Оценка экономической эффективности

До проведення практичних занять

з дисципліни: «Екологія та охорона навколишнього середовища»

освітньо-кваліфікаційний рівень

бакалавр

галузь знань:

0701 «Транспорт і транспортна інфраструктура»

напрям підготовки:

6.070104 «Морський та річковий транспорт»

професійне спрямування:

«Судноводіння»

«Експлуатація суднових енергетичних установок»

«Експлуатація суднового електрообладнання і засобів автоматики»

курс: перший, другий, третій

 

форма навчання: денна / заочна

 

 

м. Херсон 2016 р.

Методичні рекомендації до проведення практичних занять з дисципліни «Екологія та охорона навколишнього середовища» розробив у відповідності з робочою навчальною програмою д.т.н., професор кафедри управління судном Лєонов В.Є. та асистент кафедри управління судном Пустова С.М.(російською мовою).

 

 

Методичні рекомендації до проведення практичних занять розглянуто та схвалено на засіданні кафедри управління судном

серпня 2016 р. протокол № 1

 

 

д.т.н., професор кафедри управління судном ____________ В.Є.Лєонов

^{(підпис)}

 

 

Завідувач навчально-методичного відділу ______________ В.В.Черненко

^{(підпис)}

Содержание

Практическое занятие № 1. Расчёт предотвращённого ущерба от отработанных газов судовых энергетических установок (СЭУ) при работе на разных видах топлив
Список рекомендованной литературы
Приложение №1
Приложение №2
Практическое занятие № 2.Предотвращение загрязнения морской среды от соединений тяжёлых металлов и нефтепродуктов
Список рекомендованной литературы
Приложение№1
Практическое занятие № 3.Экономическая эффективность проведения водозащитных мероприятий
Список рекомендованной литературы
Приложение №1
Приложение №2

Практическое занятие № 1

Тема: Расчёт предотвращённого ущерба от отработанных газов судовых энергетических установок (СЭУ) при работе на разных видах топлив

Введение

На часть отработанных газов СЭУ приходится 50-60% основных загрязнителей атмосферного воздуха, в мегаполисах уровень загрязнения еще выше - 85-90%.

В данной работе приведенная методика расчетов абсолютного и предотвращенного ущерба, наносимого воздушному бассейну отработанными газами СЭУ.

Только от одного улучшения качества исходного топлива можно в значительной мере снизить социально-экологический ущерб воздушному бассейну. В совокупности с комплексом инженерных методов защиты окружающего среды использования на борту судна оборудования и устройств нейтрализации материальных и энергетических отходов, снижение вреда будет выше.

 

Цель работы

1. Освоить методику определения предотвращённого ущерба от отработанных газов СЭУ при работе на разных видах топлив.

2. Определить абсолютный ущерб от воздействия токсикантов отработанных газов СЭУ воздушному бассейну при работе на разных видах топлив.

3. Определить величину предотвращённого ущерба от отработанных газов СЭУ при работе на разных видах топлив.

4. Определить величину удельного ущерба воздушному бассейну при работе на разных видах топлив.

5. Определить оценку экономической эффективности целесообразного перехода с высокосернистого дизельного топлива на топливо с более низким содержание серо соединений.

6. Разработать технические рекомендации по снижению ущерба от отработанных газов СЭУ при работе на разных видах топлив [5].

Теоретическая часть

В результате антропогенной деятельности в промышленности, транспорте, сельском хозяйстве, военно-промышленном комплексе наносится ущерб окружающей среде, обусловленный оборудованием материальных и энергетических отходов. В результате совокупного действия этих факторов на окружающую среду нарушается один из основных законов экологии - принцип взаимосвязи, рационального взаимодействия человека с окружающей средой. Ущерб проявляется в сокращении плодородных земель и лесных массивов, загрязнении водного и воздушного бассейна, литосферы, эрозии грунта, создании условий для "парникового" эффекта планеты, уничтожении защитного «озонового слоя», повышении уровня заболеваний человека и снижение его иммунной системы.

