Таксономические единицы (категории) растений: Каждая система классификации состоит из определённых соподчиненных друг другу...
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого...
Топ:
Установка замедленного коксования: Чем выше температура и ниже давление, тем место разрыва углеродной цепи всё больше смещается к её концу и значительно возрастает...
Оценка эффективности инструментов коммуникационной политики: Внешние коммуникации - обмен информацией между организацией и её внешней средой...
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов...
Интересное:
Отражение на счетах бухгалтерского учета процесса приобретения: Процесс заготовления представляет систему экономических событий, включающих приобретение организацией у поставщиков сырья...
Искусственное повышение поверхности территории: Варианты искусственного повышения поверхности территории необходимо выбирать на основе анализа следующих характеристик защищаемой территории...
Лечение прогрессирующих форм рака: Одним из наиболее важных достижений экспериментальной химиотерапии опухолей, начатой в 60-х и реализованной в 70-х годах, является...
Дисциплины:
2017-09-10 | 375 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Выпускные газы дизелей представляют собой продукты реакций, происходящих в рабочем цилиндре и газовыпускной системе, и содержат компоненты в газовой, паровой и твёрдой фазах.
Химический состав топлива: Н, С, О, S, A,W,N.
При полном сгорании элементов нефтепродуктов продукты сгорания не должны содержать углеводородов:
С+О2=СО2
2Н2+О2=2Н2О
S+О2=SО2
в действительности из-за неполноты физического и химического образуются различные соединения углерода (СО - угарный газ), азота (N20, NO, N2О3, NО3) и др., но в основном это NО2 - их в выходных газах около 90%; образующиеся пары влаги при сгорании топлива конденсируются, а затем, вступая в реакцию с соединениями серы SО2, SO3 и соединениями азота, образуют серную, азотную, азотистые кислоты, которые воздействуют на окружающую среду не с лучшей стороны, ровно, как и на человека.
В выпускных газах образуются и твёрдые частицы несгоревшего топлива, а также продукты износа. Всего в выпускных газах ДВС с помощью различных приборов и методов анализа их состава обнаружено около 200 компонентов.
В сентябре 1997г. Конференция участников международной конвенции по предупреждению загрязнения окружающей среды судами (МАРПОЛ 73/78) одобрила новые меры, которые должны уменьшить загрязнение воздуха. Правила будут ограничивать допустимое содержание окиси серы SOx и азота NOx в выхлопных газах судовых двигателей и запретят преднамеренную эмиссию озонопоглощающих веществ.
Генеральный секретарь IMO госп. В. А. О'Нил отметил, что принятие конференцией правил предотвращения загрязнения воздуха является итогом шестилетней работы. Он заявил: "Эта конференция не является Изолированным событием. Все государства и международные организации глубоко осознали феномен уменьшения озонового слоя, атмосферного загрязнения и глобального потепления. Новые правила будут содействовать морскому сообществу в международном решении региональных и глобальных проблем загрязнения окружающего воздуха".
|
Правила предотвращения загрязнения воздуха включены в новое Приложение VI (Инструкция по предотвращению загрязнения воздуха судами) к МАРПОЛ 73/78, которое вступит в силу через 12 месяцев после его принятия не менее чем 15 государствами, общий тоннаж судов которых составит не менее чем 50 процентов от тоннажа мирового торгового флота.
В основном оксиды серы, производимые судами и выпадающие в океанах, не приводят к отрицательным последствиям для морской среды, однако вызывают кислотные дожди и оказывают воздействие на береговые сооружения и растения. В соответствии с решением конференции максимальное содержание серы в топливе должно быть снижено с 5 % до 4,5%. Для судов, плавающих в Северном и Балтийском морях, установлены более жесткие требования — содержание серы в судовом топливе не должно превышать 1,5%. Суда должны оборудоваться системой очистки выхлопных газов или использовать любые другие технологические методы ограничения выделения окиси серы.
В отношении двигателей, работающих на судах, признано нецелесообразным принятие мер по снижению содержания окиси азота в выхлопных газах, так как соответствующий опыт показал, что в одних случаях это приводило к повышению удельною расхода топлива, а в других — к росту двуокиси углерода в уходящих газах.
