Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ источников загрязнения атмосферы и задачи исследований ... 9
1.1. Средства механизации с тепловыми двигателями и их применение в условиях ограниченных объёмов 9
1.2. Требования по токсичности отработавших газов дизельных ДВС. Основные способы и пути снижения токсичности и анализ их эффективности 19
1.3. Анализ способов обеспечения требуемых параметров воздушной среды при работе двигателей в ограниченных объёмах 24
Выводы по главе и задачи исследования 42
2. Комбинированная система снижения вредных выбросов с ог двс специальной техники 44
2.1. Улучшение эксплуатационных и экологических показателей работы ДВС при помощи присадок к ДТ '. 44
2.2. Снижение вредных выбросов путем рециркуляции ОГ с использованием реакторов-нейтрализаторов на основе твердых КСП 53
2.3. Технологические особенности контактной обработки ОГ в реакторах-нейтрализаторах 58
2.4. Комбинированные системы снижения вредных выбросов ДВС с использованием реакторов-нейтрализаторов газовых смесей 67
Выводы по главе 75
3. Экспериментальные исследования комбинированной системы снижения вредных выбросов ДВС 76
3.1. Описание экспериментальной установки 76
3.2. Программа-методика проведения экспериментальных исследований 88
3.3. Оценка погрешностей измерений 103
3.4. Результаты экспериментальных исследований 108
3.4.1. Результаты экспериментального исследования влияния элементо-органических присадок к топливу на экологические характеристики двигателя 84 9,5/10 108
3.4.2. Результаты исследований контактной обработки ОГ водой 115
3.4.3. Результаты экспериментальных исследований обработки в РНГ 120
Выводы по главе 121
4. Разработка рекомендаций по реализации процессов в элементах комбинированной системы снижения вредных выбросов и методик их расчета 122
4.1. Рекомендации по определению расчетных концентраций присадок в топливе 122
4.2. Рекомендации по контактной обработке ОГ и методика расчета т контактного аппарата 127
4.3. Методика расчета реакторов-нейтрализаторов для кислородного обогащения ОГ 133
4.3.1. Расчет кассеты с КСП 133
4.3.2. Расчет габаритов реакционного блока кассет 136
4.3.3. Определение диаметров входного и выходного газовых
патрубков 138
4.3.4. Определение диаметра входного водяного трубопровода 138
4.3.5. Определение высоты входного патрубка 139
4.3.6. Определение высоты входного патрубка 139
4.3.7. Определение размеров сепарационного блока 139
Выводы по главе 141
Заключение 142
Список использованных источников 145
- Средства механизации с тепловыми двигателями и их применение в условиях ограниченных объёмов
- Улучшение эксплуатационных и экологических показателей работы ДВС при помощи присадок к ДТ
- Программа-методика проведения экспериментальных исследований
- Рекомендации по определению расчетных концентраций присадок в топливе
Введение к работе
Применение специальной техники с ДВС в условиях ограниченных объёмов при строительстве, например, при проходке тоннелей, а также при проведении работ по уходу за растениями в условиях замкнутых объёмов (в теплицах) приводит к изменению параметров воздушной среды за счёт её загрязнения вредными выбросами, содержащимися в отработавших газах (ОГ) двигателей. Кроме того, при добыче строительных материалов для предприятий строительного комплекса, при добыче полезных ископаемьж (золота, алмазов, сырья для производства минеральных удобрений и т.д.) открытым способом возникает аналогичная проблема борьбы с загрязнением атмосферы карьеров вредными выбросами ОГ двигателей [24]. В настоящее время ее решают путем устройства соответствующих систем искусственной либо естественной вентиляции, что сопряжено со значительными материальными и энергетическими затратами и простоями техники ввиду существенного загрязнения атмосферы вредными веществами, не позволяющего обеспечить безопасную работу обслуживающего персонала.
Таким образом, улучшение экологических и технико-экономических показателей эксплуатации двигателей, связанное с уменьшением общего количества ОГ и содержания вредных выбросов в них, является актуальным.
В настоящее время отечественными [10, 12, 14, 16, 30, 35, 38, 41, 43, 48, 50, 51, 72, 74 ] и зарубежными [ 85, 86, 88, 93 ] учеными предложен ряд способов улучшения экологических и технико-экономических показателей транспортных и стационарных дизелей путем конструктивных изменений собственно двигателей, их систем, в том числе систем газовыпуска, топливоподачи и топливоподготовки.
Однако отсутствие комплексности в применении предлагаемых способов не позволяет решить в полной мере вопрос сокращения вредных выбросов с ОГ и обеспечить требуемые экологические характеристики дизелей.
Целью данной работы является разработка структуры и исследование элементов комбинированной системы снижения вредных выбросов с ОГ ДВС специальной техники, применяемой для работы в условиях ограниченных объёмов, позволяющей получить сверхсуммарный эффект от совместного применения различных способов снижения токсичности ОГ.
В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:
1. Анализ источников загрязнения атмосферы и способов снижения токсичности ОГ ДВС.
2. Анализ возможностей уменьшения вредных выбросов с ОГ путем применения присадок к топливу, рециркуляции ОГ с выпуска на впуск двигателя при их охлаждении и обогащении кислородом.
3. Разработка структуры комбинированной системы уменьшения вредных выбросов и создание экспериментальной установки.
4. Проведение экспериментальных исследований, разработка рекомендаций по определению параметров элементов комбинированной системы снижения вредных выбросов и методик расчета их габаритов.
Работа состоит из четырех глав.
В первой главе приведен анализ источников загрязнения атмосферы, рассмотрены средства механизации, применяемые для работы в условиях ограниченных объёмов, требования по токсичности ОГ дизельных ДВС, основные способы и пути ее снижения и сделан вывод о необходимости комбинированного использования способов снижения вредных выбросов с ОГДВС.
Во второй главе приведен анализ возможностей уменьшения суммарного количества вредных выбросов с ОГ путем применения присадок к топливу, рециркуляции неохлажденных и охлажденных ОГ, обогащенных кислородом, технологических особенностей контактной обработки ОГ в реакторах-нейтрализаторах и предложена структура комбинированной системы снижения вредных выбросов.
В третьей главе приведено описание устройства и принципа работы экспериментальной комбинированной системы снижения вредных выбросов, программа-методика проведения экспериментальных исследований, оценки погрешности измерений и приведены результаты экспериментальных исследований: влияния элементоорганической присадки к топливу на экологические характеристики дизеля 84 9,5/10; контактной обработки ОГ водой; обработки ОГ в реакторе-нейтрализаторе ОГ (РНГ).
В четвертой главе приведены некоторые рекомендации по реализации процессов в элементах комбинированной системы снижения вредных выбросов и методики расчета рациональной концентрации присадки в топливе и габаритов контактного аппарата, а также обоснование требуемой степени рециркуляции обогащенных кислородом ОГ, дана методика расчета реакторов-нейтрализаторов ОГ для их обогащения кислородом.
По материалам диссертации подана заявка на изобретение, по которой получено положительное решение на выдачу патента.
В работе нашли отражение результаты исследований по плановым НИР «Источник-98», «Спецтранс-1», «Эколог-КС».
Результаты исследований докладывались и обсуждались на:
-расширенных заседаниях кафедры №92 ВИТУ;
-Гангутских ХХХП и ХХХШ семинарах (1997-98 г.г.);
-седьмом и восьмом Международных автосалонах «Мир автомобиля, экология, экономика и безопасность автомобиля» (1998-99 г.г.г);
-постоянно действующем семинаре стран СНГ «Улучшение эксплуатационных показателей двигателей, тракторов и автомобилей» СПбГАУ (1995,1998,1999-2006г.г.);
-постоянно действующих семинарах кафедр №№ 23 , 24 , 92 ВИТУ (1996-2004 г.г.).
Материалы диссертации, ее основные положения и научные результаты опубликованы в 13 работах [ в том числе в 18,19.21,22,26-30].
На защиту выносятся следующие результаты:
1. Структура комбинированной системы снижения вредных выбросов с ОГ дизелей и выполненная на ее базе оригинальная экспериментальная установка.
2. Программа-методика проведения экспериментальных исследований и результаты экспериментальных исследований элементов комбинированной системы снижения вредных выбросов (КССВВ).
3. Рекомендации по реализации процессов в элементах КССВВ.
4. Методики расчета: габаритов контактного аппарата для охлаждения ОГ; реакторов-нейтрализаторов для очистки и кислородного обогащения ОГ; рациональной концентрации присадки в топливе.
