Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Характеристика сточных вод и методы их очистки и обезвреживания 15
1.1 Классификация вод по целевому назначению 15
1.2 Характеристика сточных вод 16
Основные положения требований к очистке и сбросу производственных сточных вод; сточные воды судов и подобных им объектов морских технологий
1.2. Оборотное водоснабжение 26
1.3 Применяемые методы очистки сточных вод для схем замкнутого водоиспользования 28
1.4 Термическое обезвреживание производственных стоков 32
1.5 Механизм реакции жидкофазного окисления (ЖФО) 38
Выводы по главе 1 47
Глава 2. Экспериментальные установки для исследования процессов обезвреживания сточных вод 51
2.1 Экспериментальные установки для исследования процессов обезвреживания сточных вод и их имитатов 51
2.1.1 Установка для обработки воды при постоянном объеме пробы (УПО) 54
2.1.2 Комплексная установка проточного типа с реактором-дегазатором (УПР) 54
2.1.3 Установка для обработки имитатов СВ при высоких параметрах 60
2.1.4 Установка с проточным реактором 62
2.2. Методики проведения экспериментов на установках физико-термической очистки сточных вод и их имитатов 64
Установка с постоянным объемом пробы (УПО); комплексная экспериментальная установка проточного типа с реактором-дегазатором (УРД); установка по обработке имитатов сточных вод при высоких параметрах; установка с проточным реактором (УПР) .
Глава 3 Экспериментальное исследование процессов жидкофазного окисления 71
3.1 Общие положения методики обработки экспериментальных данных 72
3.1.1. Определение термодинамических характеристик химических процессов 73
3.2 Методика обработки результатов эксперимента 80
3.3 Результаты экспериментального исследования процесса жидкофазного окисления основных органических загрязнителей сточных вод 83
3.3.2 Результаты экспериментального исследования процесса жидкофазного окисления основных органических загрязнителей сточных вод 85
3.4 Исследования жидкофазного окисления реальных сточных вод 107
3.4.1 Исследования на установке с постоянным объемом пробы (УПО) 107
3.4.2. Исследования на экспериментальной установке с реактором - дегазатором 123
3.4.3 Результаты экспериментальных исследований на установке с проточным реактором (УПР) 128
Глава 4 Огневое обезвреживание обводненных остатков сточных вод 135
4.1 Анализ способов обезвреживания судовых сточных и нефтесодержащих вод 135
4.2 Особенности сгорания обводненного эмульгированного топлива, экологические показатели котельных установок 136
4.3 Способы и устройства для приготовления эмульгированного топлива. 138
Существующие устройства; разработка схем и конструкций диспергаторов для приготовления ВТЭ
4.5 Результаты исследования сжигания ВТЭ на многоцелевом стенде. 147
4.5.1 Многоцелевой стенд для исследований взаимодействия газов с пленкой жидкости 147
4.5.2. Методики измерений и обработки результатов 152
4.5.3. Влияние водосодержания ВТЭ и коэффициента избытка воздуха на качество сгорания топлива 159
4.6 Результаты исследований влияния водосодержания ВТЭ на интенсивность отложений на газовой стороне поверхностей нагрева 169
Интенсивность отложений на поверхностях нагрева; применение судовых сточных вод для приготовления ВТЭ; анализ влияния влагосодержания ВТЭ на эксплуатационный КПД котла
Глава 5 Исследование рабочих процессов в элементах установки жфо 178
5.1 Устойчивость стекающей пленки жидкости 178
5.2 Контактный тепло- массообмен между продуктами окисления сточных вод и жидкостью при пленочном течении 187
5.2.1 Вывод основных зависимостей (диффузионная модель массобмена) 188
5.2.2 Исследование интенсивности массообмена между газовой смесью и пленкой жидкости 191
5.3 Математическая модель рабочего процесса при течении пленки внутри трубы 199
Основные зависимости; определение коэффициента теплопередачи; критическая скорость срыва капель; средняя толщина пленки при спутном потоке газа; определение гидравлического сопротивления испарительной трубы; определение профиля скорости и температуры в пленке 5.4 Исследование коррозионного поведения внутренних поверхностей оборудования при ЖФО- переработке сточных вод. 209
Глава 6 Применение комплекса технологий в промышленных установках обезвреживания сточных вод 215
6.1 Комплексная установка термического обезвреживания заводских стоков судоремонтного завода (КУТО) 215
6.1.1 Установка флотационной очистки 219
6.1.2 Система овневсзо обезвреживания 223
6.1.3 Установка жидкофазнозо окисления 223
6.2 Методики проведения испытаний промышленных установок, входящих в КУТО 230
6.-3 Результаты испытаний комплексной установки по обезвреживанию сточных вод и ее элементов 239
6.3.1 Установка флотационной очистки (УФО) 240
6.3.2 Результаты испытаний установки жидкофазново окисления 243
6.3.3 Результаты испытаний комплексной установки ОАВ ВЛ Установка очистки моющего раствора и стоков участка расконсервации механического цеха СРЗ 247
6.5 Результаты испытаний метода огневого обезвреживания остатков сточных вод (котел ГМ-50/14=250, ОАО «БОР», г. Дальнегорск) 256
6.6 Результаты испытаний обезвреживания судовых сточных вод огневым методом на котле "Бабкок = Вияыгакс" 264
6.7 Испытания метода жидкофазного окисления для обеззараживания сточных вод 269
6.8 Экономические аспекты эффективности использования установок физико-термической очистки сточных вод на объектах морских технологий 272
6.8.1 Повторное использование считанных сточных вод на судоремонтном заводе 272
6.8.2 Экономическая эффективность комплексной установки термического обезвреживания С-В СРЗ 275
6.8.3 Эффективность комплексной установки термического обезвреживания СВ рыбеобрабатывающезо плавзавода 276
Заключение 285
Литература 258
Приложение 310
- Характеристика сточных вод
- Методики проведения экспериментов на установках физико-термической очистки сточных вод и их имитатов
- Методика обработки результатов эксперимента
- Особенности сгорания обводненного эмульгированного топлива, экологические показатели котельных установок
Введение к работе
ВВЕДЕНИЕ
Непрерывное увеличение объемов промышленного производства и уровня потребления неразрывно связано с увеличением масштабов отрицательного воздействия на состояние окружающей среды. Уровень этого воздействия в отдельных регионах уже превысил естественную способность природы к самоочищению, что пагубно отражается на условиях жизни на Земле.
