Вопросы обеспечения экологической безопасности и защиты здоровья работающих при проведении восстановительных работ в строительстве особенно актуальны при значительных объемах обновления жилого фонда, располагающегося в городской черте. При этом остро встает вопрос пылевого загрязнения воздушной среды. Как следует из данных, полученных при изучении процесса образования пылевых выбросов при демонтаже поврежденных или разрушенных строительных конструкций, наибольшее пылевыделение в атмосферный воздух наблюдается при операциях, связанных с погрузкой и разгрузкой отходов, при их транспортировке автомобильным транспортом [4].
В настоящее время распространен способ предотвращения выбивания пылевоздушной смеси, образующейся при загрузке бункеров сыпучими пылевидными дисперсными веществами, посредством создания разрежения путем организации отсоса из его объема. Таким образом, создание передвижных установок, предназначенных для очистки пылевых загрязнений, содержащихся в воздухе, отводимом из их объема, является перспективным и актуальным.
Одной из проблем при организации обеспыливания передвижных емкостей является сложность присоединения к ней стационарной установки. Для её решения предложено использование гибкого гофрированного шланга, вместо жестких воздуховодов, что облегчает крепеж, монтаж и демонтаж и предоставляет необходимую мобильность для оборудования. С целью предотвращения образования пылевых отложений в гофрированном воздуховоде предлагается организовать закрутку потока посредством применения тангенциального закручивателя [6, 7].
Экспериментальные результаты и их обсуждение
В качестве основного пылеулавливающего оборудования для мобильной аспирационной установки предлагается использование пылеуловителей ВЗП, основными достоинствами которых является характерная для инерционных центробежных пылеуловителей конструктивная простота [2] и сравнительно более высокая степень улавливания мелкодисперсной пыли [1, 3, 5].
Ввиду жестких требований, предъявляемых к массово-габаритным характеристикам мобильной установки, сделан вывод о рациональности использования одноступенчатой схемы системы очистки с рециркуляцией очищенного газа и разделением потока посредством применения центробежного разделителя-концентратора, что позволяет повысить эффективность пылеулавливания. Схема предлагаемой аспирационной системы приведена на рис. 1.
В качестве источника пылевыделения выступает бункер, основные размеры которого повторяют размеры кузова автосамосвала на базе шасси Камаз-540. Модель кузова снабжена укрытием и проемом, в который при помощи ленточного транспортера осуществляется засыпка отходов, транспортируемых с места разбора завалов кирпичной жилой застройки.
Рис. 1. Схема экспериментальной установки. 1 – аспирируемый бункер; 2 – конфузор; 3 – закручиватель; 4 – гофрированный воздуховод; 5 – входной патрубок; 6 – первичный ввод пылеуловителя ВЗП; 7 – сепарационная камера пылеуловителя ВЗП; 8 – раскручиватель потока; 9, 11 – воздуховоды; 10 – вентилятор; 12 – дефлектор; 13 – рециркуляционный воздуховод; 14 – концентратор-разделитель; 15 – патрубок вторичного потока пылеуловителя ВЗП; 16 – патрубок разделителя-концентратора; 17 – регулирующие заслонки; 18 – замерные штуцеры.
На рис. 2 приведена зависимость эффективности очистки экспериментальной установки от соотношения рециркуляционного расхода, подаваемого на первичный ввод пылеуловителя ВЗП к общему, подаваемому на очистку η (L2/Lобщ).
Рис. 2. Зависимость эффективности очистки экспериментальной установки от соотношения рециркуляционного расхода, подаваемого на первичный ввод пылеуловителя ВЗП к общему, подаваемому на очистку η (L2/Lобщ).
1 – Lобщ = 1000 м3/час, L2/Lобщ = 0,3; 2 – Lобщ = 1000 м3/ч, L2/Lобщ = 0,4; 3 – Lобщ= 1000 м3/ч, L2/Lобщ= 0,2; 4 – Lобщ = 900 м3/ч, L2/Lобщ = 0,3; 5 – Lобщ= 900 м3/ч, L2/Lобщ = 0,4; 6 – Lобщ = 900 м3/ч, L2/Lобщ = 0,2; 7 – Lобщ = 800 м3/ч, L2/Lобщ = 0,3; 8 – Lобщ = 800 м3/ч, L2/Lобщ = 0,4; 9 – Lобщ = 800 м3/ч, L2/Lобщ = 0,2.
На рис. 3 приведены зависимости коэффициента местного сопротивления установки от соотношения рециркуляционного расхода, подаваемого соответственно на вторичный и первичный вводы пылеуловителя ВЗП к общему, подаваемому на очистку.
Рис. 3. Зависимость коэффициента местного сопротивления установки экспериментальной установки от соотношения рециркуляционного расхода, подаваемого на вторичный ввод пылеуловителя ВЗП к общему, подаваемому на очистку ζ (L2/Lобщ).
1 – Lобщ= 1000 м3/ч, L2/Lобщ = 0,15; 2 – Lобщ = 1000 м3/ч, L2/Lобщ = 0,10; 3 – Lобщ= 1000 м3/ч, L2/Lобщ = 0,05; 4 – Lобщ = 900 м3/ч, L2/Lобщ= 0,15; 5 – Lобщ= 900 м3/ч, L2/Lобщ= 0,10; 6 – Lобщ= 900 м3/ч, L2/Lобщ= 0,05; 7 – Lобщ = 800 м3/ч, L2/Lобщ = 0,15; 8 – Lобщ = 800 м3/ч, L2/Lобщ = 0,10; 9 – Lобщ = 800 м3/ч, L3/Lобщ = 0,05.
В ходе статистической обработки экспериментальных данных получены следующие эмпирические уравнения, характеризующие зависимость параметров оптимизации от определяющих факторов:
(1)
(2)
(3)
Дисперсия аппроксимации экспериментальных данных полиномами второй степени составляет R2 = 0,931... 0,983.
Совместный анализ данных по аэродинамическому сопротивлению и эффективности пылеулавливания экспериментальной установки позволяет сделать вывод о том, что оптимальный режим работы достигается при сочетании значений величины доли расхода, подаваемой на нижний ввод аппарата ВЗП после прохождения рециркуляции L2/Lобщ = 0,30…0,34, и значении величины доли расхода запыленного потока, поступающей от пылеконцентратора на первичный ввод L3/Lобщ = 0,10…0,12.
Рис. 4. Зависимость концентрации пылевых частиц, витающих в воздухе, отобранном в непосредственной близости от проема в укрытии бункера, от значения величины расхода пылевоздушной смеси, отводимого мобильной аспирационной установкой С(Lобщ).
На рис. 4 представлена зависимость концентрации пылевых частиц, витающих в воздухе, отобранном в непосредственной близости от проема в укрытии бункера, при засыпке его строительными отходами от значения величины расхода пылевоздушной смеси, отводимого мобильной аспирационной установкой. Представленные данные наглядно демонстрируют снижение запыленности атмосферного воздуха, достигаемое посредством разработанного технического решения.
Наиболее существенный эффект по снижению запыленности достигается в диапазоне значений расхода пылевоздушной смеси, отводимого от бункера Lобщ = 800…920м3/ч. При этом происходит снижение запыленности с С = 103,2 мг/м3 до С = 86,9 мг/м3.
Диапазон изменения интегрального параметра закрутки потока, необходимого для обеспечения предотвращения образования пылевых отложений в гофрированном воздуховоде, изменяется от Ф* = 0,621 при относительной длине воздуховода 10 диаметров и расходе воздуха Lобщ = 1000 м3/ч до Ф* = 1,33 при относительной длине воздуховода 20 диаметров и Lобщ = 800 м3/ч. Изменение исследуемого параметра в данном диапазоне позволяет избегать образования пылевых отложений на внутренних поверхностях гофрированного воздуховода, при работе аспирационной установки.
Выводы
-
Применение мобильных аспирационных установок с инерционными пылеуловителями при работах по демонтажу поврежденных и разрушенных зданий является эффективным решением по локализации образующихся пылевых выбросов.
-
При проектировании аспирационных установок наиболее предпочтительной является одноступенчатая компоновка, т.к. она характеризуется меньшими массово-габаритными параметрами и энергопотреблением, что является важнейшим фактором при обеспечении мобильности.
-
Для обеспечения возможности присоединения мобильной аспирационной установки к источнику загрязнения предлагается использование гибкого гофрированного воздуховода, с организацией закрутки потока в целях предотвращения забивания.
-
В ходе экспериментальных исследований получены эмпирические зависимости, характеризующие эффективность очистки и аэродинамическое сопротивление системы аспирации с предложенной компоновкой.
-
Мобильные аспирационные установки, разработанные на базе предлагаемой компоновочной схемы, являются эффективным решением проблемы локализации и очистки пылевых загрязнений, выделяющихся в атмосферный воздух при производстве работ по демонтажу поврежденных и разрушенных зданий.
Рецензенты:
Першин И.М., д.т.н., профессор, заместитель директора филиала Северо-Кавказского федерального университета в г. Пятигорске по научной работе, заведующий кафедрой управления в технических и биомедицинских системах, г. Пятигорск;
Малков А.В., д.т.н., профессор, директор ООО «Нарзан-гидгоресурсы», г. Кисловодск.