Автор считает своим долгом выразить признательность руководству СПбГАУ, кафедры «Двигатели внутреннего сгорания и теплотехника» за представленную возможность апробации и защиты диссертации, научному руководителю доктору технических наук профессору Николаенко А.В. за методическое руководство и ценные советы при проведении исследований и оформлению их результатов, а также сотрудникам СПбГАУ, СПбГАСЭ, ВИТУ, за большую помощь в проведении исследований и оформлении их результатов.
Все практические рекомендации по содержанию диссертации и замеченным недостаткам будут приняты автором с глубокой признательностью.
Средства механизации с тепловыми двигателями и их применение в условиях ограниченных объёмов
Средства механизации с тепловыми двигателями и их применение в условиях ограниченных объёмов Механизация работ в условиях ограниченных объёмов, как правило, сопряжена с применением специальной техники. В качестве силового агрегата в ней используются двигатели внутреннего сгорания, работающие по циклу Дизеля (дизельные) или Отто-Сабате (карбюраторные). При обустройстве и эксплуатации месторождений полезных ископаемых, строительстве подземных путепроводов, эксплуатации сельскохозяйственных сооружений для производства сельхозпродукции в условиях ограниченной связи с окружающей средой основными видами работ являются: - подготовительные работы (снятие леса, корчевка пней, срезание и уборка кустов); - устройство дорог и инженерных коммуникаций; - земляные работы (отрывка и засыпка котлованов, траншей, проходка туннелей, добыча инертных); - транспортные (вывоз грунта в отвал, отсыпка дорог, подвоз инертных для производства бетона, подвоз строительных материалов, железобетонных конструкций и т.д.); - грузоподъемные (погрузка, разгрузка строительных материалов и оборудования); - отделочные; - изоляционные; - сварочные; - работы по обработке почвы при уходе за растениями и т.д.
Состав и характеристики машин, используемых для выполнения перечисленных работ, приведены в таблице № 1.1.
Из анализа состава машин, установленной на них мощности ДВС, коэффициентов использования их по времени и мощности можно сделать вывод: - количество машин с карбюраторными двигателями при возведении сооружений с ограниченными объёмами составляет 5-10%; - суммарная установленная мощность ДВС колеблется в пределах от 2705 до 8505 кВт; - средневзвешенный удельный расход топлива ДВС составляет 0,262 кг/кВтч; - часовой расход топлива - 710-2204 кг; - суточный расход топлива 403-13727 кг.
В большинстве ДВС используется жидкое топливо, состоящее из разнообразных по структуре углеводородов.
В зависимости от способа переработки и качества нефти в 1 кг топлива содержатся : углерода С=0,8-0,87 кг, водорода Н= 0,11-0,14 кг, серы S=0,0001-0,05 кг, кислорода 0= 0,00005-0,03 кг.
В практических расчетах принимается топливо среднего состава: С=0,87 кг, Н= 0,126 кг, 02= 0,004 кг, S = 0.
Основные характеристики дизельного топлива приведены в ГОСТ 305-82, бензина-в ГОСТ 2084-77.
Часть топлива в цилиндрах дизельных ДВС превращается в продукты неполного его окисления из-за локальной недостачи кислорода в зоне горения, недостатка времени для испарения и сгорания. В карбюраторных двигателях неполное сгорание вызывается общим недостатком кислорода при а 1. При неполном сгорании в состав отработавших газов дизелей входят С02, Н20, С, N2, 02, Cn Нт, карбюраторных двигателей - С02, Н20,02,СО и N2.
В цилиндры ДВС помимо топлива подается масло для смазки поверхностей цилиндра и поршня, во время горения топлива часть масла сгорает полностью или частично с образованием продуктов полного и неполного сгорания. Известно более 200 компонентов отработавших газов (ОГ), определяющих их количественное и качественное отличие от атмосферного воздуха. На долю этих компонентов приходится менее 1% общей массы ОГ. Средний состав основных компонентов ОГ ДВС приводится в таблице 1.2.
По характеру воздействия на окружающую среду, организм человека, своим свойствам ОГ делятся гигиенистами на ряд групп: первая - нетоксичные вещества - азот, кислород, водород, водяной пар, углекислый газ; вторая - окись углерода. В зависимости от объемной концентрации воздействие на человека может быть от безвредного (0,0016%) до смертельного (1,0%); третья - окислы азота. На организм человека в зависимости от объемной концентрации воздействует следующим образом: - 0,000015 % - абсолютный порог воздействия; - 0,002 % - образование метагемоглобина; - 0,004-0,008 % - отек легких; четвертая - углеводороды. Наиболее опасен бенз-а-пирен, являющийся канцерогеном; пятая - альдегиды. В ОГ ДВС присутствуют, в основном, формальдегид и акролеин. Они воздействуют на организм человека в зависимости от объемной концентрации в воздухе следующим образом: - формальдегид: - акролеин: 0,00037 % 0, 00008 - безвредно; 0,007 % - раздражение; 0,0005 - трудно переносим; 0,018 % - осложнения. 0,014 % - смерть через 10 мин. шестая - сажа.
Сажа содержит 94-99 % углерода и 0,5-0,3% водорода по массе, а также некоторое количество кислорода и зольных элементов и не представляет опасности для человека. Но сажа является переносчиком канцерогенных углеводородов, так как хорошо их адсорбирует. Это объясняется развитой поверхностью частиц сажи»
Улучшение эксплуатационных и экологических показателей работы ДВС при помощи присадок к ДТ
Анализ имеющихся сведений относительно эффективности применения,
областей использования, уровня разработки, технико-экономических и других показателей транспортных ДВС, как видно в частности, из таблицы 1.13, позволяет среди наиболее перспективных для внедрения мероприятий, способствующих уменьшению вредных выбросов с ОГ ДВС выделить рециркуляцию ОГ, кислородное обогащение рабочей смеси, а также применение присадок к топливам. Причем принципиальным является то обстоятельство, что совместное применение указанных мероприятий значительно более эффективно, чем отдельное.
Действительно, некоторое увеличение дымности и снижение экономичности являются факторами, ограничивающими эффективность рециркуляции ОГ, особенно в области средних и больших нагрузок. Однако, именно по данным факторам в ряде случаев достигается максимальный эффект от применения присадок к топливам. Кроме этого, следует отметить, что рассматриваемые мероприятия эффективны не только с точки зрения снижения вредных выбросов транспортных ДВС, но могут обеспечить комплексное улучшение показателей их работы, характеристик и режимов использования.
Так, рециркуляция обогащенных кислородом ОГ позволяет значительно сократить количество потребляемого свежего воздуха, улучшить качество переходных режимов работы двигателей.
Присадки в топливо помимо снижения вредных выбросов позволяет повысить экономичность, улучшить техническое состояние, индикаторные и эффективные показатели ДВС. V Таким образом, совместное комплексное применение рециркуляции ОГ с возможным обогащением рабочей смеси кислородом, а также использование многофункциональных присадок к топливу могут способствовать значительному росту эффективности их применения и перспективности использования в транспортных ДВС
Присадки к топливам позволяют улучшить процессы смесеобразования, воспламеняемость и полноту сгорания топлива химическим путем.
К присадкам, влияющим на процесс сгорания дизельного топлива и повышающим уровень воспламеняемости полноту и скорость его сгорания относятся: -противонагарные - уменьшающие нагарообразование на деталях двигателя; -антидымные - понижающие количество всех вредных веществ в ОГ и, в первую очередь, сажи; -моющие - улучшающие процесс сгорания топлива за счет очистки от на-гарообразования деталей цилиндро-поршневой группы и распылителей форсунок.
Классификация присадок представлена нарис. 2.1.
Согласно [ 83 ] за рубежом выпускается и применяется около 2500 различных торговых марок присадок, улучшающих процесс сгорания топлива. Только в США годовое потребление присадок за один 1992 год составило 108,6 тыс.т. В России присадки к топливу не получили широкого применения ввиду отсутствия объективных данных об их влиянии на все эксплуатационные показатели ДВС, малого опыта по их производству и применению. Наибольшего внимания с точки зрения применения в транспортных ДВС заслуживают многофункциональные присадки, которые за счет наличия в них различных функциональных групп обладают моющим, диспергирующим, антидымным и другими эффектами, что позволяет обеспечить одновременное уменьшение эмиссии вредных веществ, очистить от нагарообразований детали двигателя, увеличить его ресурс и топливную экономичность.
Согласно данным [ 6-8 ] многофункциональные присадки, как правило, композиционные, в их состав входят металлоорганические соединения, амино-фенолы и ароматические амины, амиды жирных кислот, кремнийорганические соединения, полиэфиры и другие компоненты. Оптимальной концентрацией присадок считается 0,005-0,03 %. Стоимость применяемых присадок обычно составляет не более 1 % от стоимости топлива, а экономический эффект от использования в несколько раз превышает затраты на их производство.
Многофункциональными присадками являются все антидьгмные, противо-нагарные и моющие присадки и их композиции, которые при введении в топливо улучшают экологические и экономические показатели. Большинство присадок, используемых во всем мире для улучшения процесса сгорания топлива в двигателях, являются металлосодержащими.
В состав данных присадок могут входить: - моюще-диспергирующие компоненты; - модификаторы нагара; - катализаторы горения.
Большой эффективностью обладают присадки, содержащие катализаторы горения (феноляты щелочноземельных металлов, соединений меди, железа, никеля, кобальта). Соли металлов в данном случае обеспечивают выгорание нагара, что особенно актуально для установок с рециркуляцией ОГ, имеющих протяженные ГВТ и переменный состав рабочей смеси.
Таким образом, применение многофункциональных присадок позволяет обеспечить: -безразборную очистку и раскоксовывание от нагароотложений деталей двигателя; -увеличение ресурса двигателя; -экономию топлива до 3-5 %; -уменьшение эмиссии всех вредных веществ в ОГ на 30-70 %; -снижение требований к эксплуатационным свойствам топлива.
Программа-методика проведения экспериментальных исследований
В процессе экспериментальных исследований решались следующие задачи: - оценка влияния добавки элементорганической присадки к топливу на экологические показатели дизеля в зависимости от его скоростных и нагрузочных режимов; - оценка количественных показателей контактного охлаждения ОГ для вывода обобщенного уравнения тепломассообмена между газами и поглотителем; - оценка рациональной степени перепуска охлажденных контактным способом ОГ для снижения вредных выбросов; - оценка комплексного влияния добавки элементоорганической присадки в топливо и перепуска части ОГ, охлажденных контактным способом и обогащенных кислородом во впускную систему дизеля ОГ на его экономические и экологические характеристики.
В соответствии с указанными задачами экспериментальные исследования проводились в 4 этапа.
Для уменьшения количества опытов и одновременного получения достоверной информации при проведении исследований на всех этапах применялось планирование эксперимента, в частности использовались различные типы планов проведения экспериментов. С этой целью выбирались варьируемые факторы, удовлетворяющие условиям совместимости и воспроизводимости в ходе выполнения опытов[ 1,2].
1 этап Оценка влияния добавки элементоорганической присадки к топливу на экологические характеристики дизеля. При проведении исследований использовался ортогональный центральный композиционный план (ОЦКП). В качестве варьируемых факторов использовались: - частота вращения коленчатого вала дизеля п (пределы изменения 1100-1600 об/мин); - концентрация присадки в топливе К (пределы изменения 0,002-0,01 %мас); - нагрузка на дизель-генератор Ре (пределы изменения 3-30 кВт). Функциями отклика являлись концентрации токсичных компонентов в ОГ: сажи (С), углеводородов (СХНУ), оксида углерода (СО), оксидов азота (в основном NO). Выбранные уровни варьирования факторов и матрицы планирования эксперимента приведены в табл.3.1 и 3.2.
2 Этап. Оценка количественных показателей контактной обработки ОГ. При проведении исследований в качестве варьируемых факторов использовались отношения Дк/с1экв ( где Дк - диаметр контактной камеры, d3KE - эквивалентный диаметр газового насадка контактного аппарата ); ho/HK (где ho - глубина погружения газового насадка в слой охлаждающей воды, Нк - высота контактной камеры ); tr - температура газовой фазы.
Исследования проводились при постоянном расходе газов на входе в контактный аппарат (GrBX=const), постоянном расходе охлаждающей воды (GB=const) и переменной температуре газов на входе в аппарат (trBX = var).
Функциями отклика являлись объемный коэффициент теплопередачи Kv, диффузионный критерий Прандтля Рг»1 для жидкой фазы, критерий Кир пичева Kj, а также диффузионный критерий Нуссельта Nil»1 для жидкой фазы. При этом под функциями отклика подразумевались: -объемный коэффициент теплопередачи - Kv=K/VK0HT; -диффузионный критерий Прандтля Ргж] = цж/(рж Дж); -критерии Кирпичева К І = (К 13 ДК2)/А, г; -диффузионный критерии Нуссельта №іж = (К1)Ж ДК )/Дж, где: К - коэффициент теплопередачи от газа к жидкой фазе; VKOHT - объем контактной камеры КОН; Цж, рж - динамическая вязкость и плотность жидкой фазы; Дж - коэффициент диффузии поглощаемого компонента в жидкой фазе; Дк - диаметр контактной камеры КОГ; %г - коэффициент теплопроводности газовой фазы (ОГ); Къж - объемный коэффициент массопередачи для жидкой фазы.
В качестве аналога процесса поглощения токсичных компонентов исследовался процесс поглощения С02 водой из отработавших газов дизеля. Влагосодержанием газовой фазы на входе в КОГ пренебрегали ввиду его малости. Изменение теплосодержания газовой фазы определялось по ее расходу и перепадам температур газовой и жидкой фаз. Уровни варьируемых факторов и матрица планирования эксперимента приведены в таблицах 3.3 и 3.4.
З Этап. Оценка возможности установки рациональной степени перепуска охлажденных контактным способом ОГ для снижения вредных выбросов.
При проведении исследований по данному этапу была разработана расчетно-экспериментальная методика оценки степени рециркуляции отработавших газов, исходя из следующих соображений..
Для учета рециркуляции ОГ вместо коэффициента остаточных газов уг согласно данным [ 60, 74 ] удобно использовать коэффициент отработавших газов уог, определяемый по выражению: Уог = Трец + Тг1 (1+Урец), (3.1) где: Урец - степень рециркуляции, определяемая отношением количества рецир-кулируемых газов к свежей смеси; уг! - приведенный коэффициент остаточных газов. В свою очередь, приведенный коэффициент остаточных газов у/ может быть определен по выражению: Уг УДТа /Та), (3.2) где: Тарец и Та- температура заряда в конце наполнения соответственно при рециркуляции и без нее.
Поскольку эффективность рециркуляции во многом определяется количественными характеристиками перепуска ОГ с выпуска на всасывание, надежное и точное определение и регулирование в процессе работы степени рециркуляции урЄц представляется весьма важной и актуальной задачей.
Определить степень рециркуляции урЄц можно путем измерения расходов свежей смеси и рециркулируемых газов. Однако, как показано в ряде работ [17,47, 53], известные методы измерения расходов газообразных сред в условиях ДВС обладают ограниченной эффективностью. Очевидна, например, низкая эффективность предварительной тарировки датчиков расхода в нестационарных условиях эксплуатации ДВС. Поэтому более простым, надежным и эффективным способом представляется оценка степени рециркуляции урец по перепаду давления на регулирующем органе подачи свежей смеси с тарировкой канала измерения непосредственно двигателем. Принципиальная схема устройства измерения степени рециркуляции представлена на рис.3.10.
Рекомендации по определению расчетных концентраций присадок в топливе
Результаты экспериментальных исследований процессов тепломассообмена между ОГ и водой, которая, в основном, должна использоваться в качестве хладоагента и абсорбента в предлагаемой комплексной системе снижения вредных выбросов с ОГ ДВС спецтехники, показывают, что контактная обработка позволяет достичь требуемой степени охлаждения ОГ и поглощения из их состава газообразных токсичных компонентов. Как правило, контактный аппарат, являющийся одним из основных элементов системы, может работать как в режиме с протоком воды, так и в испарительном режиме, когда основное количество теплоты от ОГ отбирается за счет испарения части воды в поток ОГ. При этом оставшаяся вода охлаждается, а уровень жидкости в КОГ поддерживается за счет возмещения испарившейся жидкой фазы. Однако, по нашему мнению, предпочтительным режимом работы КОГ должен быть режим с протоком воды, для которого представляется необходимым дать методику его расчета [ 20,23 ].
Суть расчета КОГ заключается в определении активного объема контактной камеры и габаритов корпуса. С этой точки зрения результаты, полученные в ходе выполнения настоящей работы, позволяют предложить следующую методику. По известному максимальному расходу перепускаемых ОГ и их температуре после дизеля рассчитывается эквивалентный диаметр газового насадка d3KB из условия, что скорость потока ОГ на его выходе при максимальном расходе ОГ должна находиться в пределах 50-70 м/сек [ 54, 76 ]. Для этого, используя уравнение сплошности потока ОГ Gr V = С /Жв, или, учитывая, что V = 1/рг, GI7pr= С /экв рассчитьшается кв по формуле
В случае цилиндрической формы трубопровода подвода газов, которая является наиболее технологичной, эквивалентный диаметр газового насадка d3KB может быть определен из выражения: d3KB = л/4 -о/(7г Сг) = V4 G/(7t pr Cr) (4.3) В приведенных уравнениях: Gr - массовый расход ОГ, кг/сек; D - удельный объем ОГ, м /кг; рг - плотность ОГ, кг/м3; Сг - скорость потока ОГ, м/сек; /экв- эквивалентная площадь газового насадка, м2.
Далее, используя уравнения для определения К и АРк=/(Дк/с1Экв, h0/HK, tr) определяется соотношение Дк/ 1экв при котором АРК [APqr] - АРтр и из него находится Дк. При известной температуре ОГ на вьжоде из аппарата, которая при контактной обработке определяется из условия tr= tM + (2-3)С, и температуре ОГ tr после дизеля определяется количество теплоты, отбираемой от ОГ. Суммируя эту теплоту с теплотой конденсации водяных паров, количество которых для дизельного топлива среднего состава может быть определено по часовому расходу топлива Вч и степени рециркуляции ОГ jpe4 из выражения GH2o =1,13 jpeu B4, определяется тепловая нагрузка КОГ Ql = Qr + Qi3n = Сг Сг jpea (trr ) + U ЗВч іреЦ г, (4.4) где г - скрытая теплота парообразования для воды. Далее по определенному отношению Дк/(1экв подбирается отношение h0/HK (при тг, соответствующей номинальному режиму), при котором объемный коэффициент теплопередачи К„ максимален, и из уравнения Qz = K1) VK AtcP определяется активный объём контактной камеры VKafCT, необходимый для отведения количества теплоты Q . По известным VKaKT, Дк и отношению ho/HK определяется Нк и по значению отношения ho/HK определяется ho (глубина погружения насадка или уровень воды в КОГ). Получив значения Дк/йэт, h0/HK и зная tr, можно определить диффузионный критерий Нуссельта для жидкой фазыШж1 по экспериментально полученному уравнению: NuJ = 12 106 /d3KE)0 322 ho/HK)- 6044r0 334 (4.5) и из него определить обобщённый объёмный коэффициент массопередачи для жидкой фазы Кадя из выражения Між1 = К ДДЦж - К = Шж Дж/Дк2 (4.6) Получив значение Крж следует определить значение средней движущей силы процесса массообмена для жидкой фазы при поглощении газа водой по рекомендациям работ [ 23,32,33 ] из выражения ACp-(Ai-A2)/ln(A,/A2) (4.7) где Ai и А2- движущие силы процесса массообмена у концов аппарата, Аі = Ун-Ун илиА1 = х„ -х„ , А2=Ук-Ук илиЛ2=хк-хк ; ук, хк - концентрации поглощаемого компонента в относительных мольных долях в газовой и жидкой фазах на выходе аппарата; ун, х„ - соответствующие концентрации на входе в аппарат. При 2 Аі/Аг 0,5 с достаточной степенью точности [ 32 ], среднюю движущую силу массообмена можно найти из выражения Аср = (А1 + А2)/2; (4.8) Ун , Ук - концентрации газа в газовой фазе, равновесные начальным и конечным его концентрациям хн и хкв жидкой фазе; хн , хк - концентрации газа в жидкой фазе, равновесные концентрациям ун и ук в газовой фазе.
Средняя движущая сила массообмена определяется с использованием графических построений с учётом того, что раствор поглощаемого токсичного компонента в воде является сильно разбавленным и уравнение линии равновесия может быть записано в виде у = трх х, где трх - константа фазового равновесия для раствора газа в воде [ 64 ]:
