книги / Оптимизация систем обеспыливания воздуха в промышленных зданиях
..pdfПроцесс взаимодействия частиц пыли с твердой поверхностью (адгезия пыли) /1 3 ,2 2 /. Схема взаимосвязи процессов при адгезии частиц пыли показана на рис. I . На адгезию частиц влияют моле кулярное взаимодействие (сила FQg ), электрические и капилляр ные силы, температура среды и время контакта частиц с поверхностью
Тле. I . Схема взаимосвязи процессов при адгезии частиц шли к поверхнос ти: 1 - размер частиц; 1 - молекуляр ное взаимодействие частиц о поверх ностью; 5 - материал поверхности; 4 - шероховатость поверхности; 5 - элект рические щи чины адгезии; 5 - материал части да; 7 - температура воздуха; 8 - капиллярные силы адгезии; 9 - влаж ность воздуха; Ю - время контакта час
тиц с поверхностью
и т .д . Кроме того, адгезия зависит от размера ( |
) и формы |
||||
частиц и шероховатости и |
состояния |
поверхности* |
Молекулярная |
||
составляющая сил адгезии |
обусловлена |
свойствами |
соприкасающих |
||
ся частиц и поверхности |
и зависит |
от |
^ • |
Изменяя свойства по |
|
верхности (материал, шероховатость |
и |
т .п .) |
в |
, можно менять |
молекулярные силы, а тем самым и силы адгезии. Электрические
II
силы возникают только при контакте частиц с поверхностью. Эта силы пропорциональны площади контакта и тем больше» чем значи тельнее контактная разность потенциалов. Присутствие влага в за зоре между соприкасающимися частицами и поверхностью исключает возможность появления электрических сил. Кулоновские силы имеют место, коцца частицы предварительно заряжаются под действием поля высокого напряжения. В этих условиях кулоновские силы мо-
17т |
превалировать над молекулярными и электрическими силами, |
т .е . |
определять FQg . Эти силы обуславливают взаимодействие |
заряженных частиц с поверхностью при наличии определенного зазо ра между ними. Кулоновские силы в большей мере проявляются в начале контакта. Проводимость материала частицы и зоны контак та, а также влаге способствуют утечке заряда и снижают кулонов ские силы, а следовательно, и адгезию. Капиллярные силы возни кают при наличии мениска жидкости в зазоре между частицами д поверхностью. Эти силы проявляются только после осаждения час тиц и при относительной влажности воздуха ^ > 6 5 %. Капилляр ные силы зависят от • Эти силы можно уменьшить за счет гидрофобизации поверхности. Совместное действие капиллярных и элект
рических |
сил практически исключено. Бели ip&> 65 %9 то капилляр |
|||
ные силы |
преобладают над другими составляющими |
FQg . |
|
|
Зависимость адгезии от |
температуры воздуха |
имеет |
про |
|
тиворечивый характер: FQg |
с ростом tg как увеличивается, |
так |
и уменьшается. &лы адгезии растут с увеличением времени контак та .Причиной этого является увеличение площади контакта частиц с поверхностью в результате деформации и различных загрязнений.
Кроме того, с течением времени в зоне контакта могут происходить капиллярная конденсация и адсорбция влага, поэтому капиллярные силы возрастают.
Выяснению завиоимостя Fag = fgg(S^) посвящены эксперимен тальные исследования /1 4 ,2 1 ,2 2 /. Однако полученные эмпиричес кие формулы могут использоваться лишь для конкретных систем "частица - поверхность" и поэтому имеют весьма ограниченную область применения.
Шероховатость поверхности может уменьшать или увеличивать
Fag по сравнению с адгезионным взаимодействием частиц с глад кими поверхностям!• Сйлы адгезии класса мелкодисперсных пылей (<$у<1-2 мкм), размеры частиц которых соизмеримы с атомномоле
ку дярной шероховатостью, обратно |
цропорциона льны размерам час |
тиц. К другому классу относятся |
пыли с ^ « 1+200 мкм. Эти раз- |
12
меры соизмеримы с |
выступами |
механической шероховатости. Зависи |
|
мость сил адгезии |
таких пыдей может быть |
либо прямо, либо обрат- |
|
нопропорци ональва |
размерам |
частиц ^ • |
Наконец, размеры частиц |
более 200 мкм значительно превосходят размеры атомно-молекуляр ной и механической шероховатости. FQg таких частиц прямопропордаона льна ^ .
Силы адгезии в значительной мере определяются также матери алом частиц и материалом поверхности.
Из сказанного можно заключить, что адгезия пыли обуслов
лена различная! по своей природе сложными и взаимосвязанными силами и завиоит от большого количества зачастую случайных фак торов. Математическое описание всей совокупности данных парамет ров и использование такой модели для практических целей пред ставляет собой чрезвычайно сложную задачу. Оценить адгезию мож но только в результате экспериментальных исследований условий отрыва обадка данной пыли от поверхности материала при данном состоянии окружающей среда.
Аопимпионная установка (АУ). Для локализации выделяющей ся в результате технололаческого процесса шли и ее удаления из помещения с последа щ ей очисткой воздуха предусматривается система аспирации (СА). Она может быть централизованной или де централизованной. Последняя состоит из отдельных АУ, включаю щих в себя аспирационные укрытия, воронки и воздухопроводы, очистные устройства и вентиляторы. Укрытиями оборудуется тех нологическое и транспортное оборудование.
В элементах АУ происходят сложные аэромеханические, теп ловые, массообменные и, иногда, механические (механотехнологачеокие) процессы /5 0 /. Каждый из этих процессов можно разде лить на ряд подпроцессов. Нэцример, аэромехвнические процессы делятся по принципу целенацравленности на подпроцессы, цротекаюпяе с образованием двухфазных систем, с разделением этих систем и с перемещением двухфазных потоков в укрытиях и возду хопроводах. Согласно другой классификации /6 0 /, в соответствии с условиями движения потоков аэромеханичеокне процессы делятся
на с ледащие |
группы: процессы, составляющее внутреннюю задачу |
аэрода намида |
(например, движение воздушного потока в укрытиях, |
воздухопроводах); процессы, обусловливающие ее внешнюю задачу (например, движение частицы,осаждающейся в воздухе перед дей
ствием силы тяжести); процессы, |
составляющие смешанную задачу |
■ связанные о движением воздуха |
через слой (например, в укры- |
|
13 |
тин - через слой измельченного материала, или в очистных уст ройствах - через фильтрующую ткань).
Направленные воздушные потоки в АУ форквруются за счет динамического взаимодействия перерабатываемого материала и воздуха, сил аэроданаюческого сопротивлегая движущихся частей технологического оборудования, гравитационных сил (теплового давления) и сил, создаваемых вентилятором. Пылевыделения про исходят в основном вследствие воздушных течений, образующихся при растекании потока эжектируемого воздухе в укрытии, при вы теснении воздуха в момент встречи потока материала с препятст вием и в результате теплового давления. Поступление пыли в помещение возможно также за счет кинетической энергии частиц грубодисперсной пыли, которую они приобретают в момент обра зования, а для тонкодисперсной пыли - в результате диффузии.
Таким обрезом, в АУ одновременно протекают цроцесоы на макроуровне - совокупность различных физичесдох явлений, про исходящих с отдельными частицами пыли, и на макроуровне - аэ родинамические, тепловые и диффузионные процессы. Согласно системному подходу к исследованию АУ, рассмотрение всей сово купности процессов необходимо проводить на основе иерархичес кой схемы. С учетом этого фордаруется математическая модель АУ как сложной систеад, состоящей из отдельных блоков, опи сывающих процессы на соответствующем уровне.
Фстема обеспыливания воздуха. Пылеобмен неразрывно связан с обменом воздуха в помещении. СОВ в помещениях яв ляется одной из основных подсистем целостной СКМ. Рассмотрим в самом общем случае технологическую схему СОВ (рис. 2 ) . В воздушную среду помещения пыль поступает из источников ее об разования через неплотности технологического оборудования (в том числе в виде просыпей) измельченного материала и аспираци онных укрытий СА. Некоторое количество пыли попадает в помеще ние с оцрьем, транспортом и людьми. Частично пыль в помещение поступает с воздухом, подаваемым црнточной системой общеобмен ной вентиляции (ПСОВ) или центральной системой кондиционирова
ния воздуха (СКВ) я приточной системой местной вентиляции (ПСМВ) или местной СКВ (МСКВ). Пыль в помещение может попадать также с неорганизованными притоками наружного воздуха. Поступившая в помещение пыль частично витает в воздухе, некоторая ее доля уносится удаляемыми вентиляционными потоками (удаление воздуха вытяжной оястемой местной и общеобменной вентиляции (ВСМВ я
14
|
I |
13 |
9 |
I___ |
18 |
|
= F = |
|
|
|
19 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
* |
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
j |
|
|
|
|
|
|
|
L |
Л6— J |
|
|
|
22 HU! |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
11 |
|
|
|
t |
24 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B ic. |
2. Технологачеокая охема |
COB: / |
- |
наружный (атмосферный) |
воздух; 2 |
- COHB; J - |
|||||||||||
пота (MGKB): 4 - ПСОВ (МСКВ): |
|
- ПСОВ |
(СКВ); 5 - |
вторичные пылеобразования в помещении; |
|||||||||||||
о |
- СОРВ; / - |
СРЦВ; 5 - СИ®; |
9 - |
технологическое |
оборудование;/*- технолога чески е и |
||||||||||||
организационные |
обеспыливающие |
мероприятия; 11 - |
воздушная |
среда |
помещения; /2 - |
сырье, |
|||||||||||
транспорт, люди; |
13 - |
СОАВ; |
/ 4 - |
СА; 15- |
СОТО; |
ВСМВ; |
/7 |
- |
СОБВ; Я - |
очистные |
уст |
||||||
ройства ЦСПС; 19 - ЦСПС; 20- |
осевшая |
пыль; 21 - ВС0В;22 - |
СОВС; 23 |
- |
витающая пыль; 24 - |
||||||||||||
- |
утилизированная |
пыль; |
—- |
. |
- |
пылевоздушная смесь; |
------- |
|
- |
пыль; |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
связи |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ВСОВ), СА и системой |
рециркуляции воздуха (СРЦВ) в ПСОВ или СКВ* |
|||
а значительная часть |
шли оседает на поверхностях оборудования* |
|||
строительных |
ограждений и коммуникаций. Осевшая пыль может опять |
|||
подниматься в |
воздух |
при неправильной |
организации воздухообмена |
|
в |
помещении (приточные вентиляционные |
струи сдувают осевшую пыль) |
||
и |
за счет вибрации поверхностей и движения транспорта и людей |
(вторичные пылеобразования). Пыль с поверхностей сдувается при неэффективной работе системы распределения приточного воздуха (СРПВ) в ПСОВ (СКВ). Для очистки приточного или рециркуляционно го воздуха в ПСО (СКВ) и ПСМВ (МСКВ) предусматриваются соответ ственно система очистки наружного воздуха (СОНВ) и рециркуляци онного воздуха (СОВВ). Для сокращения поступлений шли через неплотности оборудования и укрытия СА предусматривают техноло гические мероприятия (рис. 3) /23*47,50*91/, системы л д р о - или парообеспыливания (СТО или СПО), системы обеспыливания пе ной (СОИ) или системы электрообеспыливания (СЭО). СА* технодогаческие мероприятия ш борьбе с пылью* СТО* СОП* СПО или СЭО образуют* в свою очередь* систему обеспыливания технолотческо го оборудования (СОТО). Удаляемый воздух в СА и ВСМВ очищается от пыли в системах очистки соответственно аспирационных и вен тиляционных выбросов (СОАВ и СОВВ). Одним из основных элементов СОВ является система обеспыливания воздушной среды (СОВС) поме
щения. При этом осуществляются соответствукщая СРПВ и искусствен ное осаждение витающей шли путем орошения даспершрованной водой* искусственной ионизации* увлажнения воздуха в помещении и др.
