автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Научные основы проектирования систем обезвреживания отработавших газов тепловозов

На правах рукописи

Булаев Владимир Григорьевич

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ТЕПЛОВОЗОВ

Специальность 05.26.03 - Пожарная и промышленная безопасность (транспорт)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва - 2005

Работа выполнена в Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ); отдельные экспериментальные исследования проведены на стендах Людиновского и Муромского тепловозостроительных заводов, а также в лаборатории Уральского государственного университета путей сообщения. Научный консультант доктор технических наук, профессор

Шевандин Михаил Алексеевич. Официальные оппоненты: доктор технических наук " 1

Конорев Михаил Максимович, ИГД УрО РАН доктор технических наук, профессор Звонов Василий Алексеевич, ГНЦ НАМИ; доктор технических наук, профессор Минаев Борис Николаевич, МИИТ.

Ведущая организация - Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский и конструкторско-техноло -гический институт подвижного состава» (ФГУП ВНИКТИ).

Защита диссертации состоится « В 2005 года в 14 ч. на заседании

диссертационного совета Д 218.005.03 в Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) по адресу: 127994, г. Москва, ул. Образцова, 15, ауд. 2401.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «73» елнг-к^л 2005 года.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять по адресу совета университета.

Ученый секретарь диссертационного совета докт. техн. наук, профессор

С.П. Власов

jMi

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Многие страны мира, в том числе и Россия, подписали ряд программных документов, которые определили согласованную политику по обеспечению устойчивого развития и сохранения биосферы Земли.

В «Концепции перехода Российской Федерации к устойчивому развитию» отмечается, что устойчивое развитие страны - объективное требование времени. Один из важнейших путей реализации этой программы - безопасность сферы обитания (техносферы). При этом главнейшей задачей является обеспечение промышленной безопасности, которая становится особенно актуальной на предприятиях, подверженных опасным воздействиям природного и техногенного характера.

По мере развития транспорта загрязнение воздушной среды постоянно увеличивается. Если в 70 - 80 годы прошлого века вина за загрязнение окружающей среды делилась поровну между промышленностью и транспортом, то к концу века наметилась устойчивая тенденция увеличения доли транспорта, в том числе и железнодорожного. Несмотря на то, что железнодорожный транспорт из всех видов транспорта оказывает наименьшее негативное воздействие на природную среду, его доля в загрязнении природной среды остается высокой. Это происходит в результате выброса вредных веществ от подвижного состава, многочисленных производственных и подсобных предприятий, обслуживающих перевозочный процесс. Суммарный выброс вредных веществ от подвижного состава по разным оценкам составляет от 0,5 до 3 млн тонн в год; наблюдается устойчивая тенденция ухудшения экологической обстановки. Снижение выброса вредных веществ от железнодорожного транспорта - объективное требование времени, потому что с этим непосредственно связана промышленная безопасность железнодорожной отрасли. Поэтому с конца 50-х - начала 60-х годов интенсивно развиваются научные исследования по снижению вредных выбросов от транспортных средств с приводом от двигателей внутреннего сгорания как путем совершенствования их рабочего процесса, так и созданием систем обезвреживания отработавших газов. Большую роль в теоретическом и практическом решении проблемы сыграли труды Н.З. Битколова, В.А. Звонова, О.И. Жегалина, A.A. Кабанова, М.М. Конорева, Е.Е. Коссова, В.Ф. Кутенева, В.А. Маркова, Ю.Н. Панкова, В.Н. Панчишного

*ч

Н.М. Поповой, В.И. Смайлиса, Э.А. Улановского, С.С. Филатова, Г.А. Фофанова и многих других.

Их исследования доказали, что для максимального снижения токсичности отработавших газов (ОГ) двигателей внутреннего сгорания необходимо применять комплексные средства обезвреживания вредных выбросов. Результаты научных исследований позволили перейти от испытаний единичных образцов к созданию комбинированных систем обезвреживания отработавших газов.

Диссертационная работа посвящена научному обоснованию технического решения актуальной проблемы - созданию систем обезвреживания отработавших газов для маневровых тепловозов промышленного назначения и специального подвижного состава. Решение этой проблемы имеет важное народнохозяйственное значение и позволит значительно оздоровить условия труда и повысить промышленную безопасность отрасли.

Цель работы - повышение промышленной безопасности тягового железнодорожного подвижного состава.

Основные задачи работы:

1. Изучение состояния проблемы промышленной безопасности при эксплуатации тепловозов в производственных условиях с ограниченным воздухообменом и определение рациональных способов снижения их негативного воздействия.

2. Разработка методики испытаний тепловозов на токсичность и на ее основе установление количественного выброса вредных веществ от тепловозов типа ТГМ6А и ТГМ23Д.

3. Оценка влияния граничных параметров рециркуляции отработавших газов, изменения угла опережения впрыска топлива на снижение концентрации оксидов азота как компонентов, определяющих токсичность тепловозных дизелей для применения в системах обезвреживания отработавших газов

4. Теоретическое обоснование для тепловозных двигателей с газотурбинным наддувом конструктивных параметров нейтрализатора с гранулированным катализатором, используемых в системах обезвреживания отработавших газов.

5. Разработка конструкции нейтрализатора отработавших газов с применением сотовых катализаторов для дизелей тепловозов и специального подвижного состава и создание математической модели происходящих в реакторе газодинамической процессов.

6. Обоснование для тепловозов промышленного транспорта параметров систем обезвреживания отработавших газов, воздействующая на все нормируемые вредные компоненты.

7. Разработка новых технических решений регенерации отработанных катализаторов для их повторного использования и продления срока эксплуатации. Проверка эффективности работы в производственных условиях

8. Проведение стендовых и промышленных исследований по определению эффективности работы разработанных систем обезвреживания отработавших газов тепловозов промышленного транспорта и специального подвижного состава.

9. Оценка гигиенической и экономической эффективности систем обезвреживания для тепловозов промышленного назначения.

Методологической основой диссертации послужили исследования концепции эксплуатации тепловозов и специального подвижного состава, изложенной в трудах отечественных и зарубежных ученых. В работе применены принципы и методы математического моделирования, теории подобия, математической статистики, теории размерностей, промышленного эксперимента.

Информационно-аналитическую базу исследования составляют: аналитическая информация, опубликованная в специальных научных изданиях, рекомендациях, материалах научно-практических конференций, и экспериментальные материалы, полученные автором в процессе исследований.

Достоверность и обоснованность теоретических положений, выводов и рекомендаций подтверждены данными многократных стендовых исследований натурных образцов, практикой опытной эксплуатации и работоспособностью предложенных автором конструктивных и технических решений систем по обезвреживанию отработавших газов дизелей тепловозов, специального подвижного состава и автотранспорта.

Объектом исследования являются тепловозы промышленного транспорта в части обезвреживания отработавших газов.

Предметом исследования являются промышленная безопасность и системы обезвреживания отработавших газов двигателей тепловозов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработана методика испытаний тепловозов на токсичность и проведена количественная оценка выбросов вредных веществ от тепловозов ТГМ6А и ТГМ 23Д.

2. Теоретически доказана и экспериментально подтверждена возможность создания для тепловозных дизелей с газотурбинным наддувом систем обезвреживания отработавших газов с применением каталитических нейтрализаторов с полупсевдоожиженным слоя гранулированного катализатора; получены критериальные уравнения для расчета параметров реактора.

3, Разработана математическая модель нейтрализатора с блочными сотовыми катализаторами, в комплексе описывающая течение газа в реакторе с учетом теплопроводности, диффузии и выделенного тепла при окислительных процессах, позволяющая прогнозировать изменение концентрации вредных веществ при движении отработавших газов по каналам блока, а также время отложения сажи на торцевой поверхности блока и его каналах.

3. Теоретически обоснован процесс отложения сажи на поверхности блочного сотового катализатора, получены аналитические и эмпирические зависимости для прогнозирования роста противодавления в выпускном тракте двигателя при отложении сажи на торцевой поверхности и в каналах каталитического блока, а также от количества установленных блоков.

4. Разработана технология водной и химической регенерации гранулированных и сотовых катализаторов, применяемых в каталитической ступени систем обезвреживания отработавших газов дизелей, позволяющая продлить срок их эффективной работы в полтора-два раза.

Практическое значение работы заключается в повышении промышленной безопасности тепловоза как источника загрязнения окружающей среды, разработке систем обезвреживания отработавших газов для маневровых тепловозов промышленного назначения, специального подвижного состава и автотранспорта, разработке методов регенерации катализаторов, позволяющих продлить срок их эффективной работы в полтора-два раза.

Реализация работы. Результаты диссертационной работы использовались на стадии проектирования, изготовления и эксплуатации систем обезвреживания отