CC BY
21ей ветви кривой врастающий код рвом входе ком-|<:' на втором вы-1, которым про-истр 5. Далее по тная перезапись 5 будет записан
последующем увеличении мгновенного напряжения Х2 код ХЗ на первом входе компаратора 9 начинает возрастать и становится больше кода Х6 на втором входе.
Появляется сигнал Х9(1) на первом выходе компаратора 9, по фронту которого эормирователь 12 вырабатывает импульс Х12. обнуляющий регистр 5 и подготавливающий РКН к измерению амплитуды и к анализу уровня напряжения фазы В (интервал времени !3 - см. рис. 4.), как описано выше. Затем (интервал времени I, - см. рис.4.) аналогично оценивается напряжение фазы С. после чего процесс повторяется без изменений до момента времени ^ когда в одной из фаз будет зафиксировано снижение напряжения ниже установленного регистром 4 уровня.
В этом случае появляется сигнал Х7 на выходе компаратора 7, и в момент достижения напряжением амплитудного значения с выхода формирователя 10 через элемент И15 проходит импульс Х10 на единичный вход триггера 16. Он меняет свое состояние, и на его прямом выходе появляется сигнал XI6, указывающий на понижение напряжения ниже установленного уровня.
Таким образом. РКН производит контроль уровня напряжения всех фаз. Точность измерения определяется разрядностью элементов схемы. Для контроля напряжения в однофазных СЭС достаточно заменить трансформатор 1 и выпрямитель 2.
VOLTAGE CONTROL DEVICES IN AUTOMATICS
U. S. Malyshev, V. G. Sugakov
Aspects of use of domestic control devices of voltage are considered, in chains of automatic control and the digital relay of the control of voltage and the digital relay of the control of operative voltage with the description of a principle of action are offered.
УДК 502:628.3
одов на выходе вом состоянии. ! (интервал вре-ювктся меньше го фронту фор-аосит в регистр
на первом вхо-шляется сигнал ший перезапись родолжается до е значение. При
Д. С. Мизгирее, аспирант.
А. С. Курников, д: т. н., профессор, ВГАВТ.
603950, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а.
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ СУДНА КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СУДОВЫХ ОТХОДОВ
Рассматриваются вопросы переработки и утилизации эксплуатационных судовых отходов путем применения судов комплексной переработки отходов, использующих в технологических процессах взаимодействие систем. Произведено математическое моделирование указанных систем.
Введение
Проблемы чистой воды и охраны водных экосистем становятся все более острыми по мере развития общества и научно-технического прогресса, который стремительно увеличивает свое влияние на природу [16].
Интенсивное развитие судоходства на внутренних водных путях России привело к строительству качественно нового флота: с мощными энергетическими установками; высокими грузоподъемностью, пассажировместимостью и скоростью. Вредные воздействия подобных судов на природную среду приведены на рис. 1 [14].
Рис. 1. Вредные воздействия судов на окружающую среду
После потребления на судне вода и воздух в загрязненном состоянии отводятся в окружающую среду, ухудшая ее экологическое состояние. В связи с этим необходимо обеспечить такие характеристики судна, которые приблизили бы его к экологически безопасному объекту.
1. Пути решения проблемы эксплуатационных судовых отходов
В настоящее время на флоте преимущественно применяются два способа решения проблемы эксплуатационных судовых отходов [22, 20]:
1. Раздельное накопление всех видов отходов для сдачи на берег.
Достоинством этого метода является высокая степень очистки и реутилизации отходов при переработке на крупных береговых предприятиях. Кроме того, на судне необходим минимум специального оборудования. Недостатком является необходимость иметь емкости, что требует дополнительных помещений и уменьшает провозную способность. Этот способ применяется на малых судах с непродолжительными маршрутами и частыми остановками, но абсолютно неприемлем для крупных транспортных судов. Как вариант этого способа можно выделить раздельное накопление всех видов отходов для сдачи на специальные суда. Данное решение в настоящее время перспективно для малых рек, на удаленных от спецпричалов участках, а также в условиях продленной навигации [25].
2. Переработка огходов на борту судна при помощи специальных систем для очистки сточных (СВ) и нефтесодержащих (НВ) вод, а также инсинераторов.
Достоинствами этого метода являются: большая автономность плавания, сокращение простоев, минимальные накопительные емкости и, как следствие, эффективность таких судов. К недостаткам относятся: сложность и дороговизна специальных систем, а также специального обслуживания, необходимость дополнительных затрат энергии. Данное решение распространилось преимущественно на морских судах и судах "река-море" плавания.
ъ }
¥
1НИИ отводятся в тим необходимо > к экологически
гпособа решения
«утилизации от-: того, на судне яется необходи-еньшает провоз-должительны м и крупных транс-•ное накопление те в настоящее частках, а также
систем для эчи-ов.
давания, сокра-твие. эффективна специальных ягельных затрат юрских судах и
Таким образом, все специальные средства, предназначенные для обработки эксплуатационных судовых отходов, можно разделить на:
1. Судовые средства, в состав которых входят: системы очистки и обеззараживания СВ (СОСВ), системы очистки НВ (СОНВ), системы для сбора, хранения и переработки судового мусора.