При уборке осеш ей шли используется ручная сухая и влажная пылеуборки* гвдросдав и вакуумная пылеуборка с применением местных подвижных или центральных стационарных пылеоосных систем (МГШС или ЦСПС). Уловленная пыль в СОАВ* СОВВ и очистных устройствах макет утилизироваться.
В представленной технол о т ческой схеме прослеживается вза имосвязь элементов. Так* из схемы ясно* что одна из основных под систем - СА - будет работать эффективно лишь в том случае, если оптимально функционируют СГО* СПО* СОП или СЭО. В то же время работа СА во многом определяет эффективность работы и энергозат раты СОАВ. Имеющиеся замкнутые циклы по шлевым* пылевоздушным и воздушным потокам ооздают возможность структурной и парамет рической оптимизации элементов и СОВ в целом. Из рассмотренного примера следует, также* что анализ и синтез ресурсосберегающей и оптимальной СОВ, обеспечивающей нормируемый уровень запыленности
16
ArJTJ’PJTJ’J * JTJTli:Л
воздуха в помещении» невозможен без рассмотрения работы системы в целом и без учета взаимодействия элементов системы и всей сис темы с другими подсистемами СИМ. При этом эффективность работы СОВ в СКМ будет определяться условиям! взаимодействия между всеми элементами системы.
Вас. 4 . Пути энергосбережения в 00В в результа те сокращения поступлений пыли в помещение из
окружающей среды
Рассмотрение СОВ как сложной системы позволяет наметить основные пути энергосбережения в ней (рао. 4- 8) и поставить зада чи анализа и оптимизации системы.
|
.ic P |
|
. 5 |
помещений среду |
энергии экономии по Меры |
из |
за |
технологического |
сокращения счет |
оборудования |
образований |
|
в ее выделений и пыли |
|
воздушную |
в!
Осуществление технологических и органи зационных мероприятий по со кр ащ е
нию образований пыли и Вы деле ний её из оборудования В Воздуш
н у ю ср е д у пом ещ ен и я (см .р и с.1.4 )
Использование и о п ти м и зац и я реэю имов работы С Г О (С П О )
Применение и о п т и м и з а ц и я |
С Э О |
||
С о з Э а н и е о п т и м а л ь н ы х С О П |
|||
Применение оптимальных |
£ |
||
комбинированных СА с С ГО, |
|
||
СПО,СЭО,СОП и байпасом |
5>о |
||
|
|
|
|
|
|
|
7 Ы |
Использование и оптимизация |
IIV т0 |
||
комбинированных СА |
с |
|
|
сго/сп о,сэо |
или |
СОП |
ТР (О |
|
|
|
|
Оптимизация параметров |
|
||
и режимов работы |
С А |
с |
о |
байпасом |
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
н |
|
|
|
S i |
Применение байпасирования |
0)(в |
||
аспираиионного ьоэдуха |
О I |
Дополнительные мероприятия
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО |
ПРОЦЕССОВ ОПТИМИЗАЦИЯ |
|
И |
ОБОРУДОВАНИЯ |
ОБЕСПЫЛИВАНИЯ СИСТЕМ |
File. 6 . Классик кация путей энергосбережения в СОВ в результате обеспыливания воздушной среды помещения и осуществления мер по охране окружающей среда от загрязнения пылевыми и газопылевыми выбросами