Санкт-Петербургский государственный политехнический университет
Методическое пособие для проведения практического занятия
по курсу: ЭКОЛОГИЯ
Тема:
Расчет образования пыли
Факультет Металлургии, машиностроения и транспорта
Кафедра технологии и исследования материалов
Составитель д. т. н.
проф. Буторина И. В.
Санкт- Петербург - 2013
Образование пыли в металлургическом производстве
На долю пыли в общем объеме выбросов металлургического производства приходится 4,5 – 6,7 %, однако по степени воздействия на организм человека выбросы пыли превосходят большинство газообразных токсичных веществ. Пыль относится к стойким загрязнителям и имеет свойство накапливаться в окружающей среде.
По способу образования пыль можно разделить на дробильную и плавильную. Дробильная пыль образуется в результате уноса из рабочего пространства газовым потоком мелких пылевых частиц, образующихся в процессах размола и истирания твердого вещества или распыления расплава. Такая пыль образуется на всех этапах металлургического производства, связанных с процессами переработки и транспортирования шихтовых материалов. Дробильная пыль имеет неправильную форму частиц и полидисперсна по составу. Основной размер такой пыли выше 10 мкм.
Плавильная пыли образуется в результате испарения расплава любого вещества с последующей конденсацией пара и затвердеванием конденсата в газовой фазе над ним. Такая пыль образуется при переливах и рафинировании жидких расплавов. Плавильная пыль имеет сферическую форму, размер её зависит от условий испарения и конденсации. Основная часть частиц имеет размер ниже 3 мкм. На долю плавильной пыли, образующейся в результате переливов и рафинирования жидкого металла, на предприятиях черной металлургии приходится практически половина всех пылевых выбросов. За счет малого размера плавильная пыли более токсична чем дробильная.
Расчет выброса дробильной пыли
.
Долю пылевидных фракций (способных к выносу) в шихте можно определить по интегральной кривой распределения частиц по размеру и критическому радиусу пылевидных частиц, которые при данной скорости газового потока в рабочем пространстве выносятся из него.
Интегральная функция распределения частиц по размерам, строится по результатам ситового или седиментационного анализа гранулометрического состава сыпучих материалов. При построении этой кривой по оси абсцисс откладывается эквивалентный диаметр частиц, а по оси ординат - массовая доля частиц в данной навеске шихты. Значение критического размера частиц на интегральной кривой распределения частиц по размеру делит состав пылеватых фракций шихты на две части: фракции выноса (меньше критического размера) и фракции остающиеся в составе шихты.
Критический размер частиц шихты можно определить, приравняв действующие на частицу аэродинамическую (FA) и гравитационную силы (F g).
Fg=FA (2)
Для мелких сферических частиц величина этих сил будет равна
Fg = mg = 
(3)
FA=3 
(4)
где d и 
– соответственно радиус и плотность частиц пыли; 
– вязкость газа; wг – скорость газа.
Подставив (3) и (4) в (2) и, решив полученное уравнение относительно d, получим
(5)
При определении выноса пыли из слоя шихтового материала (агломерационный процесс) за величину скорости газа принимают скорость фильтрации его через слой
(6)
где V – объем фильтруемого воздуха (дымового газа);F – площадь фильтрации;
При определении выноса пыли из агрегата за величину скорости газового потока принимается скорость газа в живом сечении рабочего агрегата.
На всех этапах металлургического производства осуществляются операции пересыпания сыпучей шихты в замкнутый объем. В этом случае также возникают естественные конвективные потоки газа. Если принять, что объем вытесняемого из емкости газа равен объему ссыпаемой шихты, то скорость газа на выходе из емкости, в которую ссыпается материал будет равна
, (7)
где М – масса ссыпаемого материала в единицу времени; – плотность частиц ссыпаемого материала; - F –площадь поперечного сечения объема.
Определив по формуле (5) критический размер выносимых их него частиц по интегральной кривой распределения частиц по размеру определяем долю частиц выносимых из агрегата, а затем находим мощность выброса пыли.
Мощность выброса дробильной пыли, выносимой из рабочего пространства агрегата можно определить как
Мвыб=qп Мш (8)
где Мш- массовый расход шихты (кг/с); qп- доля пылеватых фракций
Согласно приведенным формулам, основными факторами, влияющими на выброс дробильной пыли являются дисперсный состав шихты и скорость газа в рабочем пространстве агрегата.