Негативное влияние неочищенных сточных вод на окружающую среду является одним из аспектов глобального антропогенного воздействия на живую природу в результате хозяйственной деятельности человека. Поэтому одна из важнейших проблем современной техники - разработка мероприятий по охране окружающей среды от загрязнений, попадающих в водоемы и почвы со сточными водами, поскольку сброс неочищенных промышленных или бытовых сточных вод в водоемы приводит к отрицательным последствиям. Загрязненные водоемы не могут служить источником водоснабжения как бытового, так и хозяйственного назначения. Загрязнение водоемов растворимыми и нерастворимыми веществами (кислотами, щелочами, ядохимикатами, солями тяжелых металлов, жирами, маслами и т.д.) приводит к образованию шламовых донных отложений, ухудшению санитарного состояния водоемов, полному или частичному загниванию воды, полной или частичной гибели водной фауны и флоры. Вода загрязненных водоемов может стать источником многих тяжелых заболеваний, таких как холера, брюшной тиф, дизентерия и др.
Сознавая свою ответственность перед будущими поколениями, высокоразвитые страны непрерывно законодательно снижают предельные значения выбросов и сбросов загрязняющих веществ. Постоянно повышаются требования к очистке стоков и в нашей стране. Во всех отраслях промышленности, в первую очередь в наиболее загрязняющих окружающую среду (химической, целлюлозно-бумажной, металлургии, энергетике и др.), необходим перевод производства на новый технико - экономический базис с полным учетом всех экологических факторов. Внедрение в промышленности малоотходных и безотходных технологических процессов приведет к наиболее полному и рациональному использованию природного сырья и сведению до минимума антропогенного воздействия на окружающую среду. Этот путь представляет собой сложное, но единственно правильное направление, которое сможет обеспечить нормальное сосуществование человека и природы в условиях постоянного наращивание производства для удовлетворения растущих потребностей.
Морской флот, как и все объекты, территориально и технологически связанные с морем, являются серьезными загрязнителями морской среды (плавучие
Введение объекты) и прилегающих акваторий (судоремонтные и рыбообрабатывающие заводы, порты, базы ВМФ ихд;); Однако для этих объектов проблема оборотного или замкнутого водоснабжения решается очень сложно в силу специфических требований (плавучие объекты) или технологических особенностей производства условиям территориального расположения (судоремонтные и рыбообрабатывающие заводы, порты, базы ВМФ и т.д.),
Одним из путей создания малотоксичных, экологически чистых технологий является своевременное и локализованное обезвреживание промышленных отходов, которые в зависимости от агрегатного состояния подразделяются на три класса - жидкие, твердые и газообразные, для каждого из которых в зависимости от состава применяются те или иные методы обезвреживания.
В мировой практике наиболее широко применяются следующие способы обезвреживания и захоронения жидкихи твердых промышленных отходов: биологическое окисление, и физико-химическая очистка; термическая и термокаталитическая обработка; складирование в поверхностных хранилищах; захоронение жидких и пастообразных отходов в глубинные формации и подземные полости естественного и искусственного происхождения; захоронение токсичных веществ и отходов в герметичных наземных резервуарах и в поверхностных слоях земли; сброс в глубинные части морей и океанов; обработка при высоком давлении и повышенной температуре.
Большинство методов складирования и захоронения отходов достаточно хорошо изучены и этим вопросам посвящено много работ.
Наиболее ярко информационные источники отражают состояние дела и всевозможные вопросы, возникающие при решении экологических проблем по сточным водам химических и нефтехищческих производств, которые очищают механическими, физико-химическими ~и""б'и6логи"ческими методами. Поскольку сточные воды предприятий химической и нефтехимической промышленности ха рактеризуются сложным переменным составом, высокой токсичностью, преиму щественным содержанием растворенных, а не взвешенных загрязнений, поэтому выбор схемы очистки предприятий определяется показателями очищаемых сто ков, возможностью утилизации примесей и повторного использования очищенной воды для производственных нужд. В каждом'конкретном случае принятая схема очистки воды должна обеспечивать необходимое качество воды в зависимости от ее дальнейшего использования.
Механическая очистка сточных вод обеспечивает удаление взвешенных грубо - и мелкодисперсных (твердых и жидких) примесей. Грубодисперсные примеси обычно выделяют из сточных вод отстаиванием и флотацией, мелкодисперсные - фильтрованием, отстаиванием, электрохимической коагуляцией, фло-куляцией.
Стоки Химических производств содержат весьма разнообразные неорганические и органические растворимые соединения. Растворимые неорганические соединения удаляют из сточных вод рёагентными методами - нейтрализацией (кислоты и щелочи), переводом ионов в плохо растворимые формы, с осажением минеральных примесей с солями, окислением и восстановлением токсичных примесей до слаботоксичных: сорбцией, обратным осмосом, ультрафильтровани-
Введение ем, вымораживанием, ионной флотацией, электрохимическим окислением, электродиализом.
Сточные воды от органических соединений очищают двумя основными методами: деструктивными - огневое обезвреживание, жидкофазное окисление, термока-талическое окисление в паровой фазе, озонирование; регенерационными - экстракция, перегонка, вымораживание, ректификация, адсорбция, ионообменная очистка, обратный осмос и ультрафильтрование, пенная флотация и другие.
При анализе методов очистки сточных вод необходимо обратить внимание на одно очень важное обстоятельство - практически любой из известных способов очистки или обезвреживания сточных вод и других видов отходов в большей или меньшей степени связан с образованием осадков и шлаков, вторичных стоков и других загрязнений, которые необходимо переработать, захоронить или уничтожить. Задача исследователей состоит в том, чтобы разработать такую схему переработки отходов, которая позволяла бы свести до минимума образование вторичных отходов и безвозвратных потерь, а также совершенствовать технологические процессы с целью сокращения непроизводительных потерь сырья, материалов и энергии в окружающую среду.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы
Влияние ингредиентов загрязненных неочищенных и слабоочищенных сточных вод на окружающую среду является одним из аспектов глобального воздействия на живую природу в результате хозяйственной деятельности человека, поэтому одна из важнейших проблем современной техники - разработка мероприятий по охране окружающей среды от загрязнений, попадающих в водоемы и почвы со сточными водами. Сознавая свою ответственность перед будущими поколениями, передовые страны непрерывно ужесточают законодательные требования к предельному уровню выбросов и сбросов загрязняющих веществ. Постоянно ужесточаются и повышаются требования к очистке стоков и в нашей стране.
В законе Российской Федерации об охране окружающей природной среды сказано, что "... в стандартах на новую технику, технологии, материалы, вещества и другую продукцию, способную оказать вредное воздействие на окружающую природную среду, устанавливаются экологические требования для предупреждения вреда окружающей среде, здоровью и генетическому фонду человека..."
Особенно остро проблема защиты окружающей среды стоит для автономных энергонасыщенных объектов морской технологий с высоким уровнем водопо-требления - водоотведения морского (судов, кораблей, буровых платформ и т.д.) и прибрежного базирования (судоремонтные заводы - СРЗ и рыбоперерабатывающие заводы - РПЗ), поскольку в этих условиях затруднено обеспечение свежей пресной водой. Не имеет сегодня решения и проблема обезвреживания остатков после очистки сточных и нефтесодержащих вод непосредственно в судовых условиях.
