Совершенствование методов очистки воздуха рабочей зоны от пыли известкового щебня, выделяющейся при разгрузке железнодорожных вагонов
Аннотация
Определена величина пылевыделения при разгрузке железнодорожного вагона с известковым щебнем. Получены данные о дисперсном составе пылевых частиц попадающих в воздух рабочей зоны при разгрузке вагонов с щебнем. Описаны схема опытно промышленной системы обеспыливающей вентиляции и приведены результаты ее испытаний.
Ключевые слова: Система обеспыливающей вентиляции, щебень, пылевыделение
Одним из компонентов при изготовлении асфальто-бетонной смеси является щебень, представляющий собой неорганический зернистый сыпучий материал с зернами крупностью свыше 5 мм, получаемый дроблением горных пород, гравия и валунов, с последующим рассевом продуктов дробления. Известняковый щебень — продукт дробления осадочной горной породы (известняка), состоящего, главным образом, из кальцита (карбонат кальция — СаСО3). Известняковый щебень (иногда его ещё называют известковый или доломитовый щебень) — один из основных видов щебня, который, помимо гравийного и гранитного щебня, применяется в дорожном строительстве, а также при изготовлении железобетонных изделий. В дорожном строительстве наибольшее распространение имеют фракции 25-60 и 40-70 мм [1].
Как правило, большую часть пути от месторождения до конечного потребителя известковый щебень транспортируется железнодорожным транспортом. Однако, учитывая специфику дорожного строительства доставлять его непосредственно к асфальто-бетонным заводом в большинстве случаев затруднительно. Поэтому возникает необходимость в разгрузке и складировании щебня для последующей перевозки автотранспортом.
В процессе транспортирования и разгрузки, ввиду взаимодействия дробленого материала, происходит образование пыли. Этому способствует относительно низкая твердость известковых пород, а также их высокая абразивность. Также некоторое количество пыли присутствует в щебне изначально с момента его измельчения и гранулирования. Возникающая при разгрузке эжекция воздуха способствует отделению пыли от гранул и образованию пылевоздушной смеси. Наиболее сильное пылевыделение наблюдается при разгрузке навалом, когда содержимое вагона пересыпается через открытые люки. Концентрация пыли в воздухе в непосредственной близости от железнодорожных путей при этом составляет 1,5-2 г/м3.
В случае, если выгрузка осуществляется на открытой площадк,е известковая пыль разноситься ветром на значительные расстояния. Предотвратить распространение пылевых отходов при этом крайне затруднительно, поэтому с целью соблюдения экологических требований погрузочно-разгрузочные операции необходимо производить в закрытом помещении (ангаре, грузовом депо и т.д.). Однако при этом встает вопрос загрязнения воздуха рабочей зоны и выброса пылевых отходов через ворота, вентиляционные системы, фонари и т.п. Одним из решений данной проблемы является организация обеспыливающей вентиляции.
Для обеспечения эффективного обеспыливания необходимо наличие данных о мощности пылевыделения, концентрации и физических свойствах пылевых частиц, поступающих в воздух рабочей зоны при разгрузке вагона с щебнем.
Для определения мощности пылевыделения применен метод измерения пылеоседания, сущность которого состоит в следующем [2]. На определенном расстоянии от места разгрузки по окружности через угол π/4 расставляются тарелочки–ловушки. Осевшая в каждой из тарелочек пыль взвешивается, и определяется интенсивность пылеоседания по формуле:
г/(м2ч),где G– количество пыли, осевшей на тарелочке, кг; F–площадь тарелочки, м2;τ– время нахождения тарелочки в зоне пылеоседания, ч.
По полученным результатам выбираются максимальные Gmax и минимальные Gminзначения плотности пылеоседания.. Через эти значения проводят линию, которая является средней линией для зоны пылеоседания фиксированного источника пыления. Зону пылеоседания фиксированного источника делят на два сектора с углом раскрытия π/4, то есть получают по два сектора с минимальным и максимальным оседанием пыли. Затем в каждом из секторов пылеоседания намечают не менее трех дуг. На каждой дуге ставится по три ловушки. Осевшую в каждой тарелочке пыль взвешивают, и определяют среднюю плотность распространения пылеоседания по формуле (1) для каждого радиуса. Суммарная величина пылевыделений от рассматриваемого сектора источника рассчитывается по следующему уравнению:
 г/ч (2) |
|
|
где j – градусная мера центрального угла рассматриваемого сектора, град;Gmax – значение максимума кривой распределения интенсивности пылеоседания, определяемое экспериментально для каждой исследуемой пыли, г/(м2·ч);xk – расстояние от источника, м; а – коэффициент, определяемый экспериментально для каждой исследуемой пыли, 1/м. |
|
Результаты серии замеров мощности пылевыделения при разгрузке 50 вагонов выявили значительное поступление пыли в воздух рабочей зоны. Так, величина пылепоступления при полной разгрузке одиночного вагона лежит в пределах 115-140 кг. Осредненные значения концентрации пыли на расстояниях 0,5, 2 и 10 м составляют соответственно 98,4 г/м3, 73,2 г/м3 и 10,6 г/м3, что многократно превышает ПДК для воздуха рабочей зоны.
Важнейшей характеристикой пылевых частиц поступающих в воздух рабочей зоны является их размер. При разработке мероприятий по снижению запыленности воздуха рабочей зоны был проведен дисперсный анализ пыли методом микроскопии [3]. Для оценки результатов анализа были построены интегральные функции распределения массы частиц по диаметрам.
Рис.1. Интегральные фунуции распределения массы по диаметрам частиц D(dч) в вероятностно-логарифмической координатной сетке для пыли, отобранной: 1 – зонтом системы обеспылевающей вентиляции; 2 – непосредственной близи от места разгрузки: 3 – на расстоянии 2 м. от места выгрузки; 4 - после первой ступени очистки; 5 – после второй ступени очистки
Представленные на рис. 1 интегральные функции распределения массы частиц пыли по диаметрам показывают, что дисперсный состав пыли характеризуется усеченным логарифмически-нормальным законом. При этом медианный диаметр d50 от изменяется от 60 до 120 мкм. Однако 2-3% пылевых частиц имеют размер менее 7 мкм. Учитывая, что концентрация пыли в воздухе рабочей зоны может составлять более 100 г/м3, то концентрация мелких фракций с эквивалентным диаметром менее 7 мкм соответственно составляет 2-3 г/м3.
В последние годы в России и за рубежом из средств сухой очистки получили распространение такие аппараты, как вихревые пылеуловители на встречных закрученных потоках (ВЗП). Основным отличием ВЗП от пылеуловителей циклонного типа является наличие дополнительного нижнего ввода закрученного потока в сепарационную камеру. Внедрение вихревых пылеуловителей обусловлено рядом преимуществ по сравнению с циклонными: более высокая степень улавливания мелкодисперсной пыли; меньшая чувствительность фракционной эффективности к колебаниям расхода газа и концентрации пыли в нем; меньшая степень абразивного износа аппарата; большая удельная производительность; возможность более эффективной очистки горячих газов и регулирования процесса пылеулавливания изменением соотношений расходов газа через потоки, а в некоторых случаях менее высокие затраты [4].
В настоящий момент с целью повышения эффективности улавливания мелких фракций пыли, применяются различные схемы многоступенчатых систем пылеулавливания с использованием аппаратов ВЗП. В качестве основных компоновочных решений используется отсос из бункерной зоны аппаратов и применение разделителей-концентраторов [4]. Применение подобных компоновочных схем позволяет существенно расширить область применения инерционных методов пылеулавливания на предприятиях строительной индустрии.
На рис. 2 приведена схема опытно-промышленной системы обеспыливания.
Рис. 2. Система пылеулавливания. 1 – зонт; 2 вентилятор; 3,4 – пылеуловители ВЗП первой и второй ступени; 5 – сепарационная камера; 6 – конический бункер; 7 – тангенциальный входной патрубок; 8 – входной завихритель, 9 –второй входной патрубок; 10 – пылеотбойная коническая шайба; 11 – осевой входной патрубок очищенного газа; 12 – пылевыпускной патрубок; 13 – шлюзовой затвор; 14-18 – заслонки; 19 – осевой патрубок выхода очищенного газа из второго пылеуловителя; 20 – патрубок выхода пылегазовой смеси; 21 – эжектор; 22 – боковой патрубок; 23 – входной патрубок; 24 – выходной патрубок; 25 - разделитель-концентратор; 26 – входная камера; 27 – вихревая цилиндрическая камера; 28 – боковой патрубок для вывода потока газа с большей концентрацией пыли; 29 – осевая труба для вывода потока газа с меньшей концентрацией пыли.
В нем происходит укрупнение высокодисперсных частиц, и направить эти потоки в первый пылеуловитель таким образом, что через тангенциальный входной патрубок поступает поток газа с большей концентрацией пыли и движется по винтовой линии вниз, а инжектируемый поток газа с меньшей концентрацией пыли - через нижний ввод.
Организация отсоса пылегазовой смеси из верхней части бункера первого пылеуловителя способствует увеличению разрежения в нем, что интенсифицирует процессы укрупнения высокодисперсных частиц пыли, их отбрасывания к стенкам корпуса и увеличивает скорость осаждения пыли в бункер. Таким образом, дополнительное разрежение в пылеуловителе за счет отсоса пылегазовой смеси из бункерной зоны повышает эффективность и надежность его работы. Организованный из бункера первого пылеуловителя отсос пылегазовой смеси и ее возврат на повторную очистку обеспечивает снижение потерь улавливаемого материала, в том числе мелкодисперсной пыли.
В ходе проведенных опытно-промышленных исследований система показала общую эффективность улавливания 96,4%. Таким образом, применение систем обеспылевающей вентиляции с пылеуловителями ВЗП и разделителями-концентраторами позволяет существенно снизить поступление пыли в воздух рабочей зоны и окружающую среду при разгрузке железнодорожных вагонов с известковым щебнем.
Выводы:
- Разгрузки железнодорожных составов с известковым щебнем сопровождается сильным пылевыделением. Концентрация пыли на расстояниях 0,5, 2 и 10 м составляет соответственно 98,4 г/м3, 73,2 г/м3 и 10,6 г/м3, что многократно превышает ПДК для воздуха рабочей зоны.
- Дисперсный состав пылевых частиц, поступающих в воздушную среду в процессе разгрузки щебня, может быть описан усеченным логарифмически-нормальным законом. Медианный диаметр изменяется от 60 до 120 мкм, 3% пылевых частиц имеют размер менее 7 мкм.
- С целью повышения эффективности улавливания мелких фракций пыли рационально применять схемы многоступенчатых систем пылеулавливания с использованием аппаратов ВЗП с отсосом из бункерной зоны и разделителями-концентраторами.
- Устройство системы обеспылевающей вентиляции с пылеуловителями ВЗП и разделителями-концентраторами позволило существенно снизить поступление пыли в воздух рабочей зоны и окружающую среду при разгрузке железнодорожных вагонов с известковым щебнем.
Литература:
1. ГОСТ 8267-93 Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия [Текст]: - М.: МНТС, 1995.
2. Азаров, В.Н. Оценка пылевыделения от технологического оборудования [Текст] // Безопасность труда в промышленности, 2003. - №7. – С.45-46.
3. Азаров, В.Н. Дисперсный состав пыли как случайная функция [Текст] // Объединенный научный журнал, 2003. - №6. С.62-64.
4. Азаров, В.Н. Пылеуловители со встречными закрученными потоками. Опыт внедрения [Текст]: Монография / В.Н. Азаров. – Волгоград, 2003. – 147 с.