Повышение эффективности очистки отработавших газов судовых дизелей путем совершенствования каталитических нейтрализаторов Печенникова, Дарья Сергеевна

Введение к работе

Дизели различных модификаций и размерностей нашли широкое применение в качестве главных и вспомогательных в составе силовых установок на речном и морском транспорте. В общем балансе вредных выбросов с отработавшими газами двигателей транспорта различного назначения на долю морского и речного приходится 4,1%. До 40% вредных веществ, выбросы до 34% общих выбросов оксида углерода (СО), до 6,4% оксидов азота (NO_x) и до30% твердых частиц (ТЧ), включая сажу.

Требованиями стандарта ГОСТ Р 51249-99 ограничены выбросы компонентов отработавших газов по удельным показателям: NO_x - до 9,43 г/(кВтч); СО - до 3,0 г/(кВтч); ТЧ - до 0,15 г/(кВтч) и углеводородов С_хН_у - до 1,0 г/(кВтч). Свои ограничения накладывает "Технический Кодекс по выбросам окислов азота от судовых дизельных двигателей" (в составе приложения MARPOL 73/78).

В действительности, например, судовые дизели серии 6ЧСПН 15/18, по уровням выбросов с отработавшими газами превышают требования норм стандарта ГОСТ Р 51249-99: по NO_x - в 1,34 раза; по СО - в 3,89 раза; по С_хН_у - в 0,52 раза; по ТЧ - в 2,7 раза. Это говорит о том, что существует проблема снижения вредных выбросов дизелей судовых главных и вспомогательных и ее необходимо решать.

Проблема расширяется в случае постановки судов на рейды и входа в порты иностранных государств, где могут существовать свои санитарные нормы, предельно-допустимые концентрации компонентов, входящих в состав отработавших газов дизелей, в воздухе, предъявляются отдельные требования к загрязнению воздуха в зоне акватории портов.

Все это свидетельствует об актуальности работ, направленных на решение важнейшей народнохозяйственной и экологической проблемы снижение вредных выбросов ДВС в окружающую среду.

Решение проблемы путем совершенствования рабочих процессов дизелей, применения водотопливных эмульсий (ВТЭ) альтернативных топлив и присадок к ним не исключает развития пути каталитической очистки отработавших газов.

Вопросы повышения эффективности каталитической очистки газов связаны в основном со следующими направлениями:

разработкой конструкций нейтрализаторов и компоновкой в них каталитических блоков очистки;

выбором типов и составов каталитических материалов для обеспечения эффективной очистки отработавших газов;

обеспечением условий в каждой из ступеней очистки, температуры и состава газов для эффективной очистки отработавших газов.

Снижение вредных выбросов двигателей внутреннего сгорания является важнейшей задачей, от решения которой зависит экологическое состояние планеты, здоровье населения, сохранение генофонда и культурных ценностей, обеспечение экологической безопасности. Экологическая проблема поставлена в один ряд с проблемами сохранения мира, обеспечения населения планеты продуктами питания. Именно поэтому каждый из отдельных шагов, направленных на снижение вредных выбросов двигателей внутреннего сгорания в атмосферу имеет определенную значимость и актуальность.

В последние десятилетия идет интенсивное использование в практике эксплуатация двигателей внутреннего сгорания метода каталитической нейтрализации их отработавших газов. Появляются новые каталитические материалы для изготовления матриц нейтрализаторов.

Комплексный подход к решению проблемы очистки отработавших газов дизелей обеспечивает повышение экологической безопасности и конкурентоспособности дизелей.

Целью работ ы явилось повышение эффективности очистки отработавших газов судовых дизелей за счет выбора каталитических материалов, рациональный компоновки каталитических

блоков и селективного воздействия на процессы очистки от отдельных компонентов.

Задачами исследования явились следующие:

1. 1. Разработать математическую модель многоступенчатой очистки отработавших газов судовых двигателей в каталитическом нейтрализаторе;

   2. Установить рациональную последовательность очистки отработавших газов в каталитических нейтрализаторах;

   3. Определить возможности повышения качества очистки отработавших газов за счет селективного воздействия на процессы очистки от отдельных компонентов;

   4. Разработать составы каталитических блоков нейтрализаторов для получения их на основе ресурсосберегающих и малоотходных технологий;

   5. Разработать конструкцию высокоэффективного каталитического многоступенчатого нейтрализатора отработавших газов для судна проекта 515, 544, обеспечивающего экологическую безопасность;

   6. Создать конструкцию стенда для испытаний каталитических нейтрализаторов судовых дизелей;

   7. Обосновать состав каталитических материалов для отдельных ступеней нейтрализатора отработавших газов судового дизеля.

   Объектом исследования явились процессы очистки отработавших газов дизелей в каталитических нейтрализаторах.

   Предметом исследования явились закономерности изменения состава отработавших газов в каталитических нейтрализаторах от состава каталитических блоков, порядка их компоновки и селективного воздействия на процессы очистки отдельных компонентов.

   Научная новизна включает:

   научное обобщение исследований по использованию отдельных материалов для очистки отработавших газов в каталитических нейтрализаторах;

   установление рациональной последовательности очистки отдельных материалов для очистки отработавших газов в каталитических нейтрализаторах;

   определение возможности повышения качества очистки отработавших газов дизелей;

   создание методики выбора каталитических материалов для очистки отработавших газов дизелей;

   получение экспериментальных материалов, подтверждающих возможности повышения эффективности очистки газов в каталитических нейтрализаторах;

   создание конструкций и обеспечение параметров многоступенчатого каталитического нейтрализатора отработавших газов для судового дизеля 6ЧН 15/18;

   получение регрессионных моделей, связывающих состав материалов с качественными характеристиками очистки газов.

   Настоящая работа выполнялась по заказу Министерства образования и науки РФ, в рамках Федеральной научно-технической программы «Экология» СО РАН, программы по теме: «Фундаментальное исследование возможностей замещения благородных металлов в катализаторах очистки газов от вредных веществ», выполняемых при непосредственном участии автора в Алтайском государственном техническом университете (АлтГТУ).

   Практическая значимость работы. Предложена методика определения состава материалов полученных по технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза для каталитических нейтрализаторов отработавших газов. Решению практических задач компоновки каталитических нейтрализаторов подчинены результаты исследований рациональной последовательности очистки отработавших газов дизелей от отдельных компонентов и определения мероприятий по селективной очистке.

   Получено 2 положительных решения на выдачу патентов РФ на конструкции каталитических нейтрализаторов. Результаты исследований использованы ООО Алтайречфлот, а предложенная конструкция нейтрализатор прошла стендовые и эксплуатационные испытания.

   Реализация и внедрение результатов исследований. Разработанные регрессионные модели, результаты расчетно-экспериментальных исследований, предложения по конструкциям нейтрализаторов и техническая документация переданы в ООО Алтайречфлот и ХК ОАО «Барнаултрансмаш» для использования при создании нейтрализаторов отработавших газов для главных и вспомогательных дизелей речного флота.

   Созданные при выполнении работы образцы нейтрализаторов, выпущенные учебные пособия и методические материалы используются в учебном процессе на кафедрах «Автомобили и тракторы», «Двигатели внутреннего сгорания» АлтГТУ.

   Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на Всероссийских, республиканских, отраслевых и межотраслевых научно-технических конференциях и семинарах в 2009-2012 годах Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова, на Всероссийской научно-технической конференции в г. Рубцовске, Всероссийской научно-практической конференции ученых, аспирантов, специалистов и студентов в г. Бийске, Всероссийских и городских конференциях молодых ученых в г. Барнауле.

   Автор награжден почетными грамотами за участие в VII-ой, VIII-ой, 1Х-ой Всероссийских научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых "Наука и молодежь - 2010, 2011, 2012", секция "Автомобили, транспорт, сельхозмашины".

   Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 19 печатных работ, получено 2 положительных решения на выдаче патентов Российской Федерации, в том числе 9 работ опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК.

   Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по работе, списка литературы, насчитывающего 312 наименований, изложена на 212 страницах, включающих 29 рисунков, 39 таблиц.

   В соответствии с содержанием, на защиту выносятся:

   1. 8. Методика выбора каталитических материалов для очистки отработавших газов судовых дизелей в нейтрализаторах и результаты ее применения;

      9. Результаты математического моделирования многоступенчатой очистки отработавших газов дизеля в каталитическом нейтрализаторе;

      10. Результаты экспериментального исследования по определению рациональной последовательности очистки отработавших газов судового дизеля в каталитическом нейтрализаторе;

      11. Результаты экспериментального исследования по повышению эффективности очистки газов судового дизеля в нейтрализаторе за счет селективного воздействия на процессы;

      12. Результаты использования разработанных составов каталитических блоков нейтрализатора отработавших газов для дизеля;

      13. Результаты экспериментальных и стендовых испытаний каталитических нейтрализаторов.

      Похожие диссертации на Повышение эффективности очистки отработавших газов судовых дизелей путем совершенствования каталитических нейтрализаторов

      

      Метод повышения эффективности некаталитической очистки отработавших газов судовых дизелей от оксидов азота с использованием карбамидаОкунев Василий Николаевич

      

      Повышение эффективности установки очистки отработавших газов судовых дизелей и котлов от оксидов серыМодина, Марина Александровна

      

      Повышение эффективности очистки моторного масла в судовых тронковых дизелях при конвертировании их на низкосортовые топливаОсипов Олег Владимирович

      

      Дисперсионный анализ продуктов загрязнений в задачах повышения эффективности центробежной очистки масел судовых двигателей Овсянников Владимир Валентинович

      Повышение эффективности комбинированной очистки моторного масла в судовых дизелях полно- и частичнопоточным фильтрованиемТаращан, Николай Николаевич

      

      Разработка системы очистки отработавших газов судовых дизелей с использованием жидкостных контактных аппаратов Щавелев Дмитрий Валентинович

      

      Повышение эффективности судовых утилизационных комплексов при использовании термоэлектрических генераторовХалыков Камиль Рафаэльевич

      Задачи анализа и повышения эффективности использования топливно-энергетических ресурсов СЭУ промыслового флота Социалистической Республики Вьетнам (СРВ)Фам, Хунг Тханг

      Повышение эффективности использования смазочных масел в судовых дизелях методом вакуумтермической гомогенизацииНгуен Тхать

      Сравнительное оптимизационное исследование систем утилизации теплоты с целью повышения эффективности вьетнамских транспортных судовДо Ван Тиеу