Расчет количества вредных веществ, образующихся на корабле.

4.1. Загрязнение нефтепродуктами

Предотвращение загрязнения Мирового океана нефтепродуктами (НПр) – одна из глобальных задач, стоящих перед человечеством, ибо Мировой океан является источником кислородного обмена планеты и источником питания людей.

Одной из причин загрязнения водной поверхности нефтепродуктами является сброс с кораблей нефтесодержащих вод (НСВ).

Пленка НПр на водной поверхности любой толщины ухудшает газообмен между атмосферой и гидросферой, а содержащийся в воде кислород расходуется на биохимическое окисление НПр.

Особенно опасны для водоема донные отложения НПр, которые отличаются исключительной стойкостью. Они медленно подвергаются биохимическому окислению из-за низкой температуры воды и слабого проникновения света. При концентрации НПр 0,1 мг/л происходит гибель планктона.

Нефтесодержащие воды кораблей и судов представляют собой промывные воды танкеров (вода после помывки танкеров), балластные (вода принимается в топливные цистерны для обеспечения остойчивости корабля) и льяльные воды.

Льяльные воды образуются в процессе эксплуатации энергетических установок и представляют собой смесь пресной и морской воды, топлива и масел. Причина их образования – всевозможные протечки из систем, механизмов, арматуры.

Накопление льяльных вод зависит от водоизмещения корабля, типа установки, ее мощности и технического состояния. В соответствии с ОСТ 5.5270-75 количество НСВ, образующихся на судах приведено в таблице 3.

Таблица 3.

Полное водоизмещение судна D, т	Количество НСВ льяльных вод S м ³/сут	Полное водоизмещение судна D, т	Количество НСВ льяльных вод S^, м³/сут
До 100	0,1	1251-1500	1,8-2,5
101-250	0,1-0,3	1501-4000	2,5-6
251-500	0,3-0,6	4001-10000	6-10
501-750	0,6-0,9	10001-25000	10-20
751-1000	0,9-0,12	Свыше 25000	Свыше 20
1001-1250	1,2-1,8

Содержание НПр в льяльных водах составляет 2000-3000 мг/л, что во много раз превосходит верхний допустимый предел сброса НСВ за борт в открытом море (100 мг/л).

Для определения суточного накопления льяльных вод в научной литературе известны ряд соотношений, предложенные различными авторами для различных типов судов и кораблей:

1. Соотношение Маркевича В. А. для транспортного судна:

S = k*D^0.5*ω*m, м³/сут (1)

где k = коэффициент, учитывающий режим работы судна (k = 0,7 – для ходового режима; k = 0,1 – при стоянке в порту; k = 0,06 – при стоянке в ремонте);

D – полное водоизмещение, т;

ω – ежегодное приращение среднесуточного количества льяльных вод, м³/сут (ω = 0,2 – для ходового режима; ω = 0,12 – при стоянке в порту; ω = 0,07 – при стоянке в ремонте);

m – «возраст» судна, год.

3. Соотношение Якубовского Ю.В. для рыбодобывающих судов:

(2)

где DПБ – полное водоизмещение рыбообрабатывающего судна (плавбазы), т;

Di – полное водоизмещение i-го рыбодобывающего судна.

4. Соотношения Масютина А.Г. для боевых кораблей с паротурбинной (ПТУ) и газотурбинной (ГТУ) установками:

(3)

(4)

Где D – полное водоизмещение корабля, т;

τ – межремонтный период, сут.

Определив количество среднесуточного накопления льяльных вод следует определить способы их сбора, очистки и хранения шлама после очистки.

Величины остатка после очистки льяльных вод определяется соотношением:

(5)

где -величина остатка;

- концентрация НПр после очистки, = 8 кг/м³

Вместимость цистерн для сбора нефтесодержащих вод (НСВ), накапливающихся на судне за время стоянки в порту или нахождения в запретных для слива НСВ районах.

Суточное накопление НСВ для расчета вместимости сборных цистерн производится по формулам, приведенным выше () и уточняется заказчиком.

Минимальная вместимость цистерны для сбора шлама на кораблях, оснащенных гомогенезаторами, печами для сжигания шлама должна быть:

- = 1 м^3 – для судов валовой вместимостью 400 рег. Т и более, но менее 4000 рег.т, либо

- = 2 м^3 – для судов валовой вместимостью 4000 рег. Т и более.

При отсутствии средств утилизации и обработки шлама, объем цистерны определяется по формуле.

= k1*B*T (6)

где k1 = 0,01 – для кораблей, где тяжелое топливо подвергается сепарированию перед подачей в главный двигатель, либо k1 = 0,005 – для, не оборудованных сепараторами топлива;

В – суточное потребление топлива, т;

Т – минимальная продолжительность рейса между портами, где шлам может быть сдан на берег, сут.

Минимальная вместимость (м^3) цистерны для сбора шлама для новых судов, на которых топливные топки временно используются в качестве балластных, определяется по формуле:

= + k2 (7)

где - минимальная вместимость цистерны для сбора шлама (2);

k2 = 0,01 – для топливных танков тяжелого топлива;

k2 = 0,005 – для топливных танков дизельного топлива;

- вместимость топливных танков, временно используемых как балластные.

В соответствии с Приложением 1 Международной конвенции по предотвращению загрязнения моря с судов МАРПОЛ 73/78, НСВ с концентрацией НПр до 100 мг/л можно сбрасывать в море только за 12-мильной зоной и вне особых районов. При концентрации НПр до 15 мг/л НСВ можно сбрасывать в пределах 12-мильной зоны и в особых районах. Во внутренних водоемах и портах возможен сброс НСВ за борт с концентрацией НПр до 10 мг/л.

Таким образом, на судне должно быть предусмотрены средства очистки НСВ до определенной заказчиком концентрации содержании НПр.

Литература:

1. Зубрилов С. П. и др. Охрана окружающей среды при эксплуатации судов. – Л.: Судостроение, 1989, с. 22-59.

2. Нунукаров С. М. Предотвращение загрязнения моря судами. – М.: Транспорт, 1979, с. 121 – 163.

3. Макаревич В. А. Средства защиты моря от загрязнения при эксплуатации СЭУ. – Л.: Изд. ЛКИ, 1983, с. 7-32.

4.2 Загрязнение сточными водами

Жизнедеятельность экипажа корабля связана с потреблением воды для питьевых и хозяйственных нужд, кроме того эта вода используется в различных технологических процессах (например, на рыбообрабатывающих судах). В результате этого на корабле скапливаются сточные воды (СВ). В тех случаях, когда речь идет только о стоках мытьевой воды, включая стоки из камбуза, используют термин «хозяйственно – бытовая вода».

Стоки из гальюнов называют фановыми водами, эти стоки имеют большое количество органических, неорганических и биологических соединений.

В настоящее время приняты следующие контрольные показатели, по которым можно прямо или косвенно судить о степени загрязнения СВ:

- БПК5 – биохимическая потребность в кислороде в течение 5 суток. Определяется количеством кислорода, необходимого для биохимического разложения органических загрязнений, содержащихся в 1 литре СВ в течение 5 суток при температуре 20º С без доступа воздуха и света; измеряется в миллиграммах на литр (мг/л). С повышением содержания органических веществ в СВ значение БПК5 возрастает, что приводит к дополнительным затратам кислорода на окисление органических веществ и, следовательно, к уменьшению содержания кислорода в водоеме;

- ВВ – количество взвешенных веществ, содержащихся в 1 литре СВ; измеряется в миллиграммах на литр (мг/л) определяют ВВ путем фильтрации СВ и взвешиванием задержанных фильтром загрязнений. Повышения содержания ВВ в сбрасываемых СВ ведет к замутнению воды, что приводит в итоге к нарушению «пищевой решетки» водоема;

- Коли - индекс -количество бактерий группы «коли» (кишечная палочка), содержащихся в 1 литре СВ; измеряется в штуках (штаммах) на литр (шт/л). Например, 250/100 означает: 250 бактерий «коли» содержится в 100 мл исследуемой воды, или 2500 шт. в 1 л;

- рН – водородный показатель (безразмерная величина), характеризующий количество ионов водорода в растворе. В кислой среде рН<7, в нейтральной рН = 7, в щелочной рН>7. Водородный показатель во многом определяет метод очистки.

- прозрачность – позволяет косвенным путем оценивать степень загрязненности СВ, в среднем прозрачность СВ равна 1…2 см.

Существуют и другие показатели, характеризующие загрязненность СВ.

Состав судовых СВ, скапливающихся в сборной цистерненепостоянный, соотношение сточных и хозяйственно – бытовых вод изменяется в течение суток, зависит от режима работы судна (стоянка в порту или рейс) и других обстоятельств. Очевидна зависимость состава СВ от класса судна и его комфортности.

В литературе приводятся величины среднесуточного накопления СВ: по грузовому флоту 200…250 л/чел, по пассажирскому флоту 250…300 л/чел. Эти значения можно использовать для определения среднесуточного накопления СВ на конкретном корабле.

Видимо, количество СВ зависит от численности экипажа и уровня водопотребления на корабле. Исходя из этого, можно определить среднесуточное накопление фановых и сточных вод, используя следующие соотношения:

- суточное накопление фановых вод:

SФ = ПЭ (dП + dФ)* , м³/сут. (8)

где ПЭ – численность экипажа, чел.

dП – потребление 1 человеком питьевой воды, dП = 2500 мл в день;

dФ = 1600 мл в день.

Количество остатков после очистки:

УФ = СФ*SФ, кг/ м³⁽⁹⁾

где СФ = 15 кг/ м^3 – концентрация остатков в стоках.

- суточное накопление мытьевых вод:

SМ = ПЭ* dМ* , м³/сут. (10)

Где dМ – норма суточного расхода мытьевой воды, л/(чел в сут). Эта величина зависит от уровня комфортности судна, и, согласно, санитарных правил, может составлять 50, 100, 200 л/(чел в сут).

Количество влажных остатков:

УМ = СМ*SМ, кг/ м³. (11)

Где СМ = 10 кг/м³.

Таким образом, количество остатков после очистных операций на корабле:

У = УФ + УМ + УЛ + УСЕП + УТЕХ (12)

Где УСЕП – остаток после сепарации топлива и масла, УСЕП = СС*В;

СС = 18…20 кг/кг; В – суточный расход топлива.

УТЕХ – остаток после обработки технологических вод рыбообрабатывающего судна.

Для расчета накоплений СВ можно воспользоваться данными таблицы 4.

Таблица 4.

Уровень загрязнения судовых СВ.

Вид СВ	Объем образования	Уровень загрязнения
На человека в сутки л/(чел в сут)	Доля от общего объема,%	Органическими веществами БПК5, мг/л	Взвешенными частицами, мг/л	Бактериями, вирусами шт/л
Фановые	37,8		Высокий, до 600	Высокий до 600	Высокий 10^9
Камбузные	22,7		Высокий, до 600	Высокий, до 600	Средний до 10^6
Стоки из умывальников, душевых, ванн	90,8		Низкий не более 40	Средний менее 600, но не более 40	Низкий до 10^4

Определив накопление Св, следует решить вопрос о сборе, хранения и очистки этих вод.

Литература.

1. Средства очистки жидкостей на судах: Справочник/ Под общей редакцией Н. А. Иванова – Л.: Судостроение, 1984, с. 102-105,153-155, 183-199, 220-241.

2. Зубрилов С. П. и др. Охрана окружающей среды при эксплуатации судов. – Л.: Судостроение, 1989, с. 59-99.

3. Нунукаров С. М. Предотвращение загрязнения моря судами. – М.: Транспорт, 1979, с. 163-173.

4.3. Загрязнение мусором.

Жизнедеятельность экипажа корабля и пассажиров сопровождается образованием твердых и жидких отходов. К ним относится бумага, тряпки, упаковочные материалы (деревянные, картонные, металлические, стеклянные, пластмассовые), а также пищевые отходы.

Бытовые и твердые отходы собираются в специальные контейнеры, устанавливаемые в кормовой части судна, а пищевые отходы собирают в специальные баки.

При эксплуатации корабельной энергетики образуются твердые эксплуатационные отходы (ветошь, фильтры, дерево, резина и т. п).

Бытовые твердые отходы составляют большую часть скапливающего мусора.

Для определения количества мусора образовавшегося на корабле за одни сутки можно руководствоваться следующими нормами:

- сухой бытовой мусор dМУС = 0,002 м^3/(чел*сут);

- пищевые отходы dПИЩ = 0,003 м^3/(чел*сут).

Таким образом, зная численность экипажа корабля, легко определить количество образовавшегося мусора за сутки, после чего необходимо решить вопросы по сбору, хранению и утилизации этого мусора.

Литература:

1. Маркевич А. В. Средства защиты моря от загрязнения при эксплуатации СЭУ. – Л.: Изд. ЛКИ, 1983, с. 32-38.

2. Зубрилов С. П. и др. Охрана окружающей среды при эксплуатации судов. – Л.: Судостроение, 1989, с. 99-120.

4.4 Загрязнение атмосферы.

Газовые выбросы (дымовые газы) тепловых двигателей по характеру воздействия на организм человека, химической структуре и свойствам можно разделить на шесть основных групп:

1. Первую группу составляют нетоксичные вещества: азот N2, кислород О2, водород Н2, водяной пар Н2О и углекислый газ СО2.

2. Ко второй группе относится окись углерода СО – бесцветный газ, без вкуса и запаха, легче воздуха (удельная масса по отношению к воздуху 0,97), практически нерастворимый в воде. Воздействие СО на организм человека зависит от ее концентрации в атмосфере.

3. В третью группу входят окислы азота, главным образом окись и двуокись. Окись азота NO – бесцветный газ, двуокись NO2 – газ красновато-бурого цвета с характерным запахом, тяжелее воздуха. По действию на человеческий организм окислы азота значительно более опасны, чем окись углерода.

4. К четвертой группе самой многочисленной, относятся различные углеводороды (соединения типа CnHm), являющиеся представителями всех гомологических рядов: алканов, алкенов, алкадиенов, циаланов, а также ароматических соединений, в том числе концерагенов. Углеводороды токсичны и участвуют в фотохимических реакциях с окислами азота. Особое значение придают наиболее распространенному 3,4-бензипирену, обладающему высокой канцерогенной активностью.

5. В пятую группу входят альдегиды. В отработавших газах присутствуют, в основном, формальдегид и акромин.

6. В шестую группу выделяют сажу. Состав рабочей смеси характеризуется коэффициентом избытка воздуха α.

(13)

Где GB – расход воздуха, кг/ч; В – расход топлива, кг/ч; L0 – теоретически необходимое количество воздуха при сжигании 1 кг топлива (для дизельного топлива L0 = 14,30 кг/кг; для моторного топлива L0 = 14,46 кг/кг; для мазута L0 = 14,03 кг/кг).

Таблица 5.

Наименование примеси	Содержание в отработавших газах, %	Воздействие на человека при содержании примеси в воздухе
Окись углерода СО	0,005-0,5 (0,0008)	0,01 – отравление при длительном пребывании в воздухе, % 0,05 – отравление через 1 ч; 1,0 – потеря сознания после нескольких вздохов.
Окислы азота NO, NO2, N2O4, и др. (NOх)	0,004-0,2 (0,000009) в пересчете на N2O5	0,0001-0,0003-восприятие запаха; 0,0013 – раздражение слизистых оболочек; 0,004-0,008 – отек легких
Сернистый ангидрид SO2	0,003-0,05 (0,000012)	0,0017 – раздражение слизистых оболочек; 0,01 – отравление через 1 минуту
Акролеин альдегид акриловой кислоты СН2	0,001-0,004 (0,00008)	0,0005 – трудно переносима; 0,014 – приводит к смерти через 10 минут.
Формальдегид Н2С	4-7 см^3/м^3 (0,00001)	0,007 – раздражение слизистых оболочек, 0,018 – осложнения
Углеводороды; соединения типа CnHm	0,013-0,047	Раздражение слизистых оболочек, в соединении с окислами азота образуют смог
Твердый фильтрат отработавших газов (сажа) и несгоревшее топливо	0,01-0,5 мг/л (0,000038)	Загрязнение воздуха и воды, ухудшение видимости

Примечание: в скобках – допустимое содержание примесей в атмосферном воздухе.

Количество воздуха GB потребного для работы теплового двигателя зависит прежде всего от мощности двигателя и ряда других факторов. В расчетах можно считать, что количество образовавшихся отработанных газов приблизительно равно GB.

1. Для дизеля с турбонаддувом:

(14)

где g_е – эффективный удельный расход топлива, г/(кВт*ч). Его величина берется из справочных таблиц, если задан тип двигателя, или принимается из следующих рекомендуемых значений:

- для МОД (n_Д < 225 мин^-1) – 170…210;

- для СОД (225 < n_Д< 750 мин^-1) – 195…220;

- для ВОД (n_Д > 750 мин^-1) – 205…235;

- Для маломощных двигателей (N_e < 100кВт) – 235…260;

α – коэффициент избытка воздуха при сгорании, выбирается по опытным данным:

- для МОД α = 1,7…2,2;

- для быстроходных двигателей α = 1,6…1,8

φ_пр – коэффициент продувки

- для четырехтактных двигателей с наддувом φ_пр = 1,1…1,2

- для двухтактных двигателей с наддувом φ_пр = 1,4…2,0

При контурной системе газообмена продувочного воздуха требуется на 10…20% больше, чем при прямоточном.

Для судовых двигателей малой мощности с наддувом коэффициент продувки может доходить до 2,4.

L₀ – 14.3 кг/кг – теоретическое количество воздуха необходимое для сгорания 1 кг топлива.

2.Для газотурбинных двигателей:

(15)

Где α – коэффициент избытка воздуха, у современных ГТД α = 5…7

L₀ – 13.77 кг/кг для топлива ДТ–1 – теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива.

N_e – эффективная мощность ГТД, кВт.

η_e – эффективный КПД ГТД

η_e = η_цик* η_{к. с}* η_м;

здесь η_цик = 0,25…0,30 – КПД цикла;

η_{к. с} = 0,97…0,99 – КПД камеры сгорания;

η_м = 0,98…0,99 – механический КПД турбины и компрессора;

Q_Н^Р = 40500 кДж/кг.

Таким образом, мы располагаем количеством отработавших газов. Что непосредственно связано с определением характеристик их токсичности и величины тепловых выбросов.

4.4. 1. Определение количества токсичных газовых выбросов дизелей.

Нормы выброса токсичных составляющих в настоящее время разработаны для автомобильных и тепловозных двигателей. Имеются, нормы на выброс окиси углерода (ГОСТ 17.2.2.03-77), дымности дизелей (ГОСТ 19025-73) я ГОСТ 21393-75.

Для определения нормы выброса дизеля можно воспользоваться
ГОСТ 24585-81, в котором предусмотрено ограничение по выбросам
токсичных газов судовыми, тепловозными и промышленными дизелями
при их стендовых испытаниях. Нормируются следующие параметры
выбросов:

- удельный выброс NO_X – L_Nox;

- удельтный выброс СО - L_co

- выброс оксидов азота на 1 кг расхода топлива – L*_NOx;

- выброс окиси углерода на 1 кг расхода топлива – L*_СО.

Приведенные показатели определяются следующим соотношениями:

(17)

(18)

(19)

(20)

Где G_B – расход воздуха кг/с;

G_T – расход топлива, т/с.

N_E – эффективная мощность дизеля, кВт,

C_NOx – удельная теплоемкость оксида азота (зависит от температуры отработавших газов), кДж/(кг*к),

C_CO – удельная теплоемкость окиси углерода, кДж/(кг*к).

Удельная теплоемкость продуктов сгорания топлива показана в таблице 6.

Таблица 6.

t, º С	С_Н2	С_RO2	C_Н2О	С_О2	ν*10⁶, м²/с	λ, Вт/(м*к)	Pr
	1,293	1,60	1,493	1,305	11,9	0,0228	0,74
	1,295	1,70	1,505	1,318	20,8	0,0313	0,70
	1,307	1,863	1,545	1,355	43,9	0,0483	0,65
	1,327	1,99	1,590	1,40	73,0	0,0656	0,62
	1,353	2,09	1,640	1,434	107,0	0,0852	0,60
	1,380	2,17	1,695	1,465	146,0	0,100	0,58
	1,404	2,235	1,750	1,490	188,0	0,1175	0,57
	1,425	2,290	1,804	1,513	234,0	0,1350	0,55
	1,445	2,340	1,854	1,530	282,0	0,1535	0,53
	1,462	2,375	1,900	1,548	333,0	0,1735	0,51
	1,477	2,408	1,943	1,563	389,0	0,1897	0,49
	1,490	2,438	1,984	1,576	450,0	0,2070	0,48
	1,503	2,460	2,020	1,592	-	-	-

Примечание: здесь С – удельная изобарная теплоемкость соответствующего компонента, кДж/(м³*к).

4.4. 2. Определение токсичных газовых выбросов от ГТД.

Газовые выбросы ГТД и ГТУ отличаются от дымовых газов других тепловых двигателей и промышленного топливосжигающего оборудования тем, что в них продукты сгорания сильно разбавлены избыточным воздухом. Коэффициент избытка воздуха в выхлопных газах равен:

Где G_B и G_T - секундные расходы топлива и воздуха кг/с:

L₀ – теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива.

У ГТД массовые выбросы СО и С_ХН_Усущественно ниже, чем в ДВС.

Окислы азота NO_X обладают наибольшей токсичностью. В суммарной токсичности выхлопных газов ГТУ на номинальном режиме их доля может достигать 90..95%. В общем случае они могут быть как продуктом окисления азота воздуха («воздушные» окислы азота), так и продуктом окисления азота, содержащегося в топливе («топливные» окислы азота). Абсолютное их количество и соотношение между ними различны в зависимости от содержания топливного азота и от факторов, влияющих на процессы окисления..

Установлено, что в общем случае процесс образования воздушного окисла азота NO является термическим, т. е. он зависит от температуры в камере сгорания, но непосредственно не связан с горением. Реакцию образования NO обычно записывают в итоговой форме:

N₂ + O₂↔2NO

В действительности же она имеет цепной механизм. Основное количество NO образуется в послепламенной золе. Скорость реакции термического окисления азота кислородом

(21)

Где τ – время, с;

Т – температура в реакционном объеме, К;

NO₂, О₂, N₂ – концентрация компонентов конечной газовой смеси, моль/л.

Равновесная концентрация NO определяется зависимостью

, % (22)

Действительное содержание NO в отработавших газах всегда будет ниже равновесной концентрации. Это связано с тем, что для установления равновесных концентраций требуется определенное время. Время установления равновесной концентрации при температуре факела 1900…2100 К лежит в пределах 1,5…0,3с (при Р_воз = 0,1 МПа), а время нахождения газов в камере сгорания приблизительно на порядок ниже (0,15…0,03с).

