Область наук:
  • хімічні технології
  • Рік видавництва: 2008
    Журнал: Автомобільний транспорт
    Наукова стаття на тему 'Аналіз області застосування рідинної нейтралізації відпрацьованих газів дизелів'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз області застосування рідинної нейтралізації відпрацьованих газів дизелів»

    ?УДК 621.43.068.4

    АНАЛІЗ ГАЛУЗІ ВИКОРИСТАННЯ рідинних НЕЙТРАЛІЗАЦІЇ відпрацьованих газів ДИЗЕЛІВ

    В.М. Семикин, наук. співр., ІПМаш ім. А.Н. Підгорного НАН

    України

    Анотація. Представлені основні методи нейтралізації відпрацьованих газів дизелів. Показана область застосування і необхідність підвищення ефективності рідинної нейтралізації відпрацьованих газів дизелів.

    Ключові слова: токсичність відпрацьованих газів дизелів, методи нейтралізації, рідинна нейтралізація.

    Вступ

    Екологічна проблема захисту навколишнього середовища, перш за все атмосферного повітря, від шкідливих викидів двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ) придбала зараз особливого значення. Зокрема, частка шкідливих викидів з відпрацьованими газами (ОГ) транспортних ДВС у багатьох містах досягає 80% загальних викидів шкідливих речовин в атмосферу. У місцях концентрації транспорту, а також при експлуатації обладнання з ДВС в обмеженому просторі (шахтах, рудниках, теплицях, цехах і т.д.) ця проблема стає однією з першорядних. Широке використання дизелів на транспорті, а також для спеціальних машин і устаткування спонукає до подальшого пошуку раціональних способів зниження токсичності цих двигунів. Поряд з удосконаленням конструкції двигунів і використовуваних палив, необхідно підвищувати ефективність систем нейтралізації ОГ. Для дизелів це, в першу чергу, відноситься до зменшення емісії найбільш шкідливих компонентів ОГ - твердих частинок (ТЧ) і оксидів азоту (N0 ,,), наведена токсичність яких разом становить понад 95% сумарної токсичності ОГ дизелів.

    стан проблеми

    Для забезпечення постійно посилюються вимог щодо обмеження токсичності

    ОГ в багатьох випадках неможливо обійтися без використання систем нейтралізації ОГ. Для нейтралізації ОГ дизелів застосовуються такі фізико-хімічні методи обробки ОГ: каталітична, термічна, плазмова і рідинна нейтралізації ОГ, фільтрація, а також комбіновані способи нейтралізації [1 - 5].

    Нейтралізація ОГ дизелів має деякі особливості, так як ОГ дизелів містять більшу кількість кисню і мають більш низьку температуру в порівнянні з бензиновими двигунами. Використання в дизелях нейтралізаторів потрійної дії, які знайшли широке застосування в бензинових двигунах, принципово неможливо через великі коефіцієнтів надлишку повітря. Істотно велика емісія сажі і оксидів сірки в дизельних двигунах в порівнянні з бензиновими ускладнює застосування в них фільтрів ОГ і каталітичних нейтралізаторів, що викликано засміченням фільтрів ТЧ і «отруєнням» каталітичного шару нейтралізатора сполуками сірки. В даний час знайшли застосування каталітичні окислювальні і відновні нейтралізатори ОГ дизелів.

    Термічні нейтралізатори, які здійснюють дожигание продуктів неповного згоряння палива, призначені в основному для зниження емісії вуглеводнів СН і СО. Крім того, термічні нейтралізатори окислюють SО2 до SО3 і альдегіди.

    Температура в реакційній камері цих нейтралізаторів 900 - 1000 К. При високих температурах спостерігається також часткове Догорание сажі.

    Для зниження емісії ТЧ застосовують фільтрацію ОГ дизелів. Основна маса ТЧ має лінійний розмір 0,05 - 1,0 мкм, тому застосовують фільтри з елементами, що фільтрують, виконаними з металокераміки, металевих волокон, металевої сітки, спечений з металевим порошком. Відомі також відцентрові і інерційні вловлювачі і електростатичні фільтри. Найбільше застосування знайшли керамічні фільтри.

    В останні роки отримала розвиток плазмова нейтралізація ОГ дизелів, що базується на обробці потоку ОГ низькотемпературної плазмою, створюваної за допомогою різних електричних розрядів (коронних, бар'єрних, поверхневих, тліючих і ін.). У цих умовах відбуваються хімічні реакції перетворення токсичних компонентів ОГ (N0 ,, СО, СН, ТЧ, оксидів сірки і т.д.) в нешкідливі або менш шкідливі. Перспективним технічним рішенням є об'єднання низькотемпературної плазми з каталізаторами, що дозволяє істотно підвищити ефективність методу.

    Мета і постановка задачі

    Мета даної роботи - аналіз сфери застосування і доцільності використання рідинної нейтралізації відпрацьованих газів дизелів в сучасних умовах.

    Аналіз особливостей і області застосування рідинної нейтралізації ОГ дизелів

    Метод рідинної нейтралізації ОГ є найбільш простим і економічним способом фізико-хімічного впливу на ОГ дизелів і полягає в пропущенні ОГ через шар робочої рідини (РЖ) або рас-пиліваніі РЖ в потоці ОГ. При цьому відбуваються розчинення або уловлювання шкідливих речовин ОГ. Як РЖ використовується вода або водні розчини хімічних реактивів. Вода інтенсивно поглинає СО2 і N0 ^ ТЧ, ароматичні вуглеводні, оксиди сірки, альдегіди та інші водорозчинні компоненти ОГ. Температура РЖ в

    рідинних нейтралізаторах зазвичай дорівнює 300 - 320 К.

    Основними перевагами рідинної нейтралізації ОГ дизелів є:

    - можливість одночасного уловлювання дисперсних частинок і нейтралізації токсичних газоподібних і водорозчинних компонентів ОГ;

    - охолодження ОГ до температури 40 - 80 ° С, що важливо при роботі у вибухонебезпечних середовищах;

    - ефективне іскрогасіння, що забезпечує пожежо-і вибухобезпечність;

    - забезпечення нейтралізації ОГ в початковий момент після пуску холодного двигуна;

    - зниження інтенсивності запаху ОГ;

    - зниження рівня шуму вихлопу дизеля;

    - можливість подальшого використання витягають із РЖ розчинних компонентів ОГ і дисперсних частинок.

    Основні недоліки рідинної нейтралізації ОГ дизелів:

    - трудність змочування дуже дрібних частинок (частки мкм);

    - низька ефективність нейтралізації газоподібних компонентів ОГ;

    - великі маса і габаритні розміри;

    - винесення парів РЖ потоком газів;

    - необхідність періодичної заміни та утилізації РЖ, що ускладнює і здорожує експлуатацію;

    - проблеми корозії;

    - замерзання РЖ при негативних температурах.

    Особливості рідинної нейтралізації ОГ дизелів визначають і обмежують сферу застосування даного методу. Найбільш ефективна реалізація переваг рідинної нейтралізації ОГ дизелів в стаціонарних умовах. Зниження забруднення атмосфери в промислових зонах забезпечують шляхом застосування систем рідинної нейтралізації ОГ для випробувальних станцій дизелів і для стаціонарних дизельних енергоустановок.

    Системи рідинної нейтралізації ОГ застосовуються також для суднових дизельних установок, де в якості РЖ використовується забортної вода, а маса і габаритні розміри не настільки істотно впливають на вибір методу нейтралізації.

    Для дизелів транспортних засобів, що працюють в зонах з обмеженим повітрообміном і в закритих приміщеннях (наприклад, в цехах, теплицях, трюмах і т.д.), де визначальними є екологічні вимоги, застосовуються комбіновані багатоступінчасті системи нейтралізації, до складу яких входить щабель рідинної нейтралізації ОГ.

    Для спеціального підземного обладнання з дизелями і для дизельних погрузочнотранспортних машин виходячи з умов забезпечення вимог пожежо- та вибухо-безпеки рідинний нейтралізатор ОГ є обов'язковою складовою застосовуваних систем нейтралізації. У більшості випадків це каталітична і рідинна ступені нейтралізації ОГ.

    При експлуатації систем рідинної нейтралізації ОГ дизелів робочу рідину, яку можна розглядати в якості змінного фільтруючого елемента, необхідно утилізувати. Можливі кілька варіантів організації цього технологічного процесу: централізовано на спеціальних очисних станціях; безпосередньо на місці експлуатації системи нейтралізації і комбінований. Причому, кожен з них обумовлює вибір методу очищення РЖ, а також фінансові та матеріальні витрати на їх здійснення.

    висновки

    Переваги рідинної нейтралізації ОГ дизелів визначають область застосування даного методу, особливо в тих випадках, де ці якості є визначальними. Це забезпечує рідинної нейтралізації ОГ дизелів свою постійну «технічну нішу».

    В сучасних умовах найбільш ефективним є застосування рідинної нейтралізації ОГ для випробувальних станцій дизелів, для автономних стаціонарних дизельних енергоустановок і транспортних дизелів, які використовуються в місцях з обмеженим повітрообміном і в закритих приміщеннях, а також для суднових дизельних установок. Рідинні нейтралізатори ОГ є обов'язковою складовою систем нейтралізації для спеціальних підземних установок з дизелями, для дизельних погру-

    зочно-транспортних машин і спеціального самохідного обладнання, які працюють у вибухонебезпечному середовищі (шахтах, рудниках і т.д.). Тому для таких специфічних умов експлуатації рідинна нейтралізація ОГ дизелів буде затребувана і в перспективі.

    Удосконалення рідинної нейтралізації ОГ дизелів шляхом подолання і зменшення впливу недоліків методу, а також підвищення ефективності нейтралізації найбільш шкідливих компонентів ОГ дизелів - ТЧ і N0, забезпечать доцільність подальшого використання даної технології.

    Одним з важливих чинників для успішної експлуатації систем рідинної нейтралізації ОГ дизелів є необхідність розробки ефективної та економічної системи очищення РЖ з подальшою утилізацією видобутих з ОГ компонентів.

    література

    1. Жегалін О.І. Зниження токсичності ав-

    автомобільним двигунів / О.І. Жегалін, П.Д. Лупачев. - М .: Транспорт, 1985. - 120 с..

    2. Марков В.А. токсичність відпрацьованих

    газів дизелів / В.А. Марков, Р.М. Баширов, І.І. Габитов. - М .: Изд. МГТУ ім. Н.е. Баумана, 2002. - 376 с.

    3. Бородін Ю.С. нейтралізація відпрацювавши-

    ших газів дизелів за допомогою плазмової технології / Ю.С. Бородін, П.Я. Перерва, А.П. Кудряш, В.М. Семи-кін, В.П. Мараховський // Авіаціоннокосміческая техніка та технологія: Зб. наук. тр. - Харків: Держ. аерокосмічний ун-т «ХАІ». - 2000. - Вип.19. -С.11-13.

    4. «Чистий» дизель // Аналіз технічного

    рівня і тенденцій розвитку двигунів внутрішнього згоряння: Науково-

    інформ. звіт. - М .: Інформцентр-НІІД. - 2000.- Вип.35 - С. 111-113.

    5. Воробйов-Обухів А. Плазматрон - нейтра-

    лизатор / А. Воробйов-Обухів, В. Стрєлков // За кермом. - 2001.- № 3. - С. 56-57.

    Рецензент: Ф.І. Абрамчук, професор, д.т.н., ХНАДУ.

    Стаття надійшла до редакції 12 грудня 2007 р.


    Ключові слова: токсичність відпрацьованих газів дизелів / методи нейтралізації / рідинна нейтралізація

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити