Оценка, расчет рассеивания и снижение пылевых выбросов в атмосферу от закрытых складов строительных материалов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Лупиногин Владислав Владимирович

• Лупиногин Владислав Владимирович
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Лупиногин Владислав Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ

ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Складские комплексы как часть городской

инфраструктуры и их влияние на загрязнение воздушной среды

1.2 Влияние мелкодисперсной пыли на здоровье населения

1.3 Методы снижения выбросов в атмосферный воздух от источников складских комплексов

1.4 Исследование дисперсного состава пыли, содержащейся в выбросах от источников складских комплексов

1.5 Обоснование выбора направления исследований

1.6 Выводы по главе

ГЛАВА 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ВЫБРОСОВ ПЫЛИ

В АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ ОТ ИСТОЧНИКОВ СКЛАДОВ ЗАКРЫТОГО ХРАНЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

2.1 Анализ конструкций складов как источников выбросов

загрязняющих веществ в атмосферный воздух

2.2 Экспериментальная оценка закрытого склада хранения

материалов как источника загрязнения атмосферного воздуха

2.3 .О.ценка массы выбросов пыли в атмосферный воздух от источников закрытых складов хранения строительных материалов

2.4 Оценка загрязнения атмосферного воздуха выбросами пыли от источников складов закрытого хранения сыпучих материалов

2.5 Выводы по главе

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЯ ПЫЛЕВОГО ФАКТОРА В

ЗАКРЫТЫХ СКЛАДАХ ХРАНЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

3.1 Исследования дисперсного состава пыли

3.1.1 Методология исследований дисперсного состава пыли

3.1.2 Р езультаты оценки дисперсного анализа пыли

3.2 Исследования аэродинамических характеристик пыли

3.3 .Исследования химического состава пыли в воздушной

среде складов строительных материалов

3.4 .В.ыводы по главе

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО СНИЖЕНИЮ

НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ ПРОИЗВОДСТВЕННО-ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЗАКРЫТЫХ СКЛАДОВ ХРАНЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

4.1 .Модернизация конструкции пылеуловителя на встречных закрученных потоках для снижения выбросов пыли от систем локализующей вентиляции в закрытых складах хранения строительных материалов

4.2 .Расчет пылевыделений в окружающую среду от строительных материалов при технологических операциях на складе закрытого хранения строительных материалов

4.3 Расчёт предотвращения экологического ущерба при изучении выбросов от организованных источников склада закрытого хранения материала

4.4 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А. Результаты исследований дисперсного состава пыли, содержащейся в воздушной среде склада при совместном хранении пиломатериалов, цемента и

гипса

Приложение Б. Патентная документация

Приложение В. Исходный и доработанный код

использованной программы

Приложение Г. Документация о практическом

использовании результатов исследований

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка, расчет рассеивания и снижение пылевых выбросов в атмосферу от закрытых складов строительных материалов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность избранной темы. Востребованность у населения строительных материалов обусловила развитие широкой сети логистических центров и строительных гипермаркетов. Имеющиеся в их распоряжении товарные закрытые склады, для которых не регламентировано устройство санитарно-защитной зоны, как правило, размещаются вблизи жилой застройки. Однако при этом не учитывается, что производимые технологические операции, связанные с приёмкой материалов на склад, хранением и отпуском их со склада (пересыпка, расфасовка, упаковывание и т.д.), сопровождаются поступлением в воздушную среду складских помещений пыли, которая затем выносится в атмосферный воздух при вентилировании склада и через проемы в строительных конструкциях.

Следует также отметить, что достаточно хорошо изучены закономерности процессов образования и распространения пыли от открытых и полузакрытых складов хранения сыпучих материалов. Эти закономерности нашли отражение в отраслевых методиках, по которым определяются максимально разовый и валовый выброс пыли в атмосферный воздух при выгрузке, хранении и погрузке, а также в рекомендациях по сокращению выбросов загрязняющих веществ при складировании и хранении товаров (грузов), изложенных в информационно -техническом справочнике по наилучшим доступным технологиям ИТС 46 - 2017. Однако эти методики и рекомендации относятся к производственным складам. Кроме того, отсутствуют исходные данные для некоторых коэффициентов используемых при расчетах массы выбросов в атмосферу.

Таким образом, исследования, направленные на выявление особенностей распространения пыли в объеме торговых закрытых складов хранения строительных материалов, особенностей поступления пыли из складских помещений в атмосферный воздух, изучение влияющих на распространение в городской воздушной среде характеристик пыли, являются актуальными.

Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательской работы ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный технический университет».

Степень разработанности темы. Исследованиям уровня воздействия на качество атмосферного воздуха пылевых выбросов при складировании и хранении сыпучих материалов посвящены работы Азарова В.Н., Бересневича П.В, Богуславского Е.И., Гацкого А.К., Костюничева Д.Н., Лазаревой Л.П., Лапшина

A.Е., Михайлова В.А., Московой И.В., Отделкина Н.С., Смирнова С.Г., Учаева

B.Н., Филатова С.С., Швеца Е.Н. и многих других отечественных и зарубежных авторов. В этих работах исследовались процессы выделения пыли с поверхности насыпи хранящихся материалов и распространения пыли в окружающей среде, а также рассматривались вопросы повышения эффективности укрытий различных конструкций. Однако эти исследования проводились для открытых и полуоткрытых производственных складов хранения сыпучих материалов (грузов), для карьеров, для взрывных и буровых работ и т.д.

Настоящая работа посвящена исследованиям особенностей формирования выбросов пыли от источников торговых закрытых складов хранения строительных материалов и оценке их влияния на качество атмосферного воздуха городских территорий.

Цель работы - снижение воздействия выбросов пыли на качество городской воздушной среды при эксплуатации закрытых складов строительных материалов.

Решаемые в работе задачи:

- анализ конструктивных решений закрытых складов как источника выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух и их влияния на загрязнение городской воздушной среды;

- анализ методов снижения выбросов пыли в атмосферный воздух от источников складских комплексов;

- исследования движения воздушно-пылевых потоков и пространственного распределения концентрации пыли в объеме склада и оценка их влияния на параметры выбросов от неорганизованных и организованных источников;

- исследования пылевого фактора (дисперсного состава, концентрации аэрозоля, мощности выброса вредных веществ в атмосферу) в складах закрытого типа строительных материалов;

- определение протяженности зоны влияния на качество атмосферного воздуха пылевых выбросов от источников закрытого склада хранения строительных материалов на основе результатов экспериментальных исследований и данных вычислительного эксперимента;

- разработка и испытания конструкции пылеуловителя на встречных закрученных потоках для снижения выбросов пыли от оборудования, используемого для расфасовки, упаковывания и других технологических операциях;

- уточнение значений коэффициентов, применяемых при расчете выбросов при складировании и хранении сыпучих материалов.

Научная новизна работы состоит в том, что:

- впервые предложено разделение внутреннего помещения закрытого склада на зоны, влияющие на параметры (дисперсный состав, концентрация мелкодисперсного аэрозоля РМ10, РМ2,5) источников выбросов в атмосферу;

- экспериментально доказано, что протяженность зоны влияния на качество атмосферного воздуха от источников пылевых выбросов закрытых складов строительных материалов изменяется по экспоненциальному закону в зависимости от скорости ветра.

Личный вклад автора состоит в: отборе и анализе материалов, изложенных в научно-технических источниках; планировании, проведении экспериментальных исследовании, обработке и анализе их результатов; подготовке к печати публикаций, текстов диссертации и автореферата.

Теоретическая и практическая значимость работы:

- получены законы распределения дисперсного состава пыли в выбросах в атмосферу, что даёт возможность прогнозировать массу выбросов пыли, в том числе мелкодисперсных частиц фракций РМ10, РМ2,5;

- на основе математического моделирования получены двумерные сечения поверхности отклика, характеризующие распределение концентрации пыли гипса и цемента по высоте и ширине склада с зенитным фонарём;

- экспериментально установлены зависимости, характеризующие изменение концентрации пыли в атмосферном воздухе в зависимости от скорости ветра на разных расстояниях от закрытых складов различного конструктивного типа при разгрузке, отгрузке и хранении материала;

- экспериментально получены зависимости, характеризующие скорость оседания пылевых частиц, выделяющихся в атмосферу при функционировании склада;

- разработана экспериментальная установка, и программный продукт для определения скорости оседания частиц пыли (патент на изобретение РФ G01N 15/00);

- по результатам исследований уточнены значения коэффициентов, применяемых при расчёте выбросов при складировании и хранении сыпучих материалов;

- разработана конструкция пылеуловителя ВЗП с малым диаметром сепарационной камеры для снижения выбросов пыли от оборудования, используемого для расфасовки, упаковки и других технологических операциях;

- на основе результатов испытаний получены экспериментальные зависимости, характеризующие величину проскока пыли для пылеуловителя ВЗП с малым диаметром сепарационной камеры с учетом режимов его работы.

- показано, что при оценке воздействия деятельности склада на атмосферный воздух следует выделять зоны: нижнюю, верхнюю, место проведения технологических операций;

- получены данные о дисперсном составе пыли в воздушной среде верхней и нижней зон складских помещений при их разных конструктивных решениях;

- на основе экспоненциального закона распределения источников пылевых выбросов закрытых складов строительных материалов в зависимости от скорости ветра позволило дать рекомендацию о месте размещения складов относительно

жилой застройки и других социально-значимых объектов с соблюдением требований по нормированию безопасной для человека среды обитания;

- разработана конструкция аппарата ВЗП для снижения выбросов пыли в атмосферный воздух складских помещений, которая прошла опытно -промышленные испытания на базе ОАО «Фирма ЖБИ-6» и ООО «Агама»; на основании полученных результатов были даны рекомендации по совершенствованию систем обеспыливания на складских помещениях, также сформирована база исходных данных для теоретического процесса пылеулавливания и оценки фракционного проскока пылевидных частиц в реальных производственных условиях, которые были использованы ООО «Ассоциация Экотехмониторинг».

Методология и методы диссертационного исследования: анализ и обобщение известных научно-технических результатов; проведение экспериментальных исследований в лабораторных и натурных условиях с применением планирования экспериментов, стандартизированных методик, с использованием современного поверенного оборудования; сопоставление полученных результатов с данными других авторов.

Положения, выносимые на защиту:

- положение о том, что предлагаемый подход к зонированию пылевого загрязнения внутри складов позволяет рассчитать параметры источников загрязнения (концентрацию, скорость, дисперсный состав) в атмосферу выбросов пыли;

- положение о том, что получены на основе математического моделирования двумерные сечения распределения концентрации пыли гипса и цемента по высоте и ширине склада с зенитным фонарём;

- положение о том, что экспериментально установленные зависимости, характеризуют изменение концентрации пыли в атмосферном воздухе в зависимости от скорости ветра на разных расстояниях от склада при разгрузке, отгрузке и хранении материала;

- положение о том, что результаты исследований пылевого фактора в зависимости от конструктивных решений закрытых складских помещений различны;

- положение о том, что полученные на основе результатов испытаний разработанной конструкции пылеуловителя ВЗП с малым диаметром сепарационной камеры экспериментальные зависимости, характеризуют величину проскока пыли с учетом режимов работы аппарата.

Степень достоверности. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений механики аэрозолей и аэродинамики при моделировании изучаемых процессов, подтверждена удовлетворяющей сходимостью полученных результатов экспериментальных исследований, выполненных в лабораторных и натурных условиях, с результатами других авторов.

Апробация результатов. Основные теоретические изыскания, а также практические результаты диссертационного исследования были опубликованы и докладывались на XV международной научной конференции «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды «Indoor air quality and environmental» (19-29 сентября, 2017 года, г. Порту), научных конференциях профессорско-преподавательского состава Волгоградского государственного архитектурно -строительного университета (Волгоград, 2016-2019), трудах VII международной научно-практической конференции «Среда, окружающая человека: природная, техногенная, социальная» (25-27 июля 2018 года, Брянск), сборнике материалов и научных трудов инженеров-экологов «Проблемы охраны производственной и окружающей среды» (Волгоград 2018 г.) на научной конференции «Наука и практика - 2018» (18-23 июня 2018 года, Астрахань), трудах международной научной конференции «International Conferenceon Modern Trendsin Manufacturing Technologiesand Equipment (ICMTMTE 2019)» (9-13 сентября 2019 года, Севастополь).

Основные результаты по теме настоящего исследования опубликованы в 20 работах, в том числе 7 статей, опубликованных в журналах и сборниках,

цитируемых в международных базах данных Scopus и Web of Science (WoS), 5 статей, опубликованных в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК РФ, 5 работ в изданиях РИНЦ, а также зарегистрированы и получены 3 патента.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и четырех приложений. Общий объем работы - 159 страниц, из них: 134 страницы - основной текст, включая 72 рисунка и 20 таблиц. Список литературы из 123 наименований на 15 страницах; 4 приложения на 25 страницах.

ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ

ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Складские комплексы как часть городской инфраструктуры и их влияние на загрязнение воздушной среды

Склад - это комплекс зданий, сооружений и устройств, предназначенный для приемки, размещения, хранения поступающих грузов, товаров, подготовки их к потреблению и отпуску потребителям [34]. Вместе с тем, склады рассматриваются не как изолированный комплекс, а как звено в логистической цепочке оптово-распределительных и логистических центров, что накладывает соответствующие требования к размещению складов, их оборудованию, размеру и т.п [35, 39].

Согласно [15, 29, 33, 34] в зависимости от классификационного параметра склады разделяют на несколько видов. Например, исходя из технических характеристик и оснащения, склады подразделяют на классы А+, А, В+, В, С, Э [33]. Склады А+ являются самыми технически оснащенными и соответствуют самым высоким требованиям, предъявляемым к таким помещениям. Склады класса Э, напротив, имеют самый минимальный набор оборудования и самые низкие требования к их функциональности. В работе [33] к таким складам отнесены, например, подвальные помещения, неотапливаемые производственные ангары и т.п.

При оценке воздействия на атмосферный воздух принято рассматривать

[29]:

- склады, закрытые с четырех сторон;

- склады, открытые с четырех сторон;

- склады, открытые с трех сторон;

- склады, открытые с двух сторон полностью и с двух сторон частично;

- склады, открытые с одной стороны.

Закрытые склады представляют собой специально оборудованные помещения в зданиях или отдельные строения различной этажности, могут быть отапливаемые или неотапливаемые, с естественной или механической вентиляцией [31].

Воздействие на атмосферный воздух складских комплексов зависит, прежде всего, от назначения склада и его конструктивных особенностей. При оценке загрязнения воздушной среды склады принято рассматривать как неорганизованные источники выбросов [58].

Следует отметить, что наиболее исследован вопрос поступления выбросов в атмосферу от производственных складов [22, 49, 53, 96, 97]. Отмечается, что к числу основных компонентов, содержащихся в выбросах, относится пыль, в том числе мелкодисперсная [22, 49, 53, 96, 97].

В промышленности строительных материалов для оценки выбросов от складов используют методику [62].

В соответствии с [2, 62] для расчета неорганизованных выбросов от складов хранения пылящих материалов в промышленности строительных материалов используются следующие формулы:

МХр = К4К5К6К7ЧРраб + К4К5К6К70,ИЧ(Рпл - Рраб)(1 - п); (1.1) ПХр = 0,11 • 8,64 • 10-2К4К5КбК7ЧРпл(1 - п)(Т -Тд- Тс), (1.2)

где Мхр- удельный выброс в атмосферный воздух вредного вещества (пыли) в процессе хранения материала, г/с;

Пхр - валовый выброс в атмосферный воздух вредных веществ (пыли) в процессе хранения материала, т/год;

К4, К5, К6, К7 - коэффициенты, учитывающие тип хранилища (открытое/закрытое помещение), влажность материала, профиль поверхности складируемого материала, крупность материала;

^пл, ^макс, - площади поверхностей пыления, фактическая площадь при максимальном заполнении, площадь, на которой производятся погрузочно-разгрузочные работы, соответственно;

ц - максимальная удельная сдуваемость пыли (подчиняется степенному

л

закону, г/(м •с) [20];

П - степень улавливания твёрдых частиц в пылеулавливающей установке;

Т - общее время хранения за рассматриваемый период, сут.;

Тс - число дней с устойчивым снежным покровом;

7Д - число дней с дождём [2, 62].

Удельная сдуваемость пыли (термин, введенный в работе [2, 62]) определяется по формуле

q = ауь, мг/(м2с) (1.3)

где V - скорость ветра, м/с;

а, Ь - эмпирические коэффициенты, зависящие от типа перегружаемого материала [2, 62].

В работе [2] представлены результаты исследований, позволившие для случая хранении гипсового камня на открытой площадке уточнить значения коэффициентов а, Ъ. Автором получена регрессионная модель для расчета удельной сдуваемости пыли в зависимости от скорости воздушного потока и удельного содержания пыли в массе породы гипсового сырья.

В настоящее время отсутствует нормативная методика расчета выбросов в атмосферный воздух от складских помещений оптово-распределительных и логистических центров, что затрудняет оценку их воздействия на городскую воздушную среду [62].

Кроме того, недостаточно исследован вопрос оценки воздействия деятельности складских комплексов на атмосферный воздух при проведении внутри помещений разных работ, например, - резка дров и брусьев, ремонтно-строительные работы, при которых выделяется значительное количество пыли, в том числе мелкодисперсной. Эти работы зачастую совмещают с работой склада

по прямому назначению. При этом негативное воздействие на атмосферный воздух может усиливаться в несколько раз.

1.2 Влияние мелкодисперсной пыли на здоровье населения

Характер взаимодействия пыли с дыхательными путями человека обусловлен физическими свойствами пыли, которые сильно зависят от ее дисперсного состава. Аэродинамический диаметр частиц пыли является наиболее подходящей характеристикой для описания осаждения частиц в организме. Частицы с одинаковым аэродинамическим диаметром обладают одинаковой скоростью осаждения.

Исходя из скорости осаждения, частицы можно разделить на несколько групп [93, 100]. Частицы размером более 10 мкм обычно останавливаются естественными защитными механизмами дыхательной системы человека - пыль отфильтровывается в зоне носоглотки и не поступает во внутренние органы. Частицы с размерами 5-10 мкм оседают в трахеобронхиальной зоне дыхательной системы человека. Частицы с размерами 1 -5 мкм проникают глубоко в дыхательные пути и откладываются в бронхах и лёгочных альвеолах. Частицы с размерами менее 1 мкм обладают свойствами молекул газа, и могут проникать очень глубоко в дыхательную систему - лёгочные альвеолы, легкие, ткани и кровь [102, 106].

Одним из индикаторов вредного воздействия мелкодисперсной пыли на здоровье человека является смертность населения. Согласно данным, приведенным в работе [102], ежегодное количество смертей в развитых странах, вызванное воздействием пыли, составляет 1,3-2 млн. чел. Было установлено, что пыль снижает продолжительность жизни населения в среднем на 8,6 месяцев

[114].

Основным негативным воздействием мелкодисперсной пыли на здоровье человека является возбуждение сердечно-сосудистых заболеваний [19]. Концентрация мелкодисперсной пыли коррелирует с возникновением таких заболеваний, как инфаркт миокарда, ишемический приступ, сердечная аритмия и гипертония, а также вегетососудистая дистония. Частицы РМ2,5 способны возбуждать как кратковременные, так и долговременные проблемы для сердечно -сосудистой системы человека, и их концентрация в атмосфере находится в прямой корреляции с количеством смертей от сердечных болезней [102].

Необходимо также отметить, что проблема загрязнения атмосферного воздуха мелкодисперсной пылью является актуальной для многих стран мира (рисунок 1.1) [110].

Рисунок 1.1 - Вклад различных источников мелкодисперсной пыли в общую концентрацию РМ2,5 и РМ10 в разных регионах мира [110]

По рекомендациям Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в некоторых странах уже осуществлён переход на нормирование содержания в воздушной среде частиц с размерами не более 2,5 мкм (PM2,5) и не более 10 мкм

(PM10). В нашей стране содержание мелкодисперсной пыли регламентируется санитарными правилами и нормами [87].

1.3 Методы снижения выбросов в атмосферный воздух от источников складских комплексов

Способы снижения запыленности атмосферного воздуха вследствие поступления пыли из различных складских комплексов исследованы в работах [4, 6, 7, 53, 64, 83].

Общепринятыми методами снижения пылеуноса на открытых складах являются механический способ и гидрообеспыливание [56]. Механический способ состоит в укрывании пылящих материалов различными укрывными материалами. Недостатком механического способа является его дороговизна.

Более доступным приемом снижения выбросов от открытых складов является гидрообеспыливание - обработка хранящихся на складе материалов водой, водными растворами с органическими веществами и даже сырой нефтью [56, 82]. Отмечено, что гидрообеспыливание с использованием воды или химических реагентов в 2-10 раз дешевле, чем механические способы закрепления пылящих поверхностей.

Лапшиным А.Е. и его соавторами проведен анализ экономической целесообразности различных методов снижения пылеуноса на открытых рудных складах [56]. Авторы [59] рекомендуют использовать в качестве пылесвязывающих растворов для орошения открытых источников складирования руды раствор шахтной воды с известью и битумную эмульсию. При высыхании воды, смешанной с гашеной известью, на обработанном материале, образуется плотная корка, не поддающаяся влиянию ветра.

Авторы работы [81] предложили применение сетчатых укрытий, создающих «ветровую тень». Было установлено, что в случае, если выполняется

соотношение 1/Ь > 4 (I - длина склада, Ь - ширина склада), а также, если преобладают ветровые потоки в направлении продольной оси склада, рекомендуется устанавливать сетчатые перегородки внутри сетчатого контура склада.

Работа [64] посвящена оценке влияния защитных экранов на угольных складах на концентрацию пыли в атмосферном воздухе в непосредственной близости от рассматриваемых складских объектов. Было выявлено, что даже на расстоянии 2200 м от угольных складов предельная концентрация пыли в атмосферном воздухе может превышать ПДК.

Защитные экраны способствуют снижению вредных загрязнений на 60-80%. Эффект от действия экранов определяется направлением ветра, и характеризуется данными, показанными на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Эффект от установки защитных экранов на складе угля

при разном числе штабелей [64]

Применение пылезащитных экранов на территории различных складов теоретически обосновано в работе [90] с использованием метода конечных элементов.

Учаев В.Н. исследовал пылеунос с открытого склада хранения материалов на асфальтобетонном заводе [96, 97]. На основе вероятностно-стохастического подхода разработана физико-математическая модель процесса массопереноса дисперсного материала от стационарных источников неорганизованных выбросов. Показано, что концентрация взвешенных веществ на удалении от неорганизованных источников выбросов с переменной плотностью пылевыделения зависит от распределения плотности пылевыделения, высоты источника, условий гидродинамического и теплового выброса, и других факторов. Существенное влияние оказывает укрытие при его устройстве на источнике выбросов. Установлены экспериментальные зависимости, позволяющие оценить плотность оседания пыли, сдуваемой с поверхности открытого склада хранения песка, на различных расстояния от источника с учетом направления и скорости ветра [96, 97]. Разработан и внедрен комплекс мероприятий по снижению пылевых выбросов от стационарных неорганизованных источников, предусматривающий устройство укрытий различного типа, выполненных из строительной сетки [97].

Для снижения пылеобразования авторы [81] предлагают использование особых конструкций спусков для сыпучих материалов. Также известны другие способы обеспыливания узлов пересыпки [18, 66, 74, 83].

В системах обеспыливания узлов пересыпки в некоторых производствах в качестве пылеулавливающих устройств используют вихревые инерционные пылеуловители со встречными закрученными потоками (ВЗП) [4, 5, 9, 11, 14, 44, 74, 75, 107 - 109, 122].

Опыт эксплуатации показывает, что такие аппараты, обеспечивая высокую эффективность, в меньшей степени, чем циклоны, подвержены забиванию, налипанию пыли на стенки корпуса, абразивному износу, а также слабо

чувствительны к колебаниям нагрузки по воздуху и концентрации пыли в очищаемом потоке [4, 5, 9, 11, 14, 44, 75, 74 - 76, 107 - 109, 122].

Типичная схема аппарата ВЗП с двумя и тремя входными потоками изображена на рисунке 1.3.

1 1Г

Рисунок 1.3 - Схемы циклона и ВЗП с несколькими входными потоками

[118]

Увеличение количества входных потоков повышает эффективность очистки, а также обеспечивает снижение потерь давления в аппаратах, что можно проиллюстрировать графическими зависимостями, показанными на рисунке 1.4 [118].

В [2] предложена конструкция аппарата ВЗП для систем пневмотранспорта и аспирации (рисунок 1.5). Эффективность очистки в пылеуловителе повышается за счет создания устойчивой крутки первичного пылевого потока, поступающего в нижний ввод пылеуловителя и возможности регулировки его параметров (зазора между створом патрубка и отбойной шайбой в диапазоне от 0,1 до 1,1 диаметра патрубка завихрителя).

Для систем аспирации, удаляющих пыль от передвижной барабанной сбрасывающей тележки с ленточного транспортера открытого склада хранения гипсового камня, была предложена конструкция пылеулавливающей установки (рисунок 1.6).

В 'ола 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 Г 0 0.02 0.03 0.04 0.06 0.06 0 07 0.08

О (т '/в) О (т '/в)

Рисунок 1.4 - Зависимости основных характеристик пылеуловителей

от скорости входящего потока: а - падение давления; б - эффективность газоочистки; в - максимальная аксиальная скорость частиц; г - кинетическая энергия турбулентных потоков. 1 - для циклона; 2 - для ВЗП с двумя вводами; 3 - для ВЗП с тремя вводами

[118]

Эффективность работы вихревого пылеуловителя на встречных закрученных потоках в установке составила от 92 % до 94 %. Недостатками передвижных систем и представляемой системы в частности являются: необходимость наличия отдельного источника энергии, необходимость периодического обслуживания пыленакопительного бункера; отсутствие полной герметичности в месте сопряжения местного отсоса и узла выгрузки; продолжительность непрерывной эксплуатации ограничена необходимостью выгрузки уловленного продукта (не реже чем один раз в час); в процессе эксплуатации передвижных установок образуются дополнительно два источника выброса (организованный выброс системы аспирации, неорганизо-

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Лупиногин Владислав Владимирович, 2023 год

/ / /

!

/

/

нялг

м го юо

Рисунок А.2 - Интегральные функции распределения массы по диаметрам для частиц древесной пыли, отобранной в воздушной среде склада (без проведения технологических операций) на высоте: а - 1 м; б - 2 м; в - 3 м; г - 6 м; д - 9 м

а б Рисунок А.3 - Дифференциальные функции распределения массы по диаметрам для частиц древесной пыли, отобранной в воздушной среде склада (без проведения технологических операций) на высоте: а - от 1 м до 3 м; б - от 3 м до 9 м

а б

Рисунок А.4 - Микрофотографии частиц древесной пыли, содержащейся в воздушной среде склада (с проведением технологических операций) на высоте:

а - 1 м; б - 9 м

Рисунок А.5 - Интегральные функции распределения массы по диаметрам для частиц древесной пыли, отобранной в воздушной среде склада (с проведением технологических операций) с проведением на высоте: а - 1 м; б - 2 м; в - 3 м; г - 6 м; д - 9 м

Размер(микрон(ы)) Размер(микрон(ы))

а б

Рисунок А.6 - Дифференциальные функции распределения массы по диаметрам для частиц древесной пыли, отобранной в воздушной среде склада (с проведением

технологических операций) на высоте: а - от 1 м до 3 м; б - от 3 м до 9 м

а б

Рисунок А.7 - Микрофотографии частиц пыли древесины и гипса, содержащейся в воздушной среде склада (без проведения технологических

операций) на высоте: а - 1 м; б - 9 м

Рисунок А.8 - Интегральные функции распределения массы по диаметрам для частиц пыли древесины и гипса, отобранной в воздушной среде склада (без проведения технологических операций) на высоте: а - 1 м; б - 2 м; в - 3 м; г - 6 м; д - 9 м

а б

Рисунок А.9 - Дифференциальные функции распределения массы по диаметрам для частиц пыли древесины и гипса, отобранной в воздушной среде склада (без проведения технологических операций) на высоте: а - от 1 м до 3 м; б - от 3 м до 9 м

а

б

Рисунок А.10 - Микрофотографии частиц пыли древесины и гипса, содержащейся в воздушной среде склада (с проведением технологических

операций) на высоте: а - 1 м; б - 9 м

99 99 9997 99.9 99.7

99

98 97 95

90

80 70 60 50 40 30 20

10

0.5 0.25 0.1 004

001

Д г 1 в 6 1 а

\ " г / у

Ь=ЬЬ

Гтг

/ /

/

/

//

у

/

7 9

80 100

287

Рисунок А.11 - Интегральные функции распределения массы по диаметрам для частиц пыли древесины и гипса, отобранной в воздушной среде склада (с проведением технологических операций) на высоте: а - 1 м; б - 2 м; в - 3 м; г - 6 м; д - 9 м

Размер(микрон(

а

Размер(микрон(ы)) б

Рисунок А.12 - Дифференциальные функции распределения массы по диаметрам для частиц пыли древесины и гипса, отобранной в воздушной среде склада (с проведением технологических операций) на высоте: а - от 1 м до 3 м; б - от 3 м до 9 м

а б

Рисунок А. 13 - Микрофотографии частиц пыли древесины и цемента, содержащейся в воздушной среде склада (без проведения технологических

операций) на высоте: а - 1 м; б - 9 м

Рисунок А. 14 - Интегральные функции распределения массы по диаметрам для частиц пыли древесины и цемента, отобранной в воздушной среде склада (без проведения технологических операций) на высоте: а - 1 м; б - 2 м; в - 3 м; г - 6 м; д - 9 м

Частицы Размер Распределение

А

20 18 16 14 12

10

Размер(микрон(ы))

а

10

Размер(микрон(ы)) б

100

Рисунок А.15 - Дифференциальные функции распределения массы по диаметрам для частиц пыли древесины и цемента, отобранной в воздушной среде склада (без проведения технологических операций) на высоте: а - от 1 м до 3 м; б - от 3 м до 9 м

а б

Рисунок А.16 - Микрофотографии частиц пыли древесины и цемента, содержащейся в воздушной среде склада (с проведением технологических

операций) на высоте: а - 1 м; б - 9 м

Рисунок А.17 - Интегральные функции распределения массы по диаметрам для частиц пыли древесины и цемента, отобранной в воздушной среде склада (с проведением технологических операций) на высоте: а - 1 м; б - 2 м; в - 3 м; г - 6 м; д - 9 м

а

б

Рисунок А.18 - Дифференциальные функции распределения массы по диаметрам для частиц пыли древесины и цемента, отобранной в воздушной среде склада (с проведением технологических операций) на высоте: а - от 1 м до 3 м; б - от 3 м до 9 м

ПРИЛОЖЕНИЕ Б ПАТЕНТНАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

(19)

ки

(11)

191 631 13 У1

(51) МПК

ВОЮ 45/12 (2006.01)

В04С5/12 (2006.01)

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ

(■2) ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ

(52) спк

ВОЮ 45/12 С2019.05); ВМС5/12 (2019.05)

(21)(22) Заявка: 2019109476, 01.04.2019

(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 01.04.2019

Дата регистрации: 14.08.2019

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 01.04.2019

(45) Опубликовано: 14.08.2019 Бюл. № 23

Адрес для переписки:

400005, г. Волгоград, пр. Ленина, 28, ВолгГТУ, отдел интеллектуальной собственности

(72) Автор(ы):

Лупиногин Владислав Владимирович (ГШ), Азаров Валерий Николаевич (1Ш), Сахарова Анастасия Андреевна (1Ш), Николенко Максим Александрович (1Ш), Ковтунов Иван Александрович (КЩ Мартынова Елизавета Вячеславовна (БШ)

(73) Патентообладатель(и): Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) (1Ш)

(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: яЪ 55647 Ш, 27.08.2006.1Ш 2260470 С1, 20.09.2005. Яи 2056178 С1, 20.03.1996. Ш 4424069 А1, 03.01.1984.

73

со

<Т> со

со <0

о>

а:

(54) ВИХРЕВОИ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЬ

(57) Реферат:

Полезная модель относится к устройствам для очистки запыленного газа от дисперсных частиц пыли и может применяться в химической, пищевой, строительной и других отраслях промышленности: Вихревой пылеуловитель выполнен в виде цилиндрического корпуса с конусным пылесборником, размещенным в его нижней части. Корпус пылеуловителя снабжен тангенциальным верхним и нижним патрубками входа запыленного газа и патрубком выхода очищенного газа, размешенным в верхней части корпуса сооспо его вертикальной оси. На нижней части выходного патрубка неподвижно, например, с помощью сварки, вертикально закреплены лопасти со стороны закручивания первичного потока входа запыленного газа,

предназначенные для предотвращения обратного отскока крупных частиц пыли в поток очищенного газа и попадания в атмосферу. На нижнем патрубке внутри корпуса пылеуловителя установлен конический завихритель, предназначенный для повышения скорости направленного потока запыленного газа внутри пылеуловителя, завихритель снабжен неподвижно установленной кольцевой отбойной шайбой, предназначенной для предотвращения попадания осевших частиц пыли в очищенный воздушный поток. Помимо этого нижний патрубок снабжен заслонкой для регулирования потока, поступающего на очистку запыленного газа и заслонкой для ввода и регулирования потока чистого воздуха.

RU 191631 U1

Вихревой пылеуловитель

A-A

российская федерация

ки 1 2 765 339 С1

(51) МПК

сот 15/00 (2006.0 П

(52) СПК

вОШ 15/00 (2021.08)

федеральная служба по интеллектуальной собственности

(12}ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: может прекратить свое действие (последнее изменение статуса: 11.06.2023) Пошлина: Установленный срок для уплаты пошлины за 3 год: с 11.06.2022 по 10.06.2023. При

уплате пошлины за 3 год в дополнительный 6-месячный срок с 11.06,2023 по 10.12.2023 размер пошлины увеличивается на 50%.

(21)(22) Заявка: 2021116877, 10.06.2021

(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 10.06.2021

Дата регистрации: 28.01.2022

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 10.06.2021

(45) Опубликовано: 28.01.2022 Бюл. № 4

(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1*и 135806 Ш, 20.12.2013. 2239173 С1, 27.10.2004. CN 209416865 и, 20.09.2019. \УО 1996031900 А1, 10.10.1996.

Адрес для переписки:

400005, Волгоградская обл., г. Волгоград, пр-кт им. В.ИЛенина, 28, ВолгГТУ, Кузьмину С.В.

(72) Автор(ы):

Азаров Валерий Николаевич (Я11), Луииногин Владислав Владимирович

(яи),

Добринскнй Даниил Ражиевнч (Я11), Сахарова Анастасия Андреевна Евтушенко Александр Иванович (1Ш), Жукова Наталия Сергеевна (1111)

(73) Патентообладатель(и):

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) (Яи)

(54) Устройство для определения дисперсного состава и скорости оседания частиц пыли

(57) Реферат:

Устройство для определения дисперсного состава и скорости оседания частиц пыли относится к области измерительной техники и может быть использовано при санитарно-гигиеническом контроле воздуха производственных помещений, очистных систем промышленных производств и т.п. Устройство содержит деревянную пустотелую подставку с выполненным по горизонтальной плоскости металлическим основанием, в котором по вертикальной оси жёстко закреплён стеклянный седиментационный цилиндр, на котором соосно сверху смонтирован буфер, выполненный в виде конусообразной металлической воронки, предназначенный для распыления в нём исследуемого образца пыли. Между седиментационным цилиндром и буфером установлена выдвижная металлическая заслонка, которая перекрывает седиментационный цилиндр от буфера. Буфер снабжён воздушным поршнем,

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ИСХОДНЫЙ И ДОРАБОТАННЫЙ КОД ИСПОЛЬЗОВАННОЙ

ПРОГРАММЫ

# -*- coding: utf-8 -*-from tkinter import* from PIL import ImageTk, Image import os

from tkFileDialog import* import matplotlib.pyplot as pit import numpy as np import cv2 as cv

