Технические науки/4. Транспорт

Д.т.н. М.К. Ибатов, Пак И.А., Шегай-Н. Е.Р., Аскаров Б.Ш., Калиев О.Б.

Карагандинский государственный технический университет, Казахстан

Результаты исследований по термическому

обезвреживанию токсичных выбросов автотранспорта

Метод пламенного дожигания (термическая нейтрализация) основан на способности горючих токсичных компонентов отработавших газов (окиси углерода, альдегидов, углеводородов и др.) окисляться при высокой температуре и наличии свободного кислорода в газовой смеси. Окислы азота пламенными дожигателями не нейтрализуются. Для интенсивного течения реакции окисления альдегидов необходима минимальная температура 823 К, окиси углерода и углеводородов – порядка 973 К.

Для дизельных двигателей дожигание несгоревших компонентов отработавших газов возможно только при пропускании их через созданный для этого очаг открытого пламени. При правильной автоматической регулировке систем пламенного нейтрализатора и удачной конструкции узлов можно добиться устойчивого дожигания альдегидов, окиси углерода и углеводородов. Однако эта задача не из легких. Решение ее требует использования сложных малоинерционных автоматических систем, обеспечивающих устойчивое горение дополнительного топлива в пульсирующем потоке отработавших газов при коэффициенте избытка воздуха >1 на всех режимах работы двигателя.

Основными недостатками термических нейтрализаторов для дизельных двигателей являются: нечувствительность к окислам азота; наличие дополнительного очага пламени иногда создает и дополнительный очаг образования окислов азота; плохая нейтрализация сажи; увеличение в отработавших газах содержания всех токсичных продуктов неполного сгорания при отклонении режима работы горелки от номинального; дополнительный расход топлива; высокие температуры деталей и узлов термического нейтрализатора, предопределяющие изготовление их из жаростойких сталей и исключающие возможность применения термических нейтрализаторов во взрывоопасных помещениях; неустойчивость работы при изменении нагрузки на двигатель из-за срывов пламени.

Особенности рабочего процесса и технико-экономический анализ показывают, что к термическому нейтрализатору предъявляются ряд конкретных требований. Основными из этих требований являются: необходимость быстро, полно и равномерно смешивать продукты сгорания дополнительного топлива с потоком нейтрализуемого газа; максимальное ограничение потерь тепла в среду и обеспечение высоких степеней регенерации тепла.

Разумеется, при этом всегда сохраняют свою актуальность задачи достижения высоких степеней нейтрализации, снижения стоимости оборудования, обеспечения надежности, компактности, удобства регулирования и т.д.

Нами проводились исследования по термическому обезвреживанию газовых выбросов с концентрациями токсичных горючих веществ, много меньшими нижнего предела воспламенения. Проведенные стендовые исследования свидетельствуют о возможности достижения высокой степени регенерации тепла за счет применения вращающегося регенеративного теплообменника. Опытные данные позволили получить зависимости основных рабочих параметров термического нейтрализатора. Основные результаты исследования приведены на рисунках 1 и 2.

Для регенерации тепла могут быть использованы рекуперативные теплообменники с максимальной степенью регенерации c = 0,5. Но в современных условиях, обуславливающих необходимость всемерной экономии топлива, более целесообразно и оправданно применение термических нейтрализаторов со степенью регенерации тепла c = 0,7. Такие высокие пределы степени регенерации обеспечиваются лишь с помощью регенеративных теплообменников.

При исследованиях концентрация окиси углерода определялась одноступенчатым газоанализатором ОА-5501 с пределами измерения 0¸0,2% по объему. При определении содержания нейтрализуемой пропан-бутановой смеси использовался хроматограф “Газохром-3101”. Изменение расхода пропан-бутановой смеси было в пределах 2450¸6500 м ³/ч.

1,0

0,8

0,6

b

0,4

0,2

873 923 973 К 1073

Т_Р.К.

- - изменение степени выгорания ( b ) пропан-бутановой смеси;

- - изменение выхода остаточной окиси углерода ( К_СО ) при расходе пропан-бутановой смеси 5500 м ³/ч;

- изменение выхода остаточной окиси углерода ( К_СО ) при расходе

пропан-бутановой смеси 3800 м ³/ч

Рис. 1 Изменение параметров в зависимости от

температуры в реакционной камере Т_Р.К.

Степень выгорания пропан-бутановой смеси при обеспечении температуры 973 К достигла значения 0,8 , а в условиях более высокой температуры 1073 К она составляла 0,9 (рисунок 1). Результаты испытаний по выходу остаточной окиси углерода в зависимости от температуры в реакционной камере представлены также на рисунке 1. Изменение газодинамического сопротивления (рисунок 2) обусловлено увеличением расхода нейтрализуемой смеси и имеет достаточно приемлемые максимальные значения. Снижение степени регенерации тепла при увеличении расхода смеси (рисунок 2) обуславливает необходимость подбора частоты вращения теплообменника и других рабочих параметров газоочистителя для определенного расхода нейтрализуемой смеси с целью получения оптимального значения степени регенерации.

3000 4000 5000 м ³/ч 7000

G _СМ.

- изменение степени регенерации тепла ( c );

- изменение газодинамического сопротивления ( DР );

- изменение температуры уходящих газов ( Т _У.Г. )

Рис. 2 Изменение параметров в зависимости от

расхода нейтрализуемой смеси G _СМ.

Таким образом, результаты наших исследований свидетельствуют о существующих потенциальных возможностях в области создания термических нейтрализаторов. Реализация этих возможностей будет способствовать дальнейшему совершенствованию подобных аппаратов.