Графики изменения равновесной концентрации NO (в % от объема (массы) отработанных газов) в широком диапазоне температур показана на рис. 1.

Рис. 1. Графики изменения равновесной концентрации окиси азота NO при разных температурах реакции в зависимости от α₁:

Для корабельных камер сгорания Салливан Е. предложил приближенную формулу для определения концентрации окиси азота

(23)

Где Р_В, Т_В, G_В – соответственно давление, температура и расход воздуха;

φ– отношение расходов топливо/воздух;

(G_T/G_B) – обратно пропорционально общему коэффициенту избытка воздуха α ₀;

A_NOx – коэффициент, зависящий от конструкции камеры сгорания, A_NOx = 0,9…1,15.

В работе «Газотурбинные двигатели и защита окружающей среды» В. А. Христич и А. Г. Тумановский для приближенной оценки концентрации NO в процентах предложили следующее выражение:

(24)

Где Т_Ф – температура факела, К (Т_Ф = 1500…1800º С);

τ_пр – среднее время пребывания газов в объеме камеры сгорания (τ_пр = 0,03…0,05 с);

К_ФР – коэффициент, оценивающий влияние подвода воздуха в зону горения (К_ФР = 0,64…0,656);

К_f^/ - коэффициент, учитывающий влияние качества смешивания в головной зоне камеры сгорания – зависит от конструкции фронтового устройства, угла распыливания топливного факела, дальнобойности струй воздуха, поступающего в зону горения и других конструктивных параметров (К_f^/ = 0,70…0,75).

R – газовая постоянная, R = 296 Дж/кг*К.

Для определения концентрации других токсичных компонентов в отработанных газах воспользуемся индексом эмульсии.

J_i = g_i/ G_T

Где g_i – эмиссия токсичного компонента, г/с;

G_T – секундный расход топлива, кг/с.

Индекс эмиссии зависит от полноты сгорания топлива (1-η_z). Расчеты показывают, что для удовлетворения норм на эмиссию СО и С_ХН_У на малых нагрузках является снижение температурного уровня в реакционной зоне, тормозящее реакции окисления и, следовательно, увеличивающее характеристическое время τ_гор задержки воспламенения и сгорания (гомогенного сгорания горючей смеси до СО₂). Это снижение температуры связано с увеличением коэффициента избытка воздуха и уменьшение степени повышения давления воздуха (ε_к).

4. 4. 3. Определение токсичных газовых выбросов от корабельных котельных установок

Для определения количества газовых выбросов от корабельных котлов можно использовать: Методические указания по расчету выбросов загрязняющих веществ при сжигании топлива в котлах производительностью до 30 т/ч. М.: Гидрометеоиздат, 1986., РД 31. 06. 06-86. Методичка расчета выбросов вредных веществ в атмосферу в морских портах. М.: ММВ, 1986.

Анализ этих данных показывает, что выбросы SO₂, NO_Х, сажистых частиц (С) увеличиваются с повышением нагрузки котла, а выбросы СО при этом уменьшаются. Следует отметить, что выбросы NO_Х в значительной степени зависят от паропроизводительности котла.

Определим количество выбросов оксидов серы (SO₂) при сжигании топлива в котле:

(26)

Где В – расход топлива, кг/с г/с;
S^P – содержание серы в топливе, %

η^/_SO₂ – доля оксидов серы, связываемых летучей золой. Принимается при сжигании мазута: η^/_SO₂ = 0.02, газа η^/_SO₂ = 0.

η^//_SO₂ – то же, улавливаемых в золоуловителе.

Количество выбросов СО для котлов паропроизводительностью G_К ≤ 30т/г определяется соотношением:

G_CO = 0.001*C_CO*B(1-q₄/100) (27)

Где В – расход топлива, кг/с;

С_СО – выход оксида углерода при сжигании топлива:

С_СО = q₃*R*Q^P_H

Где q₃ – потери теплоты, вследствие химической неполноты сгорания, %. Принимается: для мазута q₃ = 0.5%; для газа q₃ = 0; дрова, опилки, торф q₃ = 2%;

R – коэффициент, учитывающий потери теплоты, обусловленные присутствием в продуктах неполного сгорания СО. Принимается: для твердого топлива R = 1; для газа R = 0,5; для мазута R = 0,65;

q₄ – потери теплоты вследствие механического недожога. Принимается: для твердого топлива q₄ = 2%; для мазута и газа q₄ = 0;

Ориентировочно можно оценить выбросы СО по формуле

G_CO = 0,001*B*Q^P_H*k_CO(1- q₄/100) (28)

Где k_CO – количество СО, образующихся на единицу тепла, выделившегося при горении топлива. Принимается: для мазута k_CO = 0,32 кг/КДж; для газа k_CO = 0,25 кг/КДж.

Количество оксидов азота (в пересчете на NO₂), выбрасываемых за единицу времени, определяется по формуле:

G_NO2 = 0.001*B* Q^P_H*k_NO2(1-β) (29)

Где В – расход топлива, кг/ч, кг/с;

k_NO₂ – параметр, характеризующий количество оксидов азота, образующихся на 1Г Дж тепла, кг/Г Дж;

β – коэффициент, учитывающий степень снижения выбросов NO_x в результате технических решений.

Значения k_NO₂ в зависимости от паропроизводительности и тепловой и тепловой мощности котла приведены в таблице 7.

Таблица 7.

G_К, т/ч	k_NO₂, кг/ГДж	Q_к, кВт	k_NO₂, кг/ГДж
0,5	0,08		0,0332
1,0	0,0834		0,0432
2,0	0,0875		0,0581
3,0	0,0928		0,0706
5,0	0,0957		0,0791
10,0	0,0987		0,0832
20,0	0,1030		0,0915
30,0	0,1063		0,0981
			0,1040

Для котлоагрегатов производительностью G_NO₂ > 30 т/ч, количество N_Ox определяется следующей формулой:

G_NO₂ = 3,4*10^-5*к*В* Q^P_H(1- q₄/100)* β₁*(1- β₂*r) β₃ (30)

Где G_NO₂ - коэффициент, характеризующий выход NO2, кг на 1 т условного топлива (условное топливо – это топливо с Q^P_H = 7000 ккал/кг):

При G_К > 70 т/ч, к = 12 G_кф/(200+ G_кн);

При G_К < 70 т/ч, к = 12 G_кф/20;

β₁ – поправочный коэффициент, учитывающий влияние качества сжигаемого топлива на выход NO_x. Принимается:

при α>=1,05, β=0,8;

при α<=1,05, β=0,7;

β₂ – коэффициент, характеризующий эффективность воздействия рециркулирующих газов на выход N_Ox в зависимости от условий подачи их в топку;

z – степень рециркуляции дымовых газов;

β₃ – коэффициент, учитывающий конструкцию горелок.

Принимается:

Для вихревых горелок β₃ = 1;

Для прямоточных горелок β₃ = 0,85.

G_кф, G_кн – фактическая и номинальная производительность котла, т/ч.

Итак, определены величины сбросов и выбросов на корабле.

Теперь следует выбрать способ очистки жидких отходов, оценить токсичность корабельной энергетической установки, оценить ущерб от сброса загрязняющих веществ, оценить ущерб от загрязнения атмосферного воздуха.

Ряд рекомендаций изложен в следующей литературе:

1. Стаценко В. Н. Совершенствование экологической безопасности судовых энергетических установок/ДВГТУ – Владивосток: Изд-во ДАГТУ, 1997, с.22-77.

2. Маркевич В. А. Средства защиты моря от загрязнения при эксплуатации СЭУ. – Л.: Изд. ЛКИ, 1983, с. 7-39.

3. Зубрилов С. П. и др. Охрана окружающей среды при эксплуатации судов. – Л.: Судостроение, 1989, с. 22-344, 59-77, 99-106.