Другие журналы

научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Издатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл № ФС 77 - 48211.  ISSN 1994-0408

Очистка воздушной среды рабочей зоны от мелкодисперсных частиц пыли и ее примесей

#11 ноябрь 2006

ОЧИСТКА ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ ОТ

 

Голтелов Максим Иванович

Московский колледж автоматизации и радиоэлектроники № 27, 5 курс

 

Научный руководитель:

Усков Андрей Владимирович,

Преподаватель Московского колледжа автоматизации и радиоэлектроники № 27

 

Целесообразность решения задачи

 

Вследствие ухудшения экологической обстановки на предприятиях список профессиональных заболеваний становится больше, а их диагностика и профилактика с каждым годом становится все труднее и затратнее для предприятий и бюджетов муниципальных образований. Что не может не отразиться на трудоспособности персонала предприятия и их дальнейшей мотивации к труду на производстве, где не обеспечивается минимальный уровень выброса вредных веществ.

Дальнейшее сокращение выбросов и обеспечение экологичности производственного процесса становится в этих условиях необходимой и достижимой целью.

Проанализировав и сопоставив некоторые показатели по запыленности помещений, причины вызывающие профессиональные заболевания (в перечисленных выше отраслях промышленности), периоды диагностики персонала, я пришел к выводу, что ситуация с профессиональными заболеваниями и выбросами вредных веществ в атмосферу, а также экономичность расхода материала в современной промышленности, является далеко неидеальной и есть возможность повлиять на эти показатели с помощью технологии обеспыливания воздушной среды. Так как большинство вредных веществ на предприятиях представлены в виде летучих аэрозолей и мелкодисперсной пыли, то обеспечение их скорейшей нейтрализации явялется первостепенной задачей, которую сможет выполнить с минимальными затратами технология представленная мною в этой работе.

 

Список профессиональных заболеваний

 

Вследствие использования устаревших и малоэффективных способов контроля и очистки производственной среды от мелкодисперсной пыли у персонала предприятия могут возникнуть проблемы со здоровьем.

Вот наиболее характерные заболевания для отраслей с проблемой запыленности рабочего пространства:

 

1. Строительная отрасль:

 

Пылевой фиброз в чистом виде или в сочетании с туберкулезом легких, пневмокониоз, силикоз, силикатоз. Эти заболевания свойственны рабочим следующих профессий: формовщики, пескоструйщики, дробеструйщики.

Пояснение к списку болезней – самой серьезной из этого списка является туберкулез легких. Это развитие небольших злокачественных опухолей на внутренних стенках в легких, со склонностью к распаду.

Эти заболевания могут возникать у работников строительной отрасли в случае длительного вдыхания пыли содержащей двуокись кремния в свободном виде или связанном состоянии, а также некоторых других видов производственной пыли.

 

2. Горнорудная промышленность:

  

Опухоли органов дыхания: рак легких, бронхов, верхних дыхательных путей, лейкоплакии. Заболевания, вызванные длительным взаимодействием дыхательных органов человека с пылью каменноугольных смол, соединений асбеста.

Эти болезни встречаются у работников предприятий, занятых на погрузке и применении каменноугольных смол.

 

3. Металлургическая промышленность:

 

Хронические пылевые бронхиты, хронические пневмосклерозы. Часто встречающееся заболевание у работников этой отрасли.

Эти заболевания проявляются вследствие длительного вдыхания минеральной (угольной) пыли. Больше этому подвержены рабочие алюминиевых заводов, электролизных заводов, металлургических комбинатов.

Исходя из всего вышеперечисленного, можно заключить, что наличие вредного производства ставит под вопрос наличие сбалансированной рабочей среды для работников этих отраслей. Что ведет к нарушению здоровья персонала, которое может вызвать тяжелые последствия, в том числе и смерть.

Поэтому необходимо ужесточать нормы контроля техники безопасности на производстве, с тем условием, что они смогут обеспечить необходимую защиту здоровья персонала, по средствам введения более совершенной технологии нейтрализации мелкодисперсной пыли.

 

Предельно допустимые концентрации аэрозолей фиброгенного действия в воздухе рабочей зоны

 

1. Строительная отрасль:

Концентрация асбестоцемента – 6 мг/м; слюды, талька, флогопита – 4 мг/м; стеклянное и минеральное волокно – 4 мг/м.; доломита – 6 мг/м.

 

2. Горно-обогатительная промышленность:

Концентрация магнезита – 10 мг./м; молибдена силицид – 4 мг/м;

 

3. Металлургическая промышленность:

Концентрация веществ: железный и никелевый агломераты – 4 мг/м;

 

4. Производство минеральных удобрений:

Концентрация: нефелин концентрат – 10 мг/м.; нефелин сиенит – 6 мг/м.; нитроаммофоска – 4 мг/м.

 

5. Металлообрабатывающая промышленность:

Концентрация: электрокорунд в смеси с легированными сталями – 6 мг/м.; электрокорунд хромистый – 6 мг/м.

 

Все перечисленные ПДК (предельно допустимые концентрации) определяют соответствие рабочей зоны предприятия необходимым стандартам техники безопасности. Нормы содержания в воздушной среде аэрозолей фиброгенного действия должны пересматриваться с учетом современного прогресса производства. Чтобы постепенно выводить из эксплуатации вредные и неэкологичные варианты ведения производственной деятельности. Изменять варианты выгрузки и погрузки сыпучих веществ на предприятиях с учетом их опасности для персонала и окружающей среды. 

 

Нижние концентрационные пределы взрываемости (воспламенения) некоторых пылей в воздухе.

 

Нижним концентрационным пределом взрываемости (воспламенения) пыли называется  наименьшее  количество  взвешенной  в  воздухе пыли (г.), содержащейся в

1 м воздуха, при котором возможен взрыв (воспламенение) пылевоздушной смеси при наличии постороннего источника воспламенения.

В пищевой промышленности для наиболее характерных пылеобразующих веществ (жмых, мука, чайная пыль) нижний предел воспламенения (взрываемости) составляет 27,7 – 30 мг/м, что характеризует все эти вещества, как составляющие одной группы опасности для этой отрасли.

В текстильной промышленности для пыли и пылеобразующих веществ нижний концентрационный предел воспламенения (взрывания) колеблется в пределах от 16,7 – до 25,2 мг/м. (пылеобразующие вещества – льняная костра, хлопок)

Нижние пределы взрываемости для большинства видов пыли находятся в пределах 2,5 – 35 мг/м. Такая концентрация соответствует весьма высокой запыленности воздуха, при которой предметы трудно различить на расстоянии 1 – 2 м.

Значения нижних пределов взрываемости (воспламенения) различных видов пыли изменяется в зависимости её влажности, дисперсности, летучести, зольности, температуры и тепловой мощности источника воспламенения и других факторов зависящих от конкретных условий технологического процесса.

Сильная запыленность воздушной среды усугубляет общую рабочую ситуацию в рамках производимого технологического процесса и вызывает чувство дискомфорта у персонала предприятия.

При определении параметров концентрации веществ выясняется общий уровень запыленности рабочей зоны. В случае использования устройств вытяжной вентиляции гарантированность очистки воздушной среды не может быть полной, так как само выполнение этого процесса с высокой концентрацией аэрозолей (пыли) проблематично. Так как наблюдается нарушение целостности воздушной среды, вследствие наличия элементов рабочих органов, которые могут вызвать дополнительные завихрения. Быстрое оседание пылей таких концентраций и необходимость больших энергозатрат, делают эту систему воздухоочистки малоэффективной.  

 

Современные системы вентиляции

 

При проектировании системы вентиляции и подборе приточной и вытяжной установки необходимо:

1. Определить количество приточного воздуха по помещениям, исходя из СНиПов. (Подача свежего воздуха в помещения должна обеспечивать приток на 1 человека 20-80 м3/час для помещений различных типов).

2. Определить сечение воздуховодов, исходя из расхода и скорости воздуха.

3. Определить типы и размеры воздухораспределительных устройств системы вентиляции.

4. Исходя из п.п.1 – 3, нужно подобрать приточную или вытяжную установку с необходимой производительностью по воздуху и напором, позволяющим преодолеть сопротивление сети воздуховодов и воздухораспределительных устройств.

В системе вентиляции для создания баланса, поступающего и удаляемого из помещения воздуха, также должна быть предусмотрена вытяжная вентиляция.

Приточные установки - универсальные модульные системы, которые обладают большим количеством преимуществ и дополнительных возможностей в сравнении с традиционным оборудованием вентиляционных камер: они более компактны, легко монтируются, удобны в обслуживании, экономичны. Системы вентиляции критичны к выбору приточной вентиляции.

При этом приточные установки обеспечивают комплексное решение всех задач, связанных с подготовкой воздуха, которые возникают при эксплуатации современных зданий: приток свежего воздуха; нагревание; очистка воздуха от пыли и вредных примесей.

Приточные установки успешно применяются как для поддержания нужного температурного режима в каждом из отдельных помещений внутри здания, так и для создания микроклимата в "чистых помещениях" медицинских учреждений, предприятий приборостроительной и радиотехнической отрасли промышленности и т.п.

Большое количество типоразмеров, модульная конструкция, широкий диапазон технических характеристик и функциональных возможностей отдельных секций позволяют легко подобрать оптимальный по составу и стоимости вариант компоновки приточной установки для любого объекта и соответсвенно, любой системы вентиляции.

Приточные установки в системах вентиляции изготовлены из высококачественных оцинкованных листов с использованием в качестве утеплителя и шумопоглотителя листов из минеральной ваты. Вся конструкция разборная и может быть выполнена в любой конфигурации, что позволяет монтировать приточную установку практически в любых помещениях.

При всех явных преимуществах в современных системах вентиляции присутствует ряд недостатков, которые являются сегодня далеко непоследним фактором, определяющим экономическую и технологическую пригодность всей системы к условиям современного промышленного производства и предприятиям добывающей отрасли.

К одному из наиболее важных недостатков относится высокое энергопотребление, которое влияет на экономическую составляющую процесса воздухоочистки. Так как активные элементы современных систем вентиляции используют в качестве своих приводов электродвигатели, которые вынуждены функционировать в течение всего производственного процесса. Также наличие больших воздуховодов является не совсем удачным решением проблемы воздухоочистки промышленной зоны предприятия, так как эти элементы занимают большое пространство, тем самым лишают возможности производство быстро изменить свой технологический процесс или его часть при возможном перепрофилировании предприятия. Основной недостаток, исходя из вышеперечисленного, это высокие временные затраты на изменение конфигурации системы вентиляции и высокое энергопотребление, что в условиях современного рынка может повлиять на экономическую составляющую всего технологического процесса предприятия.

Безусловно, очистка воздушной среды от пыли в таких условиях является второстепенной задачей для многих предприятий, так как они более склонны решать другие вопросы, связанные с энергопотреблением активных элементов системы (центробежных вентиляторов) и возможность быстрой переналадки элементов воздуховодов.

Для эффективного контроля системы вентиляции (приточной, вытяжной) также необходимо наличие большой ремонтной бригады, если система неавтоматизирована или же наличие датчиков и линий связи, если система автоматизирована. И один и другой варианты несут дополнительную финансовую нагрузку для предприятия, что опять же не может не сказаться на затратности всего процесса воздухоочистки рабочей зоны.

Сама эффективность процесса нейтрализации пылей и аэрозолей в случае с применением современных систем притяжной и вытяжной вентиляции в так случае является более чем сомнительной, так как большая часть пылей успевает осесть до того как будет нейтрализована системой вентиляции. Для решения этой проблемы используют вариант увеличения мощности активных элементов вытяжной вентиляции (циклонов), что сказывается на всю атмосферу производственного процесса, которая нарушается вследствие возникновения дополнительных сильных воздушных потоков. К тому же являющихся малоэффективными из-за возникновения дополнительных завихрений воздушной среды вызванными рабочим оборудованием.

 

Выводы

 

1. Применение представленной технологии очистки воздушной среды от мелкодисперсной пыли может быть осуществлена  на следующих предприятиях (горнообогатительной промышленности, металлургии, текстильной промышленности, пищевой промышленности, строительства). И одна из немаловажных областей применения этой технологии – обеспыливание пространств зон чрезвычайных происшествий.

2. Малая затратность данной технологии дает возможность её широкого применения.

3. Универсальность этого процесса обеспыливания характеризует гибкость системы производственной вентиляции. Унификация технологии выполняет одно из основных требований современного производственного процесса – гибкость технологического процесса, которая может осуществляться также применением отдельных элементов этой технологии (непосредственно рабочего органа и сопутствующих устройств) в разных видоизмененных вариантах.

4. Малая энергозатратность технологии немаловажна в современных рыночных условиях, так как небольшое энергопотребление дает возможность дальнейшего совершенствования системы обеспечения безопасности на производстве связанном с сильными запылениями воздушного пространства рабочей зоны.

5. Применение этой технологии поможет сократить выбросы вредных веществ в атмосферу городских промышленных зон, что будет способствовать улучшению экологической ситуации как в отдельных районах, так и в общем по стране. Что немаловажно в современных условиях концентрации промышленных зон в черте города.

6. И окончательно определяя задачу, стоящую перед технологическим процессом обеспыливания, можно сказать, что возможности этой технологии являются недорогими и наиболее практичными в сравнении с другими вариантами.

 

Рекомендации

 

1.                В зависимости от требований производства технологию можно приспособить к варианту применения с видоизмененными активными элементами (цепочками меньшего размера) для удобства использования и обеспечения наилучшего применения.

2.                Применение технологии возможно в нескольких вариантах: для больших производств, неприспособленных к быстрой переналадке своего технологического процесса, возможен вариант применения стационарной установки по обеспыливанию воздушной среды, в случае с производственным процессом. Например, в строительстве, фактор мобильности и гибкости является одним из ключевых, тогда возможно применение мобильной установки по обеспыливанию воздушной среды.

3.                Для удобства использования предлагаемого на предприятиях узкоспециализированных отраслей возможно видоизменение отдельных компонентов, например, для угольной промышленности возможна переналадка активного элемента непосредственно во время производственного процесса, что позволит сэкономить время на длительную подготовку устройства к выполнению своей задачи.

4.                Для стационарных комплексов возможна организация активных элементов устройства (цепей) по принципу замкнутости для удобства использования в условиях длительной работы.

5.                Для удобства перемещения мобильных установок по обеспыливанию могут применяться шасси машин вспомогательного комплекса, т.е. уже имеющих свою задачу на производстве, но еще способных взять в качестве нагрузки функцию перевозки и использования устройства обеспыливания. В строительстве это может быть спецтранспорт, использующийся для уборки территорий; в металлургической промышленности - специальный железнодорожный состав, входящий в транспортный комплекс предприятия.

6.                В зависимости от задач предприятия форма активного элемента в плане может быть Г-образной, Ш-образной, П-образной. Это зависит также от масштабности выполнения задачи, которая стоит перед устройством. Для обслуживания нескольких транспортных линий по перемещению сыпучих веществ может применяться Ш-образный активный элемент пылеулавливания, что сократит издержки производства на использования нескольких устройств пылеулавливания.

7.                Исходя из вышесказанного, можно добавить, что для большего удобства необходимо обеспечить возможность трансформирования активного элемента в зависимости от требований в П-образный или другой вариант для его дальнейшего использования. Эта функция может быть предусмотрена, как в мобильном, так и стационарном варианте использования представленной технологии.

8.                Эта технология предназначена для дальнейшей модернизации в случае если требования к её использованию будут меняться.

 

Экспериментальное исследование

 

Для решения проблемы обеспыливания воздушной среды автором проведено экспериментальное исследование, в котором он использовал макет установки обеспыливания.

Рассмотрены 3 варианта использования экспериментального материала:

 

1) с размером частиц до 1 мм (мучная пыль);

2) с размером частиц 2 мм;

3) с размером частиц 3 мм;

4) с размером частиц 4 мм.

 

Для испытания пылеулавливания частиц менее 1 мм: высыпаем муку из лотка в рабочую зону I (воронка, изготовленная из оргстекла, специально для большей наглядности эксперимента), в воронку помещаем цепочки пылеуловителя d=3 мм, предварительно смазанные маслом. В дальнейшем после рабочей зоны I сыпучий материал поступает в основную зону выгрузки, в которой по средствам вентилятора создается конвекционный поток, что должно послужить компенсацией масштаба эксперимента. Затем после попадания муки в основную зону выгрузки мелкодисперсная мучная пыль раздувается воздушными потоками и завихрениями, которые несут её к цепочкам пылеуловителя, где она оседает, нераспространяясь дальше в воздушной среде рабочего пространства.

В ходе эксперимента из лотка выгрузили 1000 г. муки, из которой 950 г. было нейтрализовано цепочками пылеуловителя. Исходя из этой экспериментальной информации, можно судить о том, что эффективность нейтрализации мучной пыли с размером частиц 0,05 мм составляет 95%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аналогичный эксперимент был проведен с частицами пыли размером 2 мм, который показал эффективность пылеулавливания - 70%. С частицами размером 3 мм, эффективность была на уровне 55%,с частицами 4 мм, эффективность пылеулавливания 40%, с частицами 5мм эффективность 10%.

На основании проделанного мною опыта установлено, что чем больше размер частицы опытного материала, тем меньше способность удержания её устройством пылеуловителя.

Также в ходе эксперимента было определено свойство экономии материала (сыпучих веществ) вследствие его удержания на цепочках пылеуловителя, а затем дальнейшего использования в технологическом процессе, который идет за процессом выгрузки. Остальная пыль, не попавшая на цепочки устройства пылеуловителя, захватывается воздушным потоком от вентилятора, который направляет её в выходной фильтр из стекловолокна, где она без труда оседает. Воздушный поток выходит из отводящего сопла.

Метод нейтрализации пыли, представленный в эксперименте, выполняется с помощью цепочек смазанных маслом, которые и являются основным рабочим органом в этой технологии. Цепочки закреплены на вспомогательном кронштейне. Устройство зоны выгрузки представлено в виде макета, выполненного из оргстекла. В макет вмонтирован вентилятор, который создает дополнительный воздушный поток. На выходе из основной зоны выгрузки встроена воронка для концентрации воздушного потока и целенаправленного вывода его через фильтр из стекловолокна.    

 

Обоснование выбранного метода решения задачи

 

Применение этой технологии возможно:

 

1. В расчистке завалов на спасательных операциях,

2. В горнорудной промышленности,

3. В пищевой промышленности,

4. В строительстве (в том числе и на изготовлении строительных материалов).

 

Использование этой технологии обусловлено наличием тяжелых условий труда рабочих и высокого уровня загрязнения окружающей среды. Широкий спектр применения технологии обеспыливания дает возможность обеспечения оптимальных условий труда на производстве, и гарантирует минимальный уровень загрязнения окружающей среды.

При очистке завалов в различных ЧП эта технология может помочь в устранении помех спасателям.

В горнорудной промышленности – в угледобывающей промышленности (при добыче угля открытым или закрытым (шахтным) методом). При выгрузке угля из транспортных вагонеток на ленточный конвейер с использованием обеспыливания среды уменьшается концентрация угольной пыли в воздухе, что дает возможность более безопасной, продуктивной и менее вредной работы.

На карьерных работах – при выгрузке руды из самосвалов происходит запыление окружающей среды, которое пагубно сказывается на экологии уникальных природных зон, в которых, как правило, ведется добыча полезных ископаемых. С использованием технологии обеспыливания этих работ – уровень выброса в атмосферу вредных элементов сократится в разы, что обеспечит экологичность ведения добычи полезных ископаемых и поможет сохранить природу тех мест.  

 


 

 

 

В строительной промышленности – при выгрузке щебня или цемента могут использоваться специальные стационарные шахты для обеспыливания процесса выгрузки. Это поможет сохранить часть материалов, которые обычно оседают на деревьях или зданиях (в случае с цементом) и обеспечить минимальные выбросы загрязнений в окружающую среду.

При выгрузке из самосвала сыпучих материалов происходит активное запыление зоны выгрузки, которое устраняется путем использования устройства обеспыливания. 

Применение приспособлений обеспыливания может различаться по своему конструктивному исполнению в зависимости от специфики производства или другой области использования этой технологии. В добывающей промышленности, в зависимости от условий работ, может применяться мобильный комплекс обеспыливания для большей мобильности и технологичности процессов производства. В строительстве использование обеспыливания может различаться задачами производства, например, на строительных площадках в городе комплекс может быть мобильным для быстрого оперативного действия в условиях постоянно изменяющихся условий выполнения задач. На предприятиях строительного комплекса установки обеспыливания могут быть стационарными или комбинированного действия. По мере использования процесса обеспыливания можно адаптировать его и на другие варианты возможного применения. Например, для усовершенствования производства цемента или пищевых компонентов для производства продуктов питания. При адаптации технологии можно оценить экономическую составляющую процесса. В случае с цементной промышленностью использование технологии обеспыливания поможет сэкономить значительное количество цементной смеси, что увеличит рентабельность производства и сможет корректно планировать производственный процесс.     

Принцип действия очистки окружающей среды от мелкодисперсных твердых частиц заключается в следующем – основным элементом технологии является пылеулавитель, который состоит из цепей верхними концами соединенных с масляным лотком, для смазывания поверхности цепей, что придает им в свою очередь свойство улавливать частицы пыли, по средствам её налипания. При достаточном скоплении мелкодисперсной пыли на цепях пылеулавителя сгустки вещества, под действием силы тяжести отваливаются от носителей, при этом идет смазывание цепей из масляного лотка. Другие частицы, образующаяся при запылениии собираются в воздухоотводы обеспечивающие разность давлений среды, для скапливания мелкодисперсных частиц в устройствах – пылесборниках.

 

Формула изобретения

 

Устройство для улавливания пыли при выгрузке сыпучих материалов, содержащее закрепленную одним краем на верхней части бункера выгрузки, противоположенной стороне высыпания, плиту перекрытия, к нижней поверхности которой прикреплены эластичная штора и пылеуловитель с расположенными в плоскостях, параллельных плоскости шторы, вертикальными звеньями, и закрепленный на плите элемента для подачи смачивающей среды на звенья пылеуловителя, отличающиеся тем, что, с целью повышения эффективности пылеулавливания, элемент для подачи смачивающей среды выполнен в виде лотка с перфорированным днищем, в отверстиях которого размещены верхние концы вертикальных звеньев, выполненных  в виде гибких элементов, при этом эластичная штора установлена на противоположенном закрепленному крае упомянутой плиты, а лоток закреплен на последней на расстоянии l его продольной оси от закрепленного её края, определяемом из следующего соотношения:

 

                                                        

 

где L – ширина плиты. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Результаты эксперимента

 

 

 

 

            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

 

1. Н. Ф. Бубырь и др. Производственная и пожарная автоматика. - М.: ВИПТШ, 1986.

 

2. Металлургия черных металлов; Б. В. Линчевский, А. Л. Соболевский, А. А. Кальменев.

 

3. Н. Д. Титов, Ю. А. Степанов Технология литейного производства. М. “Машиностроение” ,1974.

 

4.  Технологические процессы машиностроительного производства. Под редакцией С. И.   Богодухова, В. А Бондаренко. — Оренбург: ОГУ, 1996 г.

 

5.  Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение. — М.: Машиностроение, 1990 г.

 


Публикации с ключевыми словами: системы вентиляции
Публикации со словами: системы вентиляции

Тематические рубрики:
Поделиться:
 
ПОИСК
 
elibrary crossref ulrichsweb neicon rusycon
 
ЮБИЛЕИ
ФОТОРЕПОРТАЖИ
 
СОБЫТИЯ
 
НОВОСТНАЯ ЛЕНТА



Авторы
Пресс-релизы
Библиотека
Конференции
Выставки
О проекте
Rambler's Top100
Телефон: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)
  RSS
© 2003-2024 «Наука и образование»
Перепечатка материалов журнала без согласования с редакцией запрещена
 Тел.: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)