П.С. Ейвин, Т.П. Турчанинова, канд. техн. наук., М.Н. Костюченко, канд. техн. наук,
В.В. Мартиросян, д‑р техн. наук, ФГФНУ «НИИ хлебопекарной промышленности»
Рассмотрен способ рекуперации энергии в системах пневмотранспорта сыпучих материалов. Отмечено, что воздушный поток, сбрасываемый в атмосферу после окончания процесса транспортирования, по чистоте не может быть хуже воздуха, засасываемого через фильтр воздуходувной машины из окружающей среды, если соблюдаются все нормы его очистки перед выбросом. Применение данного способа позволит предприятиям увеличить производительность без капитальных работ, повысить безопасность и улучшить экологию.
Актуальность экономии ресурсов на современном предприятии, будь оно частным или иной формы собственности, находится на одном из первых мест наряду с другими аспектами, влияющими на финансовую состоятельность. Напротив, затраты, связанные с соблюдением требований пожарной безопасности, экологии, охраны труда и т.д., вызывают у руководителей определенные сложности, особенно если это сведено к формальности.
Экономить на каждой лампочке и при этом отказываться от возможности сэкономить примерно половину энергии, затрачиваемой на транспортирование сыпучих материалов с помощью пневматики, или от более широкого использования энергоэффективных и высокоресурсных компрессорных агрегатов нового поколения модельного ряда Ш2-МБКА, которые успешно эксплуатируются только на отдельных предприятиях отрасли. К сожалению, такое положение становится довольно частым явлением.
Как это работает? Рассмотрим процесс подробнее.
Любая линия пневмотранспортирования включает в себя такие элементы, как (см. рис. 1): компрессор с системой фильтрации на входе; фильтр-разгрузитель с системой фильтрации на выходе. Перед началом транспортирования воздух, взятый из окружающей среды (точка А) с нагнетательной стороны компрессора, должен быть тщательно отфильтрован и доведен до соответствующих норм [2]. После окончания транспортирования (точка Б) воздух возвращается в окружающую среду и, согласно нормативам, этот «отработанный» воздух никак не может быть грязнее исходного, того, который был использован на транспортирование сыпучего материала. Если транспортируются какие-либо опасные материалы, то по требованию экологов устанавливаются дорогостоящие очистные устройства и их эффективность и работоспособность зависят от инженерных служб и руководства предприятия. Зачастую случаются катастрофические последствия.
На хлебопекарных предприятиях транспортируемым материалом является пищевой продукт – мука, и, казалось бы, беспокоиться не о чем. Однако в связи с тем, что мука и мучная пыль являются взрывопожаро опасными дисперсными системами, соответствующими службами [3, 4 ]предъявляются особые требования к запыленности сбрасываемого отработанного транспортирующего воздуха, которые абсолютны. Так, согласно ГОСТ 12.1.005 – 76 предельно допустимые концентрации пыли (ПДК) в воздухе рабочей зоны не должны превышать 4 мг/м3.
В зависимости от ПДК, согласно СНиП2.04.05 – 91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха», установлено предельно допустимое содержание пыли в выбросах аспирационных и пневмотранспортных установок в атмосферу – 60 и 100 мг/м3 (при ПДК, равной 4 и 6 мг/м3 соответственно). Получается, что воздушный поток, сбрасываемый в атмосферу после окончания процесса транспортирования, по чистоте лучше или равен воздуху, засасываемому через фильтр воздуходувной машины из окружающей среды.
Таким образом, можно смело утверждать о возможности «закольцовки» пневмотрассы, объединив точки А и Б.
Почему же такое решение не получило повсеместное распространение на тех отечественных предприятиях, где есть необходимость транспортирования сыпучих материалов с помощью сжатого воздуха? Анализировать приходится не только принципиальные причины, поскольку возможность «закольцовки» пневмотрасс физически вполне реализуема, здесь имеются в виду другие факторы – психологического характера.
Опасение объясняется тем, что на вышеупомянутых предприятиях вполне допускаются некачественная очистка и недостаточная степень фильтрации
выходного воздушного потока. Согласно указанным выше документам (ГОСТ и СНиП), наличие условий для возникновения рисков отравления окружающей среды невозможно.
Выбросы взрыво опасных веществ (ПДК) в атмосферу должны быть сведены к нормативным показателям. Нанесение вреда здоровью людей наказуемо, так что даже минимальные финансовые выгоды не могут быть в приоритете.
Другим важным аспектом использования отработавшего воздуха в системе пневматического транспортирования сыпучих материалов является перенос остаточной энергии воздушного потока через всасывающие магистрали воздуходувной машины.
Эост = (Эк− Эп− Эс− Эт) × ∆S,
где Эост – энергии воздушного потока, сохранившиеся в нем после окончания полного цикла работы линий транспортирования сыпучего материала;
Эк – энергия, переданная компрессором воздушному потоку, достаточная для создания псевдоожиженного состояния смеси воздуха с сыпучим продуктом и условий устойчивого транспортирования;
Эп − энергия, потраченная на перемещение сыпучего материала;
Эс – энергия, потраченная на преодоление сопротивления трассы (трение, подъёмы, повороты, переключатели, питатели, фильтры и т.д.);
Эт – энергия, рассеиваемая в процессе пневмотранспортирования, в виде спектра излучений, в том числе и тепловая;
∆S − коэффициент энтропии или совокупность энтропийных состояний в зависимости от времени года, суток, сезона и степени замкнутости системы. Чем выше коэффициент энтропии по шкале от 0 до 1, тем больше вероятность переноса остаточной энергии.
∆S = S∆т × SЧФ × SУТ × S∆Р,
где S∆т − температурная энтропия;
SЧФ − энтропия, характеризующая чистоту фильтров;
Sут − энтропия, характеризующая утечки (степень замкнутости системы);
S∆Р − энтропия потерь давления во время рекуперации воздушного потока.
Положительное значение остаточной энергии воздушного потока (Эост) очевидно и лежит в пределах 25 – 50 % от энергии, переданной компрессором воздушному потоку (Эк).
Кроме этого, можно утверждать, что, помимо экономии собственно этой энергии, мы имеем некий прирост в максимально достижимом давлении, расходе, скорости и т.д. транспортирующего воздушного потока. При повышении характеристик транспортирующего воздушного потока обязательно появится прирост, пусть и незначительный, в общей производительности линии транспортирования (по материалу), что, в свою очередь, облегчит работу воздуходувной машины, соответственно повысится ее ресурс и снизится общая нагрузка на линию транспортирования.
Это может стать единственно возможным решением по увеличению производительности без капитальных работ на тех линиях, где достигнут предел данной производительности. Зачастую, понимая, какие затраты потянет за собой установка современного более качественного и производительного оборудования, руководители вынуждены отказываться от внедрения прогрессивных энергосберегающих и энергоэффективных систем и в результате проигрывать в конкурентной борьбе.
Парадоксально, но чем современнее производство (выше его уровень), тем ниже остаточная энергия воздушного потока (Эост) и больше срок окупаемости, но тем выше коэффициент энтропии (∆S) и выше общая вероятность внедрения данного нововведения на работающем предприятии. Напротив, максимальной выгоды можно добиться на самом отсталом и бедном производстве вследствие рекуперации в систему энергии, теряемой безвозвратно.
В результате вырисовывается достаточно оптимистичная картина следующего шага на пути оптимизации рассмотренного процесса, повышения безопасности производства и улучшения экологии.
В заключение хочется обратить внимание (предостеречь) руководителей, отказывающихся от предлагаемых реконструктивных усовершенствований, так как в данной ситуации становится очевидным наличие отдельных неустраненных нарушений в той или иной части производственного процесса. Других причин для отказа от внедрения данного предложения нет.
ЛИТЕРАТУРА
1. Техника высокоресурсных и энергоэффективных пневмотранспортных систем / П.С. Ейвин, А.П. Косован, Ю.А. Равикович, Т.П. Турчанинова. – /М. : Дели плюс, 2015. – 159 с.
2. Турчанинова Т.П. Техника и технология бестарного хранения муки / Т.П. Турчанинова. – М. : Пищепромиздат, 2009. – 536 с.
3. ПБ 14 – 586-03. Правила промышленной и производственной санитарии на предприятиях хлебопекарной промышленности. – М.,Ростехнадзор, 2004.
4. Инструкция по обеспечению взрывобезопасности в установках бестарной приемки, хранения и внутризаводского транспортирования муки на предприятиях хлебопекарной промышленности. – М. : ВНИИХП,1989.
