Повышение экологической безопасности двигателей внутреннего сгорания за счет утилизации теплоты их отработавших газов

• Автор: Хасанова, Марина Леонидовна
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 174 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Основные условные обозначения и сокращения
Введение
Г лава 1. Поршневые двигатели внутреннего сгорания и окружающая среда (состояние проблемы)
1.1. Поршневые двигатели внутреннего сгорания как источник экологической опасности
1.1.1. Состав отработавших газов поршневых двигателей внутреннего сгорания
1.1.2. Влияние отработавших газов поршневых двигателей внутреннего сгорания на состояние окружающей среды
1.1.3. Расходование атмосферного кислорода
1.1.4. Нормирование вредного воздействия отработавших газов поршневых двигателей внутреннего сгорания на окружающую среду
1.2. Пути снижения вредного воздействия отработавших газов на окружающую среду
1.2.1. Совершенствование конструкции двигателя и его систем
1.2.2. Обезвреживание отработавших газов с помощью специальных устройств
1.2.2.1. Термическая нейтрализация
1.2.2.2. Каталитическая нейтрализация
1.2.2.3. Жидкостная нейтрализация
1.2.3. Использование нетрадиционных топлив и применение присадок
1.2.4. Поддержание технического состояния двигателя и его малотоксичные регулировки
1.3. Цель и задачи исследования
Глава 2. Система двухуровневого использования теплоты, включающая
поршневой ДВС и утилизационный двигатель с внешним подводом теплоты и внутренним парообразованием
2.1. Принципы системного анализа установок двухуровневого использования теплоты
2.2. Особенности исследуемой установки двухуровневого использования теплоты как многоуровневой технической системы
2.3. Система показателей для экологической оценки установки двухуровневого использования теплоты, включающий дизель и утилизационный двигатель с внешним подводом теплоты и внутренним парообразованием
Глава 3. Методика проведения исследований
3.1. Методика проведения натурного эксперимента
3.2. Методика проведения натурно-математического эксперимента
Глава 4. Экспериментальная установка
4.1. Экспериментальная установка
4.1.1. Силовая установка
4.1.2. Оборудование экспериментальной установки
к.2. Оценка погрешности измерений
Глава 5. Результаты экспериментального исследования
5.1. Влияние регулировочных и эксплуатационных характеристик утилизационного двигателя на изменение экологических характеристик отработавших газов дизеля
5.2. Изменение экологических показателей дизеля КамАЗ-740 при утилизации теплоты его отработавших газов с помощью ДВПТВП
Заключение
Использованная литература
Приложения
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
Vor - часовой объемный выброс отработавших газов в окружающую
среду;
Ех - эксергия;
Ci - концентрация i-ro компонента в отработавших газах;
ACi - степень снижения концентрации i-ro компонента в отработавших
газах;
С;* - показатель изменения токсичности i-ro компонента;
Qor - количество теплоты, поступающее в окружающую среду;
с отработавшими газами;
Gb - часовой расход воздуха;
Gt - часовой расход топлива;
Ne - эффективная мощность;
р - коэффициент полезного действия;
8эб- - коэффициент повышения экологической безопасности;
т - время;
ВВ - вредные вещества;
ВКИТ - вторичный контур использования теплоты;
ВМТ - верхняя мертвая точка;
ДВС - двигатель внутреннего сгорания;
ДВПТВП - двигатель с внешним подводом теплоты и внутренним парообразованием;
КПД - коэффициент полезного действия;
НМТ - нижняя мертвая точка;
ОГ - отработавшие газы;
ОС - окружающая среда;
ПДВС - поршневой двигатель внутреннего сгорания;
ПДК - предельно допустимая концентрация вещества;
ПКВ - поворот коленчатого вала;
ляется одним из самых перспективных направлений по снижению токсичности ОГ [81, 94].
Осуществление подачи природного газа на впуск дизелей приводит к росту выбросов NOx на 20 %, газового конденсата - к снижению выбросов NOx на 40-60 % [68].
Для улучшения характеристик самовоспламенения топлива в дизелях в спирты добавляют активаторы, например, триэтиленгликоль, динитрат, смазывающие и антиокислительные присадки [81].
При переводе дизелей на спирты проводят корректировки угла опережения впрыскивания топлива, оптимизируются размеры сопловых каналов форсунок, разгрузочный объем нагнетательного клапана ТНВД. Фирмой «Даймлер-Бенц» в результате проведенных работ по определению характеристик дизелей, работающих на спиртовых топливах, установлено, что при подаче до 40 % метанола на впуск двигателя происходит снижение выбросов NOx на 30 % [68].
В исследованиях, проведенных канадским отделением фирмы General Motors на ДВС, работающем на смеси 85 % (по объему) неэтилированного бензина с 15 % метанола, содержание СО, NOx, СхНу было существенно ниже норм, предусмотренных стандартом на содержание в ОГ СО и СХНУ [127].
Добавлением к топливу присадок можно изменить ход реакции окисления углеводородов в сторону меньшего образования некоторых токсичных компонентов: оксида углерода, углеводородов, альдегидов, сажи и др.
Простейшей присадкой к топливу является вода. В случае применения водно-топливной эмульсии (ВТЭ), за счет явления микровзрыва частиц воды, распыление топлива улучшается, за счет этого его расход снижается на 4,5-7,5 % [81].
При использовании ВТЭ с 15 % воды по массе происходит сокращение выбросов оксидов азота на 40 %. При этом температура ОГ снижается на 20-25 %, головки цилиндра на 10-12 % [81].