Так, на современных большегрузных танкерах ежесуточное «производство» нефтесодержащих вод достигает 250 м3/сутки. В феднем, в сутки эта величина
Введение может составлять от 0.02 до 0.5 % водоизмещения судна. Содержание нефтепродуктов (НПр) в нефтесодержащих водах (НСВ) колеблется в диапазоне от (0.5...1.5) до (8...12) г/л. Это во много раз превосходит верхний допустимый предел сброса НСВ за борт в открытом море (100 мг/л). Для рыбодобывающих судов суммарный объем Эобщ собираемых сточных и нефтесодержащих вод достаточно велик. Например, для плавзаводов типа «А. Захаров» So6lh= 169 т/сут, а накопление в них загрязняющих веществ Jo64 = 1,91 т/сутки, в том числе нефтепродуктов Лнпр= 0,32 т/сутки, а для рыбомучной базы типа «В. Чернышев» So6in= 170; J0614 = 1,83 и JHnp = 0,56 т/сутки.
Осложнение экологической обстановки требует все более глубокой очистки сточных вод (СВ) для снижения уровня загрязнения окружающей среды и предопределяет необходимость поиска новых технологий, обеспечивающих возможность повторного использования очищенных вод для нужд технического водопо-требления.
Повышение эффективности обезвреживания СВ и снижение затрат на получение пресной воды (ПВ)- это две взаимосвязанные проблемы, решение которых позволит создать оптимальную схему водоиспользования на объектах морских технологий (рыбообрабатывающих судах, буровых платформах, судоремонтных и рыбоперерабатывающих заводах) как стационарных, так и нестационарных, имеющих морское или береговое базирование.
Принцип рациональности использования природных ресурсов требует рассматривать эту проблему как двуединую задачу, комплексное решение которой, согласно современной концепции исчерпаемости природных ресурсов, заключается в том, чтобы рассматривать СВ в качестве одного из наиболее доступных ресурсов ПВ. Повторное использование СВ предполагает не только высокую степень выхода ПВ, но и предотвращение загрязнения вод Мирового океана.
Тема диссертации непосредственно связана с программами многолетних научных исследований Дальневосточного государственного технического универ ситета (Дальневосточного политехнического института). Работа выполнялась в соответствии с научно-техническими программами государственного и региональ- » ного значений.
Государственные (союзные) программы: Общегосударственная комплексная программа "Мировой океан" - тема 6.2.2. "Разработка технического проекта опреснительной установки для рефрижераторов типа "Сибирь (1976 - 1988 гг."), тема 6.2.16. "Сжигание обводненных нефтепродуктов в судовых парогенераторах и утилизация теплоты для получения пресной воды" (1981...1985 гг.); проект "Энергетика" (1986-1995 гг.); Координационный план научно-исследовательских работ высших учебных заведений в области судостроения - тема 4.4.4. "Энерготехнологическое использование морских, сточных и нефтесодержащих вод на судах и плавбазах" (1983-1985 гг.).
Республиканские программы Минвуза РСФСР: "Исследование и освоение Мирового океана" (1976-1980 г.г.), направление "Разработка методов и средств по определению, очистке и энергетическому использованию вод "Мирового океана" Р.073.11.; Межвузовская научно-техническая программа "Океанотехника" - направление "Обработка и утилизация минерализованных сточных вод предприятий и судов" (1991-1995 г.г.), темы: "Разработка систем замкнутого водоиспользования изолированных объектов морских технологий" (1996-1997 г.г.), "Разработка безотходной и экологически безопасной физико-термической технологии очистки и пе-
Введение . реработки промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод" (1998г.), "Теоретические основы экологической безопасности энергетических комплексов" (1999-2001 г.г.), Межвузовская научно-техническая программа "Дальний Восток России", направление "Разработка и оптимизация охраны среды морского производственного объекта" (1993-1995 г.г.).
Планы отраслевой научно-исследовательской лаборатории "Энерготехнологическое использование морских сточных и нефтесодержащих вод на рыбопромысловых судах и плавбазах" (ЭТИМСВ) Минрыбхоза СССР при ДВПИ (согласование Минвуза СССР № 93-01-03/12-13 от 09.01.81 г. и приказы Минвуза РСФСР и Минрыбхоза СССР № 385/500 от 01.09.81 г.)
Целью работы является разработка на основе термических воздействий комплекса технологий обезвреживания судовых сточных и нефтесодержащих вод для повышения эффективности водообеспечения судовых энергетических уста новок (СЭУ) и иных потребителей, улучшения охраны окружающей среды морских j акваторий, а также методов расчета и основ проектирования тепло - массообмен- ных элементов и систем.
Для решения поставленной цели определены задачи исследования: анализ информации об источниках и уточнение количества СВ на объектах морских технологий, их характеристик и химического состава и возможностей методов обезвреживания сточных и нефтесодержащих вод; обоснование выбора основных процессов технологии обезвреживания СВ и НСВ; разработка схем экспериментальных установок и методики исследований процесса жидкофазного окисления (ЖФО); изучение гидродинамики и тепло - массообмена в аппаратах с тонкопленочным течением жидкости и разработка моделей для расчета элементов установки; определение кинетических характеристики процессов окисления индивидуальных загрязняющих веществ как основных компонентов реальных СВ или промежуточных соединений в процессе обезвреживания, а также реальных СВ; > разработка промышленной установки для обезвреживания реальных СВ и проведение полномасштабных промышленных экспериментов; > обоснование возможности применения обезвреженных СВ в парогене раторах с низкими параметрами пара.
Научная новизна работы
Решается комплексная проблема разработки взаимодополняющих технологий термических, физико-химических, гидродинамических, тепло - массо-обменных процессов и устройств на их основе, позволяющая обезвреживать судовые сточные воды и тем самым повысить эффективность водообеспечения судовой энергетической установки и судна в целом.
По результатам проведенных исследований предложены схемы систем повторного использования СВ с применением разработанной комплексной технологии для рыбообрабатывающих судов и судоремонтных заводов и предложены проектные инженерные решения.
На основе проведанного комплекса теоретических и экспериментальных исследований жидкофазного окисления эмульсий и псевдорастворов загрязняющих веществ и огневого обезвреживания высококонцентрированных остатков
Введение сточных вод, а также опытно-промышленных испытаний установок и оборудования впервые создан промышленный технологический комплекс безреагентного обезвреживания СВ.
Впервые определены константы скорости реакций и равновесные значения концентраций основных органических загрязняющих веществ при различных режимных параметрах процесса окисления в водном растворе (жидкофаз-ное окисление): условиях теплообмена, давлениях и температурах, расходах окислителя и концентрации катализатора (соединения металлов с переменной валентностью). Полученные зависимости легли в основу проектных расчетов при создании промышленной установки.
Исследован процесс жидкофазного окисления реальных производственных и хозяйственно-бытовых GB и их имитатов при температурах 1QQ - 28Q G и получены обобщающие зависимости изменения во времени степени обезвреживания для исследуемых температур. При температурах свыше 2SQ С достигается глубина обезвреживания до 95%.
Применение исследуемой технологии для обеззараживания реальных фекальных С В позволяет получить их полные стерилизацию и дезодорирование. Для разрабатываемого процесса установлена нижняя температурная граница дезодорирования хозяйственно-бытовых СВ. Полученные зависимости влияния температуры на процесс обеззараживания дают необходимые сведения для проектирования обеззараживающих установок. Достигнутые результаты позволяют рекомендовать этот метод для применения в лечебных, в том числе инфекционных заведениях.
По результатам экспериментальных и полупромышленных исследований доказана возможность применения очищенных сточных вод для замкнутого водоснабжения и использования их в качестве питательной воды для парогенераторов с низкими параметрами пара. Установлено, отсутствие накипных отложений на теплопередающих поверхностях при их нагреве и кипении в элементах экспериментальной и промышленной установок жидкофазного термического окисления (ЖФТО) и дано объяснений этого явления.
Исследован процесс обезвреживания концентрированных остатков сточных вод путем их сжигания в топках судовых паровых котлов в виде водотоп-ливной эмульсии совместно с основным топливом. Полученные в результате испытаний котлов данные при сжигании водо-топливных эмульсий. (КПД котла, изменение технико-экономических характеристик топливного и газового тракта, интенсивность отложений на газовой стороне поверхностей нагрева, выброс NOx) показали высокую эффективность и экологическую безопасность применяемых технологий.
Исследованы особенности рабочих процессов, происходящих при непосредственном контакте стекающей пленки жидкости с потоком газа, и получены зависимости для расчета технологий. Исследованы закономерности тонкопленочного течения (нисходящий и восходящий поток) при взаимодействии жидкости с потоком газа (прямоток и противоток). На основе проведенных исследований получено теоретическое решение задачи теплообмена в трубчатых элементах с пленочным течением жидкости. Разработанная методика расчета позволяет произвести расчет процесса тепло - массообмена и организации режимов течения жидкости в элементах разрабатываемых установок жидкофазного термического обезвреживания.
Введение
Систематизированы многочисленные разрозненные сведения по составу, накоплению сточных вод, как судовых, так и близких к ним по составу производственных вод судоремонтных заводов.
Практическая ценность работы заключается в новых технологиях термического обезвреживания сточных и нефтесодержащих вод, обеспечивающих решение широкого круга задач по охране морских акваторий и создающих возможность улучшения водообеспечения морских объектов путем их повторного использования в технических целях, в том числе в судовой энергетике. Разработана и опробована на промышленных котлах технология сжигания остатков нефтесодержащих вод и иловых продуктов после жидкофазного окисления в смеси с товарным топливом в виде водотопливных эмульсий. Предложены инженерные методы расчета тепло -массообменых элементов промышленных установок по обезвреживанию СВ и
Использование результатов работы позволяют:
Используя выявленные зависимости степени окисления различных загрязняющих веществ в результате термической обработки, рекомендовать эксплуатационные режимы элементов и установок комплексной установки ЖФТО для объектов морских технологий;
Определять массогабаритные характеристики аппаратов установок ЖФТО (база для реального проектирования) на основе полученных значений констант скорости реакции окисления загрязняющих веществ;
За счет качественного обеззараживания и дезодорирования термически обезвреженных СВ получать воду, удовлетворяющую санитарно-гигиеническим требованиям к СВ, повторно используемым для технических целей;
Предложить комплексные схемы с использованием установок ЖФТО и определить основные параметры систем повторною использования воды на рыбообрабатывающих судах и судоремонтных заводах, которые обеспечат прекращение сброса СВ этими объектами и снизят потребление природной ПВ или затраты на ее получение;
Результаты исследований использованы при разработке и создании промышленной установки УТО С В Дальзавода, промышленной установки участка расконсервации и мойки деталей Владивостокского судоремонтного завода; внедрены в технических проектах контактной пленочной опреснительной установки, используемой в научных исследованиях и учебном процессе в ДВГТУ.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается применением современных методов теоретических исследований, совокупностью данных лабораторных и натурных экспериментов и сопоставимостью результатов аналитических решений с лабораторными и натурными экспериментами. Они подтверждаются положительным опытом эксплуатации крупномасштабных установок, признанием приоритетности новых технических решений.
Апробация работы
Результаты работы докладывались на международных, всесоюзных, российских и региональных конференциях и совещаниях: "Предотвращение загрязнения моря и атмосферы с судов'" (Ленинград, 1979 г.), "Вопросы использования морских и сточных вод в судовых энергетических установках" (г. Владивосток, 1980 г.), "Охрана и рациональное использование природных ресурсов Сибири и Дальнего Востока" (г. Красноярск, 1985 г.), "Проблемы охраны окружающей среды
Введение и рекуперации вторичных ресурсов на предприятиях отрасли и при эксплуатации судов" (г. Ленинград, 1982, 1986 и 1990 гг.), г. Николаев, 1996 г.), IV Всесоюзной конференции "Проблемы научных исследований в области изучения и освоения Мирового океана" (г. Владивосток, 1983 г.), "Использование морских сточных и нефтесодержащих вод на судах и береговых предприятиях" (г. Владивосток, 1984 г.), "Технология очистки сточных вод и создание водооборотных систем" (г. Одесса. 1989 г.). "Рыбохозяйственные исследования океана" (г. Владивосток, 1996 г.), "Кораблестроение и океанотехника. Проблемы и перспективы", "Вологдинские чтения" (г. Владивосток, 1998 г.), на научно-технических конференциях Дальневосточного государственного технического университета (г. Владивосток, 1993-1999 гг.), Aichi spring national meeting and petro'83, march 27-31, 1983, Houston, TX, USA.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
Комплексная технология термического обезвреживания сточных и нефтесодержащих вод объектов морских технологий на базе установок, использующих метод ЖФО, обеспечивающая повышение эффективности охраны морских акваторий от загрязнений и улучшение водообеспечения судов путем повторного использования СВ в технических целях.
Обобщенные зависимости степени очистки С В от органических загрязняющих веществ в процессе термической обработки реальных СВ и их имитатов.
Значения констант скорости реакций окисления органических веществ и их равновесных концентраций.