10 def openf ile() :

op = askopenfilename ()

img = ImageTk.Photolmage(Image.open(op)) w,h = img.width(), img.height() panel.configure(image = img) panel.image = img

root.geometry(str(w)+'x' +str(h))

def run_calculation():

f = open('results/dat.txt' w') lis = os. listdir('pictures') lis = sorted(lis, key = len) n = len(lis)

x = np.zeros(n, dtype = int) y = np.zeros(n) for i in xrange(n):

fn = 'pictures/' +lis [i] img = cv.imread(fn)

hsv = cv.cvtColor(img,cv.C0L0R_BGR2HSV) hsv_min = np.array((0, 0, 0), np.uint8) hsv_max = np.array ((0 , 0, 251), np.uint8) thresh = cv.inRange(hsv , hsv_min , hsv_max)

contours, hierarchy = cv.findContours(thresh , cv.RETR_EXTERNAL, cv.CHAIN_APPR0X_SIMPLE)

Рисунок В.1 - Исходный код программы

# -*- coding: utf-8 -*-from tkinter import* from PIL import ImageTk, Image import os

from tkFileDialog import* import matplotlib.pyplot as pit import numpy as np import cv2 as cv

10 def openfile () :

op = askopenfilename ()

img = ImageTk.Photolmage(Image.open(op)) w,h = img.width(), img.he ight() panel.configure(image = img) panel.image = img

root.geometry(str(u) + 'x' + str(h))

def run_calculation () :

f = open('results/dat.txt ' , ' w ') lis = os.listdir('pictures ') lis = sorted(lis, key = len) n = len(lis)

x = np.zeros(n, dtype = int) y = np.zeros(n) for i in xrange(n):

fn = Jpictures/'+ lis [i] img = cv.imread(fn)

hsv = cv.cvtColor(img,cv.C0L0R_BGR2HSV) hsv_min = np.array((0, 0, 0), np.uint8) hsv_max = np.array((0, 0, 251), np.uint8) thresh = cv.inRange(hsv, hsv_min, hsv_max)

contours, hierarchy = cv.findContours(thresh , cv.RETR_EXTERNAL, cv.CHAIN_APPR0X_SIMPLE)

thresh = cv.bitwise_not(thresh) w,h = thresh.shape x[i] = i

y[i] = w*h - cv.countNonZero(thresh)

k = 0

list_con = []

for j in xrange(len(contours)): if len(contours [ j]) >= 10:

ellipse = cv . minAreaRect(contours [j]) cv.ellipse(img,ellipse ,(0,0,255) ,1) area = 3.1415* ellipse [1] [0]* ell ipse [1][1] 45 k += 1

list_con.append(area)

cv.imwrite('results/contours/contours ' +1 i s [i ] [: -4] + ' .png ' , img)

print >> f,x[i],y[i],' '.join(str(x) for x in

list_con)

print 'Number slide = ', i 50 f. close ()

pit.plot(x,y,1inewidth = 1) pit.savefig('results/pic.png', dpi = 100)

root = Tk()

img = Photolmage(file = "") panel = Label(root, image = img)

panel.pack(side = 'bottom', fill = 'both', expand = 'yes') pane 1.place(x = 10, y = 10) m = Menu(root) root . conf ig ( menu = m) fml = Menu(m)

m.add_cascade(label = 'Start', menu = fml) fml.add_command(label = 'Run', command = run_calculation) fml.add_command(label = 'Close', command = run_calculation) 65 fm2 = Menu(m)

m.add_cas cade(1abel = 'File', menu = fm2) fm2.add_command(label = 'Open', command = openfile) root.mainloop ()

Рисунок В.2 - Доработанный код программы

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

ДОКУМЕНТАЦИЯ О ПРАКТИЧЕСКОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

ООО "Агама"

404143, Волгоградская область, Среднеахтубинский район, р.п. Средняя Ахтуба, ул. Кузнецкая, 45, Адрес для почтовой корреспонденции: 404110, Волгоградская область, г. Волжский, ул. Молодежная, 15, ИНН 3428988800, КПП 342801001, ОГРН 1083454000904, рас/сч: 40702810300070003531 в Южный Ф-л АО «Газпромбанк», г. Краснодар, БИК: 040349781, корр/сч: 30101810500000000781, тел/факс: [phone], e-mail: [e-mail]

СПРАВКА

Выдана Лупиногину Владиславу Владимировичу, в том, что в 2019 - 2022 г.г. в ООО «Агама» им проведены научно-исследовательские работы, направленные на уменьшение запыленности воздушной среды в складских помещениях и снижение выбросов пыли в атмосферный воздух.

Исследования проведены Лупиногиным В.В. в складских помещениях для хранения сухих строительных смесей, микроцемента и сухих добавок в бетонные смеси.

По результатам исследований качества воздушной среды в помещениях склада хранения выше перечисленных материалов установлены диапазоны изменения размеров пылевых частиц по высоте помещения, что позволило Лупиногину В.В. предложить рекомендации по выбору способа вентилирования складских помещений, позволяющего снизить выброс мелкодисперсных частиц в атмосферный воздух

Результаты исследований Лупиногина В.В. использовались в ООО «Агама» при разработке мероприятий, направленных на повышение экологической безопасности.