Применение передового опыта по очистке отходящих газов для маневрового подвижного состава

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оренбургский государственный университет

ПРИМЕНЕНИЕ ПЕРЕДОВОГО ОПЫТА ПО ОЧИСТКЕ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ДЛЯ МАНЕВРОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Вахитов Р.Г.

Железнодорожный транспорт России только для перевозочного процесса (без учета промышленного тепловозного транспорта) расходует в год 3 млн т жидкого углеводородного топлива, и это гарантирует выброс в атмосферу по разным оценкам не менее 600 тыс. т вредных веществ. В целом, выброс вредных веществ от железнодорожного транспорта можно оценить в пределах 1,2-1,3 млн т в год.

Но железнодорожный транспорт пока не может полностью обойтись без тепловозов, на железных дорогах мира их насчитывается более 110 тыс. ед. В России в подразделениях ОАО «РЖД» и на предприятиях промышленного железнодорожного транспорта эксплуатируется более 100000 тепловозов. Только на подъездных путях промышленных предприятий более 28,5 тыс. маневровых тепловоза.

В отличие от магистральных тепловозов, работа маневровых тепловозов промышленного назначения часто происходит в условиях с ограниченным воздухообменом (мартеновские, сталепрокатные цехи на металлургических предприятиях, автосборочные цехи на автомобилестроительных заводах, карьерах и т. д.), при этом производится массированный выброс вредных веществ с ОГ в помещения с работающими там людьми.

Работа маневровых тепловозов на станциях связана с большим количеством переходных режимов, во время которых в окружающую воздушную среду из выпускной системы тепловозов выбрасываются клубы черного дыма. В результате, в локальных зонах создаются кратковременные высокие уровни загазованности. При неблагоприятных погодных условиях работы и интенсивной маневровой работе территории станций затягиваются неприятно пахнущей дымкой. Такая задымленность еще и ухудшает видимость маневровых сигналов, что может служить причиной проезда на запрещающий сигнал.

Решением сложившейся ситуации могло бы стать применение передового мирового опыта по очистке отходящих газов дизельных двигателей. тепловоз выхлопной газ двигатель

В мировой практике на данный момент используются две основные технологии очистки отработанных выхлопных газов: система рециркуляции выхлопных газов (EGR) и селективная каталитическая система (SCR). Рассмотрим возможность применения каждой из систем.

Рециркуляция отработавших газов заключается в возврате части отработанных газов во впускную систему двигателя и последующему возврату в камеры сгорания. Так как отработанные газы содержат после процесса сгорания очень мало кислорода, максимальные температура и давление при сгорании топлива снижаются. В результате этого уменьшается выброс оксидов азота - NO_x.

Эффект рециркуляции, снижающий уровень эмиссии NO_x, основывается на трех составляющих:

1. снижении концентрации кислорода в камере сгорания;

2. сокращении расхода отработанных газов;

3. снижении температуры в цилиндре благодаря более высокой теплоемкости инертных газов, которые не участвуют в реакции (например, СО₂)

Количество отработавших газов, участвовавших в рециркуляции, может достигать от 20 до 50 % от общего расхода, при этом содержание окислов азота снижается до 60 %. Увеличение выбросов углеводородов и роста расхода топлива при увеличении неравномерности работы двигателя накладывают ограничения на верхний предел степени рециркуляции отработавших газов. Система рециркуляции выключается при работе двигателя на холостом ходу, потому что образование окислов азота на этом режиме незначительно. На режимах полных нагрузок или близких к ним, рециркуляция осуществляется непродолжительное время, а в режиме частичных нагрузок более длительное время и эффективность действия системы на этом режиме наивысшая.

Альтернативой системы EGR является селективная каталитическая система - сокращенно SCR.

Технология SCR состоит из сажевого фильтра и каталитического нейтрализатора с использованием аммиака NH₃ (который получается из раствора мочевины AdBlue), разлагающего окислы азота NO_x на нейтральный азот и воду (NH₃+NO_x> Н₂О + N).