Ущерб, наносимый окружающей среде, распределяется следующим образом между оболочками Земли:

- воздушный бассейн 70%;

- водный бассейн 20%;

- литосфера 10%.

Абсолютный ущерб может быть рассчитан в зависимости от совокупного действия вредных веществ, выделяемых при эксплуатации судна, наносимый морской, окружающей среде.

Предотвращённый ущерб определяется по разнице величин абсолютных ущербов на разных видах топлив.

Для снижения уровня деградации окружающей среды необходимо, чтобы совокупная величина абсолютного ущерба стремилась к нулю, а величина предотвращенного ущерба была максимальной.

Ужесточение требований по содержанию серосоединений в судовом топливе может решаться тремя путями:

1) использованием вместо судового мазута дистиллятов - газойля, дизельного топлива, вакуумного газойля, однако стоимость такого топлива в среднем на 250 долл. дороже высокосернистого мазута;

2) очистка отработанных газов при помощи очистных систем. Этот вариант позволяет применять топливо с любым содержанием серы и очищать его до требуемых норм. Но стоимость таких систем несколько миллионов евро, к тому же они занимают приличный объём до 500 м³, что уменьшает полезный объём судна.

3) переход на СПГ (сжиженный природный газ) - экономически выгодно и не требует больших дополнительных вложений по переоборудованию судов, однако ресурсы СПГ недостаточны.

 

Практическая часть

В результате сжигания углеводного топлива в СЭУ образуются отработанные газы, которые содержат больше 250 наименований токсикантов, основные из которых диоксид углерода, оксид углевода, сажа, тяжелые металлы, оксиды серы и азота.

Основные виды топлива, которые используются в СЭУ:

1. дизельное топливо (лёгкое, среднее, тяжёлое);

2. флотский мазут;

3. сжиженная фракция «пропан-бутан»;

4. сжиженный природный газ;

5. водно-топливные эмульсии.

В перспективе будет использоваться в качестве топлива для СЭУ водород, сероводород [5].

ОГН

СЭУ

В

ТВС

Q

ТИ

T=500ºC

ОГН

Т

А

ОГО

КН

Т - топливо, В- воздух, ТВС - топливо воздушная смесь,

Q - тепло, выделяемое при сжигании топлива,

А - робота;

ОГ^О – очищенные отработанные газы;

ОГ^Н – неочищенные отработанные газы;

ТИ - тепловой импульс, КН - каталитический нейтрализатор.

Рисунок 1 - Принципиальная схема работы СЭУ и получения отработанных газов.

 

Абсолютный ущерб, наносимый отработанными газами СЭУ, Y, грн./год, определяется по формуле [5]:

 

Y=γ*σ*f*M, (1)

 

де γ – константа, численное значение которой равно 48, грн./усл.т;

σ – показатель относительной опасности загрязнения атмосферного воздуха на разных территориях [5], в работе принимается σ=4;

f – поправка, которая учитывает характер рассеяния массы в атмосфере. При скорости оседания массы со скоростью меньше 1 см/с, определяется по формуле:

 

f =[100/(100+φ*h)]*[4/(1+υ)], (2)

 

де h –геометрическая высота выхлопной трубы от выхода из СЭУ до устья выхлопа, м (принимается в зависимости от проекта судна);

υ – среднегодовое значение модуля скорости ветра на уровне флюгера, применяется равным 3 м/с;

φ – безразмерная поправка на тепловой подъем факела выброса в атмосфере, определяется по формуле:

 

φ=1+∆T/75, (3)

 

де ∆T – среднегодовая разница температур на выходе из устья выхлопной трубы и в атмосфере, °C, определяется по формуле:

∆T=T-t (4)

 

T - максимальная температура воздуха в 13 ⁰⁰ наиболее жаркого месяца года данного региона [3], ⁰С;

где t – температура отработанных газов СЭУ на выходе из СЭУ, °C.

