Міністерство освіти і науки україни

Криворізький технічний університет

Задорожній Сергій Іванович

УДК 628.511.4

Розробка засобів локалізації вузлів пиловиділення

при навантажувально-розвантажувальних роботах

на відкритих складах залізорудних окатишів

Спеціальність 05.26.01 – охорона праці

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Кривий Ріг – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Криворізькому технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Голишев Олександр Маркович,

Криворізький технічний університет

Міністерства освіти і науки України,

професор кафедри теплогазопостачання і вентиляції.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Гурін Аркадій Олександрович,

Криворізький технічний університет Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри рудникової аерології та охорони праці;

кандидат технічних наук,

старший науковий співробітник

Тищук Володимир Юрійович,
ДП “Науково-дослідний інститут безпеки праці
та екології в гірничорудній і металургійній промисловості” Міністерства промислової політики України, м. Кривий Ріг, завідувач лабораторії промислової екології.

Провідна установа: Національний гірничий університет Міністерства освіти і науки України, кафедра аерології та охорони праці, м. Дніпропетровськ.

Захист дисертації відбудеться “19” квітня 2007 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 09.052.02 в Криворізькому технічному університеті за адресою: 50002, м. Кривий Ріг, вул. Пушкіна, 37, ауд. 300.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Криворізького технічного університету за адресою: 50002, м. Кривий Ріг, вул. Пушкіна, 37.

Автореферат розісланий “17” березня 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

доктор технічних наук, професор О. М. Голишев

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Технологічні процеси складування й відвантаження випалених окатишів на відкритих складах фабрик огрудкування гірничо-збагачувальних комбінатів супроводжуються значними викидами пилу в навколишнє середовище. Запиленість повітря при цьому складає від 437 до 3800 мг/м3. Повітряними потоками пил переноситься на значні відстані. При несприятливому напрямку вітру також підвищується концентрація пилу в повітрі поруч з розташованими виробничими приміщеннями в межах від 14,5 мг/м3 до 27,4 мг/м3. Відзначаються втрати цінної металургійної сировини.

Сучасні склади готових окатишів поділяються на два типи: оснащені високопродуктивним пересувним устаткуванням безперервної дії – консольними штабелеукладачами й забірниками з роторним колесом, а також склади із завантаженням з надштабельної конвеєрної галереї. Робочі органи складських машин постійно переміщаються в просторі, підпадають під вплив вітру й контактують з поверхнею штабеля, що додатково перешкоджає локалізації пилу.

Закриті склади через їх високу вартість застосовуються переважно для збереження дорогих порошкоподібних концентратів. Значною перешкодою на шляху широкого застосування закритих складів є необхідність очистки дуже великих обсягів запиленого повітря робочих приміщень.

Об’єм штабеля готових окатишів одночасного зберігання на фабриках огрудкування складає 24,6ч85 тис. т.

Вузлами, що виділяють пил, є: на складах з надштабельною конвеєрною галереєю – потік складованих окатишів і місце його падіння в штабель; на складах, обладнаних консольними штабелеукладачами й роторними забірниками, – потік окатишів, що зсипають, і місце його падіння при завантаженні складу; при роботі роторного забірника – місце забору окатишів роторним колесом, місце завантаження конвеєра стріли, а також центральні перевантажувальні вузли обох машин.

Практика показала, що в умовах інтенсивних безперервних технологічних процесів за наявності мінусових зимових температур засоби боротьби з пилом, прийнятні для інших умов і матеріалів, для відкритих складів окатишів є недостатньо ефективними.

Таким чином, розробка засобів локалізації вузлів пиловиділення при навантажувальних і розвантажувальних процесах на відкритих складах залізорудних окатишів є актуальною науково-практичною задачею, що має велике значення для нормалізації повітряного середовища промислових площадок фабрик огрудкування, а також у приміщеннях виробничих корпусів і на прилеглих територіях.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. В основу дисертаційної роботи покладено результати науково-дослідних робіт у рамках програми на 1986-1990 рр. по рішенню науково-технічної проблеми 0.74.08 “Разработать и внедрить методы и средства, которые обеспечивают последующее повышение безопасности и оздоровление условий труда в народном хозяйстве”, завдання 05.01.05 “Разработать и внедрить встроенные местные отсосы технологического оборудования с интенсивным выделением вредных веществ основных отраслей промышленности”, затвердженої постановою Президії ВЦСПС, ГКНТ і Держплану СРСР № ; національної програми поліпшення стану безпеки, гігієни праці й виробничого середовища на 2001-2005 рр., затвердженої постановою Кабінету Міністрів України № 1320 від 10.10.2001 (№№ державної реєстрації 01870033607, 0104U007083, 0106U008416).