Разместить системы SCR на машинах весьма сложно из-за недостатка места. Решение проблемы предлагает немецкая компания HJS Fahrzeugtechnik GmbH & Co KG: ее инженеры разработали металлические носители для нейтрализаторов особой конструкции, благодаря которой в потоке ОГ возникают турбулентные завихрения, с помощью которых интенсивнее протекает химическая реакция, что в свою очередь позволяет уменьшить размеры нейтрализатора.

Основная часть всех систем очистки отходящих газов в системе выпуска, разработанных компанией HJS - это сажевый фильтр SMF с непрерывной регенерацией (для поддержания этого процесса не нужно ни подачи топлива, ни других дополнительных средств), с фильтрующим элементом из спеченного металлического порошка, требующий минимального технического обслуживания. Двигатели, оснащенные такими фильтрами, могут соответствовать не только стандарту Euro 5, но и EEV. Они способны накапливать гораздо большее количество продуктов сгорания сажи - золы, в три-четыре раза больше по сравнению с обычными керамическими фильтрами благодаря тому, что их «карманообразная» конструкция в принципе не может засоряться. Как следствие, существенно увеличивается пробег между техническими обслуживаниями - чисткой фильтра (до нескольких лет), даже если двигатель не новый и потребляет увеличенное количество масла. На поверхности фильтра SMF может быть нанесен катализатор для интенсификации процесса регенерации и снижения температурного порога работоспособности.

У фильтров марки SMF есть ряд преимуществ по сравнению с более распространенными керамическими фильтрами:

· массивные керамические носители медленно прогреваются после холодного пуска, требуется впрыскивать топливо для разогрева, чтобы началось горение сажи, а SMF быстрее прогревается, начинает работать при более низкой температуре - около 200 °С, и для регенерации не требуется впрыскивать дополнительное топливо;

· при накапливании сажи в керамическом фильтре (до того, как она будет сожжена) возрастает противодавление, вследствие чего увеличивается расход топлива двигателя, а SMF создает очень незначительное противодавление и не увеличивает расход топлива за весь срок службы;

Эффективность очистки определяется в том числе, температурой окружающей среды, наиболее оптимальным температурным диапазоном является от 20 градусов по Цельсию - 95 %. Производитель гарантирует, что эффективность очистки даже при отрицательных температурах не падает ниже 85 процентов.

Таким образом, применение готовых инженерных решений по очистке отходящих газов, основанных на передовом мировом опыте и современных технологиях, позволит существенно улучшить экологическую обстановку и условия труда при выполнении маневровых работ.

Список литературы

1. Радионов А. Г. Экологическая экспертиза подвижного состава// Эксперт РСТ. 2009, август. С. 18-19.

2. Булаев В. Г., Воропаева Н. В. Система нейтрализации отработавших газов на станции реостатных испытаний тепловозов//Экологические проблемы промышленных регионов: Матер. Всеросс. конф. Екатеринбург, 2004. С. 78-79.

3. Бергендорфф М., Хадлер М. Уменьшение загрязнения воздуха выхлопными газами при дизельной тяге//Железные дороги мира, 2004, № 54. С. 46-51.

4. Станислав Протасов. Чтобы легче дышалось. Системы очистки отработавших газов в системе выпуска. [Электронный ресурс]/ Станислав Протасов// Основные средства/ Режим доступа: https://os1.ru/article/5845-sistemy-ochistki-otrabotavshih-gazov-v-sisteme-vypuska-chtoby-legche-dyshalos

5. Каталог катализаторов «Continental- emitec» [Электронный ресурс]. Continental Emitec GmbH LTD// - Deutschland Continental Emitec GmbH LTD, 2018. Режим доступа: https://www.emitec.com/technik/katalysatortraeger/

6. Комбинированная система «SCRT» [Электронный ресурс]. HJS Emission Technology GmbH & Co. KG//HJS Emission Technology GmbH & Co. KG, 2018. Режим доступа: https://www.hjs.com/produkte/scrt/.

Размещено на Allbest.ru