Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Таблица.

Удельное содержание вредных веществ в отработавших газах.

3. Анализ способов нейтрализации вредных веществ выпускных газов

3.1. Нейтрализация выпускных газов

Снижения уровня выбросов токсических веществ с выпускными газами двигателей можно достичь воздействием на рабочий процесс с целью уменьшения образования этих веществ в процессе сгорания, оборудованием двигателя системами нейтрализации выпускных газов и применением топлив, в продуктах сгорания которых содержится меньше токсичных веществ. При оценке эффективности перечисленных способов исходят из стремления получить выбросы токсических веществ в допустимых пределах без ущерба для мощности и экономичности двигателя при минимальном удорожании силовой установки с двигателем.

Степень нейтрализации оценивается отношением:

(3.1)

где

m_Т.В.Вх.- концентрация токсичных веществ на входе;

m_{Т.В.Вых.} - концентрация токсичных веществ на выходе;

Степень нейтрализации токсических веществ – это отношение разности концентрации токсичных компонентов на входе в нейтрализатор и на выходе из него к их концентрации на входе.

Применяемые в настоящее время способы воздействия на рабочий процесс для снижения токсичности двигателя приводят, как правило, к уменьшению его мощности и к увеличению расхода топлива и кроме того в двигателях с

принудительным воспламенением не обеспечивают пока допустимого уровня токсичности. Поэтому установки с двигателями оборудуются системами нейтрализации, в которых предусматривается снижение концентрации токсических веществ воздействием на рабочий процесс и применением устройств для нейтрализации и очистке газов в выпускном трубопроводе -нейтрализаторов и очистителей. Системами нейтрализации выпускных газов оборудуются все современные автомобильные бензиновые двигатели с принудительным воспламенением, автомобильные дизели – только в условиях эксплуатации с недостаточным воздухообменом.

В термических и каталических нейтрализаторах происходят химические реакции в результате чего уменьшается концентрация газовых компонентов токсических веществ. Механические и водяные очистители применяются для очистки выпускных газов от механических частиц (сажи) и капелек масла. Последнее используется редко.

3.1.1. Термический нейтрализатор

Термический нейтрализатор представляет собой камеру сгорания, которая размещается в выпускном тракте двигателя для дожигания продуктов неполного сгорания топлива – СН и СО. Он может устанавливаться на месте выпускного трубопровода и выполнять его функции. Реакции окисления СО и СН протекают достаточно быстро при температуре свыше 830⁰С и при наличии в зоне реакции несвязного кислорода. Термические нейтрализаторы применяются на двигателях с принудительным воспламенением. Термические нейтрализаторы мало эффективны на режимах холостого хода и малых нагрузках, т.к. t выпускных газов недостаточно высокая и реакция протекает медленно.

3.1.2. Каталитические, окислительные нейтрализаторы

В каталитических, окислительных нейтрализаторах (при наличии избыточного кислорода в выпускных газах) с катализаторами из благородных металлов – платины, палладия, платины и родия – достаточно высокая скорость окисления СО и СН обеспечивается при сравнительно невысоких t, значительно меньше, чем в термическом нейтрализаторе. Окись углерода окисляется СО₂ при 250-300⁰С, углеводороды, бензпирен, альдегиды при 400-450⁰С при этом у выпускных газов почти пропадает неприятный запах При t 580⁰C сгорает сажа. Для увеличения поверхности контакта с газами катализатор наносится тонким слоем на поверхность носителя из кремнезема или глинозема в виде шариков.

Р
исунок 3.1.

Комбинированный катализатор нейтрализатор с шариковым носителем.

1- Лопатки 2- пробка 3- камера востановления NO_x 4- подвод дополнительного воздуха 5- камера окисления СН и СО

В случае применения термического или окислительного нейтрализатора выбросы СН и СО удается снизить до установленных норм. Концентрация оксидов азота не изменяется или изменяется очень мало. Для уменьшения концентрации оксидов азота в системах с окислительными нейтрализаторами применяется рециркуляция выпускных газов. С этой целью выпускные газы в количестве до 10% объема свежего заряда отбирается из выпускного трубопровода, охлаждается и направляется во впускную систему.

3.1.3. Жидкостные катализаторы

В данном способе отработавшие газы проходят через слой жидкости в которой в зависимости от её состава связываются или растворяются токсичные компаненты. Жидкостные катализаторы главным образом поглащают альдегиды, частично окиси азота и улавливают сажу. Процесс осуществляется при сравнительно низкой температуре 40-80⁰С. Поскольку в таких нейтрализаторах нейтрализация окислов азота ограниченпо применению только на дизелях, чаще всего используются комбинации с др. системами нейтрализации. При прохождении отработавших газов через жидкостную среду создается сопративление на выпуске, которое сокращяет подачу свежего заряда и сокращает момент проветривания камеры сгорания от остаточных газов. Тем самым эффективность до 10%.

1. Каталитические нейтрализатры

Каталитические нейтрализаторы с восстановительной средой используют в системах для уменьшения выбросов оксидов азота. Восстановление NO с образованием N₂ становится возможным при наличии достаточно высокого содержания СО в выпускных газах:

2NO + 2CO N₂+ 2CO₂

При  в выпускных газах содержится водород поэтому возможна реакция с образованием аммиака:

2NO+5H₂ 2NH₃+2H₂O

В каталитическом нейтрализаторе с катализатором из благородных металлов можно снизить выбросы всех трех токсичных газовых составляющих – СН, СО и NO_x но лишь при условии , что состав горючей смеси отличается от стехиометрического (при не более чем на 1%. Такие нейтрализаторы называются трехкомпонентными. Наилучшие результаты с платиновыми катализаторами.

В озможны также комбинации термического нейтрализатора с католитическим в двух вариантах: 1) первым устанавливается каталитический для нейтрализации NOx , а вторым термический для дожигания СН и СО рис3.2

2 ) первым устанавливается термический, а вторым окислительный католитический для дожигания СН и СО. Дополнительный воздух для окисления СН и СО подводится во второй нейтрализатор.

1. датчик

2. замедлитель импульсов

3. датчик

4. глушитель

3.2 Способы снижения окислов азота

В современной практике применяются несколько способов по снижению выбрасов оксидов азота .Главной целью при модернизации двигателя было снизить температуру сгорания до 2000⁰ Кельвина. Для этого применяются ряд конструкционных мероприятий.

1. использование водно - топливной эмульсии. Эмульсия получается в следствии тщательного перемешивания топлива с водой в различных пропорциях до получения галогенной смеси. Впрыск эмульсии в цилиндр позволяет снизить температуру горения с 2400⁰ К до 2100⁰К. Суммарная выходная мощность двигателя снизилась на пятнадцать , двадцать процентов, а эффективность по снижению выбросов азота составляет пятнадцать процентов.

2. Также на дизелях применяется способ по снижению токсимальной температуры сгорания путем впрыска воды в конце горения. Эффективность данного способа составляет 17% + снижение мощности до 15%. Такую систему чаще применяю для карьерной техники и техники находящейся в ограниченных помещениях.

3. Для бензиновых двигателей применяли в качестве присадки топлива метанол, но эффективность такого способа составляет всего 10%. Для дизелей этот способ не применяется из-за физико-химических свойств топлива.

4. Последние годы в виду форсированности двигателя внутреннего сгорания широко применяется способ понижения степени сжатия, что ведет к уменьшению температуры сгорания в цилиндре. Эффективность такого метода достигает до 25%.

5. В практике для снижения оксидов азота встречается способ применения рецеркуляции газового впрыска, смысл которого заключается в том, что до 10% отработанных газов впускают в впускной трубопровод с целью дожигания остатков топлива и введения в реакцию активного оксида азота, находившегося в выпускных газах с новой горючей смесью. Эффективность данного способа составляет до 40%.

6. В зарубежной практике широко используется применение каталитических конвертеров, которые позволяют токсичным веществам пройти через дополнительные реакции, что ведет к снижению их класса опасности. Эффективность данного процесса достигает двадцать два процента. Но ввиду применения в конвертах цветных благородных металлов стоимость устройства значительно возрастает , что для грузовых автомобилей их применение не эффективно и не целесообразно.

7- Наилучшим способом европейские фирмы считают применение окислительного нейтрализатора , который в свою очередь при подаче специальных компонентов вступают с оксидами азота в реакцию до полного расщепления на нетоксичный элемент. Эффективность применения нейтрализатора достигает шестьдесят процентов. Также плюсом данной системы является использование в качестве эффективного элемента мочевины , как недорогого вещества.

Из анализа существующих способов снижения азота можно составить следующую таблицу (табл 3.1) где представлена процентная эффективность каждого способа.

Таблица 3.1

Способы снижения выбросов оксидов азота

Исходя из данных выбираем способ с наибольшей эффективностью, т.е. применение окислительного нейтрализатора. В качестве активного компонента по расщеплению оксида азота применяем мочевину, которая позволяет привести токсичный оксид азота в нейтральное состояние, расщепляя на безопасные компоненты (N₂; O₂).

4.Система окислительного нейтрализатора NO_х

4.1 Схема и принцип работы окислительного нейтрализатора

После анализа всех используемых нейтрализаторов , можно выделить как наилучшие по эффективности для снижения выбросов оксида азота окислительный нейтрализатор эффективность которого составляет до 60% . При использовании данной схемы есть возможность для отечественного автомобилестроения выйти на нормы Евро 5 . Данная система может применяться не только с дизелями КамАЗ – 740 , но и другими оснащенными пневматической системой. Однако можно применять данную систему с дополнительной установкой пневмосистем , что это повлечет за собой некоторые денежные затраты.

Система окислительного нейтрализатора не имеет особой сложности. Принцип работы заключается в применении специального селективного катализатора SCR с дозированным впрыском мочевины , дозация мочевины осуществляется электромагнитной форсункой , электронный импульс на который поступает от контролера. Управляющий блок автоматически сопоставляет полученные данные с датчиков. Система оснащена жидкостным насосом , который закачивает мочевину из бака и создает необходимое давление. В случае его превышения установлен обратный клапан с возвратом в бак с мочевиной. Давление необходимое в системе должно составлять 0,3 – 0,6 Мпа . Применяем серийный насос с электроприводом для систем с электронным впрыском топлива.

Электромагнитную форсунку оснащаем воздушным каналом от пневмотической системы автомобиля. Давление в системе необходимо поддерживать в параметре 0,4 – 0,5 Мпа. Воздушный поток проходя через форсунку смешивается с мочевиной и впрыскивается в выхлопную трубу в виде облака капель. Моче-

Характеристики

Список файлов реферата