M – приведенная масса годового выброса вредных компонентов отработанных газов, поступающих в атмосферный бассейн, усл.т/год, определяется по формуле [5]:

_N

M=∑А_i*m_i (5)

ⁱ⁼¹

 

де А_i – показатель относительной опасности вредного компонента i-го вида, усл.т/т;

N – число компонентов отработанного газа;

m_i – масса выброса вредного компонента i-го вида, т/год.

Предотвращённый ущерб, П, грн./год, полученный в результате перехода на менее токсичное топливо определяется по формуле:

 

П=Y_ДТ1–Y_ДТ2, (6)

 

где Y_ДТ1, Y_ДТ2 – абсолютный ущерб, наносимый воздушному бассейну при работе на разных видах топлив (ДТ₁, ДТ₂)

Удельный предотвращённый ущерб, грн./т, по формуле:

 

П_ПИТ. = П/Q, (7)

 

де Q – масса используемого топлива, т/год.

Приведенная масса выбросов загрязнений, т/год, при работе СЭУ на ДТ₁определяется по формуле:

 

М_ДТ1=Q(С_СО^ДТ1*А_СО+С_Nox^ДТ1*А_NOx+С_SO2^ДТ1*А_SO2+С_CHx^ДТ1*А_CHx+С_сажа^ДТ1*А_сажа) (8)

 

Абсолютный ущерб, грн./год, при работе СЭУ на ДТ₁ определяется по формуле:

 

Y_ДТ1=γ*σ*f*M_ДТ1 (9)

 

Приведенная масса выбросов загрязнений, т/год, при работе СЭУ на ДТ₂определяется по формуле:

 

М_ДТ2=Q(С_СО^ДТ2*А_СО+С_Nox^ДТ2*А_NOx+С_SO2^ДТ2*А_SO2+С_CHx^ДТ1*А_CHx+С_сажа^ДТ2*А_сажа)(10)

 

Абсолютный ущерб, грн./год, при работе СЭУ на ДТ₂ определяется по формуле:

 

Y_ДТ2=γ*σ*f*M_ДТ2 (11)

 

Величина предотвращённого ущерба, грн./год, определяется по формуле:

 

П=Y_ДТ1–Y_ДТ2 (12)

 

Величина удельного предотвращённого ущерба, грн./т, определяется по формуле:

 

П_ПИТ. = П/Q, (13)

4. Пример расчёта

Вариант №

Исходные данные (при %МК=4,5%)

Q=50000 т/год

t=35°C

T=500°C

σ=4

γ=48 грн./усл.т

h=20 м

υ=3 м/с

 

Молекулярная масса метил меркаптана (МК)%

CH₃SH = 12+3+32 +1 =М_МК=48

1.1. Масса метил меркаптана в дизельном топливе (ДП) определяется по формуле:

m_{МК 4,5} = Q * %МК= 50000 т/год * 4,5% / 100% = 2250т/год

1.2. Сколько образуется SO2 при сжигании МК:

CH₃SH + 3O₂ → SO₂ +CO₂ + 2H₂O

Переведем массу МК в объём:

m_{МК 4,5} * 10³ * 22,4 / М_МК = 2250т/год * 10³ * 22,4 / 48 = 1050000 м³/год

1.3. Масса SO₂:

m_{SO2 4,5}= 1050000 м³/год * 64 10^-3/ 22,4 = 3000 т/год

1.4. Эмиссия SO2:

С_SO24,5 = m _SO2 / Q = 3000 т /год * 10³ / 50000 т /год = 60 кг/т

1.5. Приведенная масса годового выброса СO:

М_СO= Q * С_СО * А_СО = 50000 т/год *23*1*10^-3 = 1150,00 усл.т./год

Приведенная масса годового выброса NO_x:

М_NOx= Q * С_NOx * А_NOx = 50000 т/год *41*41*10^-3 = 84050,00 усл.т./год

Приведенная масса годового выброса SO₂:

М_{SO2 4,5}=Q * С_SO2 * А_SO2 = 50000 т/год * 60 *22,8*10^-3 = 68400 усл.т./год

Приведенная масса годового выброса CHx:

М_CHx= Q * С_CHx * А_CHx = 50000 т/год *11*3,16*10^-3 = 1738,00 усл.т./год

Приведенная масса годового выброса сажи:

М_сажа = Q * С_сажа * А_сажа = 50000 т/год *8*250*10^-3 = 100000,00 усл.т./год

Суммарная масса выбросов загрязнений при работе СЭУ на ДТ_4,5:

ΣM_4,5=М_SO2+М_СO+М_NOx+М_CHx+М_сажа= 68400 +1150+84050+1738+100000 =

= 255338усл.т./год

1.6. Безразмерная поправка на тепловой подъем факела выброса в атмосферу определяется за формулой [5]:

φ=1+∆T/75=1+465°C/75=7,2

где ∆T=T-t=500°C-35°C=465°C,

Поправка, определяющая характер рассеяния массы в атмосфере, определяется по формуле (3) [5]:

f=[100/(100+7,2· 20)]*[4/(1+3)]= 0,41

1.7. Абсолютный ущерб определяется по формуле:

Y=γ*σ*f*ΣM

У_4,5%= 48·4· 0,41 ·255338=20092170,49 грн./год

1.8. Масса выбросов загрязнений при работе СЭУ ДТ_4,5% после каталитического нейтрализатора (К) определяется по формуле:

М_к=Q*(С_СОк*А_СО+С_NОxк*А_Nox+С_SO2к*А_SO2+С_CHxк*А_CHx+С_сажак*А_сажа),

α=95%

m_{SO2 к}= (1-95/100) *m_SO2=(1-95/100) *3000 т/год= 150 т/год,

что соответствует: С_{SO2 к}= 150000кг/т/50000т/год=3кг/т

М_SO2к=50000т/год(3*22,8)10^-3=34200,00 усл.т./год;

У_SO2к=48·4*0,41*34200,00 =269114,75 грн./год

ΣМ_к=50000т/год((10*1+15*41+ 3 *22,8+3*3,16+1*250)10^-3=

= 47644,00 усл.т./год;

Абсолютный ущерб после каталитического нейтрализатора определяется по формуле:

У_4,5%к=48·4* 0,41 *47644,00 =3749036,07 грн./год

Предотвращенный ущерб после каталитического нейтрализатора определяется по формуле:

Пк=У_4,5%–У_к= 20092170,49 - 3749036,07=16343134,43 грн./год

Величина удельного предотвращённого ущерба определяется по формуле:

Ппит к=16343134,43/50000=326,86 грн./т

Исходные данные (при %МК=3,5%)

1.1. Масса метил меркаптана в дизельном топливе (ДП) определяется по формуле:

m_{МК 3,5} = Q * %МК= 50000 т/год * 3,5% / 100% = 1750,00 т/год

1.2. Сколько образуется SO2 при сжигании МК:

CH₃SH + 3O₂ → SO₂ +CO₂ + 2H₂O

Переведем массу МК в объём:

m_{МК 3,5} * 10³ * 22,4 / М_МК = 1750,00т/год * 10³ * 22,4 / 48 = 816666,67 м³/год

1.3. Масса SO₂:

m_{SO2 3,5}= 816666,67 м³/год * 64 10^-3/ 22,4 = 2333,33 т/год

1.4. Эмиссия SO₂:

С_{SO2 3,5} = m_SO2 / Q = 2333,33 т/год * 10³/ 50000 т/год = 46,67 кг/т

1.5. Приведенная масса годового выброса СO:

М_СO= Q * С_СО * А_СО = 50000 т/год *23*1*10^-3 = 1150,00 усл.т./год

Приведенная масса годового выброса NO_x:

М_NOx= Q * С_NOx * А_NOx = 50000 т/год *41*41*10^-3 = 84050,00 усл.т./год

Приведенная масса годового выброса SO₂:

М_{SO2 3,5}=Q * С_SO2 * А_SO2 = 50000 т/год * 46,67 *22,8*10^-3 = 53200,00 усл.т./год

Приведенная масса годового выброса CHx:

М_CHx= Q * С_CHx * А_CHx = 50000 т/год *11*3,16*10^-3 = 1738,00 усл.т./год

Приведенная масса годового выброса сажи:

М_сажа = Q * С_сажа * А_сажа = 50000 т/год *8*250*10^-3 = 100000,00 усл. т./год

Суммарная масса выбросов загрязнений при работе СЭУ на ДТ_3,5:

ΣM_3,5=М_SO2+М_СO+М_NOx+М_CHx+М_сажа= 53200,00 +1150+84050+1738+100000 =

= 240138,00усл.т./год

1.6. Безразмерная поправка на тепловой подъем факела выброса в атмосферу определяется за формулой [5]:

φ=1+∆T/75=1+465°C/75=7,2

де ∆T=T-t=500°C-35°C=465°C,

Поправка, определяющая характер рассеяния массы в атмосфере, определяется по формуле (3) [5]:

f=[100/(100+7,2· 20)]*[4/(1+3)]= 0,41

1.7. Абсолютный ущерб определяется по формуле:

Y=γ*σ*f*ΣM

У_3,5%= 48·4· 0,41 ·240138,00=18896104,92 грн./год

1.8. Предотвращенный ущерб при переходе на менее токсичное топливо:

П=У_4,5%–У_3,5%= 20092170,49 - 18896104,92 = 1196065,57 грн./год

1.9. Величина удельного предотвращённого ущерба определяется по формуле:

П_ПИТ.= П/Q=1196065,57/50000=23,92 грн./т

Исходные данные (при %МК=1,0%)

1.1. Масса метил меркаптана в дизельном топливе (ДП) определяется по формуле:

m_{МК 1,0} = Q * %МК= 50000 т/год * 1,0% / 100% = 500,00т /год

1.2. Сколько образуется SO2 при сжигании МК:

CH₃SH + 3O₂ → SO₂ +CO₂ + 2H₂O

Переведем массу МК в объём:

m_{МК 1,0} * 10³ * 22,4 / М_МК = 500,00т /год * 10³ * 22,4 / 48 = 233333,33м³/год

1.3. Масса SO₂:

m_{SO2 1,0}= 233333,33 м³/год * 64 10^-3/ 22,4 = 666,67 т/год

1.4. Эмиссия SO₂:

С_{SO2 1,0} = m_SO2 / Q = 666,67 т/год * 10³/ 50000 т/год = 13,33 кг/т

1.5. Приведенная масса годового выброса СO:

М_СO= Q * С_СО * А_СО = 50000 т/год *23*1*10^-3 = 1150,00 усл.т./год

Приведенная масса годового выброса NO_x:

М_NOx= Q * С_NOx * А_NOx = 50000 т/год*41*41*10^-3 = 84050,00 усл.т./год

Приведенная масса годового выброса SO₂:

М_{SO2 1,0}=Q * С_SO2 * А_SO2 = 50000 т/год * 13,33 *22,8*10^-3 = 15200,00 усл.т./год

Приведенная масса годового выброса CHx:

М_CHx= Q * С_CHx * А_CHx = 50000 т/год *11*3,16*10^-3 = 1738,00 усл.т./год

Приведенная масса годового выброса сажи:

М_сажа = Q * С_сажа * А_сажа = 50000 т/год *8*250*10^-3 = 100000,00 усл.т./год

Суммарная масса выбросов загрязнений при работе СЭУ на ДТ_1,0:

ΣM_1,0=М_SO2+М_СO+М_NOx+М_CHx+М_сажа= 15200,00 +1150+84050+1738+100000=

= 202138,00усл.т./год

1.6. Безразмерная поправка на тепловой подъем факела выброса в атмосферу определяется за формулой [5]:

φ=1+∆T/75=1+465°C/75=7,2

де ∆T=T-t=500°C-35°C=465°C,

Поправка, определяющая характер рассеяния массы в атмосфере, определяется по формуле (3) [5]:

f=[100/(100+7,2· 20) ]*[4/(1+3)]= 0,41

1.7. Абсолютный ущерб определяется по формуле:

Y=γ*σ*f*ΣM

У_1,0%= 48·4· 0,41 ·202138,00= 15905940,98 грн./год

1.8. Предотвращенный ущерб при переходе на менее токсичное топливо:

П=У_4,5%–У_1,0%= 20092170,49 - 15905940,98 = 4186229,51 грн./год

1.9. Величина удельного предотвращённого ущерба определяется по формуле:

П_ПИТ.= П/Q=4186229,51/50000=83,72 грн./т

 

Исходные данные (при %МК=0,1%)

1.1. Масса метил меркаптана в дизельном топливе (ДП) определяется по формуле:

m_{МК 0,1} = Q * %МК= 50000 т /год * 0,1% / 100% = 50,00т/год

1.2. Сколько образуется SO2 при сжигании МК:

CH₃SH + 3O₂ → SO₂ +CO₂ + 2H₂O

Переведём массу МК в объем:

m_{МК 0,1} * 10³ * 22,4 / М_МК = 50,00т /год * 10³ * 22,4 / 48 = 23333,33 м³/год

1.3. Масса SO₂:

m_{SO2 0,1}= 23333,33 м³/год * 64 10^-3/ 22,4 = 66,67 т/ год

1.4. Эмиссия SO₂:

С_{SO2 0,1} = m_SO2 / Q = 66,67 т/год * 10³/ 50000 т/год = 1,33 кг/т

1.5. Приведенная масса годового выброса СO:

М_СO= Q * С_СО * А_СО = 50000 т/год *23*1*10^-3 = 1150,00 усл. т./год

Приведенная масса годового выброса NO_x:

М_NOx= Q * С_NOx * А_NOx = 50000 т/год *41*41*10^-3 = 84050,00 усл.т./год

Приведенная масса годового выброса SO₂:

М_{SO2 0,1}=Q * С_SO2 * А_SO2 = 50000 т/год * 1,33 *22,8*10^-3 = 1520,00 усл.т./год;

Приведенная масса годового выброса CHx:

М_CHx= Q * С_CHx * А_CHx = 50000 т/год *11*3,16*10^-3 = 1738,00 усл. т./год

Приведенная масса годового выброса сажи:

М_сажа = Q * С_сажа * А_сажа = 50000 т /год *8*250*10^-3 = 100000,00 усл.т./год

Суммарная масса выбросов загрязнений при работе СЭУ на ДТ_0,1:

ΣM_0,1=М_SO2+М_СO+М_NOx+М_CHx+М_сажа= 1520,00 +1150+84050+1738+100000 =

= 188458,00усл. т./год

1.6. Безразмерная поправка на тепловой подъем факела выброса в атмосферу определяется за формулой [5]:

φ=1+∆T/75=1+465°C/75=7,2

где ∆T=T-t=500°C-35°C=465°C.

Поправка, определяющая характер рассеяния массы в атмосфере, определяется по формуле (3) [5]:

f=[100/(100+7,2· 20)]*[4/(1+3)]= 0,41

1.7. Абсолютный ущерб определяется по формуле:

Y=γ*σ*f*ΣM

У_0,1%= 48·4·0,41·188458,00=14829481,97 грн./год

1.8. Предотвращенный ущерб при переходе на менее токсичное топливо:

П=У_4,5%–У_0,1%= 20092170,49 - 14829481,97 = 5262688,52 грн./год

1.9. Величина удельного предотвращённого ущерба определяется по формуле:

П_ПИТ.= П/Q=5262688,52/50000=105,25 грн./т

 

 

MK, % масс.	0,1		3,5	4,5
У, грн./год	14829481,97	15905940,98	18896104,92	20092170,49
У4,5 k				3749036,07

Рисунок 2 – Зависимость абсолютного ущерба (грн. / год) от содержания серосоединений (в пересчете на метилмеркаптан) в дизельном топливе, % масс.

Оценка экономической эффективности