2. Внесудовые средства: суда-сборщики, спец. причалы, станции очистки НВ, баржи-амбары, суда комплексной переработки отходов (СКПО).
Анализ ситуации вопроса показывает, что окончательный выбор способа удаления загрязнений с судов зависит от многих факторов [14]. Предотвращение загрязнений окружающей среды с судов подкреплено соответствующей нормативной базой [3].
Однако для ряда средних и малых речных судов установка специального оборудования на борту невозможна. Связано это с рядом факторов: малые количества образующихся отходов. значительная масса и габариты установок, высокое энергопотребление, дороговизна оборудования, дополнительные затраты на эксплуатацию, обслуживание, ремонт и т. п.
Таким образом, для речных судов целесообразен способ раздельного накопления отходов с последующей передачей на переработку береговым предприятиям. Однако рассмотрев его достоинства и недостатки можно сделать вывод, что и он не оптимален. Объясняется это прежде всего экономической стороной вопроса. Здесь необходима развитая, постоянно действующая инфраструктура со значительными затратами на ее эксплуатацию. Одновременно система оказывается жестко привязанной к 1со-графическому положению береговых объектов и не может изменяться в соответствии с грузо- и пассажиропотоками, имеет постоянную производительность.
Следовательно, в качестве оптимального решения проблемы судовых отходов можно рекомендовать применение автономных современных судов комплексной переработки отходов (СКПО). Применение их актуально и сможет устранить основные недостатки существующей системы комплексного обслуживания флота (КОФ): мобильность, обслуживание любого судоходного участка, максимальная эффективность, не требует строительства капитальных сооружений, невелики затраты на строительство и эксплуатацию. Применяемые системы переработки отдельных видов отходов, объединенные в комплексы, смогут обеспечивать высокое качество очистки, отвечая не только существующим, но перспективным требованиям природоохранного законодательства. При этом представляется возможным и применение для всего перерабатывающего комплекса единого окислителя - озона. В данном случае необходимо применение технологий, обеспечивающих не переработку, а утилизацию отходов. Так, нефтешламы, сухой мусор, шламы СВ и НВ утилизируются сжиганием. Перспективно использование альтернативного вида топлива - биогаза, генерируемого из осадка СВ. Получаемую теплоту целесообразно использовать для нужд самого судна: производства электроэнергии, пропульсивного комплекса и т. п., избыточная энергия может передаваться внешним потребителям. В результате реализации технологии на СКПО будет скапливаться небольшое количество неперерабатываемого мусора и сухой зольный остаток, которые необходимо сдавать на береговые предприятия.
Итак, для решения проблемы судовых отходов предлагается применение нового типа СКПО, отличающегося комплексным подходом к утилизации судовых отходов, что обеспечит максимальный экономический эффект у потребителя при минимальных эксплуатационных затратах.
2. Математическое моделирование систем перерабатывающего комплекса специального судна
2.1. Разработка общей структурной и технологической схем
Произведенный анализ различных источников информации показывает, что разработки и исследования, выполненные по обозначенной проблеме, ориентированы не на решение обшей проблемы повышения экологической безопасности, а на частные вопросы. Комплексный метод при проектировании судовых систем позволяет произ-
водить эффективную переработку и утилизацию основных видов судовых отходов с использованием универсальных технологий обработки различных сред. Тем самым открывается возможность применения типовых узлов и оборудования с возможностью их укрупнения и агрегатирования, что, приведет к уменьшению массогабарит-ных характеристик и энергопотребления систем. При комплексном решении проблемы отходов современными универсальными методами и приемами можно достичь максимального эффекта в экономическом и экологическом аспектах.
СКПО состоит из двух функциональных комплексов: перерабатывающего и энергетического. Первый комплекс служит для предварительной подготовки эксплуатационных отходов к обработке с последующей их переработкой. В энергетический комплекс входит тепло- и электрогенерирующее устройства, в котором энергия получается за счет сжигания переработанных отходов в котлоагрегатах с последующем получением пара. Результат достигается тем, что поступающие на переработку эксплуатационные отходы, проходят комплексную обработку особым образом (см. рис. 2) [1].
Объединение основных элементов систем в блоки позволит обеспечить эффективное и надежное управление и контроль рабочих процессов, откроет возможность применения комплексной автоматизации, оптимизировать процессы и снизить затраты расходных материалов и реагентов, т. е. снизит эксплуатационные расходы по СКПО в целом. Для переработки судовых отходов на СКПО целесообразно использование указанных ниже эффективных процессов.
2.2. Станция очистки сточных вод
Технология переработки СВ состоит из следующих процессов: отстаивание в танках сбора СВ, первичное обезвоживание осадка (подготовка органического субстрата для анаэробного сбраживания) с помощью центрифугования, коагуляция, озонофло-тация, доочистка до современных требований нормативной документации.
Расчет и математическое моделирование данной установки будем вести в соответствии с выбранной технологией переработки СВ и общей функциональной схемой СКПО рис. 2. Для этого в соавторстве с Курниковым A.C. была разработана принципиальная схема СОСВ СКПО (см. рис. 3).
