Силоса отличаются от бункеров бóльшими размерами по высоте, поэтому при их загрузке действуют дополнительные факторы, приводящие к интенсивному пылевыделению. Воздух, эжектируемый загружаемым потоком, в момент падения вытесняется материалом, растекаясь по конусу насыпавшегося материла, затем отражается от стенок бункера и поднимается вверх, увлекая с собой пылевые частицы, наибольшая концентрация которых образуется в точке удара частиц груза о поверхность.
Рис. 1. Моделирование течений воздуха в бункере силосного типа: 1 – загрузочный проем; 2 – загрузочный желоб; 3 – кольцевой аспирационный воздуховод; 4 – конус насыпанного материала
Один из способов аспирации бункеров силосного типа – применение специального хранилища для сыпучих материалов [1], разработанного в Криворожском горнорудном институте. Воздухозаборные трубопроводы одними концами параллельно подсоединены соответственно к первому и последнему в ряду силосам, а другие концы соединены с фильтром посредством элемента переключения, выполненного в виде шарнирно закрепленной задвижки. Элемент переключения работает так, что при загрузке первого и второго силосов элемент переключения подключает воздухозаборный трубопровод к последнему силосу. При загрузке последующих силосов забор воздуха ведется из последнего силоса до тех пор, пока суммарное количество силосов, начиная с загружаемого силоса до последнего не станет меньше их количества, начиная с первого до загружаемого.
Таким образом, запыленный воздух из заполняемого силоса проходит через каналы в промежуточных силосах и, наконец, в последний, из которого производится отсос воздуха. В силосах, выполняющих роль пылеосадительных камер, соединенных в каскад, происходит осаждение пыли по фракциям, за счет снижения скорости витания частиц пыли, и лишь мелкая пыль, на которую не действуют силы гравитации, попадает в рукавный фильтр. Получается двухступенчатая очистка воздуха от пыли: первая ступень – силосы (как пылеосадительная камера большой длины), вторая – рукавный фильтр.
Поэтому при проектировании и оптимизации систем аспирации бункеров силосного типа особое внимание необходимо уделять процессу загрузки. В предлагаемой системе аспирации первой ступенью очистки является инерционная сепарация с использованием эффекта Коанда при использовании запатентованого устройства для снижения пылеобразования при загрузке сыпучих материалов [3]. Применение данного устройства (рис. 2) позволяет снизить эффект взмётывания, а соответственно и концентрацию А пыли в аспирируемом воздухе.
Рис. 2. Хранилище для сыпучих материалов с пневмотранспортной загрузкой: 1 – силос; 2 – канал; 3 – трубопровод пневмотранспорта; 4 – воздухозаборный трубопровод; 5 – элемент переключения; 6 – фильтр; 7 – вентилятор; 8 – тяга; 9 – пружина; 10 – рычаг
Поэтому при проектировании и оптимизации систем аспирации бункеров силосного типа особое внимание необходимо уделять процессу загрузки. В предлагаемой системе аспирации первой ступенью очистки является инерционная сепарация с использованием эффекта Коанда при использовании запатентованого устройства для снижения пылеобразования при загрузке сыпучих материалов [3]. Применение данного устройства (рис. 2) позволяет снизить эффект взмётывания, а соответственно и концентрацию А пыли в аспирируемом воздухе.
Рис. 3. Устройство для снижения пылеобразования при загрузке сыпучих материалов: 1 – трубопровод; 2 – щелевое сопло; 3 – тор (разделитель потока); 4 – конус; 5 – вертикальный стержень; 6 – контргайка
Оптимизация устройств, в аэродинамическую схему которых заложен эффект Коанда, производится по толщине струи (δ / r) (отношение толщины щели сопла к радиусу криволинейной поверхности разделителя потока) и коэффициенту местных потерь давления в нем, отнесенного к динамическому давлению на срезе сопла (ζ / Pд).
В соответствии с методами по оптимизации технологических процессов необходимо составить математическую модель процесса, имеющую общий вид:
A = f (Gм; Ni – d; ρм; F; Н; δ / r; ζ / Pд).
Следует отметить, что единая зависимость такого вида отсутствует. Поэтому нами использовалась методика комплексного расчета систем аспирации [2].
В соответствии с уровнями оптимизации сгруппируем расчеты по определению величины A:
а) технологический уровень: необходимо определить значения переменных величин Gм; Ni – d; ρм, при которых величина А была бы минимально возможной;
б) проектный уровень: создаются проектные решения по обеспыливанию силоса при переменных величинах: Gм; F; Н; δ / r; ζ / Pд;
в) реконструкционный уровень, в котором уже сложились определенные технологические схемы, расходы Gм и свойства (Ni – d; ρм) загружаемого материала, в качестве переменных выступают δ / r и ζ / Pд.
Таким образом, оптимизация систем аспирации цементных силосов по снижению концентрации пыли в аспирируемом воздухе путем внедрения устройства снижения пылеобразования при загрузке сыпучих материалов [3], возможна как на проектном, так и на реконструкционном (эксплуатационном) уровнях.