CC BY
10
ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА ТОПЛИВА НА ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
Евдокимов Александр Александрович
к.т.н., доцент кафедры безопасности жизнедеятельности и промышленной теплотехники Санкт-Петербургского национального университета информационных технологий механики и оптики, г. Санкт-Петербург, Российская
Федерация
Кисс Валерий Вячеславович
к.т.н., доцент, заведующий кафедрой безопасности жизнедеятельности и промышленной теплотехники Санкт-Петербургского национального университета информационных технологий механики и оптики, г. Санкт-Петербург,
Российская Федерация
АННОТАЦИЯ
Сжигание обводнённого топлива - одна из основных причин загрязнения атмосферы. Авторы предлагают оригинальную методику расчёта количества загрязнений, выбрасываемых с дымовыми газами. Для этого необходимо контролировать температуру в топке и влагосодержание топлива.
ABSTRACT
The burning of watered fuel is one of the main reasons of atmosphere pollution. The authors purpose the original calculating methodic of pollutions quantity thrown out with the smoky gases. With the purpose it is necessary to control the temperature into furnace and the water content of the fuel.
Ключевые слова: загрязнение атмосферы, дымовые газы, обводнённое топливо, температура горения, полнота сгорания.
Keywords: atmosphere pollution, smoke gases, watered fuel, temperature and completeness of burning.
Наши полувековые исследования в области нефтеводо-очистки [1-7] позволяют утверждать, что научное решение экологических проблем, связанных с загрязнением водной и воздушной сред углеводородами, существует, и мы готовы немедленно приступить к реконструкции промышленных комплексов, являющихся основными источниками антропогенного воздействия. В сферу наших исследований попали и вопросы регенерации мономеров и растворителей в органических производствах [2], и очистка судовых нефте-содержащих вод [3], и эксплуатация оборудования, предназначенного для хранения, переработки и транспортировки углеводородного сырья [1,4,7,8], и ликвидация нефтяных разливов [1,6], и утилизация обводнённых углеводородов [4,5,7].
Найденные нами решения базируются на результатах исследования взаимодействия одиночных частиц с потоком вязкой среды в узких щелевидных каналах [1]. К таким решениям следует, например, отнести:
• реализацию микрофильтрационного разделения эмульсий без использования полупроницаемых мембран [1,3],
• использование эффекта Пуазейля для интенсификации процессов тонкослойной сепарации [1,8],
• создание сепараторов нового типа с подвижными коа-лесцирующими дисками [1,6],
• создание бессточных промывочных комплексов для обслуживания нефтетранспортного оборудования [1,8],
• разработка методов и средств обезвоживания вязких углеводородов [1,7,9,10].
Научно обоснованные технические решения, подтверждённые практическими проверками в условиях действующих производств, были призваны стимулировать внедрение современных энергосберегающих технологий, отказаться от использования воды в качестве «рабочих тел» для отмывки наливного и транспортного оборудования и полностью прекратить загрязнения водоёмов и атмосферы углеводородами. Но, несмотря на значительный экономический эффект,
который могли получить предприятия нефтетранспорта и теплоэнергетического комплекса, внедряя передовые технологии, намерений инвестировать предлагаемые нами проекты реконструкции промывочных комплексов и станций обезвоживания котельного топлива озвучено не было. «Незаинтересованность» частных компаний в совершенствовании своих технологий можно объяснить только тем, что в сложившейся ситуации их руководители лично получают соразмерную прибыль, реализуя обводнённые углеводороды через предприимчивых посредников. Последние, пользуясь тем, что надёжный постоянный контроль над составами топлива, направляемого на сжигание, и выбрасываемых в атмосферу дымовых газов отсутствует, ухитряются «договариваться» с потребителями котельного топлива добавлять в него часть обводнённых углеводородов («бодяжить»). Такой способ утилизации обводнённых углеводородов не может остаться незамеченным, поскольку повышение концентрации водяных паров флегматизирует процесс горения, заметно снижая полноту сгорания топлива. А поскольку топливо сгорает не полностью, температура в зоне горения заметно снижается по сравнению с её расчётным значением [5]. Ущерб от деятельности таких «рационализаторов» наносится, в первую очередь, потребителям дорожающего тепла, а также атмосфере нашей планеты, куда выбрасывается до 40% несгоревших углеводородов [4,5,10].
В сложившейся ситуации призывы отказаться от личной выгоды в пользу интересов всего населения планеты и наших потомков, в частности, едва ли окажутся продуктивными. Без экономических рычагов снизить загрязнения атмосферы едва ли удастся. Но такие рычаги можно создать, если разработать и узаконить методику оценки величины экологического эффекта, наносимого деятельностью каждого предприятия теплоэнергетического комплекса. Цель настоящего научного сообщения - предложить такую методику.
В процессе сжигания обводнённого топлива, предварительно, как и воздух, нагретого до Т0, тепловой эффект реакции горения Q расходуется на увеличение энтальпии от 11 до 12 газообразных продуктов, присутствующих в топке, на испарение балластной воды Х-т% а также на прямые тепло-потери от наружной поверхности стенок топки, ЛQ:
где т - масса обводнённого топлива, кг; Х - массовая доля воды в топливе, безразм.; г - теплота парообразования воды, Дж/кг.
При достаточной теплоизоляции стенок топки температура их наружной поверхности не превышает 45оС, а коэффициент теплоотдачи в окружающую среду а < 10 Вт/м2-К. Температуру воздуха рабочей зоны в топочном отделении поддерживают ~ 25оС. Зная площадь наружного слоя теплоизоляции печи F, м2, можно оценить прямые теплопотери величиной
1У*=«-ДТ-Р, (2)
что при F < 25 м2 составит ЛQ < 10-(45-25)-25 ~ 5000 Вт.
При сжигании более 200 кг/ч котельного топлива с теплотой сгорания q ~ 40 МДж/кг [8] теплопроизводитель-ность печи можно оценить величиной N2 ~ 20040^106/3600 ~ 2,22^106 Вт. Доля теплопотерь в этой величине (Ы*/^) не превышает 0,23%, поэтому в инженерно-экономических расчётах, выполняемых с точностью до 1%, прямыми тепло-потерями можно пренебречь.
Тепловой эффект процесса горения при неполном сгорании углеводородов можно рассчитать по формуле:
где q - теплотворная способность безводного топлива, Дж/кг; ю* - массовая доля несгоревших углеводородов, без-разм.
Разность энтальпий газообразных продуктов при фактической температуре горения (Т0) и начальной температуре (Т0), до которой предварительно подогревается воздух перед подачей в топку, определим, как
где М - общая масса веществ, присутствующих в зоне горения, кг; а Ср - теплоёмкость продуктов горения, Дж/ (кг-К).
С учетом выражений 1 - 4 уравнение теплового баланса можно записать в виде
Решая уравнение 5 относительно ю*, можно определить, какая доля углеводородов не успела окислиться за время пребывания в зоне горения.
Чтобы вычислить ю*, необходимо знать, какая температура Т0 поддерживается в процессе горения, до какой температуры Т0 предварительно подогреваются исходные продукты и какую долю от общей реакционной массы М составляют вода Х-т и углеводороды т-(1-Х). Значения других переменных можно определить заранее: удельную теплоёмкость топочных газов Ср=1,15 кДж/кг, теплоту па-
рообразования воды r = 2257 кДж/кг, а удельную теплотворную способность котельного топлива q = 40 МДж/кг [5].
Рассмотрим случай утилизации m кг/ч обводнённых мазутов в печи, не оборудованной камерой дожигания. Влаго-содержание мазута Х по данным лабораторных анализов равно 0,2, что соответствует 0,8m углеводородов и 0,2m воды. С учётом коэффициента избытка (а ~ 1,2) расходуется ~ 18 кг воздуха на сжигание каждого килограмма углеводородов [5], или 18-0,8m каждый час. Тогда общая масса поступающих в топку продуктов М = 18-0,8m + m. Подставив в уравнение 8 принятые значения констант (принимаем Т0 = 100оС) и переменных и выполнив необходимые преобразования, получим
(18-0,8 +1) (Те- 100)'Ii 15 + 2257 0,2
(«*=1------, (7)
40000-(1-0.2)
Полученное уравнение 7 позволяет сразу определить долю несгоревших высокомолекулярных углеводородов (мазута), выбрасываемых с дымовыми газами, если температура в зоне горения не превышает Т0. Так, если Т0<1000оС, то ю* ~ 0,36, если Т0< 900оС, то ю* ~ 0,415, а если Т0< 800оС, то ю* ~ 0,471. Т.о., подавая на сжигание 200 кг/ч такого топлива, мы выбрасываем с дымовыми газами, 57,6; 66,4 и 75,36 кг/ч углеводородов, соответственно.
Чтобы мотивировать поставщиков и потребителей котельного топлива снижать загрязнение атмосферы продуктами неполного сгорания и, как следствие, угрозу «парникового эффекта», целесообразно ввести постоянно действующий контроль над режимами работы всех тепло-генерирующих установок (котельных и ТЭЦ), работающих на мазуте. Ориентируясь на предлагаемую нами методику, органы государственного экологического контроля могут не только определить экологический ущерб, наносимый предприятием, но и рекомендовать его руководству компенсировать этот ущерб, опираясь на экономически обоснованные нормативы. Без таких решительных шагов добиться внедрения экологически и технологически завершённых технологий в сфере производства, транспорта и использования углеводородов будет весьма проблематично.
Список литературы:
1. Евдокимов А.А. Теория и практика защиты водоёмов от углеводородных загрязнений. Монография. - Saarbrücken, Deutschland: Изд. Lambert Academic Publishing - 2015, 128 c.
2. Евдокимов А.А., Маленко Ю.И., Смирнов Н.И. Изучение равновесия жидкость-жидкость-пар в системе аце-тон-акрилонитрил-вода. //ЖФХ - Л: Изд. АН СССР, N 8, 1974, с. 2415 сл.
3. Евдокимов А.А. Установка для очистки льяльных вод методом микрофильтрации. // Судостроение - Л: Судостроение, N 4, 1990, с. 18-20.
4. Евдокимов А.А. Обводнённые нефтеотходы - значительный энергетический ресурс России // Экология и промышленность России. - М.: Изд. ЗАО «Калвис». - 2012, ноябрь, с. 19-21.
5. Евдокимов А.А., Кисс В.В. Как утилизировать обводнённое топливо. Научный журнал СПБГУНиПТ. Серия: Экономика и экологический менеджмент (электр. журнал) / ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий». - № 1, март 2013, http://www.open-mechanics.com/joumals.
6. Евдокимов А.А., Кисс В.В. Определение размеров капель углеводородов в воде. //Вода и экология. Проблемы и решения. - Санкт-Петербург: Изд. ЗАО «Водопрект» - 2015, № 3, с. 60-66.
7. Иоффе О.Б., Евдокимов А.А. Результаты испытаний пилотной установки обезвоживания вязких нефтепродуктов // Экология и промышленность России. - М.: Изд. ЗАО «Калвис». - 2010, № 2, с. 22 - 25.
8. Европейский патент № 01272334.5 по заявке РСТ N 01274223.5-2108-RU0100468. Method of hydrocarbon
impurities removal from surfaces. Evdokimov A. A. and other. 01.12.03.
9. Патент РФ № 2315803. Способ обезвоживания нефтепродуктов А.А. Евдокимов. БИ № 3, 2008
10. Патент РФ № 2327504. Станция обезвоживания нефтепродуктов. А.А. Евдокимов, О.Б. Иоффе, В.И. Матвеев. БИ №18, 2008 г.
ПОДНЯТИЕ НАУЧНОГО УРОВНЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОПРОВОЖДЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, СТРОИТЕЛЬСТВА И РЕКОНСТРУКЦИИ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Кузахметова Эмма Константиновна
Доктор тех. наук, профессор кафедры «Автомобильные дороги, аэродромы, основания и фундаменты» Институт пути,
строительства и сооружений МГУПСа (МИИТ)), г. Москва
Григоренко Николай Иванович
Кандидат тех. наук, член-корреспондентов Российской Инженерной Академии, научный консультант АО «Роботэкс»,
г. Москва
АННОТАЦИЯ
В связи с современными тенденциями в транспортном строительстве (увеличение нагрузок и скорости движения, необходимость проложения трассы в сложных природных условиях и использование местных строительных материалов и др.) большое внимание уделяется научно-техническому сопровождению инженерных объектов. Для повышения информативности, оперативности и надёжности геотехнического мониторинга предлагается инновационный проект «Комплексный подход к геотехническому мониторингу транспортных сооружений». Он включает: способы обеспечения геотехнического мониторинга жизненного цикла сооружений; рассмотрение системы «природные условия - сооружение- техногенные условия»; научный обоснованный анализ проектных решений. Данный проект представляет интерес для всех членов ЕАЭС.
ABSTRACT
According to the modern trends in highway engineering (increase of load and speed, necessity of tracking the alignment of road in difficult natural conditions and usage of locally procurable building materials, etc.) much attention is paid to scientific and technical maintenance of engineering inflations. The innovative project «Complex approach to geotechnical monitoring of the transport contractions» is suggeted to improve the information content, timeliness and reliability of geotechnical monitoring. It includes: methods to ensure geotechnical monitoring of the inflations life cycle; analysis of «natural conditions - Sructure - technological conditions» sy&em; scientifically based analysis of design treatments. This project is of intereS to all members of the EAEU.
Ключевые слова: научно-техническое сопровождение, аппаратно-программный комплекс, беспилотный летательный аппарат, транспортные сооружения.
Keywords:scientific and technical support, hardware and software sy&em, unmanned aerial vehicle (drone), transport facilities.
Общеизвестно, что одним из направлений научных исследований является научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки. В этом направлении соединяется наука с производством, благодаря чему обеспечивается научная и инженерная проработка конкретного вопроса. Здесь следует отметить, что в Российской Федерации в последние годы существенно сократилось финансирование научных исследований в научно-исследовательских институтах и организациях. Поэтому в указанном выше направлении научной методологии в сфере строительства наиболее приоритетное место стало занимать научно-техническое сопровождение проектирования, строительства, реконструкции и ремонта инженерных объектов.
Начало активного привлечения учёных и высококвалифицированных специалистов к научно-техническому сопровождению строительства автомобильных дорог, железных дорог и гражданских зданий и сооружений можно отнести к 60-ым годам прошлого столетия, когда увеличились объёмы
строительства в связи с освоениями территорий с богатыми месторождениями полезных ископаемых.
Теоретическая база научно-технического сопровождения объектов начала создаваться, примерно, с 2000 года и, главным образом, для такой составляющей его части как геотехнический мониторинг. Наибольшего внимания в этом направлении заслуживают работы проф., д.т.н. П.А. Коновалова, заведующего лабораторий «Основания и фундаменты на слабых грунтах» НИИОСП им. Н.М. Герсеванова. Им предложены следующие блоки геотехнического мониторинга: расчётный, проектно-конструкторский, визуально-инструментальный, контрольный, аналитический.
Стремительное развитие в последние годы информационных систем, автоматизированных систем проектирования и управления, а также аппаратно-программных комплексов даёт возможность включить их во многие из перечисленных блоков мониторинга, тем самым повысить информативность и оперативность выполняемых работ. А для повышения ка-
