Введение к работе
Актуальность работы. Актуальность диссертационного исследования определяется ужесточением с 1 июля 2010 года требований к концентрации оксидов серы в продуктах сгорания судового топлива, введением новой редакции Приложения VI Международной конвенции по предотвращению загрязнения с судов (MARPOL 73/78), требующей принятия мер для приведения токсичных выбросов с судов в соответствие с введенными нормами за счет внедрения новых технических решений в судовые системы очистки.
Интенсивное развитие судоходства на водных путях привело к строительству качественно нового флота: с мощными энергетическими установками, высокими грузоподъемностью и скоростью. Массовая эксплуатация такого флота сопровождается ростом его воздействия на окружающую среду. Процесс топливоиспользования сопровождается не только потерями массы и энергии, но и значительным загрязнением окружающей среды.
Международной конвенцией «МАРПОЛ» (International Convention for the Prevention of Pollution from Ships, MARPOL), а именно Приложением VI данной конвенции «Правила предотвращения загрязнения атмосферы», принятым в 1998 году и вступившим в силу в мае 2005 года, для дизельных судов нормируются выбросы оксидов азота, летучих оксидов серы и выбросы озон разрушающих веществ. С 1 июля 2010 года вступила в силу новая редакция Приложения VI Международной конвенции по предотвращению загрязнения с судов (MARPOL), предусматривающая более жесткие требования к судам по выбросам оксидов азота, серы, летучих органических соединений. Нововведения коснулись практически всех групп вредных выбросов, включая и оксиды серы.
Растущие масштабы распространения загрязняющих веществ над океаном в результате сжигания топлива, особенно эмиссия в атмосферу оксидов серы, вызывают все большие опасения, и данная проблема усугубляется по мере роста мирового флота и увеличения глобальных масштабов потребления бункерного топлива.
Проблемам снижения токсичных выбросов от судовых энергетических установок (СЭУ) посвящены работы ученых: О.А. Гладкова, С.А. Богатых, В.А. Звонова, С.П. Зубрилова, В.А.Маркова, Л.А. Новикова, В.И. Смайлиса, В.Н. Стаценко, А.Ф. Дорохова, В.И. Толщина, Д.В. Щавелева, R.L. Gall, E.J. Piasecki, A. Fournier, M. Altmann, M. Weinberger, W. Weindorf, С.В. Кирпиченко, Д.Е. Авдевина, В.С.Кузина, Т.В.Чуба.
Остро стоящая проблема снижения выбросов оксидов серы решается многими способами, в частности: предварительной очисткой топлива от соединений серы, топливоподготовкой, заменой вида топлива при входе в прибрежную зону, очисткой выхлопных газов перед выбросом в атмосферу, методом скруббирования с использованием морской воды, применением мокрых процессов, использованием сухих методов очистки и другими.
Несмотря на большой объем выполненных исследований и проведенных экспериментов, работы большинства ученых направлены на снижение выбросов оксидов азота и в них отсутствует информация о применении на судах установок поглощения газовых выбросов (УПГВ). Новые инструкции Приложения VI Конвенции МАРПОЛ установили глобальное ограничение на содержание соединений серы в продуктах сгорания, поэтому проблема разработки системы очистки от оксидов серы отработавших газов судовых дизелей и котлов является актуальной.
Объектом исследования являются судовые дизели и котлы.
Предметом исследований являются методы снижения концентрации оксидов серы в продуктах сгорания.
Цели и задачи исследования. Целью диссертации является повышение эффективности установки очистки отработавших газов судовых дизелей и котлов от оксидов серы.
Для достижения поставленной цели в работе потребовалось решение следующих задач:
-
Провести анализ существующих методов и технологий нейтрализации оксидов серы, применение которых возможно на судах, и осуществить выбор наиболее приемлемой технологии.
-
Выполнить экспериментальные исследования оценки эффективности очистки выбросов от оксидов серы с использованием предлагаемой технологии.
-
Разработать математическую модель, позволяющую оценивать влияние расхода газа и исходной концентрации на конечную концентрацию диоксида серы, получаемую в результате использования установки поглощения газовых выбросов.
-
Разработать методику расчета технологических параметров, позволяющую анализировать эффективность установки поглощения газовых выбросов.
Методы исследования. Основные теоретические и экспериментальные разработки, представленные в диссертации, основаны на применении методов теории моделирования, проведения эксперимента и химических анализов, методов планирования и обработки эксперимента, статистической обработке результатов эксперимента, технических испытаний и измерений.
На защиту выносятся следующие научные результаты:
-
Математическая модель оценки влияния расхода газа и исходной концентрации на конечную концентрацию диоксида серы в результате использования установки поглощения газовых выбросов.
-
Экспериментальные зависимости влияния величины расхода газа и концентрации оксидов серы на диэлектрическую проницаемость, проводимость, влагосодержание газового потока.
-
Методика расчета технологических параметров установки поглощения газовых выбросов, используемая для очистки продуктов сгорания судового топлива от оксидов серы.
Новизна первого научного результата заключается в разработке новой математической модели, позволяющей оценить влияние расхода газа и исходной концентрации на конечную концентрацию диоксида серы в результате использования установки поглощения газовых выбросов.
Новизна второго научного результата заключается в определении экспериментальных зависимостей диэлектрической проницаемости, проводимости, влагосодержания от характеристик газового потока, позволяющих дать оценку эффективности установки поглощения газовых выбросов.
Новизна третьего научного результата состоит в разработке новой методики, позволяющей рассчитать оптимальные значения технологических параметров установки поглощения газовых выбросов.
Достоверность научных результатов обеспечивается использованием комплекса методов исследования (экспертных оценок, системного анализа, математического моделирования, проведением натурных испытаний, обработки данных и оценки погрешностей), адекватным его задачам и логике, апробацией полученной информации и репрезентативностью опытных данных.
Практическая ценность диссертации заключается в получении опытных результатов, способствующих решению важной задачи, направленной на снижение загрязнения воздушного бассейна выбросами оксидов серы от судовых дизелей и котлов, которые могут быть использованы судовладельцами, эксплуатирующими суда морского, речного, рыбопромыслового флотов, проектными научными организациями, работающими над созданием энергетических установок новых судов.
Реализация результатов. Результаты диссертации внедрены в учебный процесс для подготовки инженеров по специальности 180403 «Эксплуатация судовых энергетических установок» и инженеров-экологов по специальности 280202 «Инженерная защита окружающей среды» в ФГОУ ВПО «Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф.Ушакова».
Результаты, заключающиеся в систематизации экологических показателей дизелей и котлов, общие технические требования к технологиям для нейтрализации вредных выбросов оксидов серы с отработавшими газами судовых дизелей и котлов внедрены ОАО «Новошип», что подтверждается соответствующим актом внедрения. Обоснованность научных результатов, выводов, предложений и рекомендаций подтверждается их эффективным использованием ООО «Центр безопасности транспортных систем», способствующим решению важной задачи, направленной на снижение загрязнения воздушного бассейна выбросами оксидов серы от судовых дизелей и котлов при эксплуатации морских судов и судов река-море.
Апробация и внедрение результатов исследования. Основные материалы диссертации поэтапно докладывались, обсуждались и получили одобрение на двух международных, трех всероссийских, четырёх региональных научно-технических конференциях, трёх Всероссийских научных конференциях молодых ученых и студентов.
Публикации. По теме диссертации опубликовано: статей – 12, тезисов докладов на конференциях – 4. Всего 16 работ. Из них 2 статьи по перечню ВАК Минобрнауки РФ.
Структура и объём работы. Диссертация, объёмом 177 страниц, состоит из списка сокращений, введения, 4 глав, заключения и списка литературы из 168 наименований, 51 рисунка, 12 таблиц, списка опубликованных работ автора по разделам диссертации, приложения, актов внедрения результатов в эксплуатационную практику судоходных компаний и учебный процесс.
