Переработка сыпучих материалов (перегрузка, дробление, грохочение и др.) на предприятиях различных отраслей (горнорудной, строительной, металлургической, угольной и др.) сопровождаются интенсивным выделением пыли. Основными методами борьбы с пылью являются технологические, гидрообеспыливание, пенопылеподавление, системы комплексной обеспыливающей вентиляции. Наиболее эффективным методом является система комплексной обеспыливающей вентиляции включающих в себя: аспирацию, пневмоуборку просыпей, общеобменную вентиляцию. Системы аспирации ликвидирует основную причину пылеобразования – избыточное давление, за счет локализации источников пылеобразования укрытиями, последующее удаление от них запыленного воздуха и его очистка [1-4, 9].
Совершенствование систем аспирации (СА) возможно при использовании метода оптимизации. Совершенствование СА может происходить в различных направлениях, например, в следующих, совершенствование (или создание) технологического процесса, конструкций укрытий, конструкций пылеулавливающих агрегатов, автоматизация данных систем и др.
Системы аспирации, как известно, бывают централизованными (ЦСА) и децентрализованными (ДСА). Одним из основных преимуществ ДСА перед ЦСА, является минимальные энергетические затраты, а одним из основных преимуществ ЦСА перед ДСА есть минимальное количество эксплуатируемого оборудования (вентиляторов, электродвигателей и др.). Централизованные системы аспирации в отличии ДЦА включают в себя множество отсосов от укрытий перегрузок и технологического оборудования. В ряде случаев, когда оборудование находится на ремонте или востребовано не полностью из-за малых объемов перерабатываемого сырья (одним словом работает не на полную мощность, по той или иной причине). Возникает задача нерационального использования электроэнергии ЦАС, по причине работы ЦАС на полную мощность. Решение данной задачи является важнейшим в деле энергосбережения. Одним из способов решения этой задачи возможно при использовании системы клапанов, работа которых связана с технологическим процессом и направлена на регулирование частоты вращения рабочего вала электродвигателя, что позволит обеспечить требуемое разряжение в системе с учетом минимальных энергозатрат, такую систему можно назвать автоматизированной клапанно-централизованной системой аспирации (АКЦСА).
Соответственно, в нашем случае оптимизация централизованной системы аспирации находится на пути ее автоматизации.
Существует 3-и уровня оптимизации систем обеспыливающей вентиляции [5]: технологический; проектный; реконструкционный.
Первый уровень (технологический), очевидно, является стратегическим, когда решаются принципиальные вопросы того или иного технологического процесса. на втором (проектном) уровне, как правило, по уже известной технологической схеме ведется проектирование систем обеспыливания (аспирации, систем ЦПУ, общеобменной вентиляции). на третьем (реконструкционном) уровне решаются задачи по оптимизации систем обеспыливания уже существующих и действующих систем.
В соответствии с разработанной методикой [5] можно выделить следующие основные этапы оптимизации: общий анализ задачи оптимизации; определение критерия оптимизации; выбор оптимизирующих или управляемых переменных и анализ их влияния на критерий оптимизации; составление математической модели процесса, характеризующего критерий оптимизации; выбор метода оптимизации и оптимальный расчет.
Проанализируем этапы оптимизации применительно к расчету автоматизированной клапанно-централизованной системы аспирации.
Таким образом, общая задача оптимизации централизованной системы аспирации заключается в определении минимального расхода аспирируемого воздуха (Qасп), без снижения эффективности системы аспирации, что приведет к снижению энергозатрат (выраженных в мощности потребляемой электродвигателями, N) при работе системы.
В качестве критерия могут быть приняты энергозатраты N (кВт). Возможны и другие критерии оптимизации (такие как объем аспирации Qасп , концентрация пыли перед и после пылеуловителя и др.).
Оптимизируемыми и управляемыми переменными могут быть приняты: объемы аспирации от работающего оборудования Qасп.раб., необходимые объемы аспирации Qасп и параметры от которых они непосредственно зависят (расход Gм, плотность ρм, влажность материала W, гранулометрический состав материала Ni-di, геометрические параметры желоба (площадь поперечного сечения F, высота перегрузки H) и укрытия (ширина конвейерной ленты B), предельно допустимая концентрация cп.д.к. в воздухе рабочей зоны и на выбросе.
, (1)
В нашем случае объемы аспирации (Qасп.раб., 1) главным образом зависящие от количества включенного оборудования (технологических линий, i) являются одной из основных переменных оказывающих влияние на энергозатраты N. С другой стороны, как описано в [10, 11] значительное влияние на Qасп оказывают геометрические параметры желоба (площадь поперечного сечения F), суммы коэффициентов местных сопротивлений (Σξ). При проектировании величина F выбирается исходя только из технологических соображений, но в тоже время оказывает существенное влияние на Qасп и на другие параметры систем обеспыливания. Величина Σξ включает в себя ряд КМС, описанных в [1, 5-8] и как правило, при проектировании не регламентируется, что на практике приводит к значительным энергетическим затратам N при малых значениях Σξ. Существенное значение на увеличение Σξ оказывает конструкция укрытия [1-8, 12]. В общем виде функциональную зависимость Qасп можно представить в следующем виде:
, (2)
Известно, что мощность электродвигателя вентилятора зависит от расхода аспирируемого воздуха Qасп, потерь давления ∆P, коэффициентов полезного действия вентилятора и типа передачи (η) соответственно общая математическая модель имеет следующий вид:
(3)
В результате проведенного анализа можно сделать следующий вывод: дальнейшее исследование в области оптимизации расчета и работы централизованных систем аспирации должна вестись в двух направлениях – использование клапанно-централизованной системы аспирации с учетом технологического процесса и непосредственное снижение объемов аспирации за счет оптимизации конструктивно-режимных параметров в элементах систем аспирации.