Главная » 2014»Август»27 » Скачать Проектирование специальных систем судов комплексной переработки отходов. Мизгирев, Дмитрий Сергеевич бесплатно
11:07 PM
Скачать Проектирование специальных систем судов комплексной переработки отходов. Мизгирев, Дмитрий Сергеевич бесплатно
Проектирование специальных систем судов комплексной переработки отходов
Диссертация
Автор: Мизгирев, Дмитрий Сергеевич
Название: Проектирование специальных систем судов комплексной переработки отходов
Справка: Мизгирев, Дмитрий Сергеевич. Проектирование специальных систем судов комплексной переработки отходов : диссертация кандидата технических наук : 05.08.03 / Мизгирев Дмитрий Сергеевич; [Место защиты: Волж. гос. акад. вод. трансп.] - Нижний Новгород, 2009 - Количество страниц: 227 с. ил. Нижний Новгород, 2009 227 c. :
Объем: 227 стр.
Информация: Нижний Новгород, 2009
Содержание:
Список сокращений
Список основных условных обозначений
Введение
Глава 1 Современное состояние проблемы ликвидации эксплуатационных судовых отходов
11 Общие положения
12 Особенности основных видов эксплуатационных судовых отходов
121 Сточные воды
122 Нефтесодержащие воды
123 Судовой мусор
13 Анализ принципиальных схем систем переработки эксплуатационных судовых отходов
131 Системы очистки сточных вод
132 Системы очистки нефтесодержащих вод 35 133 Системы сбора и обезвреживания пищевых отходов
134 Системы сбора и утилизации твердых отходов
14 Способы совершенствования систем переработки эксплуатационных судовых отходов Цель и задачи исследований
Глава 2 Определение энерговооруженности судна комплексной переработки отходов
21 Статистическая обработка данных по объемам судовых отходов
22 Обоснование общей структуры судна комплексной переработки отходов
221 Разработка основных схем переработки судовых отходов на СКПО
222 Выбор технологий переработки судовых отходов на СКПО
223 Обоснование структуры СКПО
23 Расчет производительности систем переработки эксплуатационных судовых отходов
231 Общие положения
232 Определение производительности СОСВ
233 Вычисление производительности СОНВ
234 Оценка производительности системы переработки пищевых отходов
235 Расчет производительности системы переработки сухого мусора
236 Вычисление производительности системы производства биогаза
24 Оценка количества теплоты при комплексной переработке отходов на судне
241 Основные энергетические показатели судовых отходов в СКПО
242 Определение количества теплоты при использовании осадка СВ и пищевых отходов
243 Расчет количества теплоты при использовании обезвоженного нефтепродукта
244 Оценка количества теплоты при переработке сухого мусора
245 Определение суммарного количества теплоты при переработке всех видов отходов на СКПО
246 Расчет количества пара в котлоагрегате в результате использования суммарного количества теплоты
25 Выводы по главе
Глава 3 Создание математических моделей систем судна комплексной переработки отходов
31 Экспериментальные исследования процесса подготовки осадка СВ к анаэробному сбраживанию
311 Принципиальная схема экспериментального стенда и его расчет
312 Уточнение количества взвешенных веществ и определение влажности подготовленного осадка СВ
32 Статистическое исследование удельной теплоты сгорания каждого продукта переработки отходов на судне
321 Определение средневероятностной удельной теплоты сгорания биогаза
322 Вычисление средневероятностной удельной теплоты сгорания обезвоженного нефтепродукта
323 Исследование средневероятностной удельной теплоты сгорания подготовленного к сжиганию судового мусора
324 Расчет средневероятностной удельной теплоты сгорания органического шлама
33 Математическое описание основных систем перерабатывающего комплекса судна
331 Расчет СОСВ
332 Моделирование СОНВ
333 Система производства биогаза и система обезвреживания пищевых отходов
334 Система переработки сухого мусора
335 Главный автономный котлоагрегат
34 Математическое моделирование систем комплексной переработки отходов
341 Создание математических моделей систем СКПО
342 Оценка адекватности математической модели
35 Выводы по главе
Глава 4 Методика проектирования систем комплексной переработки отходов
41 Создание новой принципиальной схемы систем СКПО
42 Разработка методики проектирования комплекса систем с использованием математических моделей
421 Исходные данные для проектирования комплекса систем
422 Разработка алгоритма проектирования комплекса систем
43 Внедрение методики проектирования комплекса систем
431 Подготовка нормативной базы для внедрения методики проектирования
432 Проектирование СКПО на базе теплохода типа "ОС" проекта 354К
44 Социально-экологический и экономический эффект от внедрения методики проектирования систем комплексной переработки отходов
441 Социально-экологический эффект
442 Экономический эффект
45 Выводы по главе 137 Заключение 138 Список библиографических источников 140 Приложения 155 Приложение 1 Требования регламентирующей документации природоохранной деятельности на водном транспорте 156 Приложение 2 Данные для проведения статистического исследования объемов судовых отходов по судоходному участку
Введение:
Актуальность работы. Интенсивное развитие судоходства на внутренних водных путях России привело к строительству качественно нового флота: с мощными энергетическими установками, высокими грузоподъемностью, пассажировместимостью и скоростью. В процессе эксплуатации данных судов при проведении производственной и общесудовой деятельности на борту непрерывно образуется ряд твердых, жидких и газообразных отходов, подлежащих нейтрализации и удалению [51].
В настоящее время на флоте преимущественно применяются два способа решения проблемы эксплуатационных судовых отходов [110, 126].
Первый — раздельное накопление всех видов отходов для сдачи на берег. Недостатком его является необходимость иметь на борту емкости, что требует дополнительных помещений и уменьшает провозную способность, а также использовать вспомогательные суда для доставки отходов на береговые предприятия переработки, спецпричалы и прочую инфраструктуру. Как вариант этого способа можно выделить раздельное накопление всех видов отходов для сдачи на специальные суда. Второй — переработка отходов на борту судна при помощи специальных систем для очистки сточных (СВ) и нефтесодержащих (НВ) вод, а также инсинераторов. К недостаткам относятся сложность и дороговизна специальных систем, а также специального обслуживания, необходимость дополнительных затрат энергии. В большинстве своем системы переработки являются отдельными, не взаимодействующими. Для ряда речных судов установка такого оборудования на борту невозможна.
Также необходимо учитывать то обстоятельство, что в 95 % всех эксплуатационных судовых отходов имеется "скрытая" энергия в виде теплоты при сгорании, которая до сих пор не получила широкого применения.
Указанные недостатки существующей системы комплексного обслуживания флота (КОФ) и систем переработки отдельных видов отходов явились поводом для поиска новых подходов к комплексному решению проблемы эксплуатационных судовых отходов.
Проведенный анализ работ различных российских и зарубежных ученых, к которым относятся Баранов А.Л., Богатых С.А., Васильев JLA., Волков Л.С., Карастелев Б.Я., Кульский JLA., Курников А.С, Лукиных Н.Л., Решняк В.И., Стаценко В.Н., Этин В.Л., Яковлев С.В. Баадер В., Бойлс Д., Бренндерфер М., Доне Е., Заборски О., Соуфер С., Рандольф Р. и др., показывает, что разработки и исследования, проводимые ими, ориентированы не на решение общей проблемы проектирования систем для утилизации отходов, а на частные вопросы. Дальнейшее решение проблемы сдерживается отсутствием комплексных исследований систем переработки различных видов отходов с учетом их взаимодействия в целях повышения эффективности, экономичности и экологичности.
Комплексный метод при проектировании судовых систем позволяет производить эффективную переработку и утилизацию основных видов судовых отходов, используя универсальные технологии обработки различных сред с одновременным уменьшением антропогенной нагрузки на окружающую среду. Таким образом, проблема проектирования систем для переработки, утилизации и рекуперации судовых отходов актуальна и требует скорейшего разрешения.
Целью диссертационной работы является создание научно-обоснованной методики проектирования взаимодействующих систем для судна комплексной переработки отходов (СКПО), обеспечивающих переработку и утилизацию эксплуатационных судовых отходов с одновременным получением энергии за счет их рекуперации.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. На основе анализа современных средств и технологий обработки судовых отходов предложить способы совершенствования систем их переработки.
2. Провести статистическое исследование по основным видам судовых отходов на отдельном судоходном участке.
3. Определить необходимую производительность систем переработки отходов.
4. Разработать математическое описание процессов переработки СВ, НВ, судового мусора, пищевых отходов и элементов аппаратов с учетом особенностей их работы в судовых системах.
5. Оценить количество теплоты, получаемое при комплексной переработке отходов на судне. Составить энергетический баланс СКПО.
6. Провести экспериментальные исследования по определению неизвестных величин — влажности и содержания взвешенных веществ (ВВ) в подготовленном к анаэробному сбраживанию осадке СВ.
7. Произвести математическое моделирование систем переработки отходов с учетом их взаимодействия.
8. Разработать новую принципиальную схему систем СКПО.
9. Дать социально-экологическую и экономическую оценки предлагаемым мероприятиям.
Объектом исследования является комплекс систем СКПО для переработки, утилизации и рекуперации основных видов эксплуатационных судовых отходов, содержащий взаимодействующие перерабатывающие и энергетические системы.
К предмету исследования относятся процессы, протекающие при переработке, утилизации, рекуперации и использовании теплоты сгорания основных видов эксплуатационных судовых отходов в системах СКПО.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Впервые научно обоснована концепция совершенствования технологий переработки эксплуатационных судовых отходов путем рекуперации скрытой в них тепловой энергии, а также использования взаимодействия систем комплекса, что упрощает процессы и повышает качество очистки загрязненных сред.
2. Исследованы и определены параметры подготовленных к сжиганию судовых отходов и продуктов их переработки: их количества по видам, средневероятностные значения теплоты сгорания. Проведены экспериментальные исследования по оценке величин влажности и содержания ВВ в подготовленном к анаэробному сбраживанию осадке СВ.
3. Впервые разработаны и предложены математические модели систем для переработки и рекуперации основных видов судовых отходов на СКПО с учетом их взаимодействия. Доказана адекватность предложенной математической модели взаимодействующих систем рекуперации судовых отходов.
4. На основе математических моделей разработана новая принципиальная схема взаимодействующих систем переработки судовых отходов для СКПО, объединенных в единый комплекс. Создан алгоритм проектирования комплекса взаимодействующих систем, позволяющий принимать обоснованные технологические и конструкторские решения. Новизна подтверждена положительным решением о выдаче 2 патентов РФ на полезную модель № 2009104258/22 и № 2009111780/22.
Практическая ценность работы заключается в создании нового комплекса взаимодействующих систем СКПО для переработки, утилизации и рекуперации основных видов эксплуатационных судовых отходов, а также в разработке методики проектирования данного комплекса систем.
Использование результатов работы позволяет:
1. Производить переработку, утилизацию и рекуперацию всех основных видов эксплуатационных судовых отходов (СВ, НВ, судового мусора и пищевых отходов) в комплексе систем СКПО.
2. Разработать новую, защищенную патентом, принципиальную схему комплекса взаимодействующих систем для СКПО, а также отдельных систем переработки основных видов отходов: очистки СВ (СОСВ), очистки НВ (СОНВ), системы переработки судового мусора, станции производства биогаза, системы обезвреживания пищевых отходов, системы термической утилизации отходов в котлоагрегате.
3. Значительно снизить затраты нефтяного топлива за счет использования на СКПО в качестве его заменителя продуктов переработки отходов.
4. Снизить за счет применения комплексного подхода и взаимодействия систем СКПО энергозатраты при переработке и утилизации основных видов эксплуатационных судовых отходов.
5. Разработать методику проектирования объединенного комплекса взаимодействующих систем экологического назначения для СКПО, позволяющую принимать обоснованные технологические и конструкторские решения.
6. Рассчитать эксплуатационные параметры работы указанного комплекса систем СКПО.
Реализация результатов работы выражается в следующем:
1. Технические условия ТУ 4859-001-03149576-2007 на СОСВ со станциями типа "СОСВ-5", "СОСВ-Ю", "СОСВ-20". Высокая надежность предлагаемых систем одобрена Регистром, Роспотребнадзором и Ростехнадзором.
2. Положительное решение о выдаче патента РФ на полезную модель на комплекс систем для мобильной станции переработки эксплуатационных судовых отходов с целью их последующей рекуперации № 2009104258/22.
3. Положительное решение о выдаче патента РФ на полезную модель на плавучий туристический комплекс, содержащий буксировочное судно с комплексом систем для переработки и рекуперации отходов №2009111780/22.
4. Методика проектирования предложена для переоборудования серийного теплохода типа "ОС" проекта 354К в СКПО, предназначенное для обслуживания пассажирского флота на судоходном участке с центром в г. Н.Новгород.
Достоверность полученных результатов обеспечивается применением современных методов теоретических и экспериментальных исследований. Экспериментальные исследования проводились с использованием известных (стандартных) методик и приборов для определения контролируемых показателей и характеристик. Обработка результатов производилась с помощью метода корреляционно-регрессионного анализа на основе известных зависимостей гидродинамических, физических и химических процессов, происходящих в системах СКПО. Адекватность модели подтверждена сопоставимостью аналитических и экспериментальных результатов.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на следующих мероприятиях: выставка в рамках международного промышленно-экономического форума "Россия единая" (Н. Новгород, Нижегородская ярмарка 2006); Всероссийская конференция студентов и аспирантов по приоритетному направлению "Рациональное природопользование" (Ярославль, 2006); Всероссийская молодежная научно-техническая конференция "Новые технологии водного транспорта" (Н. Новгород, 2007); конкурс "Молодые ученые транспортной отрасли 2007" (Ростов-на-Дону, 2007); научно-методическая конференция профессорско-преподавательского состава ВГАВТ "Транспорт-XXI век" (Н. Новгород,
2007); ежегодный научно-практический форум "Великие реки" (Н.Новгород, 2007 и 2008); VIII Всероссийская выставка НТТМ-2007 (Москва, 2007); областной конкурс молодежных инновационных команд РОСТ "Россия. Ответственность. Стратегия. Технологии." (Н. Новгород, 2008); ежегодная ярмарка "Инновации Нижегородцев - экономике региона" (Н. Новгород,
2008); конференция аспирантов и молодых ученых ВГАВТ (Н.Новгород, 2008); XIII Нижегородская сессия молодых ученых (пане. "Татинец", 2008); VI Приволжская Ярмарка "Российским инновациям - российский капитал" (Н.Новгород, 2008); конкурс "Ползуновские гранты" (Барнаул, 2008); конкурс на право проведения НИОКР "У.М.Н.И.К.-НН" (Н. Новгород, 2009). Автор удостоен различных дипломов, сертификатов и государственных наград (Приложение 6). В их числе: "Премия для поддержки талантливой молодежи первой степени" (грант Президента РФ); финансирование проекта в рамках федеральной программы "Участник молодежного научно-инновационного конкурса" (У.М.Н.И.К.-2007 и У.М.Н.И.К.-2008); золотая медаль выставки НТТМ-2007 "За успехи в научно-техническом творчестве"; стипендия имени академика Г.А. Разуваева (диплом лауреата № 1554); специальная стипендия Президента Российской Федерации.
Публикации. Список публикаций по материалам диссертации состоит из 16 работ, в том числе 1 работа в реферируемом ВАК журнале, 2 положительных решения о выдаче патента России.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка использованной литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 139 страницах машинописного текста и включает 39 рисунков и 43 таблицы. Список литературы состоит из 151 наименования.
