Проектирование экологической системы судна – утилизация выхлопных газов главного двигателя судна

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное  автономное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Дальневосточный  федеральный университет»

ИНЖЕНЕРНАЯ ШколА ДВФУ

Кафедра судовой  энергетики и автоматики

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

по учебной  дисциплине

«ПЕРСПЕКТИВНЫЕ  ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИИ»

Тема проекта:  проектирование экологической системы  судна – утилизация выхлопных  газов главного двигателя судна.

 

 

 

 

                                                                      Студент группы М-3210в

                                                              ______________Гаврилюк А.О.

                                          Проверил доцент кафедры СЭиА

______________Макаревич А.В

 

 

2012

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное  автономное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Дальневосточный  федеральный университет»

ИНЖЕНЕРНАЯ ШколА ДВФУ

Кафедра судовой энергетики и автоматики

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по учебной  дисциплине

«ПЕРСПЕКТИВНЫЕ  ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИИ»

Студент  ____Гаврилюк А.О.____ группы М-3210в

Тема проекта:  проектирование экологической системы судна  – утилизация выхлопных газов  главного двигателя судна.

1. Исходные данные

Тип двигателя  Дизель 6ЧН20/26

Номинальная мощность, кВт   2208

Номинальная частота вращения, об/мин  1000

Эффективный КПД ƞ_егд=0,4

Сорт топлива дизельное  топливо

Удельный эффективный  расход, кг/кВт*ч  g=0,217

Теплотворная  способность топлива, кДж/кг  Q_НГД= 42718

Коэффициент избытка  воздуха α=2,1

Коэффициент продувки  φ₀= 1,15

2. Объём курсового проекта

Пояснительная записка с обоснованиями и  расчетами экологической системы – установки утилизации уходящих газов от главного двигателя. Объем пояснительной записки до 30 страниц.

 

Срок исполнения "___" " _________ " 201  г.

Студент  _____________________  " ______" "______________" 201  г.

Руководитель  проектирования ________________  "___" "_______"  201   г.

Содержание

Введение 4

Глава 1 6

Глава 2 8

Глава 3 11

Глава 4 13

Глава 5 21

Заключение 23

Список литературы 24

 

 

Введение

Развитие судовых  энергетических установок (СЭУ) в значительной степени определяется требованиями экономичности и экологической  безопасности, которые отражены в  международных и национальных нормативных документах. В числе последних - конвенции МАРПОЛ 73/78, СОЛАС 74, РД 51.249-99, «Наставления по предотвращению загрязнения с судов», Федеральный закон об охране атмосферного воздуха.

В сложившейся  практике процессы использования топливно-энергетических ресурсов в элементах судовых энергетических установок как на морском транспорте, так и на судах флота рыбной промышленности сопровождаются значительными потерями энергии, а также загрязнением окружающей среды.

Введение в  действие конвенции МАРПОЛ 73/78 и РД 51.249-99 ускорило создание «экологически чистых» судов и энергоустановок, а также способствовало появление у источников энергии и судовых систем дополнительных функций по снижению вредных выбросов.

Внедрение энергосберегающих  технологий при использовании топливно-энергетических ресурсов на судах способствует снижению вредных выбросов, а именно их суммарному количеству, но не решает проблему экологической безопасности.

Экологическая безопасность использования топливно-энергетических ресурсов на судах зависит от ряда факторов.

В целях снижения теплонапряженности и повышения  надежности при проектировании СЭУ  с дизельными двигателями увеличивают  суммарный коэффициент избытка  воздуха, а это приводит к увеличению потерь с уходящими газами и увеличению токсичных соединений.

Для переменных режимов судовых котельных установок (главных и вспомогательных) существенное значение на токсичные выбросы оказывает  влияние коэффициент избытка  воздуха, сорт топлива и надежность работы горелочного устройства.

Проведенные исследования показывают, что значительное влияние  на токсичность газовых выбросов котельных установок оказывают выбросы мазутной золы, которые обусловлены применении тяжелых топлив с содержанием серы до 2%, а также наличием пятиокиси ванадия.

При решении  вопросов рационального использования  топливно-энергетических ресурсов СЭУ  с учетом снижения токсичных выбросов и тепловых потерь важное значение имеет нормирование расхода топлива. Для транспортных судов удельные расходы топлива нормируются на перевозку груза (на тонно-милю) и зависят от технического состояния корпуса судна и совершенства винто-рулевой части судна.

 

Глава 1 Описание судна

 «Александр Суворов» — круизный четырёхпалубный теплоход проекта 92-016 (тип «Валериан Куйбышев»), эксплуатируемый компанией Водоход в Волжском бассейне и приписанный к Нижнему Новгороду, относится к самым крупным советским речным пассажирским судам. Построен в городе Комарно, Чехословакия, в 1981 году. Назван в честь русского полководца Александра Васильевича Суворова.

Судно под заводским  номером 2007 было построено в городе Комарно (Чехословакия) на судостроительном предприятии Národný Podnik Škoda Komárno (Slovenské Lodenice n.p. Komárno) в 1981 году и было передано советскому заказчику в Волго-Донское речное пароходство МРФ РСФСР в г. Ростов-на-Дону, где эксплуатировалось до катастрофы 1983 года.

В апреле 1984 года судно было передано в ГП Волжское объединённое речное пароходство МРФ РСФСР (Горький), где сменило советский флаг на российский триколор, а собственник сменил форму собственности и название, превратившись в ОАО Волжское пароходство (в 1994 г).

Александр Суворов  эксплуатируется компанией Водоход на регулярных туристических маршрутах от Санкт-Петербурга до Нижнего Новгорода: Санкт-Петербург — Лодейное Поле — Свирьстрой — Вытегра — Горицы — Кострома — Нижний Новгород — Казань — Самара — Ульяновск — Чебоксары — Козьмодемьянск — Нижний Новгород — Ярославль — Горицы — Кижи — Мандроги — Санкт-Петербург. Капитан теплохода (по состоянию на 2012 год) — Буренков Игорь Алексеевич.

Следуя по маршруту туристического круиза Ростов-на-Дону — Москва, 5 июня 1983 в 22:45 «Александр Суворов» на полном ходу зашёл под  несудоходный пролет Ульяновского моста  через Волгу и задел конструкцию.

В результате столкновения у судна была полностью снесена рубка, кинозал, срезаны дымовые трубы. Скорость теплохода перед столкновением составляла 25 км/час, то есть была близка к максимальной. После столкновения теплоход по инерции прошёл за мостом ещё около 300 м.

Из-за аварии пролётное строение железнодорожного моста было смещено на 40 см. В это время по мосту следовал грузовой поезд со скоростью 70 км/ч, массой 3 300 тонн, в составе 53 вагонов, 11 из которых сошли с рельсов. Часть вагонов опрокинулись, их груз (уголь, зерно, бревна) частично попали на теплоход.

Число погибших, по разным данным, составило не менее 176 человек. Неопределённость связана  с тем, что во время рейса «Александр Суворов» был перегружен. Помимо 330 пассажиров, на его борту находились 50 членов экипажа и 35 человек обслуживающего персонала. Также на теплоходе находились знакомые и родственники членов экипажа.

Современные характеристики: скорость до 26 км/ч, длина судна — 135,7 м, ширина — 16,8 м, осадка — 2,9 м. Количество посадочных мест — 316, скорость хода  25 км/ч, водоизмещение 3935 т.

 

Глава 2 Основные методы очистки отработанных газов

Известен способ очистки отработанных газов двигателей внутреннего сгорания от токсичных  примесей путём впрыскивания воды в  топливо или в воздух. Основным недостатком данного способа является сложное конструктивное оформление процесса, а также необходимость в специальном резервуаре для воды.

Наиболее близким  к изобретению по технической  сущности и достигаемому результату является способ очистки отработанных газов дизельных двигателей от токсичных примесей путём последовательного пропускания их через каталитический и жидкостной нейтрализаторы с образованием в последнем парогазовой смеси, смешения очищаемых газов с воздухом и подачи их в двигатель.

Однако в  таком способе низкая степень очистки отработанных газов.

Целью изобретения  является повышение степени очистки  отработанных газов.

Это достигается  способом очистки отработанных газов  дизельных двигателей от токсичных  примесей, включающим последовательное пропускание их через каталитический и жидкостной нейтрализаторы с образованием в последнем парогазовой смеси, смешение очищаемых газов с воздухом и подачу их в двигатель, в котором на смешение с воздухом подают парогазовую смесь в количестве 3 - 35%.

Данный способ даёт возможность повысить степень очистки отработанных газов от N₂O₅ с 360 до 190 г/ч и СО с 180 до 90 г/ч.

П р и м  е р. Смесь отработанных газов  дизельного двигателя, содержащая примеси NOx и СО и сажи, пропускают через  каталитический нейтрализатор, после  которого содержание СО в газе снижается с 180 до 90 г/ч, а концентрация сажи с 0,8 до 0,7 усл.ед. при нагрузке двигателя Ре=3 кгс/см2 .

Затем газ подают в жидкостной нейтрализатор, где  происходит окончательное отделение  сажи и частичное отделение окислов  азота и образуется парогазовая смесь, которую далее в количестве 35% направляют через сепаратор в перепускную заслонку в смесительный патрубок, установленный под воздушным фильтром и смешивают с воздухом, поступающим во впускной коллектор дизеля ФМЗ−238. Сепаратор служит для отделения капельной влаги и сажи из перепускаемых газов. Отделяемую в сепараторе влагу возвращают обратно в жидкостной нейтрализатор. С помощью рециркуляции увлажнённых газов снижают содержание N₂O₅ в газе с 360 до 190 г/ч при нагрузке двигателя Ре=4 кгс/см².

Использование: химическая очистка дымовых и выхлопных газов, котельных и ДВС. Сущность изобретения: примесь оксидов азота восстанавливают монооксидом углерода и углеводородами на гранулированном металлофталоцианиновом катализаторе, на гранулированном или монолитном носителе из пористой никельалюминиевой металлокерамики.

Поставленная  цель достигается тем, что очистку  отходящих газов от примеси азота  производят путём восстановления примесей монооксидом углерода и углеводородами на металлофталоцианиновых катализаторах на гранулированном или монолитном носителе. В качестве носителя используют пористую никельалюминиевую металлокерамику.

По сравнению  с непористым гранулированным или  монолитным керамическим носителем, в  частности, монолитным кордиеритом, алюмосиликатом или спечёнными оксидами алюминия и переходных металлов, пористая металлокерамика имеет большую реакционную поверхность за счёт развитой пористой структуры. Удаление вредных газов происходит не только по поверхности, но и по всему объёму носителя, пропитанному катализатором, что приводит к увеличению степени очистки.

Большой объём  открытых пор (60 - 80%) обуславливает низкое сопротивление носителя пропускаемому  потоку газов.

Устройство  для осуществления способа проведения процесса восстановления NO и окисления СО включает смеситель и реактор с катализатором.

Примером конкретного  исполнения способа может служить  проведение процесса восстановления NO и окисления СО на экспериментальной  установке лаборатории охраны окружающей среды Томского политехнического института. Экспериментальная установка содержит смеситель, реактор с

катализатором, трёхходовой газовый кран. Реактор  является проточным, выполнен из молибденового  стекла и погружён в песочную баню, снабжённую автоматическим регулятором  температур. Высота реактора - 100 мм, диаметр - 12 мм.

Катализатор выполнен в виде пористых металлокерамических  частиц на основе никеля и алюминия (18:82) диаметр 0,75 - 1,5 мм. Частицы пропитываются  раствором β-фталоцианина, а именно тетрасульфофталоцианина кобальта (ΙΙ) с последующей термообработкой. Слой катализатора 10 мм размещён на расстоянии 30 мм от конца реактора со стороны подачи вредных газов.

Другим вариантом  выполнения катализатора является спечённый  пористый металлокерамический цилиндр  диаметром 10 мм, высотой 10 мм со свободным объёмом, т.е. общим объёмом пор в пористом теле 0,575 м³/м².

В смесителе  оксид азота и монооксид углерода смешиваются с воздухом. Заданный процентный состав и объёмную скорость газа поддерживают с помощью моностатов, реомеров и газовых вентилей. Из смесителя по трубопроводу газ поступает в реактор проточного типа. Газы проходят в реакторе через катализатор, на котором идёт процесс восстановления оксидов азота и доокисления монооксида углерода. Реактор помещён в песочную баню для поддержания температурного режима. После реактора газ по трубопроводу сбрасывается в атмосферу. До и после реактора газ выводится на анализ. В результате анализа получили следующее.