Совершенствование систем очистки локализующей вентиляции испытательных станций моторного завода

Актуальность проблемы. Отработавшие газы, отводимые системами локализующей вентиляции от испытательных станций моторных заводов, содержат около 280 компонентов. В их состав входят: оксиды азота (удельные выделения от одного дизельного двигателя при установившемся режиме в условиях испытательного стенда составляют 8−30 г/(кВт/ч)), оксид углерода (удельные выделения 2−20 г/(кВт/ч)), сернистый ангидрид (0,4 — 2,5 г/(кВт/ч)), углеводороды и т. д., а также твердые частицы, в том числе сажа, удельные выделения которой — 0,2 — 2 г/(кВт/ч). Частицы сажи, содержащиеся в выхлопных газах, обладают повышенной токсичностью, так как на их поверхности адсорбируются канцерогенные вещества.

Вместе с тем, при эксплуатации существующих систем местной вытяжной вентиляции испытательных станций моторных заводов основное внимание уделяется очистке выбросов от газовых компонентов с использованием метода каталитической нейтрализации. При этом, с одной стороны, степень улавливания сажи не превышает 60%, с другой стороны, — осаждение сажевых частиц на поверхности катализаторов резко сокращает срок эффективного действия последних. В этой связи для обеспечения качественной работы локализующей вентиляции необходимо добиться максимального снижения содержания сажи в отработавших газах перед нейтрализацией газовых компонентов.

Анализ показал, что в общем случае для очистки выбросов от сажи используются в основном электрофильтры и мокрые пылеуловители. Однако применение первых требует значительных эксплуатационных затрат, при использовании последних возникает проблема очистки сточных вод.

Таким образом, является актуальным решение задачи совершенствования установок очистки газовоздушной смеси перед выбросом в атмосферу в системах локализующей вентиляции испытательных станций дизельных двигателей.

Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.

Цель работы — совершенствование установок очистки выхлопных газов в системах локализующей вентиляции испытательных станций дизельных двигателей посредством повышения эффективности извлечения сажи.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

— разработка расчетной модели, описывающей закономерности процесса улавливания сажи в горизонтальных и наклонных аппаратах со встречными закрученными потоками;

— совершенствование оценочной расчетной модели, описывающей закономерности процесса улавливания сажевых частиц в вертикальном сажеуловителе со встречными закрученными потоками;

— исследование дисперсного состава и основных физико-химических свойств частиц сажи, поступающих в системы локализующей вентиляции испытательных станций моторных заводовразработка конструкции батарейных установок сажеуловителей со встречными закрученными потоками для систем локализующей вентиляции испытательных станций моторных заводов;

— разработка установок инерционного сажеулавливания с использованием вертикальных и горизонтальных аппаратов со встречными закрученными потоками и разделителей;

— экспериментальная оценка эффективности сажеулавливания в установках с аппаратами со встречными закрученными потоками различных модификаций, предназначенных для систем локализующей вентиляции испытательных станций моторных заводов.

Основная идея работы состоит в использовании аппаратов со встречными закрученными потоками (вертикальных, горизонтальных и наклонных сажеуловителей и сажеуловителей-сепараторов) для извлечения сажи из газовоздушной смеси, поступающей в системы локализующей вентиляции испытательных станций моторных заводов.

Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, лабораторные и опытно-промышленные исследования, обработку экспериментальных данных методами математической статистики и корреляционного анализа с применением ПЭВМ.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений теоретического анализа, моделированием изучаемых процессов, планированием необходимого объема экспериментов, подтверждена удовлетворяющей сходимостью полученных результатов экспериментальных исследований, выполненных в лабораторных и опытно-промышленных условиях, с результатами других авторов.

Научная новизна работы состоит в том, что:

— усовершенствована расчетная модель, описывающая процесс улавливания сажи в вертикальном сажеуловителе со встречными закрученными потоками;

— разработана расчетная модель, описывающая процесс улавливания сажевых частиц в наклонных сажеуловителях и горизонтальных сажеуловителях-сепараторах со встречными закрученными потокамиустановлены экспериментальные зависимости, характеризующие эффективность сажеулавливания в установках с аппаратами со встречными закрученными потоками различных модификаций;

— апробирован знаковый метод обработки результатов измерений для описания дисперсного состава сажи, поступающей в системы локализующей вентиляции испытательных станций дизельных двигателей;

— определены и систематизированы данные о дисперсном составе и основных физико-химических свойствах частиц сажи, содержащихся в выбросах испытательных станций дизельных двигателей.

Практическое значение работы:

— разработана конструкция горизонтального сепаратора со встречными закрученными потоками, новизна которой подтверждена свидетельством на полезную модель (№ 17 457);

— разработана конструкция разделителя, новизна которой подтверждена свидетельством на полезную модель (№ 25 583);

— разработана схема инерционного сажеулавливания и разделения дисперсных компонентов смешанного состава, позволяющая повысить эффективность извлечения сажи, новизна которой подтверждена патентом на полезную модель (№ 35 083);

— для систем локализующей вентиляции разработаны конструкции батарейных установок из 2 и 4 сажеуловителей со встречными закрученными потокамиразработаны и приняты к использованию рекомендации по проектированию и расчету батарейных установок из двух сажеуловителей со встречными закрученными потокамиразработаны и приняты к использованию рекомендации по проектированию и расчету вертикальных, горизонтальных и наклонных сажеуловителей и сажеуловителей-сепараторов со встречными закрученными потокамиразработаны и приняты к использованию рекомендации по проектированию установок извлечения сажи для систем локализующей вентиляции испытательных станций дизельных двигателей;

— получено положительное заключение о возможности использования сажи, улавливаемой в системах местной вытяжной вентиляции испытательных станций моторных заводов, и отделенной от посторонних включений, для производства бытовых резинотехнических изделий.

Реализация результатов работы:

— опытно-промышленная установка для извлечения сажи из газовоздушной смеси, поступающей в системы локализующей вентиляции испытательных станций дизельных двигателей, с использованием сажеуловителей со встречными закрученными потоками внедрена на ОАО «Волгоградский моторный завод» ;

— опытно-промышленная установка разделения уловленной сажи и посторонних включений внедрена на ОАО «Волгоградский моторный завод» ;

— батарейные установки из двух сажеуловителей со встречными закрученными потоками внедрены на ОАО «Волгоградский завод технического углерода» ;

— материалы диссертационной работы использованы кафедрой ОВЭБ ВолгГАСУ в курсах лекций, а также в дипломном проектировании при подготовке инженеров по специальности «Теплогазоснабжение и вентиляция» .

На защиту выносятся:

— оценочная расчетная модель, описывающая процесс улавливания частиц сажи в вертикальном сажеуловителе со встречными закрученными потоками, в том числе, для батарейных установок аппаратов;

— расчетная модель, описывающая процесс улавливания частиц сажи в наклонном сажеуловителе и горизонтальном сажеуловителе-сепараторе со встречными закрученными потоками;

— экспериментальные зависимости, характеризующие эффективность сажеулавливания в вертикальном и наклонном аппаратах со встречными закрученными потоками при различных параметрах крутки потоков в верхнем и нижнем вводах;

— экспериментальные зависимости, характеризующие эффективность улавливания сажевых частиц в горизонтальном сажеуловителе-сепараторе со встречными закрученными потоками при различных параметрах крутки потоков в верхнем и нижнем вводах аппарата;

— данные исследований состава и основных физико-химических свойств частиц сажи, поступающей в системы местной вытяжной вентиляции испытательных станций моторных заводов.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на: научно-технических конференциях «Проблемы охраны производственной и окружающей среды» (Волгоград, 1999 — 2001 г. г.) — научно-практических конференциях «Безопасность, экология, энергосбережение» (Гизель-Дере, 2000 — 2001 г. г.) — ежегодных научно-технических конференциях Волгоградского государственного архитектурио-строительного университета (2000 — 2002 г. г.).

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 9 работах, в том числе: в 7 научных публикациях, 2 свидетельствах на полезную модель.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы — 167 страницы, в том числе: 116 страниц — основной текст, содержащий 16 таблиц на 16 страницах, 35 рисунков на 34 страницахсписок литературы из 119 наименований на 12 страницах, 4 приложения на 39 страницах.

4.6. Выводы по четвертой главе.

1. Разработанные конструкции батарейных установок из 2 и 4 сажеуловителей на встречных закрученных потоках позволили повысить эффективность улавливания с 96 до 97,3% по сравнению с ВЗП той же производительности.

2. Для разделения сажи и посторонних включений разработаны разделитель и горизонтальный сепаратор на встречных закрученных потоках с эффективностью разделения 82−86% сажи в системе сажеулавливания испытательных станций дизельных двигателей (свидетельства на полезную модель № 25 853, № 17 457, патент на полезную модель № 35 083).

3. Разработка и внедрение схемы инерционного сажеулавливания с использованием уловителей на встречных закрученных потоках, разделителей и горизонтальных сепараторов на встречных закрученных потоках позволило повысить эффективность улавливания до 97,3%.

4. Внедрение разработанных систем сажеулавливания позволило сократить • выбросы сажи в атмосферу с 3,57 т/год до 0,12 т/год, снизить в 5 раз количество пылевидных отходов, вывозимых на полигоны путем использования уловленной сажи для производства резинотехнических изделий бытового назначения, и тем самым существенно снизить негативную нагрузку на окружающую среду. Суммарный эколого-экономический эффект от внедрения системы сажеулавливания и разделения составил 74 966,10 руб./год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе дано решение актуальной проблемы совершенствования установок очистки в системах локализующей вентиляции испытательных станций моторных заводов.

На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие основные выводы:

1. Усовершенствована оценочная расчетная модель, характеризующая закономерности процесса улавливания сажи в вертикальном и наклонном сажеуловителях и горизонтальном сажеуловителе-сепараторе со встречными закрученными потоками, в том числе и для схем их батарейной компоновки.

2. Получены экспериментальные зависимости, характеризующие эффективность предложенных аппаратов с учетом определяющих факторов. Показано, что соблюдение равенства крутки в верхнем и нижнем вводах аппарата ВЗП влияет на эффективность сажеулавливания в большей степени, чем соотношение расходов воздуха. Сравнение экспериментальных и расчетных зависимостей эффективности сажеулавливания показало, что относительное отклонение составляет не более 2,5%.

3. Разработанные конструкции батарейных установок из 2 и 4 сажеуловителей на встречных закрученных потоках позволили повысить эффективность улавливания по сравнению с ВЗП той же производительности с 96 до 97,3%.

4. Для разделения сажи и посторонних включений разработаны разделитель и горизонтальный сепаратор со встречными закрученными потоками с эффективностью разделения 82−86% сажи в системе сажеулавливания локализующей вентиляции испытательных станций дизельных двигателей.

5. Внедрение разработанных систем сажеулавливания позволило сократить в системах вентиляции выбросы сажи в атмосферу с 3,57 т/год до 0,12 т/год.

6. Суммарный экономический эффект с учетом предотвращенного ущерба от загрязнения атмосферы выбросами загрязняющих веществ, капитальных и эксплуатационных затрат на установку улавливания и разделения сажи и прибыли от вторичного использования уловленной сажи составляет 74 966,10 руб./год.