Снижение вредных выбросов при эксплуатации автотракторных дизелей путем применения сажевого фильтра

• Автор: Гиевой, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 05.20.03, 05.20.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 184 с. : ил.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Воздействие автотракторной техники на окружающую среду.

1.2. Состав и токсичность компонентов отработавших газов дизелей

1.3. Мероприятия по снижению вредных выбросов дизелей.

1.4. Системный анализ устройств для снижения токсичных выбросов в выпускной системе дизеля

1.4.1. Нейтрализация отработавших газов в выпускной системе дизеля

1.4.2. Анализ сажевых фильтров отработавших газов дизелей

1.4.3. Анализ теоретических методов исследования процессов в сажевом фильтре

1.5. Обоснование схемы сажевого фильтра.

1.6. Выводы. Цель и задачи исследования.

2. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ПРОВОДИМЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Структура программы исследования и ее нормативное обеспечение
2.2. Методика теоретических исследований сажевого фильтра.
2.3. Методика проведения параметрической оптимизации сажевого фильтра
2.4. Методика экспериментальных исследований
2.4.1. Задачи экспериментальных исследований.
2.4.2. Оборудование используемое для стендовых и эксплуатационных испытаний сажевого фильтра
2.4.3. Особенности используемых методик экспериментального исследования сажевого фильтра
2.4.4 Обработка результатов испытаний, оценка точности и ошибок экспериментальных исследований
2.5. Выводы.
3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ СНИЖЕНИЯ ТОКСИЧНЫХ ВЫБРОСОВ В
ИССЛЕДУЕМОЙ КОНСТРУКЦИИ САЖЕВОГО ФИЛЬТРА
3.1 Функциональная схема системы сажевого фильтра для математического моделирования.
3.2. Математическая модель движения потока отработавших газов в зоне за лопаточным закручивающим устройством с диффузором и осевым подводом потока О Г
3.3. Математическая модель динамики движения и сепарации сажи в закрученном потоке струи ОГ и ее диффузии в фильтрующих элементах сажевого фильтра.
3.4. Математические модели дисперсного состава сажи в отработавших газах дизеля
3.5. Математическая модель параметрической оптимизации СФ
3.6. Математические модели статистических оценок эффективности работы машиннотракторного агрегата с сажевым фильтром
3.7. Оценивание параметров точности и адекватности математических моделей процессов в сажевом фильтре
3.8. Выводы
4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В САЖЕВОМ ФИЛЬТРЕ ОГ ДИЗЕЛЯ .
4 1. Результаты исследования особенностей распределения и неравномерности потока отработавших газов в зоне за закручивающим устройством сажевого фильтра.
4.2. Газодинамическое сопротивление сажевого фильтра
4.3. Исследование показателей эффективности работы сажевого фильтра
4.3.1. Дымность отработавших газов дизеля
4.3.2. Концентрация оксидов углерода.
4.3.3. Концентрация оксидов азота
4.4. Результаты параметрической оптимизации конструкции сажевого фильтра
4.5. Исследование математических моделей статистических оценок эффективности работы машиннотракторного агрегата МТЗ с сажевым фильтром
4.6. Результаты измерений уровня шума.
4.7. Выводы.
5. ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКАЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА САЖЕВОГО
ФИЛЬТРА
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Неисправности трансмиссии и ходовой части автотракторной техники увеличивают потребляемую мощность, а, следовательно, и расход топлива, что приводит к росту выбросов вредных веществ с ОГ. При истирании тормозных колодок в воздух и почву попадают медь, ванадий, молибден, никель, хром, а при износе покрышек кадмий, свинец, цинк. Особая опасность этих выбросов заключается в том, что в них содержится сажа, способствующая глубокому проникновению тяжелых металлов в организм человека. Поддержание двигателя или транспортного средства в технически исправном состоянии способствует снижению выброса вредных веществ. ОГ дизелей это сложная по составу многокомпонентная смесь газов, паров, капель жидкостей и дисперсных твердых частиц 2, 3, 7, . В этом отношении заслуживают внимания данные о количественном содержании токсичных компонентов в ОГ ДВС табл. II, . Таблица 1. Тип двигателя СО МОх стнп БОг Альде гиды Бенза пирен Сажа. Карбюра торный 0. Дизель ный ,3 0,. Вещества, содержащиеся в ОГ, по характеру воздействия на организм человека можно разделить на ряд групп. Нетоксичные вещества азот, кислород, водород, водяной пар, и диоксид углерода С, углекислый газ. Токсичные вещества оксид углерода II СО, оксиды азота 0, углеводороды СпНт, альдегиды ИхСНО, оксиды серы ЗОх, сероводород Нгв и тврдые частицы в основном сажа. Особая группа полициклические ароматические углеводороды ПАУ, являющиеся канцерогенными веществами. НС 2 2Н 4С, 1. БОг, формальдегида, а также оксидов азота 0 ,. При большой концентрации сажи выхлопные газы становятся видимыми двигатель дымит. Кроме этого сажа является накопителем канцерогенных веществ, наряду с оксидами азота является основным токсичным компонентом ОГ, подлежащим нейтрализации. САЖА аморфное тело, не имеющее кристаллической решетки, в дисперсном состоянии твердый углеродный продукт содержит свыше углерода. В ОГ дизелей сажа находится в виде частиц разнообразной неправильной формы с линейными размерами 0,3 0 мкм. Большая часть сажевых образований имеет размер 0,4 5 мкм, а первичные частицы, из которых состоит сажа 0,5 0, мкм 2,4. Дизельная сажа не является чистым углеродом и сдержит водород, кислород, летучие, зольные, коксовые соединения. Удельная поверхность сажи значительна. Она составляет для первичных частиц м2г, в общей массе равна 6. Дизельная сажа склонна к образованию конгломератов, содержащих от сотен до тысячи частиц, отличающихся незначительной прочностью. Наибольшая масса частицы имеет линейные размеры около мкм и массу порядка 8 мг. Это позволяет частицам сажи длительное время находиться в атмосфере во взвешенном состоянии 5,6. Установлено 9. Образование сажи представляет собой процесс термического разложения пиролиза углеводородов 8 газовой паровой фазе в условиях сильного недостатка кислорода. Начало образование сажи зависит от многих факторов температуры и давления в камере сгорания, вида топлива, состава топливовоздушной смеси коэффициента избытка воздуха, конструктивных особенностей двигателя и др. Сажевые частицы формируются в результате цепной реакции расщепления молекул топлива при сгорании или при высокотемпературной полимеризации и дегидрогенизации испаряющихся капель. Наибольшая степень поверхностного роста частиц наблюдается при К С. Образование сажи может быть описано уравнением 7,8,,,,. СпНт пС 0,5тНг,
Количество сажи в значительной степени зависит от температуры в зоне горения. С ростом температуры и давления это количество резко увеличивается. На образование сажи оказывает влияние также и свойства топлива. Схема образования сажи показана на рис 1. Рис. Наиболее общая схема действительного процесса образования сажи включает гидрогенизацию, дегидрогенизацию, крекинг расщепление молекул, полимеризацию, конденсацию присоединение молекул. Экспериментальными исследованиями установлены концентрации окислителя, при которых начинается выделение сажи из пламени, что оценивают коэффициентом избытка воздуха а при сгорании 2,3,. Концентрационный предел начала образования сажи по а 0,. С ростом температуры в зоне пиролиза углеводородов, а также с увеличением давления, количество образовавшейся сажи резко увеличивается. Схематичный состав частиц сажи можно видеть на рис 1.