Мета і задачі досліджень. Метою дисертаційної роботи є розробка аспі-раційних засобів для зниження неорганізованих викидів пилу при навантажувально-розвантажувальних роботах на відкритих складах залізорудних окатишів.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:– 

установити закономірності інтенсивності пиловиділення від наземних джерел безперервної дії на відкритих складах окатишів;– 

розробити математичну модель динамічної взаємодії потоку сипучого матеріалу й повітря усередині огородження при протитечійній і прямоточній схемах аспірації; – 

дослідити закономірності впливу зовнішніх повітряних потоків на обсяги аспірації місцевих відсосів перевантажувальних вузлів відкритих складів;– 

розробити параметри й конструктивні рішення ефективних засобів аспірації вузлів пиловиділення складів окатишів і визначити їх ефективність.

Об'єкт дослідження – процеси виділення, розсіювання й локалізації пилу залізорудних окатишів при навантажувально-розвантажувальних роботах на відкритих складах.

Предмет дослідження – пилоповітряні потоки в огородженні потоку окатишів і укриттях аспіраційних систем машин безперервної дії на складах окатишів фабрик огрудкування.

Методи дослідження. У роботі використаний комплексний метод досліджень, заснований на узагальнюючому аналізі теоретичних і експериментальних робіт, який включає фізико-математичне, аеродинамічне моделювання й експериментальні дослідження. Метод базується на класичних положеннях гідродинаміки й механіки аерозолів у сполученні з проведенням натурних досліджень і промисловою перевіркою результатів роботи. При цьому застосовувалися стандартні й розроблені автором методики досліджень, які дозволяють одержати достовірні результати.

Ідея роботи полягає у використанні встановлених закономірностей пило-аеродинамічних процесів, що протікають в аспіраційних пристроях відкритих складів окатишів для розробки засобів локалізації пиловиділення.

Наукові положення, що виносяться на захист.

1. З енергетичної точки зору прямоточна схема аспірації стаціонарного огородження потоку сипучого матеріалу більш раціональна порівняно з протитечійною схемою. Необхідні обсяги відсмоктуваного повітря при застосуванні прямоточної схеми скорочуються на 30

2. Зменшення обсягів повітря, ежектованого в огородження, досягається створенням зони циркуляції шляхом збільшення об’ємної концентрації потоку окатишів при його подачі в огородження через центруючий пристрій, що займає 1/6 площі поперечного перерізу огородження.

3. Параметри вітрозахисного огородження потоку окатишів визначаються відношенням довжин вільного краю кутового виступу й сторони огородження, яке дорівнює 0,46.

4. Урахування седиментації пилу з пилоповітряного потоку дозволяє на 35ч45 % підвищити точність визначення інтенсивності пиловиділення наземного джерела.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Уперше запропонована математична модель динамічної взаємодії потоку сипучого матеріалу й повітря всередині огородження, що базується на законах збереження маси й кількості руху, при протитечійній і прямоточній схемах аспірації огородження стаціонарного типу.

2. Установлено закономірності циркуляції ежектованого повітря у внутрішній частині огородження, що представляє собою порожнину, створену подвійним рядом випускних люків.

3. Отримано залежності, що дозволяють визначити кількість повітря, ежектованого матеріалом в огородження з урахуванням умов формування потоку при вході в огородження.

4. З урахуванням встановлених закономірностей зміни ежекційного тиску й швидкості повітря в напрямку руху матеріалу й поперечному перерізі огородження та нейтралізацією дії вітру визначено оптимальні параметри огородження.

Достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджується коректним використанням фізико-математичного моделювання для опису динамічної взаємодії потоку сипучого матеріалу й повітря усередині огороджуючого пристрою; установленням закономірностей розповсюдження пилу в атмосфері промислової площадки із застосуванням класичних положень механіки аерозолів; експериментальним підтвердженням ефективності розроблених технічних рішень і позитивними результатами їхнього практичного використання.

Наукове значення роботи полягає у встановленні закономірностей динамічної взаємодії потоку сипучого матеріалу й повітря всередині огороджуючої конструкції.

Практичне значення одержаних результатів.

Наукові результати дослідження використані ВО “Південуралмашзавод”, інститутом “Механобрчормет”, НВО “Енергосталь” при розробці нормативних матеріалів, конструкторської документації нового складського устаткування, проектуванні нових і реконструкції діючих відкритих складів окатишів гірничо-збагачувальних комбінатів.

Зокрема результати роботи використані при розробці таких нормативних і методичних матеріалів:

1. Руководство по проектированию систем отопления и вентиляции окомковательных фабрик предприятий черной металлургии. – М.: Минчермет СССР, 1985. – 114 с.

2. Местные отсосы и укрытия технологического оборудования рудоподготовительных фабрик (альбом). – Кривой Рог, 1985. – 174 с.

3. Методические указания по определению и расчету неорганизованных выбросов пыли при открытом складировании обожженных окатышей на фабриках горно-обогатительных комбинатов. – Кривой Рог, 1982. – 20 с.

У виробництво впроваджено аспіраційне вітрозахисне огородження потоку окатишів на складах окатишів Північного і Соколовсько-Сарбайського ГЗК, засіб зниження обсягів відсмоктуваного повітря й віднесення пилу в аспіраційну систему на складі окатишів Соколовсько-Сарбайського ГЗК, система аспірації консольного штабелеукладача на складі окатишів Костомукського ГЗК.

