Технические решения по снижению величины проскока пылевых частиц при очистке выбросов производства железобетонных изделий пылеуловителями со встречными закрученными потоками

   Введение. Производство железобетонных изделий, будучи основой современного индустриального строительства, является весьма существенным источником пылевых выбросов. Традиционные методы очистки зачастую неспособны обеспечить соблюдение требований к качеству воздушной среды, а замена их более современными требует значительных капитальных и эксплуатационных затрат. Одним из наиболее перспективных путей решения проблемы является применение нового класса инерционных пылеуловителей со встречными закрученными потоками, сочетающими конструктивную простоту и низкие эксплуатационные затраты с достаточно высокой эффективностью работы.

   Целью работы был анализ факторов, оказывающих влияние на величину коэффициента проскока мелкодисперсных пылевых частиц, а также разработка конструктивных решений, направленных на его снижение.

   Материалы и методы. Проведен аналитический обзор технических решений, направленных на снижение величины проскока, на основании которых разработаны конструкции нижнего ввода пылеуловителей со
встречными закрученными потоками. Для подтверждения эффективности разработанных конструкций применялись методы вычислительного эксперимента и натурные замеры.

   Результаты исследования. Посредством проведения численных экспериментов получены сведения об аэродинамической картине течения в сепарационной камере пылеуловителя ВЗП, а также произведена оценка величины проскока пылевых частиц. Разработаны решения по конструктивному оформлению нижнего коаксиального ввода закрученного потока пылеуловителей на встречных закрученных потоках, учитывающие особенности пылевых загрязнений, образующихся при работе технологического оборудования железобетонного производства.

   Обсуждение и заключение. Было установлено наличие смещения оси вторичного закрученного потока от оси симметрии сепарационной камеры. Следствием этого является некоаксиальность первичного и вторичного потоков, приводящая к снижению интенсивности закрутки, образованию паразитных вихрей, и, как следствие, увеличению значения коэффициента проскока. Особенно сильно данный эффект проявляется при большой доле мелкодисперсных пылевых частиц, характерной для пылевых загрязнений, образующихся при производстве железобетонных изделий. Предложенная конструкция коаксиального ввода вторичного закрученного потока снижает величину данного эксцентриситета, что позволяет достигать существенного снижения величины проскока мелкодисперсных частиц, характерных для пылевых выбросов железобетонных производств. Полученные результаты могут быть эффективно использованы как в производстве железобетонных изделий, так и в других отраслях строительного производства, для которого характерно интенсивное образование мелкодисперсных пылевых выбросов.

1. Каздым А.А. Экологические проблемы древности — историческая ретроспектива. История науки и техники. 2007;(5):2–17. URL: http://www.heraldrsias.ru/download/articles/06___Article___Zhirkov.pdf (дата обращения: 12. 09. 2023).

2. Плачкова С.Г. Энергетика. История, настоящее и будущее. В кн. 5. Электроэнергетика и охрана окружающей среды. Функционирование энергетики в современном мире. 2011.

3. Akhbarifar Sepideh, Abghari Sorood, Shirvani Mansour, Akhbarifar Sanaz. Improving dust removal of cyclones In: Conference (ICEME 2011At). Orlando, Florida, USA: ICEME; 2011.

4. Pitak I., Briankin S., Pitak O., Shaporev V., Petrukhin S. Influence of the inlet flow swirler construction on hydrodynamics and efficiency of work. Technology audit and production reserves. 2017;5(3(37)):14–22. doi: 10.15587/2312-8372.2017.112786

5. Nowak K., Bukowska M. Influence of cyclone construction parameters on the efficiency of dust removal. In: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019;603(5):05209 doi: 10.1088/1757-899X/603/5/052096

6. Азаров В.Н. Пылеуловители со встречными закрученными потоками. Монография. Волгорград: Волгоградский государственный технический университет; 2020. 140 с.

7. Baxodirova М.Т., Kurbonov D., Badаlov A.A., Jurayev R.R., Bekturdiyev G.K., Mahamatjanov M.A. Efficiency and pressure loss in apparatus with swirling flow. The herald of KSUCTA. 2022;76(2):320–325. URL: https://www.researchgate.net/publication/360466577_EFFICIENCY_AND_PRESSURE_LOSS_IN_APPARATUS_WITH_SWIRLING_FLOW

8. Badalova D.A. Swirling flow for dust capture. In: E3S Web of Conferences. 2023;401:03065. doi: 10.1051/e3sconf/202340103065

9. Schauffler E., Zenneck H. Вихревая камера для отделения твердых и жидких аэрозольных частиц с помощью вспомогательного закручивающего потока газа. Патент ФРГ, № 1092281. 1953.

10. Кононенко В.Д. Совершенствование пылеулавливающих аппаратов в промышленности технического углерода. Москва: ЦНИИТЭнефтехим; 1985. 78 с.

11. Ганчуков В.И., Екимова А.В. Вихревые аппараты со встречными закрученными потоками. Череповец: ЧерГУ; 1998. 33 с.

12. Жукова Н.С., Кондратенко Т.О., Шибаков В.А. Анализ конструктивных элементов аппарата ВЗП в инженерно-экологических системах. Письма в международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология». 2014;(1):36–38. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-konstruktivnyh-elementov-apparata-vzp-v-inzhenerno-ekologicheskih-sistemah-1/viewer (дата обращения: 19. 08. 2023).

13. Богуславский Е.И., Азаров В.Н., Сергина Н.М. Математическая модель процесса улавливания в пылеуловителях со встречными закрученными потоками с отсосом из нижней зоны аппарата. В: Труды Международной науч.-практ. конф. «Экологическая безопасность и экономика городских и теплоэнергетических комплексов». Волгоград: ВолГАСА; 1999. С. 79–80.

14. Azarov V.N., Lukanin D.V., Borovkov D.P., Redhwan A.M. Experimental study of secondary swirling flow influence on flows structure at separation chamber inlet of dust collector with counter swirling flows. International Review of Mechanical Engineering (IREME). 2014;8(5):851–856. doi: 10.15866/ireme.v8i5.3455

15. Sergina N.M., Sakharova A.A., Azarov V.N., Azarov D.V., Nikolenko M.A. Dust emissions’ reduction into the atmosphere by environmental-engineering systems of smallsize devices with counter-swirling flows (CSF). In: E3S Web of Conferences. International Scientific Conference “Construction and Architecture: Theory and Practice for the Innovation Development” (CATPID-2019). Kislovodsk: E3S Web of Conferences. 2019;38(5):01037. doi: 10.1051/e3sconf/201913801037

16. Stefanenko I.V., Azarov V.N., Borovkov D.P. Experimental optimization of dust collecting equipment parameters of counter swirling flow with coaxial leadthrough for air ventilation system and dust elimination. In: IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Yurga: Publishing Ltd IOP; 2019;224(1):012037. doi: 10.1088/1755-1315/224/1/012037

17. Лупиногин В.В., Азаров В.Н., Сахарова А.А., Николенко М.А., Ковтунов И.А., Мартынова Е.В. Вихревой пылеуловитель. Патент РФ, № 191631. 2019. 6 с. URL: https://patents.s3.yandex.net/RU191631U1_20190814.pdf (дата обращения: 24. 08. 2023).

18. Stefanenko I.V., Azarov V.N., Borovkov D.P., Poliakov I.V. Swirling devices intended for use in air ducts of dust emissions cleaning systems. In: Proceedings of the International Conference "Actual Issues of Mechanical Engineering "(AIME 2018). Series: Advances in Engineering Research (AER). Novosibirsk: Atlantis Press; 2018. Vol. 157. P. 60–64. doi: 10.2991/aime-18.2018.12

19. Азаров А.В., Сергина Н.М., Евтушенко А.И., Ковтунов И.А., Стреляева А.Б., Азаров Д.В. Вихревой пылеуловитель. Патент РФ, № 202744U1. 2021. 6 с. URL: https://patentimages.storage.googleapis.com/ed/25/2d/2856e5fb81fbb8/RU202744U1.pdf (дата обращения: 25. 08. 2023).