Совершенствование двухзонного электрофильтра для очистки воздуха от пыли в сельскохозяйственных помещениях с повышенными требованиями к чистоте воздушной среды
Для очистки воздуха в сельскохозяйственных помещениях с повышенными требованиями к чистоте воздушной среды необходимо иметь электрофильтры с высокой (как показывают расчеты — не менее 99%) степенью очистки от пыли и находящихся на пылевых частицах микроорганизмов, при этом генерирование озона в процессе работы фильтра должно быть минимизировано. Производственные испытания показали, что… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования
- 1. 1. Проблема фильтрации воздуха в сельскохозяйственных помещениях
- 1. 2. Требования к воздушным фильтрам для сельскохозяйственных помещений
- 1. 3. Анализ существующих конструкций электрофильтров
- 1. 4. Анализ процессов фильтрации в двухзонном электрофильтре
- 1. 5. Выводы. Задачи исследования
- Глава 2. Теоретические предпосылки к совершенствованию двухзонного электрофильтра
- 2. 1. Оптимизация длины зоны зарядки двухзонного электрофильтра
- 2. 1. 1. Получение целевой функции
- 2. 1. 2. Методика оптимизации
- 2. 1. 3. Результаты оптимизации и их обсуждение
- 2. 2. Анализ возможностей повышения тока коронного разряда за счет учета взаимного влияния зон зарядки и осаждения
- 2. 1. Оптимизация длины зоны зарядки двухзонного электрофильтра
Совершенствование двухзонного электрофильтра для очистки воздуха от пыли в сельскохозяйственных помещениях с повышенными требованиями к чистоте воздушной среды (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Анализ показывает, что одним из наиболее опасных воздействий современного сельскохозяйственного производства на окружающую среду является выброс загрязняющих веществ в атмосферу. При этом для получения качественной продукции сельскохозяйственных предприятий по хранению и переработке мяса, молока, яиц, муки и т. д., а также для нормального функционирования лабораторий проверки качества продукции, ветеринарных лабораторий, аптек, лечебниц предъявляются повышенные требования к чистоте воздуха указанных помещений.
Для снижения концентрации пыли в воздухе внутри помещений применяется комплекс мер, включающий в себя как борьбу за снижение пылевыделения от внешних и внутренних источников загрязнения, так и очистку воздуха от пыли с помощью воздушных фильтров. Наиболее перспективными в этом направлении являются двухзонные электрофильтры, способные улавливать частицы в широком диапазоне размеров и имеющие низкое аэродинамическое сопротивление.
Принцип работы большинства электрофильтров основан на использовании коронного разряда, одним из побочных продуктов которого является озон. Между тем известно, что наличие озона в воздухе помещения сверх предельно допустимой концентрации (ПДК) приводит к коррозии оборудования и отрицательному воздействию на людей и животных.
Для очистки воздуха в сельскохозяйственных помещениях с повышенными требованиями к чистоте воздушной среды необходимо иметь электрофильтры с высокой (как показывают расчеты — не менее 99%) степенью очистки от пыли и находящихся на пылевых частицах микроорганизмов, при этом генерирование озона в процессе работы фильтра должно быть минимизировано.
Анализ показывает, что двухзонные электрофильтры известных конструкций не в полной мере отвечают вышеперечисленным условиям.
Указанные соображения и определили тему диссертации.
Работа выполнена в соответствии с Межведомственной координационной программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2006 — 2010 гг. (Проблема IX. Научное обеспечение повышения машинно-технологического и энергетического потенциала сельского хозяйства России), одобренной Президиумом РАСХН 16.11.06 г. и Межведомственным координационным советом по формированию и реализации Программы 19.10.06 г., и планом НИР ЧГАУ на 1999;2008 гг.
Цель работы: повышение эффективности очистки воздуха в сельскохозяйственных помещениях с повышенными требованиями к чистоте воздушной среды за счет усовершенствования двухзонного электрофильтра.
Задачи исследования.
1. Получить аналитическую зависимость степени очистки воздуха в двух-зонном электрофильтре от длины зоны зарядки (при фиксированной общей длине фильтра), провести оптимизацию длины зоны зарядки.
2. Теоретически обосновать и экспериментально проверить гипотезу о возможности негативного влияния электрического поля зоны осаждения на электрические параметры зоны зарядки двухзонного электрофильтра.
3. Провести экспериментальные исследования с целью совершенствования двухзонного электрофильтра с учетом взаимного влияния зон зарядки и осаждения, оптимизировать его параметры.
4. Провести производственные испытания усовершенствованного электрофильтра и оценить технико-экономическую эффективность его применения.
Объект исследования: процесс очистки воздуха от пыли в двухзонном электрофильтре.
Предмет исследования: закономерности процесса очистки воздуха в двухзонном электрофильтре, взаимосвязь параметров двухзонного электрофильтра с его выходными показателями.
Научная новизна основных положений, выносимых на защиту.
1. Получена аналитическая зависимость степени очистки воздуха в двухзонном электрофильтре от длины зоны зарядки с учетом совместного действия ударного и диффузионного механизмов зарядки, позволившая оптимизировать длину зоны зарядки.
2. Установлено наличие негативного влияния электрического поля зоны осаждения на электрические параметры зоны зарядки двухзонного электрофильтра. Показано, что установка заземленной металлической сетки на выходе зоны зарядки не только устраняет это влияние, но и позволяет значительно повысить ток коронного разряда.
3. Экспериментально установлено, что применение второй сетки (на входе зоны зарядки) ведет к дополнительному увеличению тока коронного разряда и, как следствие, к повышению степени очистки воздуха в электрофильтреприменение двух сеток существенно снижает концентрацию озона на выходе из электрофильтра при том же токе.
Практическая значимость работы и реализация ее результатов.
Результаты оптимизации длины зоны зарядки могут быть использованы в НИИ, КБ и других организациях при проектировании двухзонных электрофильтров.
Усовершенствованный электрофильтр, отличающийся наличием на входе и выходе зоны зарядки заземленных металлических сеток (конструкция защищена двумя патентами РФ на изобретения), позволяет с высокой эффективностью очищать воздух помещений от мелкодисперсной пыли при пониженном генерировании озона.
Разработанный электрофильтр внедрен в колбасном цехе ООО «Арктика» (г. Челябинск).
Результаты теоретических и экспериментальных исследований используются в учебном процессе Челябинского государственного агроинженерного университета.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались, обсуждались и получили одобрение на ежегодных научных конференциях ЧГАУ в период с 1999 по 2008 гг. и на международной научно-практической конференции «Проблемы развития энергетики в условиях производственных преобразований» в Ижевской ГСХА, г. Ижевск, 24−25 декабря 2003 г.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 10 научных статьях. Получены 2 патента РФ на изобретения.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы (из 90 наименований), приложенийсодержит 125 страниц основного текста, в том числе 47 рисунков, 11 таблиц.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.
Результаты, полученные в настоящей диссертационной работе, позволяют сделать следующие выводы:
1. Для очистки воздуха в сельскохозяйственных помещениях с повышенными требованиями к чистоте воздушной среды необходимо повышение эффективности двухзонного электрофильтра, которое может быть достигнуто за счет учета взаимного влияния зон зарядки и осаждения.
2. Полученная аналитически с учетом совместного действия ударного и диффузионного механизмов зарядки зависимость степени очистки воздуха в двухзонном электрофильтре от длины зоны зарядки (при фиксированной общей длине фильтра) имеет максимум и позволяет определить оптимальные значения длины зоны зарядки.
3. Электрическое поле зоны осаждения оказывает негативное влияние на электрические параметры зоны зарядки, увеличивая начальное напряжение и снижая ток КР.
4. Установка заземленной металлической сетки на выходе зоны зарядки не только устраняет негативное влияние электрического поля зоны осаждения на электрические параметры зоны зарядки, но и позволяет значительно (на 20. 140%) повысить ток КР. Установка второй заземленной сетки (на входе зоны зарядки) дополнительно увеличивает ток КР (еще на 18.75%). Вследствие увеличения тока КР повышается степень очистки воздуха в электрофильтре: максимальное увеличение степени очистки наблюдается при установке двух сеток (коэффициент проскока при этом снижается в 1,9.2,6 раза).
5. Установка двух заземленных сеток позволяет снизить концентрацию озона на выходе электрофильтра при одном и том же токе в 1,7.6,5 раз (в зависимости от вида коронирующего электрода и полярности питающего напряжения). Основное содержание диссертации опубликовано в [61 — 63, 82 — 90].
6. В результате оптимизации шага сеток на основе комплексного учета повышения степени очистки воздуха, снижения озоновыделения и увеличения аэродинамического сопротивления двухзонного электрофильтра установлено, что оптимальным является шаг 7,5 мм.
7. Производственные испытания показали, что усовершенствованный электрофильтр при скорости потока воздуха 2,1 м/с имеет степень очистки 99%- этот показатель существенно выше, чем у известных двухзонных электрофильтров. Годовой экономический эффект от применения усовершенствованного электрофильтра может составить 14 тысяч рублей в год.
НАПРАВЛЕНИЯ ДАЛЬНЕЙШИХ ИССЛЕДОВАНИЙ.
1. В области теоретических исследований представляет интерес установление зависимости между током коронного разряда и степенью очистки воздуха в двухзонном электрофильтре.
2. В экспериментальной области считаем целесообразным продолжить исследование причин более сильного снижения концентрации озона при установке сетки на входе зоны зарядки по сравнению с вариантом установки сетки на выходе.
Список литературы
- Проблемы совершенствования вентиляции животноводческих и птицеводческих помещений. Раяк М. Б. // Обзорная информация. М.: ВНИИНТПИ, 1991.
- Штокман Е.А. Очистка воздуха М.: Изд-во АСВ, 1998. — 320 е., ил.
- Охрана атмосферного воздуха. Проблемы и пути решения. Сб. научных статей. Челябинск, 2001.
- Паникар И.И., Гаркавая В. В., Севрюков Ю. И. Промышленное птицеводство и охрана окружающей среды. — М.: Росагропромиздат, 1988. 80 е.: ил.
- Минаев И.В., Свиридов А. А. Еще о пыли в птичниках // Птицеводство. 1976.-№ 11. — с.17 — 18.
- Селянский В.М. Микроклимат в птичниках. — М.: Колос, 1975. 303 с.
- Возмилов А.Г. Очистка воздуха в помещениях для свиней // Достижения науки и техники. АПК. 1991. — № 2. — 33 с.
- Матвеев В.С. Современные технические средства контроля промышленных выбросов в атмосферу. Л.: ЛДНТП, 1989. — 20 е.: ил.
- Предельно-допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест: гигиенические нормативы. М.: Российский регистр потенциально опасных химических и биологических веществ Минздрава России, 1998. — 69 с.
- Горбатовский В.В., Мамин Р. Г., Рыбальский Н. Г. Экология жилища. -М.: Российское Экологическое Федеральное Информационное Агентство, 1995. -80 с.
- Литвинова Л.И., Янко Н. М., Рожков Г. В. Гигиена современного жилища. -Киев: Здоровья, 1990. 112 с.
- Ахундов Д.С., Мурусидзе Д. Н., Чугунов А. И., Ерохина Л. П., Зайцев А. М. Микроклимат животноводческих помещений и энергосбережение/ Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1997 № 12.
- Микроклимат животноводческих ферм: Обзор, информ. / Государственная комиссия Совета Министров СССР по продовольствию и закупкам. Аг-роНИИТЭИИТО- Авт. С. А. Растимешин. М., 1990.
- Чистые помещения. Под ред. А. Е. Федотова. М.: Издание АСИН-КОМ, 1998.- 320с., ил.
- Баланин В.И. Зоогигиенический контроль микроклимата в животноводческих и птицеводческих помещениях. М.: Агропромиздат, 1988. — 144 е.: ил.
- Гжегоцкий М.И., Сахновская H.H., Маненко А. К. Санитарная охрана воздушного бассейна. Киев: Здоровья, 1988.
- Внутренние санитарно-технические устройства. В 2-х ч. Под ред. И. Г. Староверова. Изд. 3-е. Ч. 2. Вентиляция и кондиционирование воздуха. — М.: Стройиздат, 1978. 509 с.
- Капцов H.A. Коронный разряд и его применение в электрофильтрах. -М: Гостехиздат, 1947. — 272 с.
- Пирумов А.И. Обеспыливание воздуха. М.: Стройиздат, 1981.296 с.
- Лившиц М.Н. Аэроионификация: Практическое применение. М.: Стройиздат, 1990. — 168 с.
- Возмилов А.Г. Выделение озона двухзонным электрофильтром: В кн.: Некоторые вопросы механизации и электрификации сельскохозяйственного производства// Тр. ЧИМЭСХ/ Челябинск, 1978. Вып. 134. — с. 134 — 139.
- Тайманов С.Т. Исследование и разработка системы очистки воздуха и дезинфекции яиц в инкубаторе. Дисс.. канд. техн. наук. — Челябинск: ЧГАУ, 1995.- 178 с.
- Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 2003 году». Москва, 2003.
- Ветеринарно-санитарные требования при проектировании, строительстве, реконструкции и эксплуатации животноводческих помещений. — М.: ВО «Агропромиздат», 1988.
- ГОСТ Р 50 766 95. Помещения чистые. Классификация. Методы аттестации. Основные требования. — Введ.13.04.1995. — М.: ИПК Издательство стандартов, 1995. -27 с.
- Кирпичникова И.М. Расчет снижения концентрации загрязнений воздуха в помещении / Техника в сельском хозяйстве, № 1, 2003, с. 35 37.
- Жебровский С.П. Электрофильтры. — M.-JL: Государственное электрическое издательство, 1950. 357 с.
- Дымовые электрофильтры/ В. И. Левитов, И. К. Решидов, В.М. Ткачен-ко и др. М.: Энергия, 1980. — 448 с.
- Тэнэсеску Ф., Крамарюк Р. Электростатика в технике/ Пер. с рум. — М.: Энергия, 1980. 296 е., ил.
- Смирнягин Е.В. Разработка и исследование ионного вентилятора-фильтра для очистки воздуха от пыли в помещениях АПК. Дисс.. канд. техн. наук. Челябинск: ЧГАУ, 2002. — 147 с.
- Ионный вентилятор-фильтр: Патент № 2 181 466. Россия/ Файн В. Б., Смирнягин Е. В., Иванова С. А., № 2 000 129 376/06- Заявл. 23.11.2000- Опубл. 20.04.02.-Бюл. № 11.
- Верещагин И.П. Коронный разряд в аппаратах электронно-ионной технологии. -М.: Энергоатомиздат, 1985. 160 е., ил.
- Ван Ч. Исследование двухзональных электрических воздушных фильтров// Вопросы очистки воздуха в промышленных зданиях.// Труды ЦНИ-ИПромзданий. 1971. -Вып. 21. — с. 90 — 108.
- Основы электрогазодинамики дисперсных систем / И. П. Верещагин, В. И. Левитов, Г. З. Мирзабекян, М. М. Пашин. М-: Химия, 1974. — 480 с.
- Меттус A.A. Способ очистки воздуха в двухзрнных фильтрах: Патент № 2 142 852. Россия, МПК 6 В 03 С 3/00. № 98 123 761/12- Заявл. 29.12.1998- Опубл. 20.12.1999.
- СовПлим. Каталог продукции «Системы местной вытяжной вентиляции» 2008 г. — 88 е.,
- Plymoth. Clean Fresh Air. Newline 90. Berlings, Arlov, 1989. — 48 p.
- Мошкин A.A., Васьков C.A., Кондаков Ы.А.Электрофильтр для очистки газов: Патент № 2 240 867, Россия, МПК 7 В 03 С 3/41. ОАО «НИИ по пром. и санитар, очистке газов». № 2 003 135 865/12- Заявл. 11.12.2003- Опубл. 27.11.2004.
- Электротехнология/ В. А. Карасенко, Е. М. Заяц, А. Н. Баран, B.C. Кор-ко. М.: Колос, 1992. — 304 с.
- Першин А.Ф., Байдукин Ю. А., Казеев Ю. Р., Федоров A.B. Устройство для очистки и обеззараживания- воздуха: Патент № 2 033 272. Россия, МПК 6 ВОЗСЗ/12, АО 1К1/01, А01К1/00, A61L9/015. № 5 031 025/15- Заявл. 03.04.1992- Опубл. 20:04.1995.
- Возмилов А.Г. Исследование и разработка двухзонного электрофильтра для очистки воздуха в промышленном птицеводстве. Дисс.. канд. техн. наук. Челябинск: ЧИМЭСХ, 1980. — 196 с.
- Кирпичникова И.М. Энергосберегающие системы электроочистки воздуха в сельскохозяйственных помещениях с повышенными требованиями к чистоте: Монография. Челябинск: Изд-во ЧГАУ, 2001. — 80 с.
- Кирпичников И.В. Разработка и исследование электростатического фильтра для очистки воздуха от пыли в сельскохозяйственных малообъемных помещениях. Дисс.. канд. техн. наук. — Челябинск: ЧГАУ, 2000. — 137 с.
- Илимбетов Р.Ю. Повышение эффективности электростатического фильтра для очистки воздуха от пыли в помещениях АПК за счет применения замасливателя и нейтральных пластин. Дисс.. канд. техн. наук. — Челябинск: ЧГАУ, 2004.- 159 с.
- Мирзабекян Г. З. Зарядка аэрозолей в поле коронного разряда// Сильные электрические поля в технологических процессах (Электронно — ионная технология). Под ред. акад. В. И. Попкова. — М.: Энергия, 1969. с. 20−39.
- Афонин И.А., Гусев A.M., Черчинцев В. Д., Дробный О. Ф. Исследование факторов, определяющих эффективность электрической очистки газов// Изв. вузов. Чер. металлургия. 2004, № 7, с. 40 41.
- Ужов В.Н., Мягков Б. И. Очистка промышленных газов фильтрами. — М.: Химия, 1970.-344 с.
- Электротехнология/А.М. Басов, В. Г. Быков, A.B. Лаптев, В. Б. Файн — М.: Агропромиздат, 1985. — 256 с.
- Файн В.Б., Смирнягин Е. В., Звездакова О. В. Экспериментальные исследования по разработке ионного вентилятора-фильтра// Вестник ЧГАУ. 2002. Т.Зб.-с. 21−27.
- Фукс H.A. Механика аэрозолей. M.: Издательство АН СССР, 1955. —352 с.
- Ужов В.Н. Очистка промышленных газов электрофильтрами. — М.: Химия, 1967.-344 с.
- Лабораторный практикум по курсу «Теоретические основы планирования экспериментальных исследований». М.: МЭИ, 1974. — 185 с.
- Лившиц М.Н., Моисеев В. М. Электрические явления в аэрозолях и их применение. — М.-Л.: Энергия, 1965. — 224с.
- Файн В.Б., Звездакова О. В., Звездаков А. Н. Определение принципиальной возможности работы двухзонного электрофильтра-при подаче питающего напряжения только на зону зарядки // Вестн. ЧГАУ. Т.29. Челябинск, 1999, с. 105- 107.
- Файн В.Б., Дель М. В., Звездакова О. В. Исследование эффективности использования заземленной, металлической сетки в двухзонном электрофильтре //Вестн. ЧГАУ. Т.28. Челябинск, 1999, с. 139 142.
- Файн В.Б., Звездакова О. В., Дель М. В. Двухзонный электрофильтр. Патент РФ № 2 144 433. Бюл. № 2, 2000:
- Верещагин И.П., Семенов A.B. Электрические поля в установках с коронным разрядом / Под ред. Г. З. Мирзабекяна. М.: МЭИ, 1984. — 100с.
- Басов A.M., Возмилов А. Г., Габитов Н. Р., Фалилеев H.A. Коронирую-щий электрод. A.c. СССР № 648 266. БИ 1979. № 7.
- Вольф В.Г. Статистическая-обработка опытных данных. — М.: Колос, 1966.-241 с.
- Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1970. — 720 с.
- Ткаченко В.М., Валуев А. И. Эффективность работы электрофильтра при различных типах коронирующих электродов: В кн.: Электрическая очистка газов -М.: Энергия, 1968. 100 с.
- ГОСТ Р 51 251 99. Фильтры очистки воздуха. Классификация. Маркировка. Введ. 01.01.2000 -М.: ИПК Издательство стандартов, 1999. — 6 с.
- White H.Y. Entstaubung industrieller Gase mit Elektrofiltern. — Leipzig: VEB Deutscher Verlag fur Grundstoffindustrie, 1969. 336 s.
- Доспехов Б.А. Методика полевого опыта: (С основами статистической обработки результатов исследований). -М.: Колос, 1979. -416 с.
- Ксенз Н.В. Электроозонирование воздушной среды животноводческих помещений (метод, рекоменд.). Зерноград: ВНИПТИМЭСХ, 1991.-35 с.
- Водянников В.Т. Экономическая оценка энергетики АПК. Учебное пособие для студентов высших учебных заведений — М.: ИКФ «ЭКМОС», 2002 304 с.
- Адлер Ю.П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. — 279 с.
- Идельчик И.Е. Справочник по аэродинамическим сопротивлениям./ Под ред. М. О. Штейнберга. — М.: Машиностроение, 1992. 672 с.
- Справочник по гидравлическим расчетам. Под ред. П. Г. Киселева. -М.: Энергия, 1972.-312 с.
- Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники/ МСХ и продовольствия РФ. М.: 1998 — 104 с.
- Файн В.Б., Иванова С. А., Смирнягин Е. В. К теории процесса обеспыливания воздуха в помещении при работе рециркуляционного фильтра// Вестник ЧГАУ. Челябинск, 1999. Т.29. с. 107 — 117.
- Файн В.Б. Исследование метода ионизации воздуха коронным разрядом в птичниках (для кур-несушек): Дисс.. канд. техн. наук: 05.20.02. Защищена 30.06.1977. Челябинск, ЧИМЭСХ, 1977. 264 с.
- Постановление Государственного комитета «Единый тарифный орган Челябинской области» «О введении в действие тарифов на электрическую энергию, отпускаемую ОАО „Челябэнергосбыт“ на розничный рынок Челябинской области» от 25 декабря 2008 года.
- Файн В.Б., Дель М. В., Звездакова О. В. Влияние зоны осаждения на электрический режим зоны зарядки двухзонного электрофильтра // Вестн. ЧГАУ. Т. 28. Челябинск, 1999, с. 132 139.
- Возмилов А. Г, Звездакова О. В., Дель М. В. и др. Исследование озоно-образования в двухзонном электрофильтре // Вестн. ЧГАУ. Т. 30. Челябинск, 2000, с. 36 40.
- Звездакова О.В. К расчету аэродинамического сопротивления электрофильтра с установленными в нем сетками // Материалы ХЫ научн.-техн. конф. ЧГАУ. Ч. 2. Челябинск: ЧГАУ, 2002.
- Звездакова О.В., Файн В. Б. Объяснение увеличения тока коронного разряда при установке заземленной металлической сетки в двухзонном электрофильтре// Вестн. ЧГАУ. Т. 36. Челябинск, 2002, с. 37 39.
- Файн В.Б., Звездакова О. В. Повышение тока коронного разряда в двухзонном электрофильтре при установке двух заземленных сеток // Вестн. ЧГАУ. Т. 37. Челябинск, 2002, с. 50 54.
- Двухзонный электрофильтр: Патент РФ № 2 192 927 / Файн В. Б., Звездакова О. В., Дель М. В: № 2 000 124 155- Заявл. 21.09.2000- Опубл. 20.11.2002. -Бюл. № 32.
- Возмилов А.Г., Звездакова О. В. Производственные испытания усовершенствованного двухзонного электрофильтра // Материалы ХЫ1 научн.-техн. конф. ЧГАУ. Ч. З. Челябинск: ЧГАУ, 2003.
- Возмилов А.Г., Файн В. Б., Звездакова О. В. Усовершенствованный двухзонный электрофильтр для очистки воздуха от пыли // Техника в сел. хоз-ве, 2005, № 1, с. 19−22.