Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Аналитический обзор токсичных загрязнений отработавших газов судовых дизелей 9
1.1. Характеристика вредных газовых выбросов 9
1.2. Нормирование токсичных ингредиентов 17
1.3. Существующие способы снижения вредных выбросов отработавших газов судовых дизелей 20
1.3.1. Современный технико-экологический уровень отечественных дизелей 20
1.3.2. Воздействие на рабочий процесс дизеля 23
1.3.3. Использование устройств по очистке отработавших газов судовых дизелей 32
1.4. Цель и задачи исследования 38
Глава 2. Совершенствование способов снижения токсичных составляющих отработавших газов 39
2.1. Предварительная обработка топлива 39
2.2. Предварительная обработка воды для водо-топливных эмульсий
2.3. Рециркуляция отработавших газов 48
2.4. Очистка отработавших газов в жидкостных контактных аппаратах... 51
2.5. Комплекс узлов и устройств по очистке отработавших газов 58
2.6. Выводы по главе 61
Глава 3. Математическое описание работы цикл онно-п енного аппарата ... 62
3.1. Предпосылки для создания математического описания работы циклонно-пенного аппарата 62
3.2. Уравнения энергетического баланса в системе очистки отработавших газов 71
3.3. Уравнения материального баланса жидкости и газа в циклонно-пенном аппарате 77
3.4. Уравнения теплового баланса жидкости и газа в циклонно-пенном аппарате 82
3.5. Определение основных параметров циклонно-пенного аппарата 84
3.6. Выводы по главе 92
Глава 4. Экспериментальные исследования и разработка методики проектирования системы очистки отработавших газов 93
4.1. Стендовые испытания циклонно-пенного аппарата 93
4.2. Обработка результатов стендовых испытаний 106
4.3. Натурные испытания циклонно-пенного аппарата 118
4.4. Математическая модель работы циклонно-пенного аппарата 127
4.5. Методика проектирования системы очистки отработавших газов 128
4.5.1. Исходные данные для проектирования системы очистки обработавших газов 128
4.5.2. Проектирование системы очистки отработавших газов 130
4.6. Повышение эффективности применения циклонно-пенного аппарата в составе системы очистки отработавших газов 132
4.7. Экономический и социальный эффекты от внедрения предлагаемой системы очистки отработавших газов 140
4.8. Выводы по главе 142
Заключение 143
Библиографический список используемой литературы 145
Приложения 155
- Нормирование токсичных ингредиентов
- Предварительная обработка воды для водо-топливных эмульсий
- Уравнения энергетического баланса в системе очистки отработавших газов
- Обработка результатов стендовых испытаний
Введение к работе
Взаимодействия человека с природой - проблема вечная и одновре менно современная: человечество связано своим происхождением, существованием и будущим с природным окружением. Проблема чистоты атмосферы возникла вместе с появлением промышленности и транспорта, работающих на нефти. В течение предыдущих столетий загрязнение воз (г духа носило местный характер. Дым сравнительно редких заводских, ав ф. томобильных, паровозных и пароходных труб почти полностью рассеивал ся на большом пространстве. Быстрый и повсеместный рост промышлен-ности и транспорта в XX веке привел к такому увеличению объемов и токсичности выбросов, которые уже не могут быть растворены в окружающей среде до концентраций, безвредных для человека, животного и растительного мира.
Интенсивное развитие судоходства на водных путях привело к строительству качественно нового флота: с мощными энергетическими установками, высокими грузоподъемностью, пассажировместимостью и скоростью. Массовая эксплуатация такого флота сопровождается ростом его воздействия на окружающую среду.
Судовая эмиссия как источник антропогенного воздействия по раз # личным оценкам насчитывает до 14% всей эмиссии от ископаемых видов горючего и 16% всей эмиссии серы от сжигаемых продуктов нефти. Ситуация осложнилась широким внедрением на флоте тяжелых сортов топлива с содержанием серы до 1,5%, что привело к снижению надежности и долговечности деталей топливной системы двигателя и цилиндро-поршневой группы (ЦПГ).