Экспериментально установленные зависимости степени обеззараживания хозяйственно - бытовых СВ от температуры обработки и нижнюю температурную границу процесса дезодорирования при ЖФО хозяйственно-бытовых СВ.
Возможность использования обезвреженной сточной воды в качестве технической, в том числе, питательной для парогенераторов низких параметров, основанной на экспериментально подтвержденном отсутствии отложений в теп-лообменных аппаратах и реакторах установки ЖФТО при исследованных режимных параметрах и характеристиках СВ.
Эффект влияния внутреннего тепловыделения на характеристики процесса термической обработки СВ.
Экспериментально полученные зависимости по определению параметров пленочного течения, в том числе критических условий срыва капель жидкости с поверхности пленки, а также выражения для расчета коэффициентов тепло - и массообмена в пленочных контактных конденсаторах. Зависимости обеспечивают корректность инженерных расчетов при проектировании процессов, реализуемых во многих аппаратах энергетического оборудования.
Метод обезвреживания остатков сточных вод сжиганием их в виде водо-топливной эмульсии (ВТЭ) совместно с товарным топливом без ухудшения качества горения.
Математическая модель рабочего процесса в испарительной трубе, учитывающая устойчивость пленки жидкости против срыва вторичным паром капель с поверхности жидкости, среднюю толщину пленки воды, стекающей по внутренней поверхности испарительной трубы при спутном потоке вторичного пара, и потери давления в испарительный трубе.
Технологические и технические решения при проектировании и создании промышленных и полупромышленных установок термического обезвреживания СВ и НСВ.
Введение
Личный вклад автора. В диссертации изложены результаты многолетних исследований, выполненных непосредственно самим автором: направление работы и идея метода решения проблемы, постановка задач и программа исследований, методология их решения; организация, планирование и проведение экспериментальных исследований на крупномасштабных и промышленных установках; обработка, анализ и обобщение данных экспериментальных и натурных исследований, формулировка основных закономерностей тепло - массообмена, обоснование физических и математических моделей; участие в проектировании и изготовлении оборудования, монтаже и испытаниях крупномасштабных и промышленных установок.
Автор выражает глубокую признательность доктору технических наук, профессору Г.П. Турмову - за неустанное внимание и энергичную методическую помощь, приведшие к завершению работы; доктору технических наук, профессору В.Г. Добржанскому - за глубокие консультации и большую помощь в обработке и анализе результатов исследований; доктору технических наук, профессору Ю.В. Якубовскому и доктору технических наук, профессору Л.И. Сень - за научную поддержку и творческое содействие, оказанные автору в ходе выполнения исследований. Также благодарю сотрудников кафедры морских технологий и энергетики ДВГТУ, в той или иной мере оказавших содействие и принявших участие в организации и проведении крупномасштабных экспериментов и натурных испытаний; сотрудников других организаций, оказавших содействие в изготовлении, монтаже и испытаниях промышленных установок.
Публикации.
Список публикаций по материалам диссертации включает 77 работ, в том числе 5 учебных пособий и 2 авторских свидетельства.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложения. Основное содержание работы изложено на 306 страницах машинописного текста и включает 124 рисунка, 55 таблиц. Список литературы состоит из 399 наименований. Приложение содержит акты испытаний и внедрения в промышленность, копии авторских свидетельств.
Характеристика сточных вод
Производственные сточные воды образуются на судах (промышленных предприятиях) в результате использования воды в технологических процессах, а также при промывках оборудования. В подавляющем большинстве производственные сточные воды имеют более высокую минерализацию, чем хозяйственно-бытовые сточные воды и отличатся характерным для каждого производства содержанием минеральных и органических соединений. Состав производственных сточных вод и концентрация в них загрязнений обусловлены отраслью промышленности, видом сырья, режимом технологических процессов, удельным расходом воды на единицу продукции и другими факторами [103, 104, 121, 199].
Производственные сточные воды очищаются совместно с хозяйственно-бытовыми сточными водами на очистных сооружениях на станциях очистки, куда они поступают при сдаче с судов, после чего сбрасываются в водоем или используются повторно [237].
В соответствие с [307] спуск в городскую канализационную сеть или накопительные емкости локальных очистных сооружений сточных вод, содержащих вредные вещества, разрешается при условии, если после смешения с основной массой сточных вод концентрации в них вредных веществ не превысят установленных норм. Исходя из изложенного, в городскую канализацию не принимают без предварительной очистки производственные сточные воды, содержащие жиры, масла, смолы, бензин, нефтепродукты и др. вещества в концентрациях, препятствующих биологической очистке и сбросу в водоемы.
Радикальным решением предотвращения загрязнения водоемов сточными водами является создание замкнутых систем водного хозяйства промышленных предприятий. ВНИВОДГЕО [295, 299] разработаны принципы создания таких систем предусматривающие: - создание на предприятиях единой системы водного хозяйства, включающей водоснабжение, водоотведение и очистку сточных вод; - преимущественное использование для промышленного водоснабжения очищенных производственных, городских сточных вод и поверхностного стока; - регенерацию отработанных технологических растворов и воды на локальных очистных сооружениях; - извлечение ценных компонентов в процессе регенерации отработанных растворов и воды.
Повышение степени очистки производственных сточных вод и уменьшение их сбросов в городскую канализацию особенно актуально для всех объектов морских технологий, а также для таких водоемких отраслей производства как тепло - Главаї Характеристика сточных вод и методы их очистки и обезвреживания энергетика, черная и цветная металлургия, химическая и нефтеперерабатывающая, целлюлозно-бумажная.
Для выбора технологически рациональных и экономически эффективных процессов обезвреживания, удаления из нее примесей и подготовки воды для дальнейшего использования или сброса необходимо провести анализ накопления сточных вод, источники «производства» СВ, а также их качественный состав.
Все объекты, связанные с морской техникой и технологией (ОМТ), можно разделить на две группы (см. рис.1.2). Плавучие объекты; движущиеся, выполняющие свои технологические функции при движении по акватории океана, - корабли, транспортные и добывающие суда, рыбообрабатывающие плавбазы и плавзаводы; стационарные (не движущиеся) - платформы и другие подобные сооружения на шельфе, базы технического обслуживания, плавдоки, плавучие приемные и очистные станции (например «Светлая»). Берегового базирования - судоремонтные (СРЗ) и рыбоперерабатывающие заводы.
Корабли, транспортные, добывающие и специальные суда в основном сбрасывают стоки трех видов: фекальные (фановые) С В (ФСВ), хозяйственно-бытовые СВ (ХБСВ) и производственные (нефтесодержащие) СВ (НСВ).
Рыбообрабатывающие (РОБ), рыбоконсервные (РКБ) и рыбомучные плавбазы (РМБ) сбрасывают также значительное количество производственных и технологических СВ (ТСВ), образующихся при комплексной переработке рыбы.