Розроблена конструкція вітрозахисного огородження потоку окатишів для естакадного завантаження складів та аварійних конвеєрів, яке забезпечує істотне скорочення викидів пилу.

Розроблені схеми вбудованих аспіраційних систем консольного штабеле-укладача й роторного забірника та конструкції укриттів вузлів пиловиділення, які розміщені на обслуговуваних машинах і локалізують пил у місцях його виділення.

Розроблена конструкція укриття з магнітним герметизатором і рециркуляційним каналом, яка забезпечує скорочення обсягів ежекції та віднесення пилу в систему аспірації та поліпшення повітряного середовища на робочому місці машиніста конвеєра.

Особистий внесок здобувача полягає у формулюванні мети, ідеї, наукових положень і задач досліджень, наукового й практичного значення роботи, висновків і рекомендацій; в отриманні аналітичних виразів для опису розповсюдження пилу від наземних джерел, динамічної взаємодії потоку сипучого матеріалу й повітря, впливу вітру на продуктивність місцевих відсосів перевантажувальних вузлів; у визначенні інтенсивності пиловиділення й втрат матеріалу на складах окатишів; у розробці конструкцій огородження, схем аспірації й локалізуючих укриттів консольного штабелеукладача й роторного забірника, магнітного герметизатора; в упровадженні результатів досліджень у виробництво.

Апробація результатів дисертації. Результати роботи на різних етапах її виконання доповідалися й були позитивно оцінені на Всесоюзній науково-технічній конференції “Ускорение научно-технического прогресса в промышленности строительных материалов и строительной индустрии” (Бєлгород, 1987); на науково-технічній конференції “Основні напрямки розвитку гірничо-металургійного комплексу України у XXI сторіччі” (Кривий Ріг, 2001); на Міжнародному симпозіумі “Неделя горняка” (Москва, 2002); на Міжнародній науково-технічній конференції “Сталий розвиток гірничо-металургійної промисловості” (Кривий Ріг, 2004).

Публікації. Результати дисертації опубліковані в 7 наукових статтях у фахових виданнях і 2 авторських свідоцтвах, усього у 9 наукових працях.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, п’яти розділів, висновків, списку використаних джерел з 92 найменувань. Загальний обсяг дисертації – 185 сторінок, у тому числі 133 сторінки основного тексту, 58 рисунків, 10 таблиць і 6 додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми, сформульовані мета, ідея та задачі досліджень. Викладені основні наукові положення й результати, винесені на захист. Визначений особистий внесок здобувача в одержанні наукових результатів. Наведені дані про практичне значення результатів роботи, їх перевірку, публікацію і впровадження у виробництво.

У першому розділі викладений аналіз сучасного стану питання обезпилювання навантажувально-розвантажувальних процесів на відкритих складах залізорудних окатишів. Розглянуті технологічні схеми резервних складів випалених окатишів і встановлені джерела викидів пилу.

Обезпилюванню повітря при перевантаженнях сипучих матеріалів із зрошуванням водою, застосуванням поверхнево-активних речовин, вітрозахисних стінок, повітряних завіс, засобів вентиляції присвячені наукові дослідження І. І. Афанасьєва, П. В. Бересневича, С. Є. Бутакова, В. П. Гайдука, А. М. Гервасьєва, О. М. Голишева, Ф. І. Данченка, О. Є. Лапшина, І. М. Логачова, С. І. Луговського, В. О. Мінка, В. В. Недіна, О. Д. Нейкова, П. Ч. Чулакова та ін.

Відомі способи й засоби боротьби з пиловиділенням при складуванні сипучих матеріалів в умовах відкритих складів окатишів недостатньо ефективні з наступних причин: унаслідок високої рухливості штабеля окатишів недоцільне покриття його поверхні зв'язуючими речовинами або піною; відносно висока температура окатишів при зрошуванні водою призводить до утворення паропилових сумішей. Це значно утруднює їх локалізацію за допомогою аспірації й сприяє руйнуванню окатишів за рахунок виникаючих термічних напружень, що істотно збільшує вміст пилової фракції.

Застосування води для обезпилювання при відкритому складуванні сипучих матеріалів обмежене теплим періодом року. Використання вітрозахисних стінок і повітряних завіс у таких самих умовах показало їх недостатню ефективність.

При завантаженні складу з надштабельної конвеєрної галереї найкращий ефект локалізації пилу дає застосування огороджуючих конструкцій. Як відомо, застосування огороджень без аспірації є малоефективним. В існуючих схемах аспірації огороджень використовуються великі обсяги аспіраційного повітря, оскільки внутрішня порожнина цих пристроїв не захищена від дії вітру.

Таким чином, на підставі проведеного аналізу було визначено мету дисертаційної роботи й сформульовано задачі досліджень.