2.3. Математическое моделирование станции очистки сточных вод
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 Qcв - количество СВ, поступающих на переработку на станцию, м3/ч (определяется по среднесуточному значению ~5 );
косв ~ коэффициент, характеризующий количество осадка в СВ, (согласно данным судовых испытаний ¿оса = 0,1 [14]).
2. Уравнение, отражающее необходимую производительность узла доочистки СОСВ:
где бсввг - количество СВ, образующихся при осушении шлама станции производства биогаза, м3/ч.
3. Уравнения, отражающие процесс коагуляции:
Qcocbx ~ QCB ' 0 косв)
■осв > ■
QCOCB2 - 0.9 • QCB + QcBsr '
где рр.р - плотность раствора реагента в воде, кг/м3; рв- плотность очищаемой СВ, кг/м3; 6«, Ьреаг - доли воды и реагента в растворе.
овых отходов с ед. Тем самым и с возможно-> массогабарит-:шении пробле-можно достичь
аюшего и энер-ж эксплуатаци-етический ком-фгня получает-;дуюшем полу-утку эксплуата-м. рис. 2) [1]. :печить эффек-гт возможность снизить затрате расходы по из но использо-
гаивание в тан-кого субстрата ция. озонофло-ии
I вести в соот-альной схемой ютана принци-
вод
м, по которой иениСОСВ:
ч(определяет-
гласно данным ►чистки СОСВ:
ян производст-
ОаеаоцЬйние и пойогеебон!
Коацжия
счловья отхо/ш
ото*] \Сцгои>%/сх
Счюи&ка
Вмк водюмюЫ^ осадка
¡концсж* дробита)
Оргашгнспй сукяроа
Ххиге^Л
Я мусор Я
\bKjp0tHoeciipexuto' _,
(ОбеэЬсшня/а сток
Окиофлакиив
Лоочиста и I обеморахиМное]
умение
А&мюгтйпаооЬы иымозгрегая
1яер паранмроИ Залт/И оспемя
1 г
В вой»« В аапосферу Лире&жми Г Л' и лоадаеЛлве/ш« гкрерзбаеЫлтц&а
котпкса споет
Рис. 2. Схема переработки основных видов эксплуатационных судовых отходов
61
а. ж" а
|| ||
£ Б
3 я
I
Э-2
I -!•
Г г X с
- л
"§ § I
= 5 = 1 5
§ 8 о |
2 о с 1
3. * 10 чО - « ^
' 5 о .. т ч м е. -
ж £ » 8 9
I = = § §
а а
Я =
- & ® -й
5 = = ^ .
5 г 2 « к
* ; = 2 "
5 § I § I
I 1
- ? - а з 5 £ & £ 5-
! = ¿ С <*> 1 §" ' ё = а2|Я|:
5 2 « I я I
^ ж = * 2 —
д = г с г»1
§нш
г г I £ ° г | - I _ . I Е= 11 = з а £ £
= " £ . 8- О = » с = ^
= - 1 = 5
= г^ = I Е-
- и ■ - 5 ° -* - & =
'= = 52 = 12 § | £ В = р.® 7
£ Ь
V ¡а с 2 - гл ' с = ^ -г с.-э.гч -в £ --в " 82 1 >
' = = с 5 в в и е 4 = = ~ х I
з * ё «| о. I ~ 2м.
= а 1. х |
г 8 - 8. *
I § 2«е-
5 " Й 1 §
§г! Ц я^
3 § & I £
= | £ й
г г е
= а
■ в -
=. о ^ в 5
- г ж >> с
I ¡1 е-1
Г - Л
&5
1 ^ — Г-
— -с — с-а га
4. Уравнение, определяющее потребную производительность озонатора:
где - доза озона, вводимая в СВ, г/м3;
- объемная скорость рабочей среды в водо-воздушном эжекторе, м3/с.
5. Уравнения, характеризующие процесс озонофлотации и вторичного озонирования:
<2>' =0,27- б^н- 03- Ясвг- 0,09; = 0,9-е« +всввг -0,03;
л..-*,-(0,9 Осв+ЯсвБг) Чг
где - объемная скорость рабочей среды в водо-воздушном эжекторе при озонофлотации, м3/с;
- объемная скорость рабочей среды в водо-воздушном эжекторе при вторичном озонировании, м3/с;
кшт - коэффициент, учитывающий объемную скорость отводимых из флотатора СВ в шлам;
кр- коэффициент рециркуляции. На рециркуляцию направляется (12...30)% СВ [14].
(7" - объемная скорость озоно-воздушной смеси в эжекторе при озонофлотации, м3/'с;
О' - объемная скорость озоно-воздушной смеси в эжекторе при вторичном озонировании, м3/с;
Ф', я2"-дозы озона, вводимые в СВ при озонофлотации и вторичном озонировании, г м\
Са - концентрация озона в озоновоздушной смеси, г/м3.
6. Уравнение энергетического баланса в системе:
Р% 2-я 2-я
где И]. И; - геометрические высоты в 1-ом и 2-ом сечениях, м;
р1, р: - давления в 1-ом и 2-ом сечениях, кПа;
р - плотность жидкости, кг/м3;
ц:, ц2 - средние скорости движения потоков в 1-ом и 2-ом сечениях, м/с;
^ , - потеря напора на участке 1-2, м.
2.4. Станция очистки нефтесодержаших вод
Технология утилизации НВ включает в себя следующие процессы: отстаивание, коагуляция, коалесценция, сжигание обезвоженного нефтепродукта в котлоагрегате. Данная технология удовлегворяет требованиям регламентирующей документации [8,20].
Расчет и моделирование данной системы ведем в соответствии с разработанной принципиальной схемой (см. рис. 4) с учетом применения в ней нефтеводяной фильтрующей установки (НВФУ) типа "Экомарин". Данные устройства имеют следующие преимущества: наименьшие габариты, простота обслуживания и небольшое энергопотребление [15].
2.5. Математическая модель станции очистки нефтесодержаших вод
Математическая модель СОНВ при использовании доочистки обработанных НВ:
1. Уравнение, определяющее производительность СОНВ:
' сон в
= <2,
где <Энв гтих - максимальное значение среднесуточного объема НВ, принимаемых на переработку. м~7ч (определяется по среднесуточному значению 5т1х).
63
Рис. 4. Принципиальная схема СОНВ: 1 - насос; 2 - смеситель; 3 - насос-дозатор; 4 - клапан-манипулятор; 5 - емкость коагулянта; 6, 7 - нефтесборники; 8 - коалесцирующий фильтр; 9 - клапан сброса обезвоженных нефтепродуктов; 10 - система регенерации коалесцирующего фильтра; 11 - сигнализатор содержания нефтепродуктов; 12 - термостат парового подогревателя; 13 - паровой змееви-ковый подогреватель; 14 - сборник продуктов регенерации; 15 - сборный танк НВ; 16 - танк обезвоженных нефтепродуктов; 17 - нефтешламовый танк; 18 - приемный патрубок подсланевых вод СКПО.
2. Система уравнений, описывающая работу отстойника [21]:
и0 = кя- (93 рм-112)-10* °-; ¿0 =28,490 #0
где ио - скорость всплывания нефтяной частицы из эмульсии НВ в отстойнике, м/с;
кт - коэффициент, учитывающий наличие в НВ механических примесей, кт = 0,85;
рт-плотность нефтепродукта, для судовых НВ [10] Рт= 890 кг/м3;
к - эмпирический коэффициент, при Т = 20°С А: = 0,0153 [21];
0он - диаметр нефтяных частиц, для судовых НВ Оон = 30 мкм [10].
¿о - эквивалентная длина сооружения (по средней линии тока), м;
Н0 - высота эквивалентного кольца винтовой зоны отстойника, м.
3. Система уравнений, характеризующая работу коалесцирующего фильтра [4]:
_
¡5 I-10"4 - С1,17 и •
75,1 10 С,,а ,
V "-зив
РК = • Qcвoнв
где Нк-высота слоя коалесцирующего материала, м;
С ¡ни Сдав - концентрации нефтепродукта в исходной и очищенной воде. Согласно
требований Российского Речного Регистра [20] 0>нв = 8 мг/дм3.
Vк- скорость фильтрации по полному сечению фильтра, мм/с. Для судовых НВ
значение у*=1,5 мм/с [4].
4. Уравнение энергетического баланса в системе:
Я1 +
^ Сами? лед 1 'кандысаж
я бак
" Не борт] | В палоагаегы
Р,
РЯ 2-я
ря
2.6. Станция производства биогаза и система переработки пищевых отходов Расчет станции производства биогаза и системы переработки пищевых отходов ведем с учетом разработанной принципиальной схемы рис. 5. Переработка осадка СВ заключается в следующем: анаэробное сбраживание, двухступенчатое обезвоживание и сжигание шлама в твердотопливной топке котлоагрегата.
Технологию обезвреживания пищевых отходов составляют процессы сортировки, измельчения и переработки посредством анаэробного сбраживания [3].
В данном случае, целесообразно применение термофильного процесса, проте- кающего при температуре (50...60)°С, с принудительным механическим перемешиванием биомассы, а также средствами контроля и управления процессом [5]. С точки зрения подачи сырья, наиболее предпочтительна непрерывная схема с постоянным подводом свежего субстрата и отводом шлама, т.к. при этом обеспечивается стабильное протекание процесса, снижаются энергозатраты и происходит равномерное газовыделение. В судовых условиях оптимальна утилизация отходов системы в котлоагрегате.
гоагулян-юженных «лнзагор йзмееви-ганх НВ; (ный пат-
■Ц
сей, кт = 0,85;
Сосятс пежаСаыи
Нотш>Ш прошбодепба биогеза
Хвгея^егтем
Ф-®- крсшйагкрентыяаеетюйм&М!
ильтра [4]:
Рис. 5. Принципиальная схема станции производства биогаза: 1 - насос; 2 - приемное устройство; 3 - сортировочное устройство, 4 - измельчитель пищевых отходов; 5 - танк-смеситель; 6 - теплообменник; 7 - дозатор биомассы, 8 - клапан предохранительный; 9 - мешалка; 10 - метантенк; 11 - газгольдер: 12 - паровой змеевиковый подогреватель; 13 - термостат, 14 - осадительная центрифуга.
юде. Согласно I су довых НВ
2.7. Экспериментальные исследования характеристик сбраживаемого субстрата В процессе исследований оказалось, что необходимо провести экспериментальные исследования по определению влажности и содержанию взвешенных веществ (ВВ) в субстрате, подвергаемом анаэробному сбраживанию в соответствии с выбранной технологией обработки осадка СВ. Созданный стенд (см. рис. 6) имитирует работу блока подготовки осадка СВ к анаэробному сбраживанию в судовых условиях. Расчет гидроциклона, подбор насоса и прочего необходимого оборудования стенда был выполнен с учетом рекомендаций источников [11, 26, 3,23, 21,19, 6, 13, 7, 24]:
Рис. 6. Принципиальная схема стенда: 1 - танк-отстойник исходных СВ; 2 - термометр; 3 - насос; 4 - кран пробоотборный; пан регулировочный; 6 - расходомер; 7 - манометр; 8 - гидроциклон; 9 - емкость для сбора осадка; 10 - емкость осветленных СВ; 11 - трубопровод обводной.
Отбор проб производился в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51592-2000 "Вода. Общие требования к отбору проб". Для эксперимента были отобраны СВ с наихудшими показателями ее качества по ВВ [9]. Измерения производились в соответствии с ПНД Ф 14.1:2.110-97 [18].
Таблица 1
Показатели качества исходной судовой СВ
Показатель качества Номер пробы СВ
1 2 3 4
ВВ. г/м3 355 325 300 343
При проведении эксперимента варьировалось значение давления за гидроциклоном рг7, чем имитировался перепад высот установки гидроциклона СОСВ и заборного патрубка танка-отстойника СВ. Результаты проведенного эксперимента отражены в табл. 2.
Проанализировав результаты экспериментальных исследований с помощью программного продукта 8ТАТ15Т1СА 6.0 получены полиноминальные регрессионные зависимости для определения искомых величин с точностью 95 %. Концентрация ВВ в обработанном осадке СВ после гидроциклонирования:
С = 34657,8766 + 3542,0622 ■ рг2 - 31,9339 ■ р)г Влажность осадка СВ после гидроциклонирования:
¿тш1 = 97,2009 -0,2024 • рг2 + 0,0017 • р]г
Рассчитав значения параметров по полученным регрессионным уравнениям были построены графические зависимости, изображенные на рис. 7. Анализируя результаты проведенных экспериментов, можно сделать вывод о том, что и содержание ВВ и влажность осадка судовых СВ достигают оптимума при давлении рг2 = 50 кПа, чгго видно на графиках рис. 7.
Полученные экспериментом значения показателей обработки осадка СВ в гидроциклоне соответствуют рекомендуемым литературными источниками, следовательно, его необходимо применять в системе подготовки осадка СВ к анаэробному сбраживанию.
ттборнын. ь для сбо-
Р 51592-2000 гобраны С В с шлись в соот-
Таблииа I
343
ндроциклоном заборного пат-гны в табл. 2. юмошью про-жгрессионные центрация ВВ
ниям были по-|>.тьтаты прове-ижность осадка фвсах рис. 7. СВ в гидроци-ювательно. его аживанию.
SO ООО 100000 150000 Концентрация SB, г/м'
<3 Ю
88 90 92 94 96 98 Влажность обработанного осадка, X
- проба N1
- проба N3
-расчетные данные
—■— - проба № -.-«-.— -пробами
Рис. 7. Содержание ВВ и влажность обработанного осадка СВ
Таким образом, при проектировании и эксплуатации блоков подготовки осадка судовых СВ к анаэробному сбраживанию с применением гидроциклонирования целесообразно ориентироваться на результаты проведенной работы, применяя значение р ,2 = 50 кПа.
2.8. Математическое моделирование станции производства биогаза и системы обезвреживания пищевых отходов
Математическая модель станции производства биогаза и обезвреживания пищевых отходов выражается в системе 6 уравнений:
1. Система уравнений, отражающая количество поступающих отходов:
Qno = Qno = kпо ' Qcm пых' Qs = Qca ' ^ося + Quo'
где Qno - количество пищевых отходов, поступающих на переработку, кг/ч;
QcMmax - максимальное значение массы принимаемых отходов, кг/ч; к по - коэффициент, характеризующий содержание пищевых отходов в общем объеме принимаемого судового мусора. Согласно [14] и статистики ООО "'Флот-Сервис" принимаем кП0 =0,3.
2. Система уравнений, характеризующая процесс анаэробного сбраживания [11]:
*lira = (0,92■ С.^ + 0,62 С^, + 0,34- С^,)-100;
т, = 0,059 • Qcs + 0,054 ■ QCM _ ; т„ = 0,052 • QCB + 0,047 • QCMш;
Q, = 1,416 • QCB +1,296 • ()ш „^
где R[im -максимально возможное сбраживание беззольного вещества осадка, определяем в зависимости от его химического состава;
Cjop Суп С&«- соответственно концентрация жиров, углеводов и белков, г на 1 г беззольного вещества осадка.
