Мінімізація рівня забруднення навколишнього середовища при перевезенні вугілля в напіввагонах (дисертація)
Loading...
Date
2020
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро
Abstract
UKR: Дисертаційна робота присвячена розробці методів мінімізації рівня забруднення навколишнього середовища від пилового забруднення при перевезенні вугілля залізничним транспортом. Транспортування вугілля від місць його видобутку здійснюється в напіввагонах. При цьому відбувається інтенсивний винос вугільного пилу з напіввагонів, що супроводжується забрудненням навколишнього природного середовища. Актуальність теми підтверджена тим, що аналіз сучасних методів мінімізації забруднення навколишнього середовища вугільним пилом показав, що вони потребують досить високих витрат, застосування додаткового обладнання на станціях навантаження (розвантаження) вугілля, витрат часу на імплементацію. Тому важливим питанням є створення теоретичних методів оцінки ефективності застосування засобів захисту навколишнього середовища від забруднення при перевезенні вугілля. Як відомо, інтенсивність пилового забруднення навколишнього середовища при перевезенні вугілля залежить від багатьох факторів, найважливішим з яких є швидкість повітряного середовища біля поверхні вантажу (локальна швидкість повітряного потоку). Тому для зменшення інтенсивності виносу вугільного пилу з напіввагона в дисертації обрано засоби, які дозволяють зменшити значення локальної швидкості повітряного потоку біля поверхні вугілля. Для цього запропоновано використовувати спеціальні додаткові борти на вагоні з вугіллям, екрани. У дисертації на основі експериментальних та теоретичних досліджень показано, що застосування додаткових бортів спеціальної форми («вертикальна стінка», «крило», «внутрішнє крило») та екранів зменшує винос вугільного пилу з напіввагона. На основі проведених експериментальних досліджень встановлено закономірності формування зон забруднення підстильної поверхні при виносі вугільного пилу з вагонів без та з додатковими бортами або екранами. В роботі обґрунтовано застосування в напіввагонах повітряної завіси, що дозволяє зменшити пилове забруднення навколишнього середовища при перевезенні вугілля. Практична цінність роботи полягає в тому, що запропоновані методи захисту від пилового забруднення навколишнього природного середовища при перевезенні вугілля потребують невеликих економічних витрат на імплементацію. Виготовлення додаткових бортів та екранів може бути виконано із застосуванням типового промислового обладнання. Для імплементації запропонованих методів захисту не потрібно встановлювати спеціальне обладнання на навантажувальних станціях (місцях розвантаження вантажу), а також не потрібна спеціальна перепідготовка кадрів для їх обслуговування. Ефективність застосування запропонованих методів захисту від пилового забруднення навколишнього природного середовища не залежить від кліматичних умов. Розроблені чисельні моделі дозволяють оперативне прогнозувати концентрацію вугільного пилу в атмосферному повітрі з урахуванням основних фізичних факторів, що впливають на процес пилового забруднення. Ці моделі дають можливість зменшити частку фізичного експерименту під час проведення досліджень у рамках розглянутого наукового напрямку. В роботі експериментальні результати порівнювалися з теоретичними, що були отриманими на базі побудованих чисельних моделей. Також була здійснена верифікація розроблених чисельних моделей. Розроблені чисельні моделі та методи захисту довкілля використовуються в ТОВ «Енергосервіс-КР» для розробки технології захисту атмосферного повітря від забруднення при транспортуванні залізної руди та вугілля, а також у навчальному процесі Дніпровського національного університету залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна.