У другому розділі наведено результати досліджень інтенсивності викидів пилу при відкритому складуванні випалених окатишів. Інтенсивність пиловиділення залежить від багатьох факторів. Був досліджений взаємозв'язок концентрації пилу у факелі з інтенсивністю й висотою джерела, довжиною факела, швидкістю вітру та швидкістю седиментації пилових частинок.

Інтенсивність безперервного джерела й витрата пилу окатишів практично не змінюються при крупності часток від 0 до 5 мікронів. У цьому випадку розсіювання може бути оцінене формулами для легкої домішки. Для пилу, крупнішого 5 мікронів, усе більше виявляється процес седиментації часток, отже, розрахунок інтенсивності пиловиділення можна виконати згідно з отриманими розрахунковими залежностями.

Інтенсивність викидів пилу вузької фракції визначається з виразу

, г/с, (1)

величини і qi обчислюються за формулами

, (2) , (3)

де qi, q – відповідно, концентрація пилу цієї фракції й заміряна концентрація пилу у факелі, г/м3; mi – масова частка пилу цієї фракції в пробі; x – відстань по горизонталі від джерела пилу до пункту, у якому заміряється концентрація пилу, м; – безрозмірний параметр, що визначається за номограмою при відомих величинах

, (4) , (5)

де – швидкість вітру на висоті 1 м над рівнем землі, м/с; H – висота джерела викидів пилу над рівнем землі, м; – щільність пилових частинок, кг/м3; di – діаметр пилової частинки, визначуваний як середньоарифметичне значення діапазону відповідної фракції, мкм.

Загальна інтенсивність викидів пилу для окремого джерела знаходиться як сума фракційних інтенсивностей.

Для отримання даних про неорганізовані викиди пилу на відкритих складах окатишів була досліджена структура пилового факела і його локальні швидкості біля основних вузлів пиловиділення. При цьому вивчався процес завантаження складу вільно падаючим струменем окатишів, що є основним вантажним потоком і джерелом пиловиділення, а також процес відвантаження окатишів роторним забірником.

Визначено, що швидкість пилового факела досягає швидкості плоско-паралельного сталого потоку на відстані 8ч10 м від місця злиття всіх складових пилоповітряних струменів. Якщо факел потрапляє в область аеродинамічної тіні, розташовану на завітряній стороні штабеля, то швидкість його дорівнюється швидкості вітру на відстані 2,5 висоти конічного і 4ч5 висот хребтового штабеля. У результаті проведених досліджень визначена умовна висота джерела викидів і відстань стабілізації пилового факела, на якій швидкість факела досягає швидкості вітру. Це дозволило вибрати місце розташування замірного пункту.

Установлено, що інтенсивність пиловиділення найхарактерніших джерел складає 149ч185 г/с.

У третьому розділі викладено результати досліджень аеродинамічних процесів у стаціонарному огородженні. Була розроблена фізична модель, у якій розглядався направлений рух ежектованого повітря з рециркуляцією для двох можливих схем аспірації огородження: протитечійної та прямоточної.

Для опису процесів, що відбуваються в огородженні, складена система диференціальних рівнянь збереження маси й кількості руху для перевантажуваного матеріалу, повітря в потоці матеріалу і повітря поза потоком. Аеродинамічні процеси, що відбуваються всередині огородження, зумовлені силою міжкомпонентної взаємодії потоку окатишів і ежектованого повітря – ежекційним тиском. Після інтегрування рівнянь отримані співвідношення між перепадом тиску й витратою повітря, аналіз яких показав, що з енергетичної точки зору кращою є прямоточна схема аспірації огородження потоку сипучого матеріалу. Обсяги ежектованого в огородження повітря в цьому випадку на 30% менші порівняно з протитечійною схемою, на стільки ж скорочуються й обсяги аспірації.

Обсяг ежектованого повітря залежить від технологічних показників і конструктивних параметрів огородження:

, м3с, (6)

, (7)

де Р2 – початковий статичний тиск в огородженні, Па; R0, R1, R2, R3 – гідравлічна характеристика потоку окатишів, центруючого пристрою, порожнини між потоком окатишів і огородженням і внутрішніх стінок огородження відповідно, кг/м7; Pэ – ежекційний тиск, Па; g – прискорення сили тяжіння, м/с2; Gм – витрата перевантажуваних окатишів, кг/с; с – швидкість витання, м/с; v, w – середні швидкості, відповідно, матеріалу й ежектованого ним повітря, м/с.

Гідравлічні характеристики визначаються виразами

, (8) , (9)

, (10) , (11)

де – щільність повітря, кг/м3; f, F, F3 – площі поперечного перетину центруючого пристрою, огородження і нещільностей внутрішніх стінок відповідно, м2; – коефіцієнти місцевого опору потоку окатишів, центруючого пристрою, порожнини між потоком окатишів і огородженням та нещільностей внутрішніх стінок огородження відповідно.

Конструктивно реалізація прямоточної схеми досягнута улаштуванням вентиляційних каналів уздовж зовнішньої стінки огородження. Канали формуються дублюючими вантажними люками, які створюють ефект подвійної стінки. Запилене повітря відсмоктується з порожнини між зовнішніми й внутрішніми люками для випуску окатишів (рис. ). У цьому випадку обсяг аспірації ще більше скорочується за рахунок додаткового гідравлічного опору внутрішньої стінки огородження.