тр - количество распавшегося беззольюго вещества загружаемого осад ка; т^-количество нераспавшегося безэальнэго вещества загружаемого осадка; Qe- суточный объем генерируемого газа, м3/сут.
Таблица 2
Данные для определения содержания ВВ и влажности обработанного осадка СВ
Проба № Давление перед гидроциклоном, р-\ кПа Давление за гидроциклоном, Р'1, кПа Концентрация ВВ в осадке СВ, г/м3 Влажность осадка, %
До гидроциклона После гидроциклона
Эксперимент Расчетная Эксперимент Расчетная
1 500 10 355 68 300 66 885 94,25 95,347
---- 25 355 121 520 103 251 91,28 93,203
-- 50 355 146 970 131926 90,00 91,331
---- 75 355 125 770 120 684 90,71 91,583
---- 100 355 92 610 69 525 92,78 93,961
2 500 10 325 56 750 66 885 96,50 95,347
-- 25 325 106 770 103 251 93,59 93,203
--- 50 325 123 825 131 926 92,25 91,331
-- 75 325 109 370 120 684 92,59 91,583
-- 100 325 63 525 69 525 94,24 93,961
3 500 10 300 48 200 66 885 96,05 95,347
--- 25 300 97 910 103 251 93,76 93,203
--- 50 300 106 200 131 926 92,61 91,331
--- 75 300 105 780 120 684 93,01 91,583
-- 100 300 51 000 69 525 95,68 93,961
4 500 10 343 75 600 66 885 95,88 95,347
-- 25 343 117 820 103 251 92,18 93,203
— 50 343 142 005 131 926 91,06 91,331
--- 75 343 130 005 120 684 91,86 91,583
-- 100 343 77 355 69 525 93,86 93,961
2.9. Переработка судового мусора
Технология переработки мусора обеспечивается такими процессами, как сортировка, измельчение в конусной дробилке, сжигание в котлоагрегате, брикетирование и хранение неперерабатываемых на СКПО отходов.
Рис. 8. Принципиальная схема системы переработки сухого мусора; 1 -приемное устройство; 2 - накопительные бункеры соответственно несортированного мусора, твердого топлива, неперерабатываемых отходов; 3 - вибростол; 4 - конусная дробилка; 5 - металлоуловигель; 6 - воздушный классификатор; 7 - циклон; 8 - дозатор; 9 - пресс гидравлический; 10 — питатель винтовой.
Таблица 2 1 осадка СВ
лажность осадка. %
сспе-мент Расчетная
*г25 95,347
1,28 93,203
),00 91,331
),71 91,583
*.78 93,961
5,50 95,347
93 ДОЗ
1Л 5 91,331
159 91,583
1Д4 _ 93,961
>,05 95,347
1,76 93,203
1,61 91.331
1,01 91,583
.68 93,961
,88 95,347
•,18 93,203
.06 91,331
,86 91,583
,86 | 93,961
ми, как сорти-•рикетирование
О! I
Определение характеристик указанного объекта ведем в соответствии с выбранной технологической (см. рис. 3) и разработанной принципиальной (рис. 8) схемами.
2.10. Математическое моделирование комплекса переработки сухого мусора
Математическая модель комплекса переработки сухого мусора состоит из:
1. Уравнение, определяющее производительность комплекса:
О. СМ = 0 ~ к ПС) ) ' ЯсМпих
где <2по - количество пищгвых отходов, поступающих на переработку, кг/ч;
<2смтах - максимальное значение массы принимаемых отходов, кг/ч; к,ю - коэффициент, характеризующий содержание пищевых отходов в общем объеме принимаемого судового мусора. Согласно [14] и статистики ООО "Флот-Сервис" принимаем кпо =0,3.
2. Уравнения, характеризующие параметры основных элементов комплекса -вибростола, конусной дробилки, металлоуловителя, классификатора, подача главных транспортеров, винтового питателя сжигаемых отходов:
Оая = 0ад = = 0™ = 0гг =0Л-(2а4„х <2™ =0.4
где ОВБ- производительность вибростола, кг/ч;
Одя- производительность конусной дробилки, кг/ч; ()кв~ производительность воздушного классификатора, кг/ч; О км - производительность металлоуловителя, кгтч; О/т - производительность главных транспортеров отходов, кг/ч; Овп ~ производительность транспортера сжигаемых отходов, гаУч. Выбранные для СКПО технологии переработки основных видов судовых отходов основаны на сжигании предварительно обработанных отходов и продуктов их переработы!. Важнейшей технической характеристикой топлив является теплота их сгорания. Сводные результаты исследования средневероятностной теплоты сгорания различных продуктов переработки судовых отходов представлены в табл. 3.
