Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах тракторного дизеля 4Ч 11,0/12,5 (Д-240) при работе на природном газе путем применения рециркуляции отработавших газов

• Автор: Лопатин, Олег Петрович
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Киров
• Количество страниц: 200 с.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Социально-экологические аспекты влияния автотракторных ^ двигателей на окружающую среду

1.2. Применение природного газа в дизелях

1.2.1. Методы подачи природного газа

1.2.2. Существующие типы газодизелей

1.3. Анализ и перспективы применения методов снижения ^ содержания оксидов азота в отработавших газах дизелей
1.4. Физико-химические процессы образования оксидов азота при ^ сгорании природного газа и дизельного топлива

1.4.1. Механизм образования термических оксидов азота

1.4.2. Механизм образования быстрых оксидов азота

1.4.3. Механизм образования топливных оксидов азота 49 .1.5. Моделирование физико-химических процессов образования
оксидов азота в дизелях
1.6. Задачи исследований
2. ОБРАЗОВАНИЕ ОКСИДОВ АЗОТА В ЦИЛИНДРЕ
ГАЗОДИЗЕЛЯ ПРИ РАБОТЕ С РЕЦИРКУЛЯЦИЕЙ
ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ
2.1. Химизм процесса образования оксидов азота в цилиндре ^ газодизеля при работе с рециркуляцией отработавших газов
2.2. Математическая модель расчета содержания оксидов азота в
цилиндре газодизеля при работе с рециркуляцией
отработавших газов
2.3. Феноменологическая модель процесса образования оксидов
азота в цилиндре газодизеля при работе с рециркуляцией 82 отработавших газов
3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Цель и задачи исследований
3.2. Объект испытаний
3.3. Методика исследований рабочего процесса дизеля
3.3.1. Экспериментальная установка, приборы и оборудование
3.4. Обработка результатов исследований. Ошибки измерений
4. СНИЖЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА В ОТРАБОТАВШИХ ГАЗАХ ТРАКТОРНОГО ДИЗЕЛЯ 44 11,0/12,5 ПРИ РАБОТЕ НА ПРИРОДНОМ ГАЗЕ ПУТЕМ 108 ПРИМЕНЕНИЯ РЕЦИРКУЛЯЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ

4.1. Влияние применения рециркуляции отработавших газов на эффективные и токсические показатели дизеля 4411,0/12,5 при работе на природном газе в зависимости от изменения установочного угла опережения впрыскивания топлива
4.2. Влияние применения рециркуляции отработавших газов на эффективные и токсические показатели тракторного дизеля 44 11,0/12,5 при работе на природном газе в зависимости от изменения нагрузки
4.3. Влияние применения рециркуляции отработавших газов на эффективные и токсические показатели тракторного дизеля 44 11,0/12,5 при работе на природном газе в зависимости от изменения частоты вращения коленчатого вала
4.4. Влияние применения рециркуляции отработавших газов на индикаторные показатели, характеристики сгорания и тепловыделения, концентрацию оксидов азота в цилиндре тракторного дизеля 44 11,0/12,5 при работе на природном газе
4.4.1. Влияние применения рециркуляции отработавших газов на индикаторные показатели, характеристики сгорания и тепловыделения, концентрацию оксидов азота в цилиндре 130 тракторного дизеля 44 11,0/12,5 при работе на природном газе
на различных нагрузочных режимах
4.4.2. Влияние применения рециркуляции отработавших газов на показатели процесса сгорания, характеристики тепловыделения и концентрацию оксидов азота в цилиндре тракторного дизеля 144 4411,0/12,5 при работе на природном газе в зависимости от изменения частоты вращения
5. РАЗРАБОТКА МАКЕТНОГО ОБРАЗЦА ТРАКТОРА МТЗ
ДЛЯ РАБОТЫ НА ПРИРОДНОМ ГАЗЕ С СИСТЕМОЙ
РЕЦИРКУЛЯЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ
5.1. Разработка системы регулирования подачи рециркулируемых газов во впускной трубопровод газодизеля 44 11,0/12,5 (Д- 148 240) сельскохозяйственного трактора МТЗ
5.2. Разработка и создание макетного образца трактора МТЗ-80 для работы на природном газе с рециркуляцией отработавших 153 газов
6. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМЫ РЕЦИРКУЛЯЦИИ
ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ И ПРИРОДНОГО ГАЗА В
КА4ЕСТВЕ МОТОРНОГО ТОПЛИВА В ТРАКТОРНОМ ДИЗЕЛЕ 44 11,0/12,5
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
1. п - частота вращения коленчатого вала дизеля, мин
2. ре - среднее эффективное давление, МПа
3. Ne - эффективная мощность дизеля, кВт
4. Мк - крутящий момент дизеля, Н-м
5. GB - часовой расход воздуха, кг/ч
6. гр - коэффициент наполнения
7. GT - часовой расход топлива, кг/ч
8. а - коэффициент избытка воздуха
9. ge - удельный эффективный расход топлива, г/(кВт-ч)
10.Г|е - эффективный коэффициент полезного действия
11. tr - температура отработавших газов, °С
12. tpr - температура рециркулируемых газов, °С
13. ф - угол поворота коленчатого вала, градус
14. ©Епр - установочный угол опережения впрыскивания топлива, градус
15. Ti - период задержки воспламенения
16. pz - максимальное давление сгорания в цилиндре, МПа
17. рс - давление конца сжатия, МПа
18.8 - степень сжатия
19.— - скорость нарастания давления в цилиндре, МПа/градус бф
20. х - относительное тепловыделение от сгорания топлива
21. Xi - активное тепловыделение dy
22. — - относительная скорость активного тепловыделения, 1 /градус бф
23. Т - осредненная температура цикла в цилиндре, К
24. GT зал - часовой расход запального дизельного топлива, кг/ч
25. Gr - часовой расход природного газа, кг /ч
26. NOx - оксиды азота, %, ppm, г/(кВт-ч)
27. N0 - оксид азота, %, ppm, г/(кВт-ч)
28. CN0, rN0 - содержание оксидов азота, %, ppm, г/(кВт-ч)
29. СО - оксид углерода, %, г/(кВт-ч)
30. С02 - диоксид углерода, %, г/(кВт-ч)
31. СНХ, CnHm - суммарные углеводороды, %, г/(кВт-ч)
32. С - сажа, ед. по шкале Bosch
33. РТ - твердые частицы, г/(кВт-ч)
34. ДТ - дизельное топливо
35. СПГ - сжатый природный газ
36. МВС - метано-воздушная смесь
37. ОГ - отработавшие газы

З.А. Саблиной, А.Ф. Добрянского и др. [203, 205...207].
В состав дизельного топлива входит азот, связанный с органической структурой топлива. Его содержание колеблется до 0,01 % на горючую массу топлива [208]. Если азот топлива при сгорании перейдёт в оксид азота в соответствии со стехиометрией, то концентрация топливных N0,; может достигнуть нескольких процентов от общего количества оксидов азота. В связи с этим вопрос о трансформации топливного азота играет небольшую, но существенную роль.
Механизм образования топливных оксидов изучен слабо. Часть исследователей [144, 149, 193] полагает, что азотосодержащие соединения топлива при нагревании разлагаются и окисляются значительно быстрее, чем молекулярный азот воздуха, поскольку на отщепление атомов азота от азотосодержащих соединений требуется в 2...3 раза меньше энергии, чем на диссоциацию N2. Так, по данным А.А. Введенского [209] энергия связи N=141 в молекуле N2 равна 716 кДж/моль, связи 0-0 - 494 кДж/моль, Н-Н -430 кДж / моль, С-Н - 360 кДж / моль, С-С - 264 кДж / моль, С—N -210 кДж / моль.
Вследствие малой активации реакций термического разложения азотосодержащих соединений топлива Мт образование топливных N0* может интенсивно происходить и при низких температурах. Как отмечается в [201], образование топливных N0* происходит уже при температурах 520.. .570 К.
Образование N0 из азота топлива при горении представляет собой весьма сложный процесс. Некоторые исследователи [194, 196] считают, что при нагревании топлива азотистые соединения топлива разлагаются, выделяя радикалы с единичным атомом азота типа ШЧ или ШЧО, которые в дальнейшем одинаково превращаются в N0 даже независимо от того, существуют ли они в виде оксидов или, каких-либо других соединений. Имеются данные [145], что азот топлива вначале переходит в НСМ, СИ, МН, а затем в оксид азота.