Рис. . Схема аспірації огородження потоку окатишів:

а) – схема огороджуючої конструкції; б) – розрахункова схема; 1 – центруючий пристрій; 2 – зовнішні стінки огородження; 3 – внутрішні стінки огородження; 4 – люки для випуску окатишів; 5 – потік окатишів; 6 – штабель; 7 – аспіраційна камера; 8 – місцевий відсос.

Було також встановлено різке скорочення обсягів відсмоктуваного повітря при збільшенні об'ємної концентрації окатишів у потоці. При відношенні площ поперечного перетину огородження й центруючого пристрою К ч6, у порожнині огородження утворюється зона циркуляції. Кількість повітря, що ежектується в огородження через центруючий пристрій залишається постійним, а обсяг аспірації при цьому мінімальний (рис. ).

Рис. . Зміна обсягів аспірації від площі центруючого пристрою: – обсяги аспірації, повітря, що ежектується в огородження, повітря, що надходить в огородження через нещільності зовнішніх поверхонь, відповідно.

Це було підтверджено експериментально. У результаті проведених порівняльних випробувань огороджуючих конструкцій з прямоточною й протитечійною схемами аспірації встановлено, що необхідний обсяг аспірації при прямоточній схемі на 30менший, ніж при протитечійній (рис. ).

Рис. . Залежність обсягів аспірації від площі центруючого пристрою:

1 – прямоточна схема; 2 – протитечійна схема при витраті окатишів Gм = ,64 кг/с.

На внутрішній поверхні стінок огородження був визначений градієнт тиску. З’ясовано, що при однаковій витраті окатишів градієнт тиску зменшується при зменшенні площі поперечного перетину центруючого пристрою. Максимального значення градієнт тиску набував при К = , коли потік окатишів займав увесь перетин огородження. Кількість повітря, що надходить через зовнішні нещільності зумовлюється розрідженням у вентиляційному каналі між двома стінками, оптимальне значення якого дорівнює P2 = 12 Па.

У четвертому розділі представлено результати досліджень дії вітру на процес обезпилювання устаткування відкритих складів окатишів, яка полягає у виносі пилу з укриттів і призводить до збільшення обсягів відсмоктуваного повітря. У зв’язку з цим продуктивність місцевих відсосів повинна прийматися з урахуванням дії вітру. У результаті аналізу умов обтікання перевантажувального вузла, що складається з верхнього і нижнього укриттів з одним робочим отвором, з’єднаних між собою жолобом, знайдені відношення подачі місцевих відсосів при вітрі і штилі:– 

для верхнього укриття

; (12)– 

для нижнього укриття

, (13)

де обсяги аспірації верхнього й нижнього укриттів при дії вітру й штилі відповідно, м3с; відносні тиски, відповідно у верхньому й нижньому укриттях при штилі

, (14) , (15)

де тиски, відповідно у верхньому й нижньому укриттях при штилі, Па;

, (16) , (17) , (18)

де гідравлічна характеристика жолоба й робочих отворів верхнього й нижнього укриттів відповідно, кг/м7; тиски у верхньому й нижньому укриттях при дії вітру, Па.

Аналіз отриманих співвідношень показав, що для зменшення обсягів аспірації найбільші площі нещільностей необхідно розміщати в області аеродинамічної тіні.

Ця умова може бути виконана розміщенням на бокових сторонах аспіраційного укриття взаємно перпендикулярних плоских ребер. Аеродинамічні випробування показали, що плоскі кутові виступи огородження забезпечують розміщення більше 75усіх нещільностей в області аеродинамічної тіні.

Застосування в огородженні кутових виступів приводить до значного зменшення впливу вітрового потоку на обсяги аспірації при розміщенні огородження під кутом 450 до переважаючого напрямку вітру та співвідношенні

, (19)

де h – довжина кутового виступу, м; l – довжина сторони огородження, м.

На основі проведених досліджень розроблено нову конструкцію огороджуючого пристрою для естакадного завантаження резервного та аварійного складів окатишів, яка при промислових випробуваннях показала працездатність і надійні локалізуючі функції.

П’ятий розділ присвячений розробці засобів локалізації пиловиділення при роботі консольного штабелеукладача й роторного забірника. Були розроблені автономні системи аспірації, розміщені безпосередньо на металоконструкціях машини (рис. , 5).

Локалізація вузлів пиловиділення здійснюється в розроблених аспіраційних укриттях. Конструкція аспіраційного укриття місця падіння окатишів в штабель забезпечує незмінну площу нещільностей між укриттям і штабелем незалежно від положення консолі. Це дає змогу підтримувати постійний тиск в укритті і забезпечує сталість локалізації пилу при завантаженні складу.

