Способ защиты воздушной среды карьеров от загрязнений Советский патент 1992 года по МПК E21F1/00 E21F5/02 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для пылегазоподавления при добычных и взрывных работах на карьерах.

Известен способ проветривания карьера при температурной инверсии и отрицательной температуре воздуха, заключающийся в обработке атмосферь) диспергированной водой, нагнетаемой в карьер газовоздушной струей вентилятора, разрушения внутрикарьерной инверсии и дальнейшем его проветривании при адиабатическом состоянии атмосферы.

Известен также способ проветривания карьеров конвективными потоками, формируемыми, разбрызгиванием в карьерном пространстве воды./

Недостатком указанных способов является загрязнение прилегающей к карьеру воздушной среды пылью и газами, выносимыми из карьера.

Наиболее близким к предлагаемому является способ проветривания карьеров, по которому производится обработка атмосферы диспергированной водой, нагнетаемой газовоздушной струей, создаваемой турбовинтовой установкой. В результате взаимодействия пылегазовых выбросов с распыляемой водой происходит их связывание и осаждение в объеме карьера.

Однако этот способ не позволяет проводить эффективную защиту воздушной среды от пылегазовых выбросов при отрицательных температурах, так как при его применеНИИ в этих условиях наблюдается нерациональное рассеивание энергии многокомпонентной струи, связанное с физическими превращениями ее элементов в процессе движения в карьерном пространстве.

Целью изобретения является повышение эффективности пылегазоподавления, предотвращение загрязнения окружающей среды при отрицательных температурах путем улучшения качества обработки атмосферы водой.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу защиты воздушной среды от загрязнения при отрицательных температурах воздуха, заключающемуся в обработке атмосферы карьеров диспергированной водой, нагнетаемой газовоздушной струей турбовинтовой вентиляционной установки, турбовинтовую установку размещают над верхней границей обрабатываемой зоны на высоте h, определяемой выражением

280

- ltw+2|

а температуру вводимой в газовоздушную струю воды to определяют по формуле t 2,4{ Itl -12}.

Массовый расход вводимой воды соответствует 1,35-1,40 массового расхода газов в газовоздушной струе.

Реализацию предлагаемого способа защиты воздушной среды от загрязнения осуществляют в следующей последовательности.

Турбовинтовые установки располагаются над загазованной зоной карьера на высоте h и производят распыление воды с температурой д-и расходом 1,35-1,40 массового расхода газов в газовоздушной струе.

Распыление воды вентиляционными струями турбовинтовых установок в карьерном пространстве при отрицательной температуре воздуха с указанными параметрами ведет к ее замерзанию в процессе полета и выпадению в виде снега. При своем выпадении снег захватывает разнообразные дис.пергированные вещества и аэрозоли, а также ионы,и изотопы газов. Концентрация примесей в снеге тесно связана с их концентрацией в атмосфере, поскольку снежинки падают медленнее капель и дольше находятся в контакте с прцмесями. Таким образом, выпадение снега приводит к интенсивному очищению атмосферы от примесей, чем достигается очистка карьерного пространства и защита воздушной среды от пылегазовых выбросов.

Сущность способа заключается в следующем.

В атмосферерабочей зоны карьера при отрицательных температурах воздуха воздушной струей вентилятора подается достаточная масса диспергированной жидкости

(воды). Вследствие турбулентного перемешивания в струе формируется перенасыщенная паром и каплями жидкости смесь. Концентрация капель и степень насыщения смеси паром, а также ее температура изменяются при перемещении по оси струи за счет вовлечения присоединенных масс воздуха, теплообмена и выпадения части капель из струи. Капли жидкости, переносимые струей, участвуют в интенсивном турбулентном тепломассообмене с болеэ холодным воздухом: часть из них быстро охлаждается, отдавая тепло воздуху; другая часть испаряется, насыщая вовлеченный в струю воздух водяным паром. В зависимости от расхода воды, степени ее диспергированности и температуры, а также влажности и температуры окружающего воздуха один из двух процессов тепломассообмена оказывается доминирующим. В

результате этого будет наблюдаться или выпадение снежных осадков, или формирование паровоздушного термика, поднимающегося из карьера.

Определение температуры жидкости tq

необходимой для формирования твердых осадков, производится на основании анализа уравнения теплового баланса процессов теплообмена между нагнетаемой жидкостью и газовоздушными компонентами

струи, имеющего вид:

nriR CR tR + mg Cq ta+ nriw Cw tw

- ts mR-CR + maCo+mp (Cp - Cg) + +mw Яшр (1)

где mR, гпп, trip, mw- соответственно секундный массовый выброс реактивных газов, расход жидкости, образующегося водяного пара, масса вовлекаемого в единицу времени в водяной конус струи воздуха (кг/с);

CR, Сп, Ср, Cw - соответственно удельные теплоемкости газа жидкости, пара и воздуха (дж/кг -К);

tR, tg, tw, tc - температура газов, жидкости, воздуха и равновесной насыщенной паром капельной смеси (°С); А- удельная теплота парообразования воды (дж/К).

После ряда преобразований и допущений это выражение можно записать в виде

mw Cw I .

, ro

„(mR -CRA(mw -bmR)ECO)7

1 mq Cq mq Cp . PГ

V л л/ где Е - упругость насыщения водяным паром;Р - общее атмосферное давление (мбар). Из условия, что для вентиляторов типа НК-12КВ максимальный секундный расход воды составляет 100 кг/с; mR 55 кг/с; tR 320°С: Е(0)/Р 0,006; а т« 700-800 кг/с по формуле (2) находим ц 2.4{ Itw I -12}.(3) Это соотношение определяет предельно допустимую температуру жидкости при ее максимальном расходе (100 кг/с) и заданной температуре окружающего воздуха, когда вентилятор может эффективно работать в режиме генерирования твердых осадков,. Для того, чтобы процессы кристаллизации, формирования и роста снежинок полностью завершились, необходимо, чтобы время свободного падения переохлажденных капель превышало время их кристаллизации. Время падения определяется следующим выражением: г ,(4) где h - высота падения осадков, м; УК - средняя скорость свободного падения осадков, м/с. Время кристаллизации охлажденной до 0°С капли диаметром d может быть определено из выражения Сравнивая формулы (4) и (5) и учитывая, что температура окружающего воздуха tw в процессе кристаллизации повышается на величину Atw имеем 181 d I tw -t-Atw Подставив в выражение значения d 1-2 мм; VK 1-1,5 м/с и Atw 1,5-2°С, получим значение минимально необходимой высоты расположения турбовинтовых установок над обрабатываемой зоной, для обеспечения условий формирования и выпадения твердых осадков при отрицательных температурах 230 .(7) -Itw+T Для повышения дальности переносов осадков и равномерности их выпадения массовый расход вводимой воды задают равным 1,35-1,40 массового расхода газов с газовоздушной струе. Средняя интенсивность выпадения осадков из газовоздушной струи зависит от расстояния по оси струи при различных значениях секундного массового расхода жидкости. При отклонении массового расхода гпп от оптимального mgo расстояние, на котором происходит максимальное выпадение осадков, уменьшается. Объясняется это тем, что при та mgo струя оказывается перегруженной и основная масса осадков выпадает в начале основного участка переноса. Если Шо Шдо, то происходит интенсивное испарение жидкости по мере движения ее в струе, количество выпадающих осадков крайне незначительно и не может обеспечить эффективное пылегазоподавление в карьерном пространстве. Соотношение массовых расходов воды и газов ma/nriR влияет на равномерность rj выпадения осадков. В интервале отношения mq/mR 1,35-1,40 распределение осадков пЪ площади орошения наиболее равномерно. Отклонение в ту или иную сторону от указанного соотношения заметно снижает равномерное распределение капель, что ведет к снижению эффективности и пылегазоподавления. Таким образом, обработка атмосферы карьеров диспергированной водой, нагнетаемой газовоздушной струей турбовинтовой вентиляционной установки с соблюдением указанных параметров h, tg и mg/mR, позволяет предотвратить загрязнение окружающей среды, повысить эффективность пылегазоподавления при отрицательных температурах путем улучшения качества обработки атмосферы водой. Формула изобретения 1. Способ защиты воздушной среды карьеров от загрязнений, заключающийся в обработке их атмосферыдиспергирован ной водой,, нагнетаемой газовоздушной струей, создаваемой турбовинтовой установкой, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности защиты путем улучшения качества обработки атмосферы водой при отрицательных температурах воздуха, турбовинтовую установку размещают над верхней границей обрабатываемой зоны на высоте h, определяемой выражением I tw + 2 I где В 280 м С, а температуру вводимой в газовоздушную струю воды tg определяют из следуюидего математического выражения

,,0,24(,,

+ + °(+S)}

f

где to - 8,4°C;

tw и tR - температура воздуха и реактивных газов, °С;

тк, mwi ппд - соответственно секундный массовый выброс реактивных газов, масса вовлекаемого в единицу времени в водяной конус струи воздуха и расход жидкости, кг/с.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что массовый расход вводимой воды задают равными 1,35-1,40 массового расхода газов в газовоздушной струе.

Изобретение относится к горной промети и предназначено для нормализации атмосферы к.арьеров при открытой разработке месторождений полезных ископаемых. Цель изобретения - повышение эффективности защиты воздушной среды от загрязнения .путем улучшения качества обработки атмосферы водой при отрицательных температурах воздуха. Для этого 'турбовинтовую установку для обработки атмосферы размещают над верхней границей обрабатываемой зоны по высоте h, определяемой из математического выражения h>& >&280/(tw + 2), где tw - температура воздуха. Затем производят распыление воды в атмосфере карьера. Температуру вводимой в газовоздушную струю воды tg. определяют по математической зависимости. Массовый расход воды, вводимой в газовоздушную среду, создаваемую турбовинтовой установкой, задают равным 1,35-1,40 от массового расхода газов в газовоэдушной струе. Это способствует повышению дальности переноса осадков и равномерности их выпадения, что повышает эффективность пыле- газоподавления при ведении добычных и взрывных работ в карьере. 1 з.п.ф-лы.•^^^