WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Разработки и исследования, выполненные по обозначенной тематике, ориентированы не на решение общей проблемы проектирования систем для утилизации отходов, а на частные вопросы. Показано, что в 95 % всех эксплуатационных судовых отходов имеется “скрытая” энергия в виде теплоты при сгорании, которая до сих пор не получила широкого использования.

По результатам анализа априорной информации предложены способы совершенствования систем переработки основных видов эксплуатационных судовых отходов, сформулированы цель и основные задачи исследования.

Во второй главе обосновывается необходимость в определении энерго-вооруженности судна для обеспечения работы комплекса систем переработки отходов.

Проведена статистическая обработка данных за навигацию 2007 г. по объемам судовых отходов на судоходном участке с границами по р. Волга от г. Балахна (878 км) до с. Сомовка (1047 км), по р. Ока (от 28 км до устья) с центром в г. Нижний Новгород.

Выполнив обработку информации различных источников за период с 2003 по 2008 г., принимая во внимание настоящее исследование, учитывая увеличение объемов перевозок речным флотом и будущее вступление России во Всемирную торговую организацию (ВТО), можно прогнозировать дальнейшее увеличение объемов всех видов судовых отходов и назревшую необходимость принятия мер для их переработки и утилизации.

Разработаны технологические процессы переработки и рекуперации основных видов судовых отходов: переработки СВ, утилизации осадка СВ, переработки НВ и утилизации обезвоженного нефтепродукта, утилизации и рекуперации сухого мусора и пищевых отходов.

Показана необходимость применения технологий, обеспечивающих не переработку, а утилизацию и рекуперацию отходов в комплексе систем. Так, нефтешламы, сухой мусор, шламы СВ и НВ утилизируются сжиганием. Перспективно использование альтернативного вида топлива – биогаза, генерируемого из осадка СВ и пищевых отходов. Получаемую теплоту целесообразно использовать для нужд самого судна: производства электроэнергии, пропульсивного комплекса и т.п., избыточная энергия может передаваться внешним потребителям. В результате реализации технологий в системах СКПО будет скапливаться небольшое количество неперерабатываемого мусора и сухой зольный остаток, которые необходимо сдавать на береговые предприятия (рис. 1).

Выбраны перспективные схемы систем СКПО: СОСВ, СОНВ, утилизации и рекуперации отходов, генерации биогаза, питания судовой энергетической установки (СЭУ).

Обоснована структурная схема систем СКПО (рис. 2). Выполнение представленных требований позволит спроектировать современные высокоэффективные системы, обеспечивающие выполнение всех ограничений действующего и перспективного природоохранного законодательства.

Вычислены производительности основных систем переработки судовых отходов СКПО: СОСВ, СОНВ, системы производства биогаза и переработки судового мусора. Определены количества и основные энергетические показатели отходов и продуктов их переработки. Произведен расчет станции производства биогаза.

Выполнено определение суммарного количества теплоты, образующегося при переработке основных видов судовых отходов СКПО, а также определено количество пара, получаемого в котлоагрегате в результате использования этого количества теплоты.

По результатам проведенной работы выявлена необходимость в экспериментальных исследованиях по определению влажности и содержанию ВВ в субстрате, подвергаемом анаэробному сбраживанию по выбранной технологии обработки осадка судовых СВ.

Рисунок 1 – Общая функциональная схема систем СКПО

Рисунок 2 – Общая структурная схема систем СКПО

Кроме того, значительный разброс по удельной теплоте сгорания каждого продукта переработки сильно усложняет, а в ряде случаев делает невозможным правильно оценить количество теплоты, генерируемое при термической переработке отходов в комплексе систем СКПО. Поэтому требуется провести статистический анализ теплоты сгорания с целью определения средней величины, которая обеспечит наиболее вероятную оценку количества теплоты при проектировании предлагаемого автором комплекса систем.

В третьей главе приводятся экспериментальные и статистические исследования, математическое описание, а также математическое моделирование систем СКПО.

Осуществление эксперимента потребовало разработки специального стенда (см. рис. 3). Созданный стенд имитирует работу блока подготовки осадка СВ к анаэробному сбраживанию в судовых условиях. Исследования проводились при постоянной объемной скорости и на расчетном режиме работы гидроциклона. При проведении эксперимента варьировалось значение давления за гидроциклоном рг2, чем имитировался перепад высот установки гидроциклона СОСВ и заборного патрубка танка-отстойника СВ.

Рисунок 3 – Принципиальная схема стенда

1 – танк-отстойник исходных СВ; 2 – термометр; 3 – насос; 4 – кран пробоотборный; 5 – клапан регулировочный; 6 – расходомер; 7 – манометр; 8 – гидроциклон; 9 – емкость для сбора осадка; 10 – емкость осветленных СВ; 11 – трубопровод обводной.

По результатам анализа экспериментов с помощью программного продукта STATISTICA 6.0 получены полиноминальные регрессионные зависимости для определения искомых величин с точностью 95%. Концентрация

ВВ в обработанном осадке СВ после гидроциклонирования будет, г/м3:

.

(1)

Влажность осадка СВ после гидроциклонирования составит, %:

.

(2)

Экспериментальные и рассчитанные в программном пакете MathCAD 2001 Professional по полученным регрессионным уравнениям графические зависимости изображены на рис. 4.

Рисунок 4 – Содержание ВВ и влажность обработанного осадка СВ

После обработки результатов эксперимента установлено, что усредненные максимальные определенные экспериментом концентрации ВВ в судовых СВ составляют С = 126 585±8 372 мг/л. Также выявлено, что минимальная величина влажности загружаемого субстрата составляет dmud = 91,625±1,625%. Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод о том, что и содержание ВВ и влажность осадка судовых СВ достигают рекомендуемых значений при оптимальном давлении рг2 = 50 кПа, что видно на графиках (рис. 4). Таким образом, при проектировании и эксплуатации блоков подготовки осадка судовых СВ к анаэробному сбраживанию с применением гидроциклонирования целесообразно ориентироваться на результаты проведенной работы.

Следующим этапом стало определение средневероятностных значений теплоты сгорания для основных видов термически утилизируемых судовых отходов и продуктов их переработки. Выявлена зависимость искомых величин от типа судна и соотношения групп производственных и твердых бытовых отходов (ТБО). Результаты исследования приведены в табл. 1.

Таким образом, после проведения экспериментальных и статистических исследований на данном этапе определены все неизвестные величины, необходимые для математического описания работы комплекса систем СКПО.

Таблица 1 – Энергетические показатели основных видов судовых отходов, перерабатываемых в системах СКПО

№ п/п

Вид судовых отходов

Продукт переработки

Средневероятностная теплота сгорания, кДж/кг

1

СВ и пищевые отходы

Биогаз

24 311

Органический шлам

13 866

2

НВ

Обезвоженный нефтепродукт

42 887

3

Сухой мусор

Твердое топливо

18 255

Анализ существующих гидродинамических, физических и химических процессов, происходящих в системах переработки основных видов эксплуатационных судовых отходов, произведен на основании теоретических предпосылок и исследований таких ученых, как Баранов А.Л., Богатых С.А., Васильев Л.А., Волков Л.С., Карастелев Б.Я., Кульский Л.А., Курников А.С, Лукиных Н.Л., Решняк В.И., Стаценко В.Н., Этин В.Л., Яковлев С.В., Баадер В., Бойлс Д., Бренндерфер М., Доне Е., Заборски О., Соуфер С., Рандольф Р. и др., характеризующих эти процессы и дающих возможность составить математическое описание работы комплекса взаимодействующих систем СКПО.

Математическое описание работы всех указанных систем состоит из уравнений материального, энергетического и теплового балансов.

Математическая модель СОСВ состоит из системы 10 уравнений, по которой можно определить при проектировании основные характеристики:

1. Уравнение, выражающее необходимую производительность первой ступени СОСВ:

где QСВ – количество СВ, поступающих на переработку на станцию, м3/ч

(определяется по среднесуточному значению);

kОСВ – коэффициент, характеризующий количество осадка в СВ

(согласно данным судовых испытаний kОСВ = 0,1).

2. Уравнение, отражающее необходимую производительность узла доочистки СОСВ:

,

(4)

где QСВБГ – количество СВ, образующихся при осушении шлама станции

производства биогаза, м3/ч.

3. Уравнения, отражающие процесс коагуляции:

,

(5)

где р-р – плотность раствора реагента в воде, кг/м3;

в – плотность очищаемой СВ, кг/м3;

bв, bреаг – доли воды и реагента в растворе.

4. Уравнение, определяющее потребную производительность озонатора:

,

(6)

где q2 – доза озона, вводимая в СВ, г/м3;

Qр – объемная скорость рабочей среды в водовоздушном эжекторе, м3/с.

5. Уравнения, характеризующие процессы озонофлотации и вторичного озонирования:

;

;

,

(7)

где Qр’ – объемная скорость рабочей среды в водо-воздушном эжекторе при озонофлотации, м3/с;

Qр’’ – объемная скорость рабочей среды в водо-воздушном эжекторе при вторичном озонировании, м3/с;

kшл – коэффициент, учитывающий объемную скорость отводимых из флотатора СВ в шлам;

kp – коэффициент рециркуляции (направляется (12…30)% СВ).

Qн’ – объемная скорость озоно-воздушной смеси в эжекторе при озонофлотации, м3/с;

Qн’’ – объемная скорость озоно-воздушной смеси в эжекторе при вторичном озонировании, м3/с;

q2’, q2”– дозы озона, вводимые в СВ при озонофлотации и вторичном озонировании, г/м3.

– концентрация озона в озоно-воздушной смеси, г/м3.

6. Уравнение энергетического баланса в системе:

,

(8)

где Н1, Н2 – геометрические высоты в 1-м и 2-м сечениях, м;

р1, р2 – давление в 1-м и 2-м сечениях, кПа;

– плотность жидкости, кг/м3;

, – средние скорости движения потоков в 1-м и 2-м сечениях, м/с;

– потеря напора на участке 1–2, м.

Математическая модель СОНВ при использовании доочистки обработанных НВ представлена в 6 уравнениях:

1. Уравнение, определяющее производительность СОНВ:

,

(9)

где QНВ max – максимальное значение среднесуточного объема НВ, принимаемых на переработку, м3/ч.

2. Система уравнений, описывающая работу отстойника [21]:

;

,

(10)

где – скорость всплывания нефтяной частицы из эмульсии НВ в отстойнике, м/с;

kт – коэффициент, учитывающий наличие в НВ механических примесей, для судовых НВ kт = 0,85;

– плотность нефтепродукта, для судовых НВ = 890 кг/м3;

k – эмпирический коэффициент, зависящий от температуры обработки;

Dон – диаметр нефтяных частиц, для судовых НВ Dон = 30 мкм;

L0 – эквивалентная длина сооружения (по средней линии тока), м;

НО – высота эквивалентного кольца винтовой зоны отстойника, м.

3. Система уравнений, характеризующая работу коалесцирующего фильтра:

;

,

(11)

где Hк – высота слоя коалесцирующего материала, м;

С1НВ, С2НВ – концентрации нефтепродукта в исходной и очищенной воде. Согласно требованиям Российского Речного Регистра С2НВ = 8 мг/дм3;

К – скорость фильтрации по полному сечению фильтра, мм/с. Для судовых НВ значение К =1,5 мм/с.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»