Использование альтернативных источников энергии в условиях Крайнего Севера

В настоящее время особую актуальность и важность приобретает изучение арктической среды и проблемы ее охраны [1, 2], обусловленное высоким уровнем экологического ущерба, накопившегося в этой зоне. Интерес представляет возможность получения энергии путем сжигания энергетически насыщенных отходов, например, использованных промышленных масел, нефтешламов, образующихся при добыче нефти, а также нефтепродуктов, собранных из водных экосистем вследствие аварий и чрезвычайных происшествий. Проблему усугубляют удаленность регионов от промышленных центров, недостаточная развитость дорожной инфраструктуры, суровый климат и другие факторы. Важно отметить, что методы и подходы к утилизации углеродсодержащих отходов, применяемые в крупных городах, не подходят для северных территорий, главным образом по причине их неэкономичности. В свете этого возрастает важность исследований, направленных на создание новых типов эмульгированных (суспензионных) топливных смесей, которые бы использовали эффекты суперкавитации в различных производственных сферах.

Механизм эмульгирования системы из двух взаимно нерастворимых и несмешивающихся жидкостей, характеристики, свойства и типы получаемых эмульсий достаточно подробно рассмотрены в работах отечественных и зарубежных авторов [3–10]. Для получения водотопливных смесей (ВТС) на сегодняшний день применяется такое же оборудование, что и для создания эмульсий, гомогенных систем, суспензий и прочих дисперсных систем в различных отраслях промышленности: пищевой, строительной, фармацевтической и т.д. [11–14].

Дисперсность эмульсии определяется размерами частиц дисперсной фазы. Если эмульсия полидисперсная, то для её характеристики указывают распределение частиц по размерам, – 289 – чаще всего в виде гистограммы. Содержание дисперсной фазы выражается через объемную концентрацию:

Vo6 = ^* 100

Уд.ф. + Vp

х 100,

где V _д. ф _. – объем дисперсной фазы; V _р – объем дисперсионной среды (растворителя);

V _д.с. – объем дисперсной системы

Безусловно, ключевой характеристикой водно-топливной смеси (ВТС) является уровень влаги (W). При проведении теплотехнических расчетов для топочных устройств используется понятие общей влаги, содержащейся в топливе в его рабочем состоянии (WР). Этот параметр выражается в процентах от так называемой рабочей массы топлива. Методы измерения и особенности содержания влаги в нефтепродуктах подробно описаны в работах [15–18].

Результаты применения объемного метода Дина-Старка для стандартного определения содержания влаги в жидком топливе продемонстрировали, что время отгонки составляет 2–3 часа, а ее эффективность зависит от дисперсности эмульсии. Для оценки влажности нефтепродуктов был разработан простой и экономически целесообразный метод, основанный на измерении зависимости диэлектрической проницаемости эмульсии от содержания воды в ней [15].

Более упрощенная оценка дисперсности эмульсий основывается на средних размерах капель воды, вычисленных с использованием методов математической статистики. Удельная поверхность раздела фаз является интегральной характеристикой дисперсности эмульсии [19, 20]. Дополнительное понимание дисперсности эмульсий может быть получено через графическое отображение распределений объема или количества капелек дисперсной фазы в зависимости от их размеров (см. рис. 1, 2). При аналитическом описании классических форм таких распределений используют математические закономерности теории вероятностей. Для некоторых других типов распределений – путем подбора подходящих формул для экспериментально полученных зависимостей.

В условиях сурового северного климата, где логистические цепочки и инфраструктура зачастую ограничены, проблема утилизации отходов и производства альтернативных источников энергии становится особенно острой. Отсутствие специализированных мусоросжигательных заводов или установок для термической обработки отходов приводит к накоплению

Рис. 1. Дисперсные системы

Fig. 1. Dispersed systems

Рис. 2. Микрофотография капель воды в водомазутной эмульсии

Fig. 2. Micrography of water droplets in an oil-based emulsion большого количества свалок, негативно влияющих на хрупкую экосистему региона. При этом если производство вторичных энергетических ресурсов (ВТЭ) все же налажено, их транспортировка на специализированные объекты, расположенные в более теплых регионах, сталкивается с рядом трудностей, напрямую связанных с экстремально низкими температурами.

Экспериментальное определение физико-химических характеристик кавитационно-активной воды

Проведено экспериментальное исследование, направленное на оценку влияния уровня кавитационного воздействия на свойства воды с целью выявления вероятности структурных изменений до и после заморозки. Определены первичные характеристики образцов воды: прозрачность, pH, электропроводность, жёсткость, окраска, температура, минерализация, вязкость, плотность, растворимость. Затем измеренная порция (100 мл) с установленными параметрами – скоростью и продолжительностью кавитационной обработки – подвергалась замораживанию, после чего проводились повторные замеры по таким показателям, как pH, удельная электрохимическая проводимость, солёность, щелочной уровень и жёсткость.

Для анализа действия пониженных температур была проведена серия испытаний: двенадцать образцов по 500 мл каждый подвергались кавитационной обработке последовательно по четырем временным интервалам – 1, 3, 5 и 10 мин. Частота вращения ротора кавитатора составила 5 000, 10 000 и 15 000 об/мин. Физико-химический анализ проводился после каждого цикла активации (табл. 1), а также после полного размораживания проб (табл. 2). Графическое отображение полученных данных по параметрам активированной воды до и после оттаивания представлено на рис. 3–5.

Результаты исследования указывают на то, что применение подготовленной кавитацией воды для создания водотопливной эмульсии не зависит от климатических факторов, таких как понижение температуры, характерное для северных регионов, поскольку физико-химические свойства жидкости остаются неизменными. Таким образом, данный ресурс может эффективно – 291 –

Таблица 1. Характеристики проб воды, подвергшейся кавитации

Table 1. Characteristics of samples of water subjected to cavitation

Номер пробы кавитированной воды	Время воздействия, мин	Скорость вращения, тыс. об/мин	рН	УЭП (МАРК 603)	t , °C	Солесо-держание, мг/дм3	Жест кость, мг экв/дм3	Щелочность, мг экв/дм3
1а	1	5	7,55	145,4	3,3	25	1,4	1,4
2а		10	7,6	139	3,6	22,75	1,4	1,8
3а		15	7,4	128	2	23	1,2	1,5
4а	3	5	7,4	129	2,3	22,8	1,4	1,8
5а		10	7,6	131	2	22,75	1,4	1,8
6а		15	7,4	129	3	23	1,2	1,6
7а	5	5	7,6	140,6	4	27	1,3	1,5
8а		10	7,3	131,8	2	23	1,8	1,2
9а		15	7,5	140,5	4	27,2	1,3	1,4
10а	10	5	7,6	138,2	4	25	1,6	1,2
11а		10	7,4	139	2	23,1	1,3	1,4
12а		15	7,4	140,1	2	23,8	1,4	1,4

Таблица 2. Характеристики проб воды, подвергшейся кавитации, после фазового перехода «вода-лед-вода» при t = 16 °C (время выдерживания в холодильной камере 24 часа)

Table 2. Characteristics of samples of water subjected to cavitation after the «water-ice-water» phase transition at t = 16 °C (refrigerating time 24 hours)

Номер пробы кавитирован-ной, размороженной воды Время воздействия, мин Скорость вращения, тыс.об/мин рН УЭП (МАРК 603) t, оС Солесо-держание, мг/дм3 Жесткость, мг экв/дм3 Щелочность, мг экв/дм3 1а/ 1 5 8,75 132 14 70,3 1,9 2,1 2а/ 10 8,1 112,5 10 51,3 1,7 2,2 3а/ 15 8 110,1 12 54,1 1,5 1,9 4а/ 3 5 8 110,5 12 52,5 1,7 2,1 5а/ 10 8,1 108,7 13 53,1 1,7 2 6а/ 15 8 112,1 13 52,5 1,6 1,9 7а/ 5 5 8,8 131 11 59,8 1,8 2,1 8а/ 10 8,5 124,8 12 58,1 2,4 1,9 9а/ 15 8,7 130,8 10 60,1 1,8 1,9 10а/ 10 5 8,7 127 10 58,1 2,1 2 11а/ 10 8,8 128 11 59,2 2,2 2,1 12а/ 15 8,7 128,8 10 58,2 2,3 2 использоваться при производстве эмульсий с повышенными топливными качествами, пригодными для эффективного сжигания [21, 29, 30].

Размороженная кавитационно-обработанная вода сохраняет свои приобретенные физикохимические свойства. Перевод ее в твердое агрегатное состояние делает возможным ее достав- – 292 –

Рис. 3. Зависимости физико-химических параметров воды от времени кавитационной обработки при 5000 об/мин: -•- – до заморозки -•- – после разморозки

Fig. 3. Dependences of physico-chemical parameters of water on the time of cavitation treatment at 5000 rpm: -•- – before freezing -•- – after defrosting

Рис. 4. Зависимости физико-химических параметров воды от времени кавитационной обработки при 10000 об/мин: -•- – до заморозки -•- – после разморозки

Fig. 4. Dependences of physico-chemical parameters of water on the time of cavitation treatment at 10000 rpm: -•- – before freezing -•- – after defrosting

Рис. 5. Зависимости физико-химических параметров воды от времени кавитационной обработки при 15000 об/мин: -•- – до заморозки -•- – после разморозки

Fig. 5. Dependences of physico-chemical parameters of water on the time of cavitation treatment at 15000 rpm:

-•- – before freezing -•- – after defrosting ку на удаленные расстояния. Ее естественное замерзание в районах с низкими температурами не будет носить фатального характера.

Размороженная кавитационно-обработанная вода сохраняет свои приобретенные физикохимические свойства. Перевод ее в твердое агрегатное состояние делает возможным ее доставку на удаленные расстояния. Ее естественное замерзание в районах с низкими температурами не будет носить фатального характера.

Экспериментальное определение физико-химических характеристик отработанных масел

Исследование масел (рис. 6) проводилось в несколько этапов: вначале для исходного (проба № 1) и отработанного (проба № 2) масла были определены параметры вязкости, значение рН и коэффициенты фильтрации. Далее отработанное масло подвергли кавитационному воздействию на установках двух типов: ультразвуковой и суперкавитационном миксере – получив пробы № 3а и № 3б, с последующим определением тех же физико-химических характеристик.

Для измерения водородного показателя (pH) масел использовался универсальный лабораторный автоматизированный прибор рН-метр/иономер ИТАН, для величин УЭП и солесодер-жания воды кондуктометр-солемер МАРК 603 (рис. 7).

Определение жесткости воды поводилось по МУ 08–47/234 «Воды производственные тепловых электростанций. Методики выполнения измерений жесткости», щелочности – МУ 08–47/232 «Воды производственные тепловых электростанций. Метод определения щелочности». Для определения вязкости в работе использовался вискозиметр типа ВПЖТ-1, показан- – 294 –

Рис. 6. Кавитационная обработка отработанного масла на ультразвуковой установке CE 9600 на первой и пятой минутах – проба № 3б

Fig. 6. Cavitation treatment of waste oil in an ultrasonic installation CE 9600 at the first and fifth minutes – sample No. 3b

Рис. 7. а) рН-метр/иономер ИТАН, б) кондуктометр МАРК 603

Fig. 7. a) pH meter/ionometer ITAN, b) conductometer MARK 603

ный на рис. 8. Суть метода определения вязкости заключается в измерении калиброванным стеклянным вискозиметром времени истечения в секундах определенного объема испытуемой жидкости под влиянием силы тяжести при известной и постоянно контролируемой температуре. Тестируемый образец масла (рис. 9) наливался в чистый вискозиметр через трубку 1 , чтобы уровень его установился между метками М 3 и М 4 . Прибор устанавливается вертикально так, чтобы уровень термостатирующей жидкости находился на несколько сантиметров выше расширения 4 .

В лаборатории для стабилизации температуры опыта вискозиметр выдерживается не менее 15 мин, после чего грушей всасывается масло выше метки М 1 примерно до середины расширения 4 . Далее измеряется время понижения уровня исследуемого масла в трубке 2 от метки М 1 , до М 2 .

Кинематическая вязкость рассчитывается по формуле (ГОСТ 33–2016):

v — C x trn, где C – постоянная вискозиметра, мм2/с2, tcp – среднеарифметическое значение времени истечения, с.

Определение коэффициента фильтрации велось с использованием фильтрационного аппарата УОФТ (рис. 10). Метод определения коэффициента фильтрации основан на изменении пропускной способности фильтра при последовательном пропускании через него определенного количества топлива, в данном случае тестируемого образца [21].

Для выполнения эксперимента кран аппарата перекрывается и в стеклянную трубку 3 наливается тщательно перемешанная тестируемая проба масла на 0,3–0,5 см³ выше метки. Далее в мерную колбу заливают 45 см³ испытуемого образца. После выдержки и достижения уровнем масла верхней метки в аппарате открывает-

Рис. 8. Вискозиметр типа ВПЖТ-1: 1, 2, 3 – трубки вискозиметра, 4, 5 – расширители, М₁, М₂, М₃, М₄ – метки уровней

Fig. 8. Viscometer type VPZHT-1: 1, 2, 3 – viscometer tubes, 4, 5 – expanders, M1, M2, M3, M4 – level markers

ся кран, одновременно включается секундомер и замеряется время истечения 2 см3 масла (t1) от метки «В» стеклянной трубки до метки «А». Фильтрование продолжается путем доливания масла в стеклянную трубку аппарата, поддерживая уровень на 2–3 см3 выше верхней метки. После того как все испытуемое масло перейдет в бюретку и его уровень опустится до верхней метки, замеряется время истечения последних 2 см3 масла от метки «В» до «А» (t2).

Рис. 9. Определение вязкости проб № 1 и № 2

Fig. 9. Determination of viscosity of samples No. 1 and No. 2

– 296 –

Рис. 10. Фильтрация: а) аппарат УОФТ, б) фильтрация образца № 2: 1 – колба, 2 – металлическая оправа, 3 – стеклянная трубка с метками, 4 – корпус, 5 – стеклянный кран, 6 – стеклянный стакан, 7 – штатив

Fig. 10. Filtration: a) UOFT apparatus, b) filtration of sample No. 2: 1 – flask, 2 – metal frame, 3 – glass tube with tags, 4 – housing, 5 – glass faucet, 6 – glass cup, 7 – tripod

Коэффициент фильтруемости топлива К находится по формуле:

где t ₁ – время фильтрации первых 2 см³ масла, t ₂ – время фильтрации последних 2 см³ масла.

Анализ углеродосодержащих отходов (нефтешлама)

Для анализа углеродосодержащих отходов были взяты пробы нефтешламов, образующихся при добыче нефти на Ванкорском месторождении. Испытания проводились на деривато-графе Q-1500D (рис. 11), позволяющем одновременно выполнять термические и термограви-

Рис. 11. Дериватограф Q-1500D, Венгрия

Fig. 11. Derivatograph Q-1500D, Hungary

метрические анализы, в среде диоксида углерода при скорости нагрева 10 град/мин в интервале температур 25–800 °C [21].

Прибор позволяет получить максимальный нагрев в 1500 °C, с интервалом скорости нагрева 0,6–20 град/мин. Основной частью дериватографа являются аналитические весы, на одном плече коромысла которых жестко укреплена фарфоровая трубка с термопарой. На спай термопары надевают тигель с исследуемым веществом, а на спай дифференциальной термопары надет тигель с инертным веществом. Тигли накрывают кварцевым колпачком, на него устанавливают печь, которую нагревают.

На другом плече коромысла подвешена индукционная катушка с большим числом витков, которая перемещается в гомогенном поле двух подковообразных магнитов. При изменении массы образца коромысло поворачивается, и катушка изменяет свое положение. В качестве эталонного образца был взят активный оксид алюминия. Обработку полученных деривато-грамм проводили по стандартным методикам.

Оценка достоверности полученных результатов

В основе каждого измерения должна лежать оценка точности полученного результата, что является гарантией достоверности полученных данных и позволяет указать доверительные интервалы при практическом использовании результатов исследования. Во время проведения работ по замерам различных величин на испытательных стендах и в натурном эксперименте были по возможности устранены все причины для появления промахов, систематических и случайных ошибок с использованием рекомендаций, сделанных в работе. Качество результатов измерений характеризовалось абсолютной и относительной ошибкой. При определении погрешности использовались методы общей теории ошибок, теории вероятностей и математической статистики с установлением доверительного предела при вероятности 95 % [23–26].

Абсолютная ошибка функции нескольких переменных y = f(x1, x2, …, xn) определялась из соотношения:

8у=±1 — <Ш + к-^2 + "• + \^-Sxn Wax I           I \дх где δy – абсолютная погрешность измеряемых величин.

Относительная ошибка, выраженная в процентах

8у

ЛУотн = — X 100%.

У

При использовании методов математической статистики определялось среднеарифметическое значение результатов испытаний по формулам:

• 1    V *1 + *2 +---- ^ х_п

X = - >  X/ - -----------------.

п

Здесь x i – показатели измеряемых величин, n – число испытаний.

Среднеквадратичные отклонения (ошибки) находились по формуле:

I a -> UmS_n,

П-»оо где п~ 1 ■

Дисперсия измерения определялась как квадрат средней квадратичной ошибки. Коэффициент вариации, характеризующий рассеивание полученных данных, определялся как относительная величина средней квадратичной ошибки W:

и/ = - х 100%.

х

Считают, что чем W больше, тем разнороднее результаты исследования. Доверительный интервал параметра определялся по выражению:

t S’

.       . ьан^п

Ax = ±—, где tан – коэффициент Стьюдента; при доверительной вероятности α = 0,95, tан = 1,96.

Для обработки экспериментальных зависимостей применялся метод наименьших квадратов [27–29]. Анализ результатов подсчета относительных ошибок указывает на достаточную точность получаемых величин и корректность эксперимента.

Определение физико-химических характеристиксмазочных материалов

Лабораторные исследования проводились в два этапа:

• 1)    для исходного и отработанного масла по существующим требованиям определялись значения вязкости, водородного показателя (рН) и коэффициент фильтрации. Результаты значений кинематической вязкости проб № 1 и № 2 представлены в табл. 3. По итогам определения водородного показателя получены следующие результаты:

• -    проба № 1 рН = 8,85;

• -    проба № 2 рН = 9,71.

Результаты определения коэффициента фильтрации исходного и отработанного масел представлены в табл. 4;

Таблица 3. Результаты вязкости тестируемых образцов

Table 3. Viscosity results of the tested samples

Номер пробы	Время истечения, с	Среднеарифметическая величина истечения, с	Постоянная вискозиметра*, мм2/с2	Кинематическая вязкость, ν мм2/с (при t = 23,8 оС)	Класс вязкости по ISO 3448
№ 1	31,33	31,17	0,09705	3,0250	3 ( ν ср = 2,88– – 3,52 мм2/с)
	31,30
	30,87
№ 2	33,79	33,66	0,09705	3,2667
	33,34
	33,86

– принимается из паспорта оборудования

Таблица 4. Расчет коэффициента фильтрации

Table 4. Calculation of the filtration coefficient

Номер пробы	Время фильтрации t 1 , с	Время фильтрации t 2 , с	Коэффициент фильтрации К
№ 1	15,19	62,56	4,12
№ 2	16,24	485,62	29,90

• 2)    отработанное масло подверглось кавитационной обработке на двух разных устройствах: ультразвуковой установке и суперкавитационном смесителе. В результате были получены образцы № 3а и № 3б, для которых были определены те же физико-химические свойства. Время обработки варьировалось от 5 до 15 мин. Ультразвуковая установка работала с частотой 400 Гц, а суперкавитационный смеситель вращался со скоростью 7600 об/мин. Были сформированы серии образцов в зависимости от типа, примененного кавитационного эффекта (рис. 12,), наглядные результаты представлены на рис. 13.

• ультразвуковя кавитация             • суперкавитацинное воздействие

• исходное матричое масло            • отрабоанное масло

Линейная (исходное матричое масло)     Линейная (отрабоанное масло)

Рис. 12. Сравнение показателей вязкости масла – исходного, отработанного и после кавитационного воздействия

• Fig. 12.    Comparison of oil viscosity indicators – initial, spent and after cavitation

Рис. 13. Результаты определения величины водородного показателя рН

• Fig. 13.    Results of determining the value of the hydrogen pH index

Анализ проб № 1 и № 2 показал, что в отработанном масле присутствует осадок, включающий минеральные загрязнения, свинец, продукты износа оборудования и другие компоненты. При кавитационной обработке отработанного масла уже через 10 минут воздействия наблюдалось выпадение осадка и появление серного запаха.

Таким образом, путем увеличения класса вязкости регенерированного масла по стандарту ISO 3448, учитывая присутствие осадка, было установлено оптимальное соотношение выходных продуктов после кавитационной обработки. От 70 до 80 % масла пригодно для повторного использования в хозяйственной деятельности. Оставшаяся доля (20–30 %) углеводородного осадка может быть направлена на сжигание с обязательным условием создания кавитационно обработанной водотопливной смеси (ВТС) с содержанием воды 10–15 %. Данный процесс завершает жизненный цикл отработанного продукта и позволяет получить новую продукцию [32, 33].

Для определения процесса очистки от ионов S был разработан план многофакторного эксперимента, учитывающий остаточную концентрацию ионов S . Уровни факторов представляют собой границы исследуемой области по данному технологическому параметру. Основной (нулевой) уровень ^1 и интервал варьирования l 1 находятся по формулам:

„О _ ^тах + ^min . _ ^тах + ^min ¹ 2 2

где Х _max – верхний уровень фактора эксперимента; Х _min – нижний уровень фактора эксперимента.

Уравнение регрессии по остаточной концентрации S приводят к натуральному виду и, изменяя сочетания и значения параметров, определяют графические зависимости:

„ „     _ (^t ^oi)(^(i+l) ^o(i+l))

= ------7--, где Zoi, Zo(i + 1) – «нулевые» значения параметров Х1 – исходная концентрация ионов S в маслах, мг/дм3; Х2 – рНисх; Х3 – скорость вращения крыльчатки кавитатора, об/мин.; ΔZi, ΔZ(i+1) – шаг изменения соответствующего параметра (интервал).

Регенерация индустриальных масел основана на механизме деполимеризации, при котором длинные полимерные структуры распадаются до более коротких, что способствует высвобождению адсорбированных загрязнений и присадок из исходных и отработанных масел. Эффективность данного процесса восстановления существенно модулируется такими факторами, как pH среды, начальная концентрация присадок и скорость вращения кавитатора (см. рис. 13).

Разработка технологической схемы установки сжигания ВТС

Поскольку образование отходов в промышленных процессах является неизбежным – вследствие термодинамических ограничений, связанных с потерями вещества и энергии, а также невозможностью полной переработки сырья в конечный продукт, строительство таких – 301 – предприятий предполагает внедрение интегрированных технологий, направленных на максимальное использование ресурсов. При этом побочные продукты одного производства служат исходными материалами или реактивами для последующих этапов.

Сжигание вторичных топливных средств (ВТС), особенно состава «отработанное масло– вода», способствует более полному выгоранию топлива, снижению эмиссии оксида углерода, бенз(а)пирена и оксидов азота, минимизации образования сажи, а также понижению температуры в радиантной зоне печей и аналогичных устройствах. Упрощённая схема установки сжигания указанного типа представлена на рис. 14.

Рис. 14. Принципиальная схема установки сжигания ВТС «отработанное масло-вода»: 1 – действующий трубопровод; 2 – действующий водопровод; 3 – емкость с отработанными маслами; 4 – емкость с водой; 5 – кавитатор ПГК; 6 – промежуточная емкость хранения ВТС; 7 – запорная арматура; 8 – топливный насос

Fig. 14. Schematic diagram of a spent oil-water combustion plant: 1 – an operating pipeline; 2 – an operating water supply; 3 – a tank with used oils; 4 – a tank with water; 5 – a PGK cavitator; 6 – an intermediate storage tank; 7 – shut-off valves; 8 – a fuel pump

Жидкое топливо нагревается и подаётся по трубопроводу для последующего сжигания. При работе с ВТС «отработанное масло–вода» подготовка начинается с размещения смеси после прохождения через кавитационный аппарат в промежуточной ёмкости 6 , откуда она направляется далее. Отработанные масла доставляются в ёмкость 3 автотранспортом. Компоненты ВТС – вода из водопровода и отработанные масла – смешиваются в ёмкости 5 , где также реализуется кавитационное воздействие для получения стабильной однородной суспензии. После этого готовая смесь перемещается в промежуточную ёмкость с подогревом 6 , где её температура доводится до 50–70 °C, поскольку сам процесс кавитации недостаточен для обеспечения необходимого теплового режима. Далее смесь подаётся топливным насосом в камеру сгорания. Контроль расхода мазута или ВТС регулируется за счёт изменения положения запорной арматуры. Основным преимуществом данной системы является обеспечение стабильной работы печи даже при колебаниях поступления отработанных масел.

Верификация результатов и расчет образования загрязняющих веществ производились по действующей методике определения выбросов ЗВ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 30 тонн пара в час [34]. Были рассмотрены следующие ва-– 302 – рианты: сжигание мазута, сжигание отработанного масла и сжигание водотопливной смеси (отработанное масло с водой в различных соотношениях).

Расход углеводородного топлива для котла ПКН-2М, заявленной мощностью 730 кВт, составляет 72 кг в час, годовую потребность в топливе определим величиной 5 тыс.т. Необходимые для расчета характеристики топлив взяты из табл. 6. Результаты полученных расчетов сведены в табл. 6 и представлены на диаграммах (рис. 15, 16).

По результатам выполненных расчетов установлено, что при сжигании водотопливной эмульсии с содержанием воды 10, 15 и 30 масc.% по сравнению с выбросами при сжигании мазута М100 наблюдается уменьшение выбросов оксида углерода и оксидов азота на 15–30 %, а также бенз(а)пирена – на 25–40 % [32, 33].

Впервые продемонстрирована возможность сохранения физико-химических свойств воды посредством ее фазового перехода в твердое состояние (замораживание). Замораживание

Таблица 5. Характеристики топлив

Table 5. Fuel characteristics

Вид топлива		Годовой расход топлива, тонн	Характеристики
			Qp , МДж/кг	Ap , %	sp , %
Мазут		5000	39,73	0,1	1,4
Отработанное трансмиссионное масло		5000	41,0	0,3*	0,5
ВТС «отработанное масло-вода»	воды 10 %	4500
	воды 15 %	4250
	воды 30 %	3500

* – наличие в маслах присадок, всегда содержащих тот или иной металл, приводит не только к повышению зольности масла, но также и к пропорциональному повышению коксового числа, что никак само по себе не может рассматриваться в качестве отрицательного фактора.

Таблица 6. Результаты расчетов образования загрязняющих веществ

Table 6. Results of calculations of pollutants formation

Вид топлива	Выбросы загрязняющих веществ, т/год (г/с)						Итого:
	NO 2	SO 2	СО	Сажа	Б(а)П	V 2 O 5
Мазут	22,0876 (0,7004)	137,2 (4,3506)	25,7987 (0,8181)	0,500 (0,0159)	0,000059 (0,0000019)	1,0555 (0,0335)	186,641859 (5,918375)
Отработанное трансмиссионное масло	22,7937 (0,7227)	49,00 (1,5538)	26,6234 (0,8442)	1,500 (0,0476)	0,000063 (0,0000019)	0	50,917163 (1,614572)
ВТС (10 мас.% воды)	20,5143 (0,6505)	44,10 (1,3984)	23,9610 (0,7597)	1,350 (0,0428)	0,000057 (0,0000018)	0	45,825357 (1,453113)
ВТС (15 мас.% воды)	19,3746 (0,6143)	41,65 (1,3207)	22,6298 (0,7176)	1,2750 (0,0404)	0,000045 (0,0000014)	0	43,279445 (1,372382)
ВТС (30 мас.% воды)	15,9556 (0,5059)	34,30 (1,0876)	18,6363 (0,5909)	1,0500 (0,0333)	0,000024 (0,0000007)	0	35,641924 (1,130197)

Углерод черный (сажа) “СО «SO2 INO2

Рис. 15. Образование загрязняющих веществ в зависимости от вида сжигаемого топлива

Fig. 15. Formation of pollutants, depending on the type of fuel burned

0,00007

масло

Вид топлива

Рис. 16. Образование бенз(а)пирена в зависимости от вида сжигаемого топлива

Fig. 16. Benzapyrene formation, depending on the type of fuel burned кавитационно-обработанной воды с последующим ее оттаиванием не приводит к модификации ее физико-химических характеристик. Это свойство делает ее пригодной для логистики на дальние расстояния или для замораживания в условиях низких температур. Таким образом, данная технология может быть использована для производства водотопливных эмульсий, предназначенных для предприятий, работающих на жидком топливе.