Таблица 3
Энергетические показатели основных видов судовых отходов, перерабатываемых на СКПО
№ п.п. Вил судовых отходов Продукт переработки Средневероятностная теплота сгорания 0?, кДж/кг
1 СВ Биогаз 24311
Органический шлам 13 866
2 НВ Обезвоженный нефтепродукт 42 887
3 Сухой мусор Твердое топливо 18 255
рсванного уска» дро-- дозатор;
2.11. Математическая модель системы термической утилизации судовых отходов
Математическая модель системы термической утилизации судовых отходов в котлоагрегате представлена двумя уравнениями:
1. Уравнение, определяющее суммарное количество теплоты при сжигании различных видов топлив:
& =51729-дсв + 899210-бортах + 2416788-где тнв - суточная масса поступающих на переработку НВ, т/сут;
2. Уравнение, выражающее количество получаемого в котлоагрегате пара при сжигании всех видов отходов и продуктов их переработки:
ймр = 698,34+12139,34 + 32626,64-тнв
Полученные модели систем могут применяться как в комплексе - при проектировании СКПО, так и при создании отдельных судовых установок инженерной защиты окружающей среды на водном транспорте.
2.12. Проверка адекватности математической модели
Для установления адекватности математической модели наиболее приемлемо применение Р - критерия (критерия Фишера).
Во всех приведенных сериях опытов значение Б-критерия, определенного с помощью программного продукта БТАПЭТЮА 6.0 (см. табл. 4), нигде не превышает табличного, следовательно, математическая модель достоверно отражает ход реальных процессов в системах.
Таблица 4
Вычисление критерия Фишера
№ N N2 Р-критерий Примечание
серии Расчетный Табличный
5 2 1,09 5,2 Уточнение С
1 1,84 Определение рти(1
2 5 2 1,18 5,2 Уточнение С
1,03 Определение ртиЛ
3 5 2 1,18 5,2 Уточнение С
1,18 Определение ртш1
4 5 2 1,52 5,2 Уточнение С
1,09 Определение ртиА
Заключение
Таким образом, в результате проведенной работы, выполненных экспериментальных и статистических исследований автором было разработано, установлено и получено следующее:
1. Выбраны перспективные схемы систем СКПО: СОСВ, СОНВ, утилизации и рекуперации отходов, генерации биогаза и обезвреживания пищевых отходов, питания СЭУ.
2. 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.
3. Обоснована структура СКПО. Удовлетворение всех требований к судовым системам позволит создать современное высокоэффективное судно, отвечающее всем действующим и перспективным нормативным требованиям в области природоохраны.
4. Создан экспериментальный стенд для исследования неизвестных величин, моделирующий подготовку осадка СВ к анаэробному сбраживанию. Уточнены и определены усредненные параметры подготовленного к анаэробному сбраживанию осадка СВ.
регате пара при
- при проектиро-енерной зашиты
олее приемлемо
■деленного с noie не превышает жает ход реаль-
Таблица 4
1римеча1ше
ние С
ление pmuJ
ние С
ЛеНИе Pmud
ние С
ЛеНИе Pmud
ние С
Р mud
эксперименталь-шовлено и полу-
млизации и реку-t, питания СЭУ. и основных видов HB и утилизации тищевых отходов, к судовым систе-эщее всем дейст-жхраны.
сх величин, моде-аены и определению осадка СВ.
5. Определены средневероятностные значения теплоты сгорания для основных видов термически утилизируемых судовых отходов и продуктов их переработки: биогаза, обезвоженного нефтепродукта, сухого мусора, органического шлама. Выявлена зависимость искомых величин от типа судна и соотношения групп производственных отходов и ТБО.
6. Выполнено математическое описание работы основных систем СКПО и их элементов: СОСВ, СОНВ, системы пеработки судового мусора, биогазовой установки и системы обезвреживания пищевых отходов, а также системы термической утилизации отходов в котлоагрегате.
7. Разработаны и предложены математические модели процессов переработки и рекуперации основных видов судовых отходов в системах СКПО с учетом их взаимодействия.
8. Доказана адекватность предложенной математической модели взаимодействующих систем рекуперации судовых отходов СКПО.
9. Установлена целесообразность применения созданных математических моделей при проектировании отдельных установок инженерной защиты окружающей среды на водном транспорте.
Итак, проблема комплексной переработки и утилизации всех видов судовых отходов на настоящий момент времени актуальна и требует скорейшего разрешения.
В современных условиях перед речным флотом стоит задача получения максимааь-ной прибыли: для этого необходимо увеличить объем перевозок грузов и пассажиров при снижении затрат на обслуживание флота. Следовательно, необходимо обновить речной флот, оснащая его экономичными и комфортабельными судами, обеспечить его инфраструктуру, чему и способствует разработка и реализация предлагаемого проекта.
Список литературы:
[1] Заявка на патент Российской Федерации № 2007119837/20 (021615) "Мобильная станция комплексной переработки эксплуатационных судовых отходов с целью их последующей рекуперации", авторы изобретения Курников A.C. и Мизгирев Д.С.
[2] Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. - М.: Наука, 1976. - 280 с.
[3] Аксенов В.И., Ладыгичев М.Г., Ничкова И.И., Никулин В.А., Кляин С.Э., Аксенов Е.В Водное хозяйство промышленных предприятий. Справочное издание в 2-х книгах. Книга 1. - М: Теплотехник, 2005. - 640 е.: ил.
[4] Андреев А.К. Характеристики коалесцирующих фильтрэлементов для очистки судовых нефтесо-держаших вод. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. -Владивосток: МГУ им. адм. Г.И. Невельского. 2002.-29 с.