ENG: The dissertation is devoted to the development of methods for minimizing the level of environmental pollution from dust pollution during coal transportation by rail. The transportation of coal from its production sites is carried out in coal wagons. In this case intensive environment pollution takes place. The analysis of modern methods of minimizing environmental pollution caused by coal dust showed that they require quite high costs, the use of additional equipment at stations of loading (unloading) of coal, much time for implementation. Analysis of scientific publications has shown the need to create effective and low cost methods of environment protection from pollution during the transportation of coal by rail. It is known that the intensity of dust pollution during coal transportation depends on many factors, the most important of which is the speed of the air near the surface of the cargo (local air flow speed). Therefore, to reduce the intensity of coal dust emission from the wagon, in this dissertation, some tools were selected that reduce the value of the local air flow speed near the surface of the coal. For this purpose it is offered to use special additional boards on the coal wagon and screens. In this dissertation on the basis of experimental and theoretical researches it is shown that application of additional boards of the special form ("vertical wall", "wing", "internal wing") and screens reduces coal dust removal from a wagon. On the basis of the performed experiments the regularities of dust zones formation on the underlying surface, both for coal wagon without and with additional boards or screens, were established. To determine the effectiveness of special boards, the screen application on the coal wagon a set of numerical models was developed. The models allow to predict air pollution in the case of coal transportation in wagons and when effectiveness of proposed means of environment protection. Modeling of dust air pollution during coal transportation in wagon is carried out on the basis of multidimensional differential mass transfer equations. Modeling of pollution process on the basis of these equations allows to obtain information about the formation of the coal dust concentration field in the whole study area, and not only at some point in the environment. The developed models allow to predict the level of atmosphere dust pollution taking with account of physical factors which were not previously taken into account in research works in this field, namely: geometric shape of additional boards, air flow speed near the cargo surface, coal dust emission rate, coal dust diffusion, wagon speed. It was shown that use of air curtain at the coal wagon allows to reduce dust pollution of environment during coal transportation. The practical value of the work is that the proposed methods of environment protection during the coal transportation require low economic costs for implementation. The manufacture of additional boards and screens can be performed using standard industrial equipment. The implementation of the proposed methods of protection does not require the installation of special equipment at loading stations (places of unloading), and does not require special retraining of workers. The effectiveness of the proposed methods of protection against environment dust pollution does not depend on climatic conditions. The developed numerical models allow to predict quickly the concentration of coal dust in the air, taking into account the main physical factors influencing the process of dust pollution. These models make it possible to reduce the share of physical experiment during research study in this scientific field. The experimental results obtained were compared with the theoretical ones obtained on the basis of the developed numerical models. The developed numerical models were also verified. Developed numerical models and methods of environmental protection are used in firm "Energoservice-KR" to develop technology to protect air from pollution during transportation of iron ore and coal, as well as in the educational process of the Dnipro National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan.
ENG: The dissertation is devoted to the development of methods for minimizing the level of environmental pollution from dust pollution during coal transportation by rail. The transportation of coal from its production sites is carried out in coal wagons. In this case intensive environment pollution takes place. The analysis of modern methods of minimizing environmental pollution caused by coal dust showed that they require quite high costs, the use of additional equipment at stations of loading (unloading) of coal, much time for implementation. Analysis of scientific publications has shown the need to create effective and low cost methods of environment protection from pollution during the transportation of coal by rail. It is known that the intensity of dust pollution during coal transportation depends on many factors, the most important of which is the speed of the air near the surface of the cargo (local air flow speed). Therefore, to reduce the intensity of coal dust emission from the wagon, in this dissertation, some tools were selected that reduce the value of the local air flow speed near the surface of the coal. For this purpose it is offered to use special additional boards on the coal wagon and screens. In this dissertation on the basis of experimental and theoretical researches it is shown that application of additional boards of the special form ("vertical wall", "wing", "internal wing") and screens reduces coal dust removal from a wagon. On the basis of the performed experiments the regularities of dust zones formation on the underlying surface, both for coal wagon without and with additional boards or screens, were established. To determine the effectiveness of special boards, the screen application on the coal wagon a set of numerical models was developed. The models allow to predict air pollution in the case of coal transportation in wagons and when effectiveness of proposed means of environment protection. Modeling of dust air pollution during coal transportation in wagon is carried out on the basis of multidimensional differential mass transfer equations. Modeling of pollution process on the basis of these equations allows to obtain information about the formation of the coal dust concentration field in the whole study area, and not only at some point in the environment. The developed models allow to predict the level of atmosphere dust pollution taking with account of physical factors which were not previously taken into account in research works in this field, namely: geometric shape of additional boards, air flow speed near the cargo surface, coal dust emission rate, coal dust diffusion, wagon speed. It was shown that use of air curtain at the coal wagon allows to reduce dust pollution of environment during coal transportation. The practical value of the work is that the proposed methods of environment protection during the coal transportation require low economic costs for implementation. The manufacture of additional boards and screens can be performed using standard industrial equipment. The implementation of the proposed methods of protection does not require the installation of special equipment at loading stations (places of unloading), and does not require special retraining of workers. The effectiveness of the proposed methods of protection against environment dust pollution does not depend on climatic conditions. The developed numerical models allow to predict quickly the concentration of coal dust in the air, taking into account the main physical factors influencing the process of dust pollution. These models make it possible to reduce the share of physical experiment during research study in this scientific field. The experimental results obtained were compared with the theoretical ones obtained on the basis of the developed numerical models. The developed numerical models were also verified. Developed numerical models and methods of environmental protection are used in firm "Energoservice-KR" to develop technology to protect air from pollution during transportation of iron ore and coal, as well as in the educational process of the Dnipro National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan.
Description
М. Оладипо: ORCID 0000-0001-7945-6657
Захист – 09 грудня 2020 р., Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна
Захист – 09 грудня 2020 р., Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна
Keywords
забруднення довкілля, вугільний пил, моделювання забруднення, захист навколишнього середовища, environmental pollution, coal dust, pollution modeling, environmental protection, КГВ
Citation
Оладіпо Мутіу Олатойє. Мінімізація рівня забруднення навколишнього середовища при перевезенні вугілля в напіввагонах : дис. ... д-ра філософії : спец. 101. Дніпро, 2020. 136 с.