С 1 января 2000 г. новые двигатели, устанавливаемые на судах, должны удовлетворять жестким требованиям в отношении содержания NOx в выхлопных газах. Исключения могут быть сделаны только для судовых двигателей мощностью 130 кВт, аварийных дизель-генераторов, двигателей спасательных шлюпок, а также для двигателей, работающих при числе оборотов более 1600 об/мин на судах внутреннего плавания (между портами и терминалами).
|
Преднамеренная эмиссия озонопоглощающих веществ в процессе эксплуатации, обслуживания, ремонта судовых систем и оборудования запрещается. Новое оборудование, которое может содержать озонопоглощающие вещества, не допускается-к использованию на судах за исключением установок, содержащих вещества группы HCFC (в том числе фреон R22I), применение которых разрешено до 1 января 2020 г.
Экологически чистые дизели
Последние три десятилетия в истории развития судовых дизелей были посвящены повышению экономичности, связанной, прежде всего, с совершенствованием рабочих процессов, а также переводом на дешевые сорта топлив низкого качества.
Однако последние годы дизелестроительные фирмы вынуждены интенсивно заниматься побочным эффектом от использования дизелей - вредными выбросами в атмосферу.
Актуальность этой проблемы формально связана с изданным по инициативе IMO в сентябре 1997 года Приложением VI к МАРПОЛ 73/78, посвященным предотвращению загрязнения атмосферы с судов. Из широкого спектра вредных веществ, приведенных в Приложении, необходимо выделить окислы азота — NOx, для которых указаны не только условия контроля, но и конкретные сроки сертификации дизелей по этому параметру (Правило 13).
Правило 13 Приложения VI применяется для двигателей с эффективной мощностью более 130 кВт, установленных на судах, построенных после 1 января 2000 года, за исключением двигателей, используемых только в аварийных случаях. Под это правило также подпадают двигатели, прошедшие значительное переоборудование в означенные сроки.
Суть Правила 13 заключается в том, что эксплуатация двигателей запрещается, если выбросы NOx превышают следующие пределы:
17,0 г/кВтч для n < 130 об/мин;
45 n г/кВтч для 130 < n < 200 об/мин;
9,8 г/кВтч для n > 200 об/мин.
Эти же пределы представлены ограничительной кривой Технического кодекс IMO по контролю над выбросами NOx. Технический кодекс является также обязательным документом, подчиненным Правилу 13, и включает всесторонние аспекты вопроса контроля над выбросами NOx.
Но простота вступления Приложения VI в силу обманчива. Действительно, Статья 5 Протокола о соглашении говорит о том, что Протокол вступает в силу через 12 месяцев после того, как не менее 15 стран с общим тоннажем не менее 50 % от общего мирового станут сторонами подписания договора. В отношении существующих двигателей на сегодняшний день Протокол подписан Швецией и Финляндией, высказали четкие намерения Германия, Норвегия и Дания. В этом направлении ведется определенная работа на уровне Европейского Союза.
|
Время между 1 января 2000 г. и датой сертифицирования судов по NOx, после соответствующей ратификации Протокола, уже в настоящее время используется для подписания добровольного предварительного соглашения.
Для достижения предварительного соглашения с требованиями по контролю за NOx необходимо произвести либо предварительную сертификацию, либо испытания на борту судна после установки нового двигателя или значительного переоборудования существующего.
В свою очередь, предварительная сертификация должна явиться базой для оформления международного Сертификата по предотвращению загрязнения окружающей атмосферы с судов.
Лидерство стран Балтийского бассейна в вопросах предотвращения загрязнения окружающей среды закономерно, т. к. уже сейчас Балтийское море выделено как специальный район плавания. А научно-технический потенциал этих стран обусловливает их ведущую роль в создании "чистых" двигателей, и прежде всего в отношении выбросов NOx.
Окислы азота, так же как и окислы серы, вымываются из атмосферы дождями и повышают кислотность почвы. При этом окислов азота в выпускных газах в 2,5 раза больше, чем окислов серы (при 3 % содержании серы в топливе).
Обеспокоенность двигателестроительных фирм приближающимся сертифицированием их продукции по выбросам NOx выражается в возрастающей активизации научно-исследовательских работ в данном направлении. Об этом можно судить по увеличивающемуся количеству публикаций в иностранной периодике. В основном статьи посвящены толкованию положений Приложения VI и рекламной информации о способах снижения выбросов NOx.
Предлагаемые пути снижения содержания NOx в выпускных газах условно можно разделить на две группы:
1. Изменение процесса сгорания с целью снижения уровня температур;
2. Обработка выпускных газов в специальных катализаторах.
|
Окисление азота начинается при температуре 1500 К, при температуре свыше 2300 К реакция значительно ускоряется (время реакции 10-2 – 10-6 с).
Хотя максимальная температура в дизелях редко достигает 2000 К, локальная температура в зоне топливного факела, вследствие неоднородности состава смеси, может достигать 2500 К. Этот эффект получил название "теплых пятен". Теория процесса сгорания топлива в дизелях, с учетом вышесказанного, позволяет обозначить возможные способы улучшения сгорания в направлении снижения содержания NOx в выпускных газах:
1.Уменьшение угла запаздывания самовоспламенения топлива (например, повышением степени сжатия), ведущее к снижению скорости нарастания давления и скорости тепловыделения в начальной стадии горения;
2. Уменьшение угла опережения впрыска топлива (целесообразно с одновременным уменьшением времени впрыска топлива), ведущее к уменьшению максимальной температуры Цикла;
3. Улучшение распыла топлива и сокращение продолжительности впрыска (повышением давления впрыска).
Лабораторные и натурные испытания фирмы "Вяртсиля", а также "MAN B&W", проведенные на среднеоборотных двигателях, подвергшихся модернизации с целью совершенствования рабочего процесса, подтвердили возможность снижения содержания NOx в выпускных газах на 25—35%. Принимая во внимание обещание IMO о пересмотре, в сторону ужесточения, величин предельных параметров Приложения VI каждые пять лет, становится очевидной недостаточность использования только вышеуказанного направления, которое, в свою очередь, сдерживается уровнем современных технологий и материалов, используемых в двигателестроении.
Продолжаются Исследования "нетрадиционных" способов влияния на рабочий процесс дизеля, к которым следует отнести:
1. FWE и DWI (Fuel Water Emulsion и Direct Water Injection) — использование водо—топливных эмульсий или непосредственный впрыск воды в камеру сгорания;
2. EGR (Exhaust Gas Recirculation) — рециркуляция выпускных газов;
3. НАМ (Humid Air Motor) — увлажнение наддувочного воздуха.
Попытки применения водо-топливных эмульсий (ВТЭ) в дизелях начались в 30-х годах. Однако, несмотря на положительные результаты многочисленных зарубежных и отечественных исследований, широкого распространения на транспорте не получили по причине снижения надежности работы топливной аппаратуры.
Присутствие воды в топливе в виде равномерно распространенных капель размером не более 2 мкм улучшает процесс смесеобразования, а следовательно, и сгорания благодаря эффекту "микровзрывов" быстроиспаряющихся капель воды. При этом вместе со снижением максимальной температуры цикла уменьшается р сход топлива, изменяется состав выпускных газов. В частности, отмечается снижение содержания NOx на 1% на каждый процент воды в топливе (содержание воды в топливе 5—15 %).
|
Фирма "Вяртсиля" предлагает вводить воду в камеру сгорания с помощью дополнительной форсунки. Причем количество воды доведено до 50 %. Однако оппоненты ("MAN B&W") утверждают, что данный метод снижает дымность и не влияет на содержание NOx.
Увлажнение наддувочного воздуха парами воды в специальных камерах, байпасирующих воздушный холодильник, также является способом введения в камеру сгорания дополнительного количества воды. В конце 90-х испытания, проведенные на шведском пассажирском пароме, на среднеоборотном двигателе "Скания", подтвердили значительное снижение содержания NOx:
на нагрузке 80 % с 10,5 г/кВт-ч до 3,9 г/кВт-ч;
на нагрузке 100 % с 10,8 г/кВт-ч до 2,8 г/кВт-ч.
При этом, однако, не затрагивается проблема коррозии, которая неизбежно появится в случае использования высокосернистых топлив, а также не приведены топливно-экономические показатели дизеля при проведении испытаний.
Перепуск части очищенных и охлажденных газов в цилиндр дизеля вместе со свежим воздухом связан с модернизацией газового и воздушного трактов. Содержание NOx уменьшается благодаря снижению концентрации кислорода в факеле, а также снижению максимальной температуры цикла.
Значительное снижение содержания NOx большинство фирм связывает с использованием SCR (Selective Catalytic Reduction) — системы, в которой выпускные газы с температурой 250-530оС смешиваются с аммонием и проходят через катализатор. Продуктом каталитической реакции является азот и вода. Первые апробации морских SCR реакторов были проведены в начале 90-х годов на мощных малооборотных двигателях. К настоящему времени из 120 судовых установок около 60% были поставлены фирмой ABB. Установки такого типа снижают содержание NOx на 80-90 %, до уровня 2г/кВт-ч.
В 1995 году немецкая группа концерна "Simens" установила первую морскую SINOx систему, представляющую собой один из самых компактных и надежных каталитических реакторов. Катализатор выполнен из двуокиси платины, а в качестве активного вещества использована пятиокись ванадия. Основные характеристики системы следующие:
- температура газов: 250—530 °С;
- сорт топлива: HFO/MDO;
- установочный вес: глушитель + 30-60 %;
- установочный объём: глушитель + 20 %;
- расход аммония: (40 % раствор) 15-20л/МВт-ч;
- срок службы катализатора: 10000— 40000 часов;
- капитальные вложения: 40—70 $/кВт;
- эксплуатационные расходы: 3—4 $/МВт;
- снижение NOx 90-99 %;
- снижение СН/СО 20-90 %;
- снижение сажи 30-40 %.
Очевидная высокая эффективность способствует быстрому распространению SCR систем. При этом сдерживающим фактором, особенно в отношении существующих дизельных установок, являются высокие капитальные и эксплуатационные расходы.
Рекламный характер информации не позволяет сделать объективные выводы об эффективности, а следовательно, и целесообразности применения тех или иных способов снижения содержания окислов азота в выпускных газах судовых дизелей. Однако многочисленность дорогостоящих разработок, доведенных до стадии практического использования ведущими дизелестроительными фирмами, подтверждает важность и актуальность этой проблемы.
По характеру воздействия на организм человека, химической структуре и свойствам компоненты выпускных газов подразделяются на 6 групп:
1. Нетоксичные вещества: N2;О2;H2;H2О; СО2 однако увеличение Н2О и СО2 приводит к образованию парникового эффекта.
2. Токсичные.
К этой группе относятся СО - 0,05% его в воздухе - слабое отравление через час; 1,0% - потеря сознания через несколько вдохов.
3. В эту группу входят окислы азота NO и главным образом NО2. При попадании в организм соединяются с влагой и образуют азотную и азотистую кислоты, это приводит к отёку лёгких при концентрации воздухе 0,004-0,008%.
4. Четвёртая группа (самая многочисленная) включает в себя многочисленные углеводороды - в основном это 3,4 - бензипрен (C20 H12), обладающий высокой канцерогенной активностью.
5. В эту группу входят альдегиды, в основном акролеин. Концентрация его в воздухе 0,014 % - через 10 минут смерть.
6. Продукты химического и физического недожога - сажа, это твёрдые частицы углерода. Сами по себе опасности для человека не представляют, но они являются концентратами и переносчиками канцерогенных веществ.
а=2,5-3.
|
|
Индивидуальные очистные сооружения: К классу индивидуальных очистных сооружений относят сооружения, пропускная способность которых...
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого...
Историки об Елизавете Петровне: Елизавета попала между двумя встречными культурными течениями, воспитывалась среди новых европейских веяний и преданий...
Биохимия спиртового брожения: Основу технологии получения пива составляет спиртовое брожение, - при котором сахар превращается...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!