Укриття ротора забезпечує відсмоктування пилу в місці забору окатишів, а також при завантаженні стрілового конвеєра. При цьому забезпечується виконання ряду вимог: максимальна герметичність місця падіння окатишів у штабель і місця завантаження конвеєра консолі – на штабелеукладачі; герметичність рухомих і нерухомих з'єднань елементів аспіраційної системи – на забірнику; мінімальна вага елементів систем у поєднанні з ергономічними вимогами.

Рис. . Схема розміщення елементів аспіраційної системи на штабелеукладачі У1СН 1200: 1 – рукавний фільтр; 2 – укриття місця завантаження консольного конвеєра; 3 – укриття розвантажувального барабана; 4 – укриття місця завантаження штабеля; 5 – димосос; 6 – гвинтовий конвеєр; 7 – бункер уловленого пилу; 8 – шлюзовий затвор.

Рис. . Схема розміщення елементів аспираційної системи на роторному забірнику ЗР з причіпною платформою: 1 – нижнє укриття ротора; 2 – верхнє укриття ротора; 3, 4, 5, 6 – місцеві відсоси; 7 – укриття розвантажувального барабана; 8 – повітропровід; 9 – укриття місця завантаження відвідного конвеєра; 10 – кільцевий повітропровід; 11 – гнучка вставка.

Оптимальним є вбудовування системи аспірації ще на заводі-виготовлювачі устаткування в розроблювану машину. У цьому випадку своєчасно розраховуються всі навантаження на несучі конструкції й ходову частину; виконуються розрахунки стійкості машини з урахуванням додатково встановлюваного устаткування; при виборі живлячого кабелю, пускової апаратури й елементів системи управління враховується електрична потужність додаткових комплектуючих і особливо димососа. Укриття, місцеві відсоси, повітропроводи й інші елементи аспираційної системи вбудовуються в профіль машини, забезпечуючи потрібний конструкторам дизайн. У параметрах аспіраційних систем ураховані обсяги аспірації й оптимальні аеродинамічні режими, що мають прив’язку до технологічних показників устаткування.

Розробка прийнята до використання машинобудівним заводом-виготовлювачем складського устаткування.

Оснащення високопродуктивних машин вбудованими засобами обезпилювання дає змогу заводу-виготовлювачу випускати екологічно безпечне устаткування.

Система аспірації консольного штабелеукладача з вбудованими місцевими відсосами була випробувана в промислових умовах. Результати випробувань показали стійкий ефект локалізації пилу. Ефективність аспіраційної системи склала 93,3На робочих місцях машиністів конвеєрів у корпусах перевантажувальних вузлів, машиністів штабелеукладачів, роторного забірника запиленість повітря була скорочена з 27,4 мг/м3 до 6,5 мг/м3. Кількість уловленого пилу складала 353 кг/год.

ВИСНОВКИ

У дисертації, що є закінченою самостійною науково-дослідною роботою, представлено нове рішення актуальної науково-практичної задачі скорочення неорганізованих викидів пилу при навантажувально-розвантажувальних роботах на відкритих складах залізорудних окатишів шляхом розробки ефективних засобів локалізації й відсмоктування пилу на основі закономірностей його виділення й поширення, що сприяє поліпшенню складу повітря на робочих місцях у корпусах і на промислових майданчиках фабрик огрудкування.

Основні наукові й практичні результати роботи полягають у наступному:

1. Навантажувально-розвантажувальні роботи на відкритих складах окатишів фабрик огрудкування залізорудних концентратів супроводжуються підвищенням запиленості повітря до 3800 мг/м3. Досвід показав, що найбільш перспективним способом локалізації пиловиділення є аспірація.

2. Інтенсивність джерел виділення пилу на складах окатишів визначається вимірюванням концентрації пилу у факелі й подальшим розрахунком розсіювання важкої домішки з урахуванням седиментації пилу на шляху від джерела до пункту замірювання. Точність розрахунку при цьому підвищується на 35ч45

3. Уперше теоретично й експериментально досліджено динамічну взаємодію потоку сипучого матеріалу з повітрям при протитечійній і прямоточній схемах аспірації вітрозахисного огородження стаціонарного типу. Установлено, що з енергетичної точки зору більш раціональною є прямоточна схема аспірації з організацією зони циркуляції запиленого повітря шляхом збільшення об’ємної концентрації потоку окатишів. При спрямуванні потоку окатишів у огородження через центруючий пристрій, що займає 1/6 площі поперечного перерізу огородження обсяги аспірації скорочуються на 30%. Розроблена й випробувана конструкція огородження потоку окатишів з подвійними стінками. Ефективність локалізації пиловиділення пристрою склала 85,6ч96 %.

4. Досліджений вплив вітру на потрібні обсяги аспірації перевантажувальних вузлів, що дозволило встановити оптимальні геометричні параметри вітрозахисного аспіраційного огородження, зумовлені відношенням довжин вільного краю кутового виступу й сторони огородження, яке дорівнює 0,46.

5. Розроблено комплекс нормативно-методичних матеріалів з визначення викидів пилу, розрахунку засобів обезпилювання відкритих складів окатишів, які були використані при розробці нового складського технологічного устаткування, а також при проектуванні нових і реконструкції діючих складів окатишів гірничо-збагачувальних комбінатів.

6. Результати дисертаційної роботи пройшли промислову перевірку й упроваджені на Північному, Соколовсько-Сарбайському і Костомукському ГЗК, а також використані при проектуванні аспіраційних систем нового складського устаткування Центрального ГЗК та Криворізького ГЗК окислених руд.

Економічний ефект від застосування однієї аспіраційної системи штабелеукладача досягає 75,1 тис. грн. на 1 млн. т складованих окатишів.

Список опублікованих робіт за темою дисертації

1. Логачев И. Н., Задорожний С. И. Влияние ветра на работу аспирационных укрытий // Повышение безопасности труда на горнорудных предприятиях. – М.: Недра, 1982. – С. .

2. Логачев И. Н., Задорожний С. И., Завертайло И. А., Черненко Л. М. Снижение запыленности воздуха, отсасываемого из укрытий перегрузочных узлов // Защита рабочих горнорудной промышленности от производственных опасностей и вредностей. – М.: Недра, 1983. – С. .

3. Задорожний С. И. Оценка зоны стабилизации скорости пылевого факела при открытых перегрузках окатышей // Повышение безопасности труда на горнорудных предприятиях. – М.: Недра, 1989. – С. .

4. Голышев А. М., Задорожний С. И., Кузьмич С. Н., Голышев А. А. Пути сокращения неорганизованных выбросов пыли при открытом складировании обожженных окатышей // Разработка рудных месторождений. – Кривой Рог: Изд-во КТУ, 2001. – Вып. 77. – С. .

5. Голышев А. М., Задорожний С. И., Логачев И. Н. Исследование рассеивания пыли от неорганизованных источников фабрик окомкования железной руды // Горный информационно-аналитический бюллетень. – М.: Изд-во МГГУ, 2003. – № 2. – С. 163-166.

6. Голышев А. М., Задорожний С. И. Определение интенсивности выбросов основных источников выделения пыли на открытых складах обожженных окатышей // Разработка рудных месторождений. – Кривой Рог: Изд-во КТУ, 2004. – Вып. 86. – С. 60-63.

7. Логачов І. М., Голишев О. М., Задорожній С. І. Методика визначення забруднення навколишнього середовища та втрат сировини при відкритому складуванні обпалених окатків // Охорона праці та навколишнього середовища на підприємствах гірничо-металургійного комплексу. – Кривий Ріг: НДІБПГ, 2002. – Вип. . – С. 89-92.

8. Аспирируемая шахта для погрузки сыпучих грузов в штабель: А.с. . СССР, МКИ  /16 / И. Н. Логачев, В. В. Качанов, Л. Д. Коренной, Н. А. Сыч, С. И. Задорожний, П. Н. Докучаев, Д. М. Крылов (СССР). – № /27-11; Заявлено 18.03.80; Опубл. .01.82, Бюл. №4. – 5 с.

9. Укрытие места загрузки ленточного конвейера: А.с. . СССР, МКИ В G /00 / И. Н. Логачев, А. М. Голышев, С. И. Задорожний, В. И. Мехонцев, Г. П. Козьменко, А. С. Болодурин, П. Н. Докучаев, А. А. Фаермарк (СССР). – № /27-03; Заявлено .05.83; Опубл. .07.84, Бюл. №28. – 3 с.

Особистий внесок автора в роботи, опубліковані в співавторстві [1] – аналіз динаміки руху повітря в нещільностях укриттів; [2, 9] – розробка і випробування конструкції магнітного герметизатора; [4] – дослідження викидів пилу на відкритих складах окатишів; [5] – отримання аналітичних залежностей розповсюдження пилу наземними джерелами; [6] – установлення дії основних чинників викидів пилу; [7] – розробка методики визначення втрат сировини; [8] – формула винаходу, розробка конструкції й упровадження її у виробництво.

АНОТАЦІЯ

Задорожній С. І. Розробка засобів локалізації вузлів пиловиділення при навантажувально-розвантажувальних роботах на відкритих складах залізорудних окатишів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.26.01 – охорона праці. – Криворізький технічний університет, Кривий Ріг, 2007.

Дисертація присвячена розробці аспіраційних засобів для зниження неорганізованих викидів пилу при навантажувально-розвантажувальних роботах на відкритих складах залізорудних окатишів. Установлені закономірності розповсюдження пилу й інтенсивності пиловиділення від наземних джерел безперервної дії. Запропоновано враховувати седиментацію пилу з пилоповітряного потоку при визначенні інтенсивності пиловиділення наземного джерела. Уперше досліджена динамічна взаємодія потоку сипучого матеріалу й повітря усередині огородження при протитечійній і прямоточній схемах аспірації. Доведена енергетична доцільність застосування прямоточної схеми аспірації огородження стаціонарного типу. Отримані залежності для визначення кількості повітря, ежектованого сипучим матеріалом в огородження з урахуванням умов формування потоку при вході в огородження. Відзначені критерії створення зони циркуляції повітря, ежектованого в огородження. Установлений вплив вітру на продуктивність місцевих відсосів перевантажувальних вузлів. Розроблені автономні системи аспірації, убудовані безпосередньо в машину. Визначена ефективність запропонованих засобів обезпилювання складського устаткування.

Ключові слова: відкриті склади окатишів, пиловиділення, аспірація, місцеві відсоси, обсяги аспірації, огородження потоку окатишів, штабелеукладач, роторний забірник.

АННОТАЦИЯ

Задорожний С. И. Разработка средств локализации узлов пылевыделения при погрузочно-разгрузочных работах на открытых складах железорудных окатышей. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.26.01 – охрана труда. – Криворожский технический университет, Кривой Рог, 2007.

Диссертация посвящена разработке аспирационных средств для снижения неорганизованных выбросов пыли при погрузочно-разгрузочных работах на открытых складах железорудных окатышей. Исследована структура пылевого факела и его локальные скорости возле основных узлов пылевыделения. Определены условная высота источника выбросов и расстояние стабилизации пылевого факела, на котором его скорость достигает скорости ветра. Установлены закономерности распространения пыли и интенсивности пылевыделения от наземных источников непрерывного действия. Предложено учитывать седиментацию пыли из пылевоздушного потока при определении значения интенсивности пылевыделения наземного источника.

Впервые исследовано динамическое взаимодействие потока сыпучего материала и воздуха внутри ограждения при противоточной и прямоточной схемах аспирации. Разработана физическая модель, в которой рассмотрено направленное движение эжектированного воздуха с рециркуляцией для двух возможных схем аспирации ограждения: противоточной и прямоточной. Аэродинамические процессы, которые происходят внутри ограждения, обусловлены силой межкомпонентного взаимодействия потока окатышей и эжектированного воздуха – эжекционным давлением. Получены зависимости для определения количества воздуха, эжектированного сыпучим материалом в ограждение с учетом условий формирования потока при входе в ограждения. Уменьшение объемов эжектированного в ограждение потока окатышей воздуха достигается созданием зоны циркуляции путем увеличения объемной концентрации потока окатышей при его подаче в ограждение через центрирующее устройство. Доказана энергетическая целесообразность применения прямоточной схемы аспирации ограждения стационарного типа. Объемы эжектированного в ограждение воздуха при прямоточной схеме меньше на 30в сравнении с противоточной схемой, что допускает на столько же сократить объемы аспирации. Разработана конструкция ветрозащитного ограждения потока окатышей для эстакадной загрузки складов и аварийных конвейеров, которое обеспечивает значительное сокращение выбросов пыли.

Представлены результаты исследований действия ветра на процесс обеспыливания оборудования открытых складов окатышей. При расчете производительности местных отсосов рекомендовано учитывать действие ветра.

Для локализации пылевыделения при работе консольного штабелеукладчика и роторного заборщика были разработаны автономные системы аспирации, размещенные непосредственно на металлоконструкциях обслуживаемой машины. Встраивание системы аспирации на заводе-изготовителе оборудования в машину, которая еще разрабатывается, является наиболее оптимальным. В параметрах аспирационных систем учтены объемы аспирации и оптимальные аэродинамические режимы, которые имеют привязку к технологическим показателям оборудования.

Результаты работы использованы при разработке нормативных документов, проектировании новых и реконструкции действующих открытых складов окатышей и внедрены на фабриках горно-обогатительных комбинатов.

Ключевые слова: открытые склады окатышей, пылевыделение, аспирация, местные отсосы, объемы аспирации, ограждение потока окатышей, штабелеукладчик, роторный заборщик.

ABSTRACT

Zadorozhniy S.Development of means for localizing dust emission during handling operations at outdoor storages of iron-ore pellets. – Manuscript.

Thesis for a degree of a candidate of technical sciences, speciality 05.26.01 – labour protection. – Kryvyi Rih technical university, Kryvyi Rih, 2007.

The thesis deals with the development of aspiration means for reducing unorganized dust emission during handing operations at outdoor storages of iron-ore pellets. Some mechanisms of dust spread and intensity of dust emission from surface sources of continuous operation have been established. It has been proposed that sedimentation of the dust from dust-air flow be taken into account when defining dust emission intensity of the surface source. The dynamic interaction of the granular material flow and the air inside the protector has been investigated for the first time using concurrent and countercurrent schemes of aspiration. There has been proved energy expediency of using a concurrent scheme of aspiration of a stationary type protector. Some dependences for defining the amount of the air ejected into the protector by the granular material have been determined with formation conditions of the flow entering a protector taken into account. Some criteria of forming a zone of circulation of the air ejected into a protector have been determined. There has been established an influence of the wind on the productivity of local suckers. Built-in autonomic systems of aspiration have been designed. There has been determined the effectiveness of the means of dust control of the storage equipment.

Keywords: outdoor storages of pellets, dust emission, aspiration, local sucker, aspiration volumes, protection of a stream pellets, piler, rotary excavator.