К непроизводственным СВ относятся фановые СВ (ФСВ) и хозяйственно-бытовые СВ (ХБСВ), которые образуются из камбузных СВ, мытьевых СВ и СВ от прачечных. Бытовые сточные воды Ввиду значительной концентрации загрязнения и особой опасности бактериального заражения при отведении ФСВ конвенция МАРПОЛ 73/78 [221] в Приложении 4 регламентирует сброс ФСВ, в тексте документа их называют сточными водами. Под СВ понимаются: стоки из туалетов, писсуаров, унитазов, а так же раковин, ванн и шпигатов, находящихся в медицинских учреждениях, стоки из помещений, где содержатся животные, и любые другие стоки, если они смешаны с перечисленными выше СВ [20, 100].
К непроизводственным СВ относятся фановые СВ (Эф, Эф) и хозяйственно-бытовые СВ, которые образуются из камбузных СВ (SK, SK), мытьевых СВ (SM, SM) и СВ от прачечных (Snp, Snp), где s - удельное количество СВ данного типа, л/(чел-сут); S - суточное количество СВ данного типа, м3/сут; d - удельное водо-потребление, л/(челсут). Судвые ФСВ представляют собой высококонцентрированную водную композицию, состоящую из растворов минеральных и органических веществ, взвесей и коллоидов, образованных в результате растворения и диспергации веществ и компонентов, входящих в состав выделяемых человеком мочи и кала. ФСВ ввиду замкнутости судовых фановых систем отличаются постоянством химического состава загрязнений и высокой бактериальной загрязненностью. Химический состав, количество веществ и бактериальная загрязненность фановых СВ приведена в работах [53, 58, 177, 204, 274, 311]. . В сутки человек выделяет 100 - 300 г фекалий [53, 311 ], которые содержат широкий спектр органических веществ, их влажность составляет 80 - 85%, до 50 % сухих веществ представляют живые и мертвые клетки различных бактерий. По данным [53, 311] определена концентрация отдельных ингредиентов в ФСВ при норме водоотведения 50 л/(человеко-сутки): общая концентрация органических веществ составляет 1870 мг/л, а неорганических - 680 мг/л. Минеральные загрязнения растворимы на 85 - 95 %, а органические - на 30 - 40 %, нерастворимые минеральные и органические вещества, а также бактериальные загрязнения находятся в воде в виде взвесей, эмульсий и коллоидов.
Методики проведения экспериментов на установках физико-термической очистки сточных вод и их имитатов
На установке исследовалась кинетика процесса окисления органических веществ сточных вод. В этих экспериментах в капсулы заливались пробы сточной воды различного состава, капсулы герметично закрывались и нагревались в термостате, однако в этом случае вся группа капсул нагревалась до той температуры, которую поддерживал термостат, а затем капсулы, после различного времени выдержки, извлекались по одной.
В процессе эксперимента задавались, регулировались и регистрировались следующие режимные параметры: объем пробы жидкости; газа в капсуле до эксперимента и после него; температуры и давления внутри капсулы до, во время эксперимента и после него.
Исследовались закономерности окисления органических загрязняющих веществ в реальных ХВСВ, ФСВ (СРЗ "Дальзавода") и судовые НСВ, а также от - дельных компонентов в составе имитатов СВ, содержащих одно исследуемое вещество. В серии использовались 5 ампул с объемом пробы обычно 200 мл (180 -230 мл). Затем капсулы закрывались крышками и герметизировались.
Одновременно с этим термостат включался в режим разогрева, температурный режим его работы задавался контактным термометром.
Для интенсификации процесса растворения сжатого воздуха в воде за счет барботажа его подача производится в капсулу, перевернутую на 180 С. Длительность процесса заполнения капсулы воздухом обычно составляла пять минут, при этом процесс барботажа заканчивался в течение двух минут.
После нагрева и соответствующей (различной для каждой из капсул) выдержки при заданной температуре капсулы по одной извлекаются из термостата, быстро охлаждаются проточной холодной водой для прекращения процесса термической обработки, вскрываются и обработанная вода направляется на химический анализ.
Перед запуском экспериментальной установки производился пуск УФО с выводом ее на рабочий режим. Сточная вода (Дальзавод), подается насосом 1 в струйный аэратор 2; туда же подается сжатый воздух из заводской магистрали, для насыщения сточной воды воздухом. Затем во флотаторе 3 из сточной воды удаляются взвешенные вещества, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) жиры и нефтепродукты. Очищенная сточная вода направляется в баки 4. После двух... трехкратной очистки во флотаторе накопленная в цистернах вода подвергалась также трех... четырехкратной циркуляции для усреднения концентрации загрязнений, оставшихся в СВ после очистки, и затем направляется в аэратор, в котором насыщается воздухом (степень аэрации 0,8 - 2,4%). Основная часть воды возвращалась в цистерны, через клапан 13; небольшая ее часть, примерно 10 -12 л/ч («1%), через клапан 14 отбирается питательным насосом экспериментальной установки 5 и подаётся в придонную часть капсулы реактора-дегазатора 6.
При запуске экспериментальной установки вода насосом 1 подается в емкость 3 реактора-деаэратора. Затем через клапаны 18 и 16 подается пар от внешнего источника при давлении 1,05-1,1 МПа и температуре 182-190 С. Расход пара регулируется по показаниям термопар таким образом, чтобы температура воды в емкости была бы не ниже 160 С.
Пар из РД через дроссельный клапан 28 поступает в конденсатор 7. После заполнения емкости вода из нее поступает через клапан 21 в парогенератор 9. Когда уровень воды в парогенераторе достигнет средней части его корпуса, открывается клапан 19 и пар поступает в греющий элемент и далее через дроссельный клапан 20 сбрасывался в конденсатор греющего пара 10.
При повышении уровня воды в парогенераторе до отметки "верхний уровень воды" в стекле водомерной колонки закрывается клапан 18 и открывается клапан 17, при этом прекращается подача пара в РД из заводской магистрали, и одновременно в этот аппарат начинает поступать пар из парогенератора через клапаны 17 и 16. Таким образом, установка переходит в рабочий режим.
В рабочем режиме в основных аппаратах установки осуществлялись следующие процессы. Вода капсуле РД интенсивно нагревается через дно и боковую поверхность. Со стороны открытой поверхности жидкости происходит конденсация насыщенного греющего пара, поступившего из парогенератора.
При достижении жидкостью рабочей температуры начинался процесс окисления органических веществ, оставшихся в сточной воде после флотации, за счет кислорода воздуха, растворенного в воде при аэрации.
Процесс дегазации осуществляется в тонкой пленке на боковой поверхности капсулы, козырьке и на струях, в которые сворачивалась пленка, стекающая с козырька. Для обеспечения равномерного растекания пленки после монтажа прочного корпуса РД верхняя кромка емкости была выставлена горизонтально (по уровню жидкости). Несконденсировавшийся пар, газообразные продукты окисления, азот воздуха и испарившиеся органические вещества удаляются из РД через конденсатор ГПС.
Горячая вода после термической обработки и дегазации из реактора-дегазатора поступает в парогенератор, где частично испаряется, а часть периодически удаляется из парогенератора через клапаны нижней 27 и верхней 22 продувок.
Измерение степени аэрации проводится на установке рис 2.20. Клапаны 10, 11, 12, 13 (см. рис.2.13) открывались, и аэрированная вода из напорного трубопровода поступала в прибор, который заполняется водой, при этом растворенный воздух выделяется в виде мельчайших пузырьков, вода становится непрозрачной, молочно-белого цвета. После заполнения прибора вода по патрубку через клапан 12 сбрасывалась во флотатор. Затем регулировкой дроссельного клапана 10 подбирается такой расход, при котором вода полностью сменяется в течение 3-5 минут.
Расход воды определяется с помощью мерной колбы емкостью 1 л с точностью ±10 мл, и секундомера с ценой деления 0,2 сек. После регулировки нужного расхода прибор в течение 15...20 минут работал в установившемся режиме, а затем быстро и одновременно закрываются клапаны 11 и 12. При этом воздух, выделявшийся из воды, в первую минуту вытесняет часть ее в расширительный сосуд, затем уровень жидкость в приборе снижается по мере выделения растворенного воздуха.
Длительность процесса выделения воздуха в виде поднимающихся пузырьков обычно составляла 10...12 минут, что соответствовало средней скорости подъема пузырьков 1,8-2 мм/с, что характерно для процесса напорной флотации [314]. Через 15 минут производится измерение объема свободного пространства, образовавшегося в корпусе прибора над уровнем жидкости путем заполнения этого объема водой. Объем воды измерялся мерной колбой объемом 100 мл, с ценой деления шкалы 1 мл.
Степень аэрации воды в аэраторе рассчитывается по формуле: Кроме режимных параметров, определялись также: качество исходной воды, степень очистки воды в УФО, качество обработки воды в аэраторе, а также режимные характеристики работы парогенератора. Для чего производились соответствующие анализы проб отобранной воды из наиболее характерных точек основных элементов установки.
По результатам анализов проб воды определяются следующие характеристики воды: химическое потребление кислорода - ХПК, мг Ог/л; концентрация нефтепродуктов - Снпр, мг/л; концентрация ионов хлора - Ссі- мг/л; концентрация ионов кальция - Сса2+, мг-экв/л; общая жесткость - Но, мгэкв/л; концентрация растворенного кислорода - Ог, мг/л. Точки отбора проб и их нумерация представлены на схеме установки (см. рис. 2.16). Номера проб, их наименование, а также определяемые показатели проб воды представлены в таблице 2.7.
Методика обработки результатов эксперимента
Исследование жидкофазного окисления соединений ароматического ряда проводилось на установке высокого давления (УВД). В процессе эксперимента определялись значения химически потребного кислорода COD (ХПК) и общего ор ганического углерода ТОС (ООУ). Изменение ХПК говорит об общем потреблении кислорода в ходе процесса как на окисление до пероксидов, так и на полное окис ление части загрязняющего вещества. Изменение общего органического углерода » дает информацию о доле полностью окислившегося вещества до С02 и НгО. Поскольку начальные концентрации веществ для различных опытов были различными, то окончательная обработка результатов экспериментов производилась в относительных единицах, то есть Сх = Ст/Со.
Обработка результатов производилась с использованием статистических от; методов и искалась зависимость вида Сх - А е , соответствующей реакции первого порядка. Эта зависимость в принятых координатах изображается прямой линией.
Особую трудность представляет определение действующей концентрации 8С, которая равна разности между измеренной и равновесной концентрациями. Проблема состоит в отыскании значений равновесной концентрации. Тогда значения относительной концентрации 8С будут определяться по уравнению бС = (Ст " Сравн)/(Снач Сравн)- (3./Y) Для ее нахождения применялся следующий прием. В системе координат Т - lg(C ) наносились все значения С х , например для ТОС. На рис 3.21. приведена последовательность действий. По положению точек отыскивалось приблизительное значение равновесной концентрации (линия " = Сіравнтос" - первое приближение), затем рассчитывались значения 8ТОСіОТн (точки А). Если в первом приближении значения Сіравнтос выбраны неудачно, то и значения бТОСю будут значительно отклоняться от аппроксимирующей прямой 8ТОСі0тн (точки А значительно выше линии). Это говорит, что значения равновесной концентрации приняты слишком малыми.
Во втором приближении эти значения берутся несколько бо льшими (линия s с2равн тос), и процедура повторяется до получения приемлемого результата (точки В и ЛИНИЯ 8ТОС20ТН
Аналогично производится процедура нахождения Сравн для ХПК (COD) Вторым этапом обработки экспериментальных данных было нахождение зависимостей коэффициентов Aj и В; как функции соответствующих аргументов: температуры, давления, наличия катализатора (ионы Си) и расхода окислителя.
В последнем случае поиск зависимости Aj и Bj с термодинамической точки зрения не совсем корректен, поскольку эти коэффициенты отражают значения энергии активации процесса при активностях компонентов, равных единице. Рас -81 ход окислителя должен сказываться на члене, ответственном за учет концентрации. Подход к определению взаимосвязи А; и Bj с энергией активации рассмотрен в предыдущем параграфе. На рис 3.22. показана последовательность определения латентного периода. Сначала находится упомянутым ранее методом аппроксимирующая экспоненциальная зависимость. В случае, если прямая пересекает ось времени в значении функции 1, то есть начальные значения изменяются очень мало, то эти значения в диапазоне времени, близком к тлат ср, последовательно отбрасываются. мин
Процедура повторяется до тех пор, пока линия не ляжет максимально близко к точкам, при этом экспериментальных точек должно оставаться не менее 3-х. В качестве примера на рис 3.22. приведена последовательность нахождения Тлат для опыта № 3. Значение Тлат ср, показывает, что процесс начинается с задержкой. Этот период задержки определяется графически, как время до пересечения прямой STOC от (совпадает с ТОС отн), аппроксимирующей все экспериментальные точки (без учета Тлат), с осью абсцисс при значении 6С = 1.
Для технических целей такая информация обычно является достаточной для проектирования установок по обезвреживанию индивидуальных веществ, однако в случае сложных многокомпонентных растворов требуются более точные зависимости. Во втором приближении производится аппроксимация экспериментальных точек за исключением точки т = 30 мин, и вновь определяется время ТіЛат= 38 мин. до пересечения прямой 5ТОС отн, с осью абсцисс при значении 8С = 1. (линия 1, фиолетовая). Как видно на графике оставшиеся точки находятся достаточно далеко от линии, об этом говорит и значение параметра аппроксимации R2 = 0,8424. Затем исключаются точки Т = 30 и 60 мин., ищется новая зависимость 8ТОС отн (линия 2, коричневая) и определяется новое значение Тглат = 53 мин. Это приближение можно считать хорошим как по близости точек, так и по значению параметра аппроксимации R = 0,9464.
Особенности сгорания обводненного эмульгированного топлива, экологические показатели котельных установок
Механизмы воздействия воды на процесс сгорания топлива до конца не изучен. Но не вызывает сомнения, что вода оказывает благоприятное влияние на испарение топлива в факеле и его сгорание. При этом происходит увеличение дисперсности капель топлива и лучшее их перемешивание с воздухом. Это приводит к более интенсивному выгоранию этих капель с уменьшением времени выгорания и пути движения капли, т.е. длины факела [89, 128, 201].
Сопутствующими эффектами, влияющими на процессы диспергирования и сгорания капель топлива, можно отметить увеличение вязкости ВТЭ, изменение поверхностного натяжения на поверхности капель, изменение механизма столкновений капель в факеле за срезом форсунки. При увеличении влагосодержания топлива увеличивается его объем (по отношению к обезвоженному топливу). Благодаря этому увеличивается скорость истечения топливной массы из форсунки, что приводит к улучшению её распыла и увеличению объема топливной струи. Значительный вклад вносит и каталитическое влияние воды [186, 302]. В обезвоженной струе выгорание окиси углерода не превышает нескольких процентов, но уже при влагосодержании W = 1 % происходит почти полное её выгорание. Эксперимен - Глава 4 Огневое обезвреживание обводненных $ остатков сточных вод тально установлено, что присутствие водяного пара ускоряет процесс горения от 3 [91, 366] до 6 раз [140]. Водяной пар оказывает существенное влияние на дожигание топлива в конечной стадии сгорания. В период интенсивного горения при высокой температуре происходит диссоциация воды и окисление азота [366]. Во второй стадии (догорания) повышенная концентрация активных радикалов способствует окончательному окислению осколков молекул углеводородов или кислородосодер-жащих, но не полностью окисленных соединений углеводородных частиц.
Данные об изменении коэффициента полезного действия (КПД) паровых кот лов весьма противоречивы. При влагосодержании топливной эмульсии W = 8 - 10 % значения температуры уходящих газов в большинстве опытов практически не изменялись и только при повышении W до 30% увеличивались в среднем на 5-10 С. Причины увеличения температуры уходящих газов в литературе не приведены. Негативные результаты по значениям тепловой потери с уходящими газами Ц2 и КПД паровых котлов можно объяснить недостаточными резервами для снижения величины избытка воздуха. 0 Большое значение в экономии топлива при сжигании ВТЭ имеет организация топочного процесса. В стационарных котлах с малым тепловым напряжением топочного объема используются низкие значения коэффициента избытка воздуха (КИВ) а =1,02-1,05. В судовых высоконапряженных котлах применяются относительно высокие значения КИВ а=1,1 -1,3. По данным [383], снижение а при сжигании ВТЭ позволяет компенсировать потери теплоты на испарение воды (для W « 10 -12 %), при этом КПД котла и расход топлива остаются неизменными. Полная или частичная компенсация потери теплоты на испарение воды за счет снижения коэффициента избытка воздуха в топке возможна только в котлах, работающих с высоким КИВ и в котлах, не имеющих хвостовых поверхностей нагрева. Аналогичные выводы приводятся в работах [89, 90 247] при использовании ВТЭ в отопительных котлах. Потеря теплоты на испарение воды и связанный с ней перерасход топлива могут быть компенсированы за счет снижения избытка воздуха и уменьшения за грязнения поверхностей нагрева, и, следовательно, за счет сокращения затрат на & чистку поверхностей нагрева и увеличения эксплуатационного периода котла. Кро ме того, эти потери могут быть перекрыты значительным экономическим эффектом за счет уменьшения загрязнения воздушного бассейна и обезвреживания в составе топливной эмульсии сточных и нефтесодержащих вод. С экологической точки зрения сжигание водо-топливных эмульсий является эффективным методом уменьшения загрязнения атмосферы. Снижение концентрации окислов азота NOx обеспечивается уменьшением температуры продуктов сгорания, выравниванием температурного поля в зоне горения и снижением концентрации кислорода в факеле. По данным работ [383, 384, 385], содержание окислов азота с увеличением влаго-содержания ВТЭ до 20 % снижается на 40 - 55 %, причем дальнейший рост влаго-содержания не влияет на их образование. Согласно результатам исследований [89, 90], снижение выхода окислов азота в продуктах сгорания продолжается и при влагосодержании ВТЭ более 20 %. Анализ результатов немногочисленных работ по влиянию обводненности топлива на выброс продуктов неполного горения показал [315, 316], что наиболее значительное воздействие сжигание ВТЭ оказывает на величины химического цз и механического щ недожогов топлива. Потеря теплоты от механического недожога может уменьшаться на 80 - 90 %. Уменьшение этих потерь повышает эффективность котельной установки. - Одновременно со снижением выброса NOx при сжигании ВТЭ существенно уменьшается и образование сажистых частиц. Обобщение многочисленных опытных данных [19, 23, 24, 27, 30, 139, 270, 356] показывает, что сжигание ВТЭ в котельных установках снижает выброс сажистых частиц на 60...80 %, причем основное снижение их содержания происходит при сжигании эмульсии с влагосодержа-нием до 20 % [316]. Дальнейший рост влагосодержания слабо влияет на образование сажи. Однако по данным испытаний [89, 90], увеличение влагосодержания свыше 13 - 15% вызывает рост концентрации сажи в продуктах сгорания. Некоторая разноречивость результатов по снижению токсичных выбросов и продуктов неполного сгорания объясняется условиями и режимами испытаний (паропроизво-дительностью, температурой топлива и воздуха), а также различием типов котлов и конструкций горелочных устройств (организации топочных процессов). Однако, по мнению большинства исследователей, использование ВТЭ в котельных установках является перспективным методом решения экологической проблемы. В целом анализ отечественных и зарубежных работ, посвященных сжиганию й ВТЭ в энергетических установках, показывает, что такая технология сжигания от крывает большие возможности для эффективного использования любых топлив (в том числе высоковязких тяжелых) и обезвреживания остатков сточных вод в судовых паро-производящих установках. Из существующих в настоящее время технологий приготовления ВТЭ для анализа выбраны схемы топливоподготовки и эмульгирующие аппараты, наиболее соответствующие судовым условиям.