[5] В. Баадер, Е. Доне. М. Бренндерфер Биогаз. теория и практика. (Пер. с нем. и предисловие М.И. Серебряного). М: Колос, 1982 - 148 е.: ил.
[6] Васькин C.B. Процессы и аппараты очистки сточных вол. Учебное пособие / C.B. Васькин. -Н.Новгород: ФГОУ ВПО "ВГАВТ", 2006. - 256 с.
[7] Васькин C.B. Обработка осадков сточных вод: учеб. пособие / C.B. Васькин. - Н. Новгород: Изд-во ФГОУ ВПО "ВГАВТ", 2007. - 103 е.: ил.
[8] ГОСТ 17.1 3.05-87 "Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к охране поверхностных вод от загрязнения нефтью и нефтепродуктами".
[9] ГОСТ Р 51592-2000 "Вода. Общие требования к отбору проб".
[10] Грановский М.Г. Универсальная электроустановка для очистки жидкости на судах. - Л: Судостроение, 1978.-92 с.
[11] Канализация. Наружные сети и сооружения. Строительные нормы и правила: СНиП 2.04.03-85. - М:. ГУП ЦПП, 1998. - 72 с.
[12] Кафаров В.В., Глебов М.Б. Математическое моделирование основных процессов химических производств. - М.: Высш. школа, 1991. - 400 с.
[13] Когановский А.М., Клименко H.A., Левченко Т.М., Марутовский P.M., Рода И.Г. Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении. - М: Химия, 1983. - 288 е.: ил.
[14] Курников A.C. Концепция повышения экологической безопасности судна: Монография./ Курников A.C. Н.Новгород: Издательство ВГАВТ, 2002. - 80 е.: ил.
71
[15] Нефтсводяныс фильтрующие установки (НВФУ) "Экомарин", Техническая характеристика и описание. - С.Петербург ЗАО "Южное морское пароходство", 2007. - 8 с.
[16] Никитин Д.П., Новиков Ю.В. Окружающая среда и человек. Учебное пособие - М.: Знание, 1986.-256 е.: ил.
[17] Охрана окружающей среды и экологическая безопасность на железнодорожном транспорте: Учебное пособие / под ред. проф. Зубрева Н.И., Шараповой НА - М.: УМК МПС России, 1999. - 592 с.
[18] ПНД Ф 14.1:2.110-97 "Методика выполнения измерений содержаний взвешенных веществ и общего содержания примесей в пробах природных и очищенных сточных вод гравиметрическим методом".
[19] Проектирование сооружений для очистки сточных вод: Справочное пособие к СНИП/ Все-союз. комплекс, научн.-исслед. и конструкт.-технолог. институт водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инж. гидроэкологии. - М: Стройиздат, 1990. - 192 с.
[20] Российский Речной Регистр. Правила (в 4-х томах). Т. 4. - М.: «По Волге», 2002.-264 с.
[21] Стахов Е. А. Очистка нефтесодержащих сточных вод предприятий хранения и транспорта нефтепродуктов.-Л.: Недра, 1983.-263 е., ил.
[22] Суда внутреннего и смешанного (река-море) плавания. Санитарные правила и нормы: СанПин 2.5.2-703-98. - М.: Минздрав России, 1998. - 144 с.
[23] Фрог Б.Н., Левченко АП. Водоподготовка Учебн. пособие для вузоа М: МГУ, 1996-620 е.: ил.
[24] Чиняев И.А. Судовые системы: Учеб. для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М. Транспорт, 1984.-216 с.
[25] Этин В.Л., Плотникова В.Н., Наумов B.C. Экологическая безопасность судов и промышленных предприятий водного транспорта: Курс лекций для студентов специальностей 14.01, 14.02, 24.02,33.02. / В.Л. Этин, В.Н. Плотникова, В.С.Наумов. Н.Новгород: ВГАВТ,1997 - 208с.: ил.
[26] С. В. Яковлев, Я. А. Карелин, А. И. Жуков, С. К. Колобанов Канализация. Учебник для вузов. Изд. 5-е, перераб. и доп. - М: Стройиздат, 1975. - 632 е., ил.
CREATING OF MATHEMATIC MODELS OF SHIP SYSTEMS FOR COMPLEX PROCESSING SHIP OPERATION WASTE
D. S. Mizgirev, A. S. Kurnikov
The article deals questions of processing and recycling of operatin ship waste way application of courts of complex waste processing, systems using interaction in manufacturing processes are considered. Mathematical modeling of pointed systems is made.
УДК 621.822.5.004.67:669.02/09
И. П. Мордвинкин, аспирант. Ф. Ф. Репин, к. т. н., профессор. В. В. Глебов, к. физ.-мат. н., доцент, ВГАВТ. 60395, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а.
АНАЛИЗ СПОСОБОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОСАДОЧНЫХ МЕСТ ОПОР СКОЛЬЖЕНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ВАЛОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
В статье проводится сравнение и оценивается перспективность современных технологий ремонта опорных поверхностей крупногабаритных валов двигателей и других энергетических агрегатов. На основе анализа применяемых антифрикционных материалов предлагается конструктивное решение вкладыша подшипника для валов, восстановленных газотермическим напылением.
