книги / Экология. Энергосбережение. Экономика
.pdfописывающие процесс разрушения пены пылью. Получены зависимоети удельного расхода пены, принятого за критерий ее стойкости при разрушении пылью, от параметров, пыли и пены. Анализ зависи мостей показал, что основными факторами, влияющими на стойкость пены, являются дисперсный состав пыли, скорость запыленного воз душного потока, дисперсный состав и кратность пены. Проверка адекватности модели процесса разрушения пены пылью и оптимизация
процесса обеспыливания по расходу ПАВ осуществлены с помощью раз работанного способа оценки стойкости пены при разрушении пылью.
В результате комплексных исследований получены полуэмпирические выражения для расчета оптимальной производительности СОП по пене как основной характеристики, обеспечивающей эффективность обеспы ливания воздуха с помощью пенных экранов. Экспериментально уста новлена зависимость между оптимальной кратностью и дисперсностью пены. Разработана методика инженерного расчета и конструирования СОП, основанная на оценке стойкости пены, расчете рабочих харак теристик конических пеногенераторов предложенной новой конструк ции, определении концентрации пыли и скорости воздушного потока в укрытиях. Для выбора максимальноэффективного варианта СОП созда ны блок-схема и программа задачи оптимизации. Промышленные испы тания опытных установок показали, что воздушно-механическая пена кратностью 350 ... 400, при формировании ее в пенные экраны с помощью сеток или насадков к пеногенераторам, в местах дробле ния, пересыпки, выгрузки и при укрытии сырья на ленте конвейе ра снижает вьщеление пыли на 95,7 ... 97,8 %. При этом удельный расход пенообразующего раствора составляет в среднем 0,8 дм3
на I т материала. Обеспыливание пеной не требует больших капиталь ных затрат, не нарушает технологический процесс, в ряде случаев позволяет отказаться от малоэффективной аспирации. Спроектирова на, испытана и внедрена в производство промышленная установка обеспыливания воздуха пеной при дроблении известняка. Эксплуа тация установки обеспечила снижение запыленности воздуха в рабо чей зоне до значений, близких к ПДК (8,4 мг/м3 при ПДК 6 мг/м^. Конструкции пеногенераторов, используемых в СОП, и установка обеспыливания пеной защищены тремя авторскими свидетельствами (канд.техн.наук С.Г. Ганапольский, д-р техн. наук Ю.Г.Грачев).
Обоснован выбор способа распределения приточного вентиляци онного воздуха в производственных помещениях с выделениями пыли. Известные методы аналитического описания процесса распространения
II
пыли в вентилируемых помещениях не позволяют количественно оце нить влияние способа подачи приточного воздуха на пылевое состоя ние помещения. В связи с этим в цехах с пылевыделениями преиму щественно используется недостаточно обоснованная рекомендация нормативных документов о подаче воздуха в таких цехах в верхнюю зону с малыми скоростями, что вызывает перегрев верхней зоны по мещения и недогрев рабочей зоны. Для обоснования выбора более ра-. ционального способа подачи приточного воздуха в цехах с пылевццелениями создана математическая модель пылевого состояния помеще ния. Обоснована возможность физического моделирования пылевого состояния помещения, базирующаяся на сохранении равенства в нату ре и модели критериев Стокса и Фрунда. Получен универсальный без размерный показатель интенсивности осаждения, представляющий со бой отношение количества осевшей в помещении пыли в единицу вре мени к количеству пыли, выносимой из рабочей зоны потоком при точного воздуха. Разработан метод выбора и расчета способа по дачи приточного воздуха в помещениях с пылевыделениями, базиру ющийся на математическом прогнозировании пылевого состояния поме щения. Разработанный метод включен в 4'Указания по устройству и расчету местных отсосов и воздушно-струйных укрытий компенсаци онного типа для основного оборудования предприятий по обработке цветных металлов”, утвержденные Управлением охраны труда и техни ки безопасности Минцветмета (кацц.техн.наук Знаменский С.Н.).
Исследованы и разработаны способы мокрого обеспыливания в комбайновых забоях калийных рудников. Установлено, что запылен ность на рабочих местах всех проходческо-добычных комбайнов, ра ботающих в калийных рудниках при существующих способах обеспыли вания превышает ПДК в десятки и сотни раз. Проведенные исследо вания известных способов гидрообеспыливания в комбайновых забо ях калийных рудников (орошение форсунками механического, пневмо механического, пневматического типов и воздушным датированием) показали, что существенное снижение запыленности (до 30 ...
...70 мг/м3) достигается при незначительных расходах воды (4,5 ... 0,9 л/т). Общим недостатком этих способов является узконаправленное действие факелов воды на водовоэдушный поток,
что при недостаточном диспергировании воды приводит к ее нера циональному распределению, перерасходу и образованию агрессивной среды, воздействующей на электрооборудование и металлические час ти комбайна. Применение высокократной воздушно-механической пены эффективно при сравнительно высоком расходе жидкости (2,5 л/т),
12
что вызывается необходимостью равномерного увлажнения всей от биваемой горной массы. Для. дальнейшего уменьшения, расхода воды и повышения эффективности ее использования для пылеподавления в комбайновых забоях рекомендован принципиально новый для калийных рудников способ пылёподавления паром с помощью передвижных парогенераторбв. Для этого проведены теоретические исследования при менимости водяного пара» которые показали возможность осажде ния пыли паром за счет активного конденсационного и коагуляцион ного роста в,условиях непрерывного образования соляного аэрозо ля при расходе воды для получения; пара 0,414 л/т; составлено урав нение теплового баланса для забоя комбайновой выработки, анализ которого показал, что выпуск пара не может оказать существенное влияние на температуру воздуха .в призабойной зоне; проведены про изводственные испытания разработанного парогенератора паром накомбайнах различных типов. (ПК-8 и К-7/15) при различных условиях их работы, которые показали при определённых схемах выпуска пара высокую эффективность способа при.минимальных расходах воды (0,42 л/т). Микроклиматические условия в забоях при выпуске пара остаются практически без изменения; по результатам теоретических и производственных исследований разработаны технические условия на систему пылеподавления паром (СПП), утвержденные производст венным объединением "Уралкалий” и принятые для исполнения инсти тутом "Гипроуглегормаш". Исследования показали, что для снижения запыленности до ЦДК при технологически допустимых расходах воды необходимо применение комплексного обеспыливания, включающего устройства дополнительной локализации, для чего могут быть ус пешно применены воздушные завесы, устанавливаемые между щитом и рабочим местом машиниста в комбайнах. Проведены всесторонние
аналитические, лабораторные и производственные исследования воз душной завесы на подвижном оборудовании как средства дополни тельной локализации запыленных зон. Впервые для локализующего действия завесы использован принцип максимальной рециркуляции запыленного воздуха. Эффективность ее зависит от характера взаимодействия со струей поступающего на проветривание воздуха, расстояния завесы от забоя и конца нагнетательного воздуховода. Получен комплексный критерий, позволяющий определять оптимальные параметры установки завесы на комбайнах. Локальное душирование рабочего места машиниста комбайна чистым воздухом, поступающим на проветривание, позволяет снизить запыленность в зоне дыхания машиниста в 10-12 раз. Разработан специальный воэдухораспредели-
тель и .определены его оптимальные параметры. Способ локального душирования рабочих мест машинистов комбайнов приточным возду хом внедрен и применяется на комбайнах 2-го БПКРУ производствен ного объединения "Уралкалий”.. На основании проведенных исследова ний разработаны рекомендации по комплексному применению мокрых и аэродинамических способов борьбы с пылью при работе проходчес- . ко-добычных комбайнов в различных условиях. Обоснована экономи ческая эффективность применения способов обеспыливания (канд. техн.наук А.Д. Овсянкин).
Разработаны и внедрены в производство титана установки элек трообеспыливания узлов перегрузки и транспортирования измельчен ных материалов.. Установлено, что на эффективность процесса элек трообеспыливания открытых/ленто)чных конвейеров оказывает влияние система-распределения приточного вентиляционного воздуха в поме щении. Математическая модель процесса, включающая уравнение Алландера - Самсонова (с учетом распределения скоростей осаждения частиц пыли в электрическом поле)-, закономерности распределения масштабов местных вихрей и пульсаций скорости по объему помещения, формулы, описывающие процесс зарядки частиц пыли, уравнения для определения напряженности электрического поля и результаты экспе риментов позволили разработать метод рарчета оптимальных устано вок электрообеспыливания. -Полученные вольтамперные характеристики коронирующих электродов систем при альтернативных конструктивных решениях электродов позволяют разработать системы из условий обес печения необходимого экологического эффекта,достижений условий безопасности и надежности работы и максимального сбережения пере рабатываемых материалов. Защищенная авторским свидетельством сис тема электрообеспыливания внедрена и эксплуатируется в цехе по переработке титановой губки в. товарную продукцию титано-магниево го комбината. Наряду с экологическим эффектом достигнуто сокраще ние расхода, тепловой и электрической энергии и утилизировано 10 т в год дорогостоящей титановой пыли (инж. А.Ю. Поляков, д-р техн.наук Ю.Г. Грачев).
Осуществлены анализ функционирования и оптимизация систем, гидрообеспыливания (СГО) технологического оборудования в промыш ленных зданиях. Математическая модель процесса гидрообёспыливания учитывает закономерность взаимбдействия потоков водяного аэро золя и запыленного воздуха, функцию распределения поверхности капель и основные параметры СГО. Уравнение процесса гидрообеспы ливания для определения эффективности' включает основные рабочие
14
характеристики форсунок - давление воды перед форсункой и диа-' метр сопла, размеры зоны гидрообеспыливания и скорость'движенйя воздуха. Установленная зависимость для определения коэффи циента гидрообеспыливания уточняет значение коэффициента инер ционного осаждения для аспирационных укрытий. Численный анализ модели процесса на ЭВМ и опытные данные позволили определить наиболее эффективный режим работы СГО, когда размеры капель и частиц пыли соизмеримы. Математическая модель системы, составлен ная на основании результатов анализа модели процесса и экспери ментальных данных, дополняется уравнениями материальных балан сов в укрытии и ограничениями по допустимому влагосодержанию пе рерабатываемого материала, давлению воды перед форсункой, и коэф-. фициенту орошения. На основе модели разработан алгоритм и Состав лена для ЭВМ программа выбора оптимального варианта СГО. Систе ма гидрообеспыливания внедрена в отделении загрузки шахты тита но-магниевого комбината и на заводе ЖБИ1, Разработанная система в бетоно-смесительном отделении завода ЖБИ позволила снизить за
пыленность воздуха в рабочей зоне отделения до 2,2 мг/м3 , а кон центрацию пыли на выбросе системы аспирации до 0,15 г/м3 (канд.
техн.наук Гришкова А.В., инж. Гришков А.Л., |
д-р техн.наук Ю.Г.Гра |
|
чев). |
* |
ч |
|
||
Исследованы и изготовлены эжекционные устройства, частично ограничивающие струи и горящий факел и повышающиеэффективность сжигания газадля металлургических печей. Получена формула для расчета коэффициента эжекции смесителей; ограничивающих различ ные* струи. В результате исследований обнаружено, что выравнива ющее влияние на поле давления и скоростей оказывает, наряду с дру гими параметрами, расстояние между полюсом струи и входным сече нием смесителя, угол сужения конического смесителя, начальная неравноплотность эжектирующей струи и надсасываемой среда. Установлено, что опытные поля скорости в выходном сечении смеси телей, ограничивающих негорящие струи, большей частью не совпада ют с профилями скорости свободных струй. Выявлено, что с помощью конструктивных параметров обобщаются экспериментальные данные по изменению относительной.осевой скорости, коэффициентов полей ско рости, концентрации топлива и химического недожога. Изменения указанных величин в зависимости от конструктивных параметров удовлетворительно описываются соответствующими формулами. Вели чина относительного результирующего импульса в выходном сечении цилиндрических смесителей, ограничивающих негорящиз‘струи, эави-
15
сит также от конструктивных параметров. Влияние конструктивных параметров на расходные характеристики смещенных устройств выяв ляется с помощью относительного коэффициента эжекции. Установле но, что конические, смесители имеют на выходе относительный резуль тирующий импульс несколько больший, чем цилиндрические, при про чих равных условиях. Получена зависимость* позволяющая при извест ных значениях относительного массового расхода в свободном факе ле и •коэффициента эжекции смесителя оценивать влияние последнего на длину факела газа. Разработана методика расчета характеристик смесительных устройств, частично ограничивающих негорящие струи и факел газа. Методика применима в широком диапазоне .конструктив ных параметров смесителей. Устройства используются в печах ряда металлургических и машиностроительных предприятий Урала (канд. техн.наук В.В. Бондаренко).
Разработана теория осаждения частиц при фильтрации на пере городках различных типов, позволяющая использовать ее в производ ственной практике для количественных расчетов эффективности очист ки и аэродинамического сопротивления фильтров'. Изучены механизмы образования и разрушения пылевого слоя, его структуры и влияние размера, формы, электрического заряда и других физико-химических свойств частиц на поведение системы пылевой слой - фильтрующая' перегородка в периоды фильтрации и регенерации. Исследовано влия ние структуры фильтрующих перегородок на величину проскока пыли и размер проникающих частиц. Установлено влияние-внешних факто ров на механизм образования пылевого слоя и еГо прведение. Изу
чен механизм разрушения тканей и войлоков (канд.техн.наук И.С.Костгаенко).
Определены физико-химические свойства угольной пыли и пылей ряда пищевых производств. Разработана методика исследования пы левой обстановки в помещениях и дисперсного анализа пылей с по мощью аспирационных пробоотборников и фотоседиментометров и на основании результатов исследований внедрены обеспыливающие сис темы на предприятиях пищевой промышленности Западного Урала (до цент Э.В. Рыхтер).
Проведены аэродинамические и теплотехнические исследования перфорированных воздухопроводов в системах воздушного отопления теплиц. Получены аналитические зависимости для расчета перфори рованных воздуховодов с заданной неравномерностью раздачи возду ха по длине и уравнение, описывающее условия равномерной тепло отдачи перфорированных каналов при переменном коэффициенте теп-
16
лопередачй по длине. Экспериментально уточнены значения коэф фициента, учитывающего изменение скорости воздуха в воздухово де, значения коэффициента сопротивления трения и коэффициента расхода отверстий перфорации равномерно перфорированных возду ховодов постоянного сечения из полимерных пленочных материалов. Получены расчетные'зависимости для определения скорости истече ния воздуха, степени максимальной неравномерности раздачи воз духа из отверстий перфорации, характера изменения коэффициента теплопередачи и разности температур нагретого воздуха и окружа ющей среды по длине перфорированных воздуховодов. Исходя из тех нико-экономических показателей, установлено, что диапазон из менения скорости в начальном сечении равномерно перфорированных, воздуховодов из полимерных пленочных материалов находится в пре делах 8 ... 25 м/с. Разработаны методика расчета пленочных пер форированных воздуховодов с постоянной теплоотдачей по длине и программа расчета на ЭВМ. Изданы "Рекомендации по расчету пер форированных воздухораспределителей из полиэтиленовой пленки для обогрева теплиц", которые применяются рядом проектно-кон структорских и научных организаций при проектировании систем воздушного отопления теплиц. В результате применения разработан ной методики при проектировании систем воздушного отопления теп лиц и внедрения предложенного способа воздухораспределения полу чен экономический эффект. Результаты выполненных исследований могут быть использованы яри расчете перфорированных воздуховодов с заданной неравномерностью раздачи воздуха в системах вентиля
ции, а также при расчете систем воздушного отопления зданий и соо ружений, в которых для создания требуемых санитарно-гигиеничес ких условий необходимо учитывать теплообмен с окружающей средой. Предложенный способ отопления внедрен в ряде тепличных хозяйств Украины (канд. техн.наук Г.Г. Шйшко).
Проведенные натурные исследования воздушной среды в 24 птич никах восьми птицефабрик Пермской области подтверждают низкую эффективность работы существующих систем вентиляции, что связа но с выбором нерациональной аэродинамической схемы вентиляции, с неправильным подбором и размещением воздухораспределительных
устройств, с использованием устаревших методов расчета. На осно вании анализа существующих и возможных схем организации воздухо обмена в батарейных птичниках, проведенного с использованием ма тематического планирования и с учетом конструктивных особеннос тей клеточных батарей, определены наиболее целесообразные схемы
сверху вниз - для холодного и сверху вниз и вверх - для теплого периода года при организации поперечного проветривания батарей и птичника плоскими наклонными струями. Предложенная система
вентиляции с потолочными щелевыми воздухораспределителями, уста новленными в подшивном потолке, обеспечивает требуемые параметры воздуха в зоне размещения птиц с допустимой степенью неравномер ности его распределения. Разработаны математические модели вен тиляционных процессов в помещениях с продольным расположением клеточных батарей. Для данных помещений получены аналитические зависимости для определения коэффициентов неравномерности распре деления вредностей по площади обслуживаемой зоны и коэффициентов воздухообмена при струйной подаче приточного воздуха. Обоснованы методы моделирования на воздушной и гидравлической моделях, най ден эффективный способ визуализации струйных течений в гидравли ческом лотке с помощью слаборастворимого порошкового красителя. На основе экспериментальных данных, полученных в гидролотке, под тверждены теоретические положения о выборе схемы организации воз духообмена, из 13 систем вентиляции выделены 4 наиболее оптималь ных системы. При сравнении данных систем по коэффициентам органи зации воздухообмена на воздушной модели определена лучшая система. Разработанные метод расчета и рекомендации по проектированию сис тем вентиляции батарейных птичников с многоярусными клеточными батареями используются проектными организациями. Предложенная система внедрена на Платошинской птицефабрике научно-производст венного объединения Пермптицепром в птичнике.на 35 тыс.кур-несу- шек в каскадных клеточных батареях. Проверка эффективности рабо ты внедренной системы вентиляции выполненная в натурных условиях показала соответствие фактического состояния микроклимата ре зультатам теоретических расчетов и нормативным требованиям. Ре зультаты выполненных исследований используются при проектировании и расчете систем отопления и вентиляции кролиководческих, зверо водческих и других помещений с продольным расположением многоярус ного оборудования, в которых, кроме средних значений параметров воздуха, нормируются допустимые их отклонения (канд.техн.наук Виноградов В.И.).
Впервые на Западном Урале организовано преподавание курса "Котельные установки" на техническом факультете Пермского государст венного университета и на строительном факультете Пермского поли технического института. Разработан метод оптимального расчета теплового режима работы котельных агрегатов (кан.техн. наук 13.Г.Брауне!).
18
Разработаны и внедрены на электрических станциях Западного Урала новые конструкций тягодутьевых машин и ноше методы размо ла топлива, позволяющие снизить расход энергии на собственные нужды станций и котельных, а также керамические теплообменные 'поверхности на котлоагрегатах тепловых электрических станций. Созданы и внедрены новые устройства для глубокого охлаждения уходящих газов с частичной утилизацией скрытой теплоты содержащегося в дымовых газах водяного пара (канд.техн.наук[Б.Л.Кутман |и В.Н.Мальцев).
Усовершенствована методика .наладки водяных систем теплоснаб жения, разработаны основы комплексной оптимизации этих систем, использованные впоследствии институтом ВНИПИэнергопром при созда нии нормативных методик по учету качества воды при выборе систем теплоснабжения (канд.техн.наук Красовский Б.М., инженеры|В.Д.Глушков^ Е.Д.Минюхин).
Проведены теоретические и экспериментальные исследования по применению пластинчатых подогревателей в системах теплоснабжения (кавд.техн.наук Загребин В.А.).
Практическое использование результатов исследований по по вышению экономической эффективности систем теплогазоснабжения, вентиляции, ковдиционированию воздуха и охране воздушного бас сейна позволяет снизить энергопотребление и экономить запасы органического топлива.
Получено 20.01.94
УДК 697.94-52
Я.Д. ПЕКЕР, А.А. РЫМКЕВИЧ
(Ассоциация инженеров по отоплению, вентиляции, ковдиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике)
ПРОБЛЕМА ЭФФЕКТИВНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОКЛИМАТА
в условиях рыночной экономики:
Излагается системный, подход к проблеме выбора средств обеспечения микроклимата в условиях рыночной экономики. За основу анализа принят годовой цикл эксплуатации.
На примере показаны резервы для оптимиза ции решений.
Средствами экологизации обеспечения микроклимата зданий являются системы очистки, отопления, вентиляции, кондиционирова ния воздуха и способы их регулирования; объемно-планирово.чные
итехнологические решения, ограждения зданий. Оценка достигаемых
спомощью этих средств (с учетом уровня эксплуатации) параметров микроклимата производится по выбранному критерию эффективности. При отсутствии количественных показателей для оценки выгоды (по терь) от поддержания определенных параметров микроклимата эффек-
'тивность связывают с поддержанием нормируемых параметров ,микро климата при наименьших материальных, и энергетических затратах.
Серьезным препятствием на пути практической реализации сис темного подхода к проблеме до сих пор были оторванность друг от друга этапов инвестиционного цикла (финансирование, проектирова ние, строительство, эксплуатация) в связи с локальными целями и незаинтересованность в использовании результатов научно-техни
ческого прогресса для достижения конечной цели. Системный подход основан на технико-экономических расчетах капитальных и эксплуа тационных’затрат с учетом уровня надежности функционирования и достижения конечных результатов, что повышает интерес к ресурсо сберегающим технологиям, САПР, АСУ.
В связи с этим первоочередное значение приобретают оптими зационные задачи по изменению принципов проектирования, монтажа и эксплуатации систем и их комплексов.Одной из таких задач явля емся оптимизация функционирования систем обеспечения'микроклима
та зданий и сооружений. Однако решение этой задачи возможно толь ко при насыщении отечественного рынка соответствующим оборудова нием и при наличии методических материалов и программных средств, позволяющих выбрать оптимальный вариант. Это, в свою очередь., повлечет за собой повышение требований к проектным решениям.
При расчете затрат на системы кондиционирования воздуха за годовой цикл эксплуатации необходимо учесть влияние на их работу не только исходных данных, но и таких системообразующих
факторов, как принципиальные схемы, технологические схемы, режи мы функционирования, методы автоматического управления режимами, функционально-технические характеристики оборудования, специаль ные или вынужденные ограничения.
В качестве примера в таблице приведены результата расчета приведенных (П) и эксплуатационных (С) затрат на системы кон диционирования воздуха (СКВ), полученные при различных значениях