Уже сейчас в таких странах как Швеция, Финляндия и США нормы по выбросу вредных ингредиентов настолько ужесточены, что возможно А сти выполнения соответствующих требований только за счет организации рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания (ДВС) практически исчерпали свой резерв. Дальнейшее развитие в данном направлении без применения устройств по очистке отработавших газов (ОГ) становится весьма трудновыполнимым.
Одновременное снижение вредных веществ и дымности в ОГ требует различные, подчас не совместимые между собой мероприятия, что существенно затрудняет решение проблемы снижения вредных продуктов ОГ.
Рациональное решение проблемы обработки ОГ возможно при использовании комплекса прогрессивных устройств и узлов.
В систему комплексной очистки газов (СОГ) может входить: каталитический фильтр-преобразователь топлива (КФПТ), узел озонирования во-до-топливной эмульсии (ОВТЭ), узел рециркуляции ОГ и жидкостный контактный аппарат.
Проблемам очистки воздуха и ОГ посвящены научные труды ученых: А.Л. Баранова, С.А. Богатых, О.А. Гладкова, В.А. Звонова, СП. Зуб-рилова, О.Н. Лебедева, Е.Ю. Лермана, В.А. Маркова, Л.А. Новикова, А.Г. Севастьянова, А.С. Слюсарева, В.И. Смайлиса, В.А. Сомова, В.Н. Стацен-ко, В.И. Толшина [6, 13, 21, 23, 27, 48, 55, 64, 73, 74, 77]. Несмотря на большой объем выполненных исследований и проведенных экспериментов, в работах отсутствует информация об одном из элементов СОГ - жидкостном очистителе, работающем при переменных режимах дизельного двигателя. Поэтому создание комплексной СОГ, в состав которой входит жидкостный контактный аппарат, до сих пор является актуальным.
Целью диссертационной работы является разработка системы очистки отработавших газов судовых дизелей с использованием жидкостных контактных аппаратов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ причин образования токсичных компонентов в составе ОГ дизелей. Jft 2. На основе анализа методов снижения вредных выбросов предло жить современный комплекс узлов и устройств, снижающий вредные ингредиенты в составе ОГ.
3. Составить математическое описание работы контактного аппарата с учетом особенностей его функционирования в судовой СОГ.
4. Выполнить экспериментальные исследования по определению не- ч,ц известных параметров, влияющих на работу жидкостного очистителя.
5. Разработать алгоритм и методику проектирования жидкостного контактного аппарата в составе судовой СОГ.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Установлено, что наиболее современным жидкостным очистителем является циклонно-пенный аппарат (ЦПА).
2. Разработаны критерии, определяющие эффективность работы контактного аппарата в составе СОГ.
3. Доказана, по результатам экспериментальных исследований, возможность применения жидкостного контактного очистителя для снижения вредных ингредиентов ОГ.
4. Впервые создана математическая модель работы ЦПА в составе ф судовой СОГ при переменных режимах работы ДВС.
5. Предложен новый способ комплексной обработки воздуха в жидкостном очистителе, новизна которого подтверждена положительным решением о выдаче патента России.
Практическая ценность работы. Осуществлено снижение вредных веществ и дымности в составе ОГ, а также разработана методика проекти рования ЦПА в составе судовой СОГ. Применение результатов работы позволяет:
1. Использовать прогрессивный способ очистки ОГ в составе СОГ.
2. Определить оптимальные условия функционирования жидкостного контактного аппарата в составе СОГ.
3. Рассчитать значения основных параметров ЦПА и его элементов.
4. Снизить количество вредных компонентов, выбрасываемых в составе ОГ.
Реализация результатов работы выражается в применении разработанной методики проектирования ЦПА для дизель-генератора ДГР 100/750 в инженерном экологическом бюро «Редокс-системы».
Достоверность полученных результатов обоснована теоретическими исследованиями на основе зависимостей гидро- и газодинамики. Экспериментальные исследования проводились с использованием известных (стандартных) методик и приборов для определения контролируемых показателей и характеристик. Обработка результатов производилась с помощью метода корреляционно-регрессионного анализа.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на VIII и X Нижегородских сессиях молодых ученых (Дзержинск, 2003 и 2005); научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава ВГАВТ (Н. Новгород, 2003); II Региональной молодежной научно-технической конференции (Н. Новгород, 2003); Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи (Москва, 2004); Всероссийском форуме «Великие реки» (Н. Новгород, 2005).
Публикации. Список публикаций по материалам диссертации состоит из 8 работ, в том числе 1 положительное решение о выдаче патента России.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка использованной литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 144 страницах машинописного текста и включает 43 рисунка и 33 таблицы. Список литературы состоит из 107 наименований.
Нормирование токсичных ингредиентов
Из-за высокой токсичности вредных компонентов дизелей их содержание в ОГ ограничивается национальными и межгосударственными стандартами.
Созданный международной морской организацией (IMO), документ MARPOL 73/78 - главное международное соглашение, охватывающее предотвращение загрязнения окружающей среды судами от эксплуатационных или случайных причин.
В дополнение MARPOL (Международная конвенция по предотвращению загрязнения моря с судов) в сентябре 1997 года было принято Приложение VI - «Правила предотвращения загрязнения воздушной среды с судов» и введено в действие через год после ратификации Конвенции 15 государствами, чей объединенный торговый флот составляет, по крайней мере, 50% мировой валовой регистровой вместимости.
Новые инструкции Приложения VI установили глобальное ограничение в 4,5% на содержание серы в топливе судовых дизелей, «особые зоны контроля эмиссии SOx» с содержанием серы не более 1,5%, запретили неконтролируемую эмиссию веществ, разрушающих озоновый слой атмосферы, таких как галогены и предельные фторхлоруглероды CFC и установили пределы эмиссии оксидов азота NOx от дизельных двигателей.
Согласно этим требованиям в 2000 году были ужесточены нормы по токсичности ОГ. В частности, содержание NOx сокращено до (9...17) г/(кВт-ч) в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя, диоксида серы SO2 (для моторного топлива) - 6 г/(кВт-ч), оксида углерода СО до 56 г/м , углеводородов СпНт - до 2 г/м , дымности С- 0,15 г/м .
В противном случае на судах должна быть установлена система очистки ОГ, либо использован любой другой технологический метод снижения эмиссии вредных компонентов. Кроме этого, действующие законодательства по выбросам морского транспорта имеют местный характер. Приведем ряд примеров: запрещена работа вспомогательных двигателей паромов в порту Ґетеборг (Швеция) - требуется подключение к береговой сети; ограничено использование тяжелого топлива с высоким содержанием серы на паромах в портах Стокгольм и Хельсинки (Швеция и Финляндия); заданы более жесткие (по сравнению с Приложением VI) пределы для выбросов оксидов азота и серы дизелями судов в определенных районах штата Калифорния (США). Российское законодательство также лимитирует предельную эмиссию вредных веществ. В целом, все газовые выбросы с судов не должны превышать ПДК, указанные в Законе СССР «Об охране атмосферного воздуха», принятом в 1980 году.
Представленные нормативы наиболее жестки к высокооборотным дизелям, что объясняется выбросом большего количества вредных веществ с ОГ в единицу времени и сокращением продолжительности высокотемпературной стадии горения топлива. Однако существующая тенденция нормирования выбросов вредных веществ (принимая во внимание намерения ГМО о пересмотре величин предельных параметров ОГ каждые пять лет) предполагает ужесточение нормативных требований и в дальнейшем. Таблица 1.6 - Нормы дымности отработавших газов дизелей
В целом двигатели российского производства, по сравнению с лучшими зарубежными аналогами, характеризуются повышенными расходами топлива и масла, имеют меньшую на (15...20)% литровую мощность, большую на (20...25) % металлоемкость и повышенные на (25...30) % показатели вредных выбросов. Однако невысокое качество российских дизелей компенсируется меньшей в (2... 2,5) раза ценой. Низкий экономический потенциал, устаревшее технологическое оборудование и полное отсутствие оборотных средств вынуждает боль f -j& шинство заводов выбирать путь освоения производства лицензионных двигателей, имея в заделе собственные разработки и возможности существенной модернизации выпускаемых моделей [55].
Таким образом, новые дизели только заводов БМЗ, РУМО и ДАЛЬ-ДИЗЕЛЬ полностью соответствуют по вредным выбросам жестким современным требованиям. Это, в свою очередь, говорит о необходимости активизации научно-исследовательских разработок на снижение антропогенной нагрузки от эксплуатируемых дизелей.
Образование токсичных продуктов в цилиндре дизеля поддается регулированию в широких пределах путем разнообразных воздействий на рабочий процесс двигателя. Изменение угла опережения впрыскивания топлива Известно, что увеличение угла опережения подачи топлива в цилиндр приводит к увеличению периода задержки воспламенения, при этом жесткость процесса сгорания возрастает и NOx растет, при обратном действии происходит снижение NOx и увеличение удельного расхода топлива Ъе. Сокращение выхода NOx при уменьшении угла опережения впрыска топлива сопровождается снижением максимальной температуры в цилиндре, ростом дымности продуктов сгорания, увеличением выхода СО и альдегидов и ухудшением топливной экономичности [64, 74].
Предварительная обработка воды для водо-топливных эмульсий
Использование ВТЭ заметно увеличивает экономичность дизелей, снижает дьтмность, температуру и токсичность ОГ, Однако при сжигании ВТЭ (особенно эмульсий дистилятных топлив, которые без добавления эмульгаторов обладают низкой стабильностью) в некоторых исследованиях наблюдается повышение скорости изнашивания деталей [106].
Суммарный износ объясняется воздействием на металл механических и коррозионных факторов. В реальных условиях эксплуатации коррозионный износ как деталей топливной аппаратуры, так и деталей двигателя определяется одновременно протекающими химическими (взаимодействие металла с топливом, маслами, продуктами сгорания) и электрохимическими процессами (коррозия металла в присутствии электролита - воды). Возможно также отложение водорастворимых солей в виде накипи на поверхности втулки [40].
Поэтому к воде, входящей в состав ВТЭ, предъявляются определенные требования по качеству: полное отсутствие коррозионной активности, отсутствие солей общей жесткости и механических примесей.
Устройство состоит из цилиндрического катода 1, внутри которого находится цилиндрический анод 2. Катод и анод разделены между собой мембраной 3. Исходная вода подается в нижнюю часть электролизера через штуцер 4, а отвод анолита и католита производится через штуцеры 5 и 6, находящиеся в верхней крышке электролизера.
Электрохимические процессы, протекающие при электролизе воды, обуславливают изменение рН (в проведенных опытах рН изменялся в пределах от 2,5 до 11,3), окислительно-восстановительного потенциала воды (Eh) и насыщение ее тонко дисперсными газами - кислородом и водородом. При этом может достигаться: Eh +550 мВ в анолите и -330 мВ в като-лите. За счет выхода газов электролиза и выпадения в осадок микропримесей (нерастворимых солей), что наиболее отчетливо наблюдается в католи-те, происходит снижение оптической плотности электрохимически обработанной воды, снижение общей жесткости: в анолите за счет перехода катионов кальция и магния в катодное пространство, а в католите - за счет образования нерастворимых осадков. Приобретенные свойства католита и анолита сохраняются в течение длительного времени. Полученные данные свидетельствуют об интенсивном снижении солей общей жесткости до 8 раз и уменьшения скорости коррозии до 10 раз.
Получаемый в электролизере анолит отводится в цистерну СВ для подкисления последних, поскольку в работах Козлова М.Н, и Разумовского С.Д. [32, 63] указано, что наилучшие результаты по снижению химических и бактериологических показателей при обеззараживании озоном можно достичь при обработке предварительно подкисленных СВ до рН= 5,0, при существующих колебаниях рН судовых СВ в пределах (6,0...8,5) [23, 76]. Проведение процесса озонирования при рН= 5,0 дает возможность не проводить последующей нейтрализации стока минеральными реагентами. Нейтрализация происходит самопроизвольно за счет от-дувки диоксида углерода и образования щелочных продуктов реакций окисления [32]. Щелочная среда, пониженное содержание солей, отсутствие коррозионной активности определило выбор католита для приготовления ВТЭ.
Кроме того, обработка воды в проточном электролизере позволит значительно снизить износ деталей ЦПГ и топливной аппаратуры дизелей. Результаты износных испытаний показывают, что при работе на ВТЭ на основе католита в количестве 10 и 20% скорость изнашивания снижается на 16 и 33% по сравнению с ВТЭ на основе необработанной воды той же концентрации [93].
Другим характерным способом повышения качества воды является озонирование. Ученым ВГАВТа д.т.н. Курниковым А.С предложено использование озона непосредственно в системе питания дизелей [40]. Такой подход позволит, во-первых, увеличить продетонационный эффект (образование атомарного кислорода в результате распада озона), и, во-вторых, повысить полноту сгорания топлива, снизив при этом экологическую нагрузку двигателя в окружающую среду.
В принципе, ввод озона может осуществляться в любом из элементов питания двигателя - в воздух, в топливо и в воду. Однако озонирование воздуха для получения воспроизводимого положительного эффекта по составу ОГ требует создания высокой концентрации озона в нем. Ввод озона в воздух оказывается нецелесообразным, так как требует значительного увеличения доз озона, а значит экономически неоправдан [89].
В случае предварительного озонолиза топлива последнее окисляется только за счет озона без вовлечения в реакцию кислорода. При низкотемпературном озонолизе ДТ происходит накопление в системе питания большого количества кислородосодержащих соединений (спиртов, альдегидов, кетонов, сложных эфиров, кислот и т.д.). Кроме того, учитывая тот факт, что реально в состав ДТ помимо парафинов входят также непредельные и ароматические соединения, возможно образование продуктов их конденсации (самообразующих веществ). Эти факторы не могут привести к повышению качества ДТ без вторичной обработки (отстаивание, фильтрация).
Уравнения энергетического баланса в системе очистки отработавших газов
Энергетический баланс в системе определяется исходя из максимального противодавления в выпускном коллекторе двигателя во избежание снижения мощности дизеля и увеличения удельного расхода топлива. Сопротивление системы газовыпуска не должно превышать 4 кПа [33].
Приведенные данные в табл. 3.5 указывают на максимально допустимое сопротивление очистителя ОГ двигателя - не более 1,8 кПа - без учета потерь на трение в прямых участках газопроводов и в местных сопротивлениях, а также потерь на перемещение газа по высоте. Реализация данного требования позволяет применять очистители газа, работающие по «мокрому» методу.
Температуру газов на входе в УК по рекомендации [33] выбирают на 10 С ниже температуры ОГ на выходе из дизеля. А температуру ОГ, уходящих из котлов, ориентировочно принимают равной (180.. .200) С.
Рассмотрим методику определения гидравлического сопротивления ЦП А. Для установления допустимого гидравлического сопротивления Ra жидкостного очистителя необходимо чтобы сумма всех слагаемых формулы (3.10) в общей сложности не превышала 4 кПа.
Численное значение скорости газа в выпускном коллекторе ц, м/с, как указано ранее или выбирается из работы [33], или рассчитывается по выражению (3.16). Отрицательное значение величины рскор указывает на возможность увеличения общего сопротивления системы газовыпуска при неизменном диаметре газопровода.
Установим неизвестные составляющие третьего слагаемого формулы (4.28). Эти неизвестные - сумма потерь на трение в прямых участках газопроводов (1-2, 3-4 и 5-6) - ртр, и потерь в местных сопротивлениях - рм на этих же участках (рис. 3.3).
Для простоты расчета потерь напора ртр на всей длине газопровода значение плотности ОГ принимаем при температуре tz2 = 190 С на выходе газа из УК - р2 = 0,762 кг/м3.
Потери ртр напрямую зависят от массового расхода ОГ и определяются индивидуально для каждого типа двигателя. Вычисление потерь производится последовательным расчетом, начиная с формулы (3.17).
Проведенные исследования позволили описать энергетический баланс в СОГ уравнениями (3.9-3.27) и установить, что необходима точная оценка гидравлического сопротивления ЦПА, работающего при переменных режимах судовых дизелей. Это и будет проверено экспериментальным путем.
В отраженном материальном балансе количество воды, поступающей в ЦПА, характеризует эффективность не только процесса массопередачи (абсорбция и хемосорбция токсичных компонент ОГ водой), но и интенсивность теплопередачи (передача теплоты ОГ воде). Но так как количество воды, необходимое для понижения температуры газа требуется больше, чем для обеспечения массопередачи, то определение Qcn будет осуществляться решением уравнения теплового баланса, обеспечивающего необходимый теплосъем.
Авторами работ [5, 6] было отмечено, что при изменении скорости газа в широких пределах (1,5...5,0) м/с, относительная влажность воздуха на выходе из ЦПА остается почти постоянной. Относительная влажность газа на выходе из аппарата практически не зависит от относительной влажности его на входе в аппарат. Причем последняя изменялась в опытах в интервале (40...95)%. Относительная влажность газа на выходе из слоя пены практически на всех режимах работы аппарата составляет (88.. .97)%. В среднем относительную влажность можно принимать равной 93% [5]. У Температуру ОГ на выходе из жидкостного очистителя по рекомен дации источника [35] можно принять tz3 = (50...70) С .
В представленном балансе воды в ЦПА неизвестна величина воды, переливаемой через сепаратор. Значение этой величины наряду с высотой пены в устройстве характеризует степень обновления газожидкостной среды, что, конечно же, сказывается на степени очистки ОГ. Вода в результате сорбции токсичных ингредиентов с течением времени естественно снижает свои поглотительные свойства. Поэтому, при подпитки водой, следует знать количество переливаемой воды через сепаратор для регулирования отвода воды из бункера.
Таким образом, можно утверждать что формула (3.35) описывает объемно-массовое изменение ОГ на участках газопровода от ДВС до УК (1-1.. .2-2), от УК до ЦПА (3-3.. .4-4) и от контактного аппарата до выброса газа в атмосферу (5-5...6-6) (рис. 3.3).
Как уже было сказано, мерой интенсификации процессов тепло- и массообмена в аппарате является динамическая двухфазная система — пена. Поэтому, представляется необходимым получить зависимость, связывающую между собой расход ОГ (а именно скорость газа в пенной камере) и высоту пенообразования.
Обработка результатов стендовых испытаний
Преобразование и приведение исходного экспериментального материала (табл. 4.6) к наиболее удобной для восприятия форме было проведено на персональном компьютере в программном продукте - статистической графической системе «STATGRAPHICS». При помощи модуля программы «Планирование эксперимента» была произведена процедура выбора полного факторного эксперимента с учетом рекомендаций, изложенных в работе [20]. Скорость газа изменялась от 1 до 6 м/с с шагом в 1 м/с. Высота по гружения изменялась от 2 до 12 см с шагом 2 см. Всего было произведено 36 наблюдений (каждый опыт повторялся три раза), при которых фиксиро валось значение переменных: высота пены Нт перепад в манометрах hi, h2 и h3, перелив вспененной воды Qcm. Следует упомянуть тот факт, что при расчете ЦПА диапазон изменения величины погружения завихрителя в во ду бункера конструктивно закладывался в диапазоне hnosp = (0...15) см. Однако при постановке эксперимента предельным значением погружения оказалась величина кпогр =12см. При превышении этого значения наблю далось затопление пенной камеры водой, вытесняемой потоком газа, что делало невозможным определение высоты пены. Таблица дисперсионного анализа позволяет оценить изменение величины пены в зависимости от каждого фактора: скорости (speed) и величины погружения завихрителя (swirler), а таюке проследить совместное влияние этих факторов.
Тест проверяет статистическую значимость каждого фактора, сравнивая средний квадрат с оценкой экспериментальной ошибки. В нашем случае 4 фактора (А, В, АА и ВВ) дают статистически значимые эффекты (р-значение 0,05), указывая, что они значительно отличны от ноля на уровне достоверности 95%, в то время как взаимодействие АВ является несущественным. Статистический R-squared (R ), указывает, что модель приспособлено объясняет 98,9067% изменчивости высоты пены. Откор-ректированный R с учетом степеней свободы, равный 98,7768%, является более подходящим для того, чтобы сравнивать модели с различным числом независимых переменных.
Стандартная ошибка равна 0,494194, и ее можно использовать в задании границ предсказания для новых наблюдений. Средняя абсолютная погрешность (МАЕ) 0,402381 представляет собой среднюю величину остатков. Статистический тест остатков - Durbin-Watson (DW) - определяет, есть ли здесь любая существенная корреляция, основанная на порядке, в котором остатки встречаются в файле данных. При значении DW меньше 1,4 возможна автокорреляция в остатках. 10 20 30 40 50 Standardized effect Рисунок 4.9 - Карта Парето для высоты пены (foam) Standardized Pareto Chart for foam На рис 4.9 хорошо видно, что влияние speed и swirler, а также их квадраты статистичесіш значимы. На это указывает то, что соответствующие столбцы пересекают вертикалънуто линию, которая представляет 95% тест для определения значимости. График главных эффектов (рис. 4.10) и график взаимодействий (рис. 4.11) более подробно и наглядно дают картину взаимодействия факторов на целевую величину. Рис. 4.12 показывает оцениваемую высоту пены как функцию скорости газа и величины погружения завихрителя. Таблица дисперсионного анализа позволяет оценить изменение величины гидравлического сопротивления контактного аппарата в зависимости от скорости (speed) и величины погружения завихрителя (swirler).
В нашем случае 3 фактора (А, В, АА) дают статистически значимые эффекты (р-значение 0Э05), указывая, что они значительно отличны от ноля на уровне достоверности 95%, в то время как взаимодействие АВ и ВВ является несущественным. Статистический R-squared (R ), указывает, что модель объясняет 99,06257% изменения сопротивления ЦПА. Откорректированный R2 с учетом степеней свободы, равен 98,9063%. 1. Критерий достоверности - статистический R2, указывает, что модели уравнений объясняют свыше 97% изменчивости каждой переменной. 2. Высота пенного слоя при экспериментальных исследованиях определялась визуально. В условиях динамического, газожидкостного слоя верхний уровень пены был подвержен большим неупорядоченным пульсациям, поэтому высота пены определялась по средней величине колебаний ее верхнего уровня. Изменение высоты пены Нп зависит в равной мере как от скорости газа иг в пенной камере, так и от величины погружения завих РИТЄЛЯ Когр 3. На перелив вспененной воды через сепаратор Qcen пропорциональ но оказывает действие величина погружения завихрителя, а влияние ско рости малозаметно. В ходе испытаний было отмечено, что основное по ступление перелитой воды через сепаратор происходит из пристеночных областей пенной камеры. Это значит, что для аппаратов с большим массо вым расходом величина Qcen увеличится пропорционально изменению диаметра (а при одинаковых скоростях газа в пенной камере - изменению массового количество входящих газов). Количество перелитой воды через сепаратор на этом режиме по данным табл. 4.5 составляет Qcen = 174,7 л/ч. Соотношение величин Qcen QfA превышает трехразовое. А значит спуск перелитой воды через сепаратор Qcen в цистерну сточных вод приведет к необоснованной трате исходной воды. Суммируя вышесказанное, представляется целесообразным при проектировании новых жидкостных очистителей направлять Qcen снова в бункер. Ограничиться спуском воды только из бункера в количестве, необходимым для снятия теплопритока от ОГ. Проведенный анализ позволяет рекомендовать для натурных испытаний ЦПА на дизеле максимально возможное значение hnoep (поскольку именно здесь наиболее высок уровень пены при всех скоростях газа и нет ограничений по гидравлическому сопротивлению).
После проведения стендовых испытаний и установления значений трех искомых величин можно перейти к натурным испытания аппарата с целью установления значения оптимальной скорости газа иг в пенной камере жидкостного очистителя, при которой наиболее эффективно происходит процесс очистки ОТ от токсичных компонентов.
В связи с этим было проведено подключение аппарата к дизель-генератору ДГА-50/9 (дизель 64 12/14), находящего в «Лаборатории автоматизации судового энергетического оборудования» ВГАВТ. Дизель 64 12/14 является судовым вспомогательным двигателем, предназначенным для привода генераторов переменного тока мощностью 50 кВт автоматизированных дизель-генераторных установок, использующихся для работы в качестве источника электрической энергии. Техническая характеристика дизеля приведена ниже в табл. 4.10 [17].
