоступенчатых установок пылеулавливания, основанная на уравнениях воздушного и пылевого балансов с использованием понятия коэффициента замкнутости, приводится в [2].
Зависимости (1)-(3) справедливы для случая компоновки пылеулавливающих систем по традиционным схемам. Однако в настоящее время все большее распространение получают установки, в которых организуется отсос пылевоздушной смеси из бункерной зоны одного из аппаратов [2-6], простейшие варианты которых  приведены на рис. 1  [2].

а	б
Рис. 1 – Схемы компоновки пылеулавливающих систем с вихревыми аппаратами ВЗП с органищацеий отсоса из бункерной зоны с возвратом уловленного продукта: а – в систему; б – в пылеуловитель первой ступени

В этом случае оценка эффективности пылеулавливания проводится на основе решения систем уравнений воздушного и пылевого балансов. Для первого варианта компоновки системы (рис. 1, а) система уравнений имеет вид
      (4)
где  - массовый расход пыли в воздухе, поступающем на очистку из системы аспирации, кг/ч;   - массовый расход пыли в воздухе, поступающем на очистку из системы аспирации, кг/ч; , - массовый расход пыли, уловленной в пылеуловителях  первой и второй ступени соответственно, кг/ч;   - массовый расход пыли в воздухе, выходящей из пылеуловителей первой и второй ступени соответственно, кг/ч;  - коэффициент, характеризующий долю пыли, возвращающейся в систему, и изменяющийся от 0 при отсутствии отсоса воздуха из бункера аппарата до 1 при полной рециркуляции уловленного продукта,
и общая эффективность установки составит
  (5)
Аналогично для второго варианта (рис. 1, б)
  (6)
где ,   - запылённость воздуха, поступающего на верхний и нижний вводы пылеуловителя первой ступени из системы аспирации и из бункера пылеуловителя второй ступени соответственно, мг/м³; ,  - расход воздуха, поступающего на верхний и нижний вводы пылеуловителя первой ступени из системы аспирации и из бункера пылеуловителя второй ступени соответственно, м³/ч;  - общий расход воздуха, проходящего через установку пылеулавливания, м³/ч; - объем воздуха, подсасываемого через шлюзовой затвор пылеуловителя первой ступени, м³/ч; - расход воздуха, выбрасываемого в атмосферу, м³/ч; - запыленность воздуха, выбрасываемого в атмосферу, мг/м³.
Пренебрегая величиной подсосов , получим
     (7)
Во всех перечисленных методиках определения суммарной эффективности пылеулавливающих систем степень очистки отдельного аппарата рассматривается как постоянная заданная величина. Однако результаты многочисленных исследований показали [7, 8], что вследствие  изменений в технологических процессах, при прохождении пылегазовых потоков через пылеуловители, при наличии перетоков и организованного отсоса из бункерной зоны  происходят многочисленные изменения дисперсного состава пыли, расхода воздуха, подаваемого на очистку, запыленности пылевоздушных потоков на входе в пылеуловители. В реальных условиях эксплуатации пылеулавливающих систем перечисленные параметры являются случайными величинами, и, следовательно, степень очистки каждого аппарата системы – также случайная величина. Для примера на рис. 2 приведены экспериментальные зависимости эффективности пылеуловителя ВЗП с отсосом из бункерной зоны при изменении размеров частиц [7].

Рис. 2 - Зависимость эффективности аппарата ВЗП с отсосом из бункера от размера частиц пыли :   1,2.3 –  эффективность при  = 0,1, = 0,2, = 0,3 соответственно; 4 – вероятностный коридор значений эффективности (- объем воздуха, отсасываемого из бункера, отнесенный к расходу воздуха, поступающего на очистку в аппарат)

 Таким образом, процесс очистки пылевоздушной смеси в многоступенчатых установках пылеулавливания применительно к конкретному виду пыли и конкретным условиям функционирования – процесс стохастический. Поэтому для достоверной оценки следует рассматривать эффективность системы как случайную величину, зависящую от случайных факторов (расход воздуха, подаваемый на очистку, концентрация пыли на входе в систему, дисперсный состав материала и пр.).

Литература:

1. Шиляев М.И., Дорохов А.П. Методы расчета и принципы компоновки пылеулавливающего оборудования [Текст]. -  Томск, 1999. – 212 с.
2. Сергина, Н.М. Совершенствование схем компоновки многоступенчатых систем пылеулавливания с вихревыми аппаратами [Текст]: дис. канд. техн. наук: 05.14.16: защищена 31.03.00: утв. 07.07.00 / Сергина Наталия Михайловна. – Волгоград, 2000. – 171 с. – Библиогр.: С. 137-149.
3. Сергина Н.М., Азаров Д.В., Гладков Е.В. Системы инерционного пылеулавливания в промышленности строительных материалов [Текст] // Строительные материалы, 2013.  - №2. - С. 86-88.
4. Азаров В.Н., Донченко Б.Т. Системы аспирации дымовых и леточных газов производства карбида кальция [Текст] // Строительные материалы, 2002.  - №11. - С. 20-21.
5. Семенова, Е.А. Совершенствование схем компоновки систем обеспыливания для локализующей вентиляции в производстве извести
[Текст]: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.26.01, 05.23.19: защищена 21.06.13: утв. 19.09.13 / Семенова Елена Анатольевна – Волгоград, 2013.
6. Сергина Н.М., Боровков Д.П., Семенова Е.А. Совершенствование методов очистки воздуха рабочей зоны от пыли известкового щебня, выделяющейся при разгрузке железнодорожных вагонов [Электронный ресурс]  // «Инженерный вестник Дона», 2012, №4. Ч.2. – Режим доступа: http://ivdon.ru/magazine/archive/n1y2009/250 (доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. рус.
7. Азаров, В.Н. Комплексная оценка пылевой обстановки и разработка мер по снижению запылённости воздушной среды промышленных предприятий  [Текст]:  автореф. дис. . . д-ра техн. наук: 05.26.01, 03.00.16: защищена 09.02.04 / Азаров Валерий Николаевич -  Ростов н/Д, 2004.
8. Омельченко, Е.В. Оптимизация выбора конструкции пылеулавливающего аппарата для предприятий дорожных и строительных производств [Электронный ресурс]  // «Инженерный вестник Дона», 2012, №4. Ч.2. – Режим доступа: http://ivdon.ru/magazine/archive/n1y2009/250 (доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. рус.
9.  Davies C.N. Lubrication theory for micropolar fluids // Proc. Phys. Soc. B. 1950. Vol. 63. P. 288.
10. Soo S. L. Fluid Dynamics of Multi-Phase Systems, Blaisdell Pub. Co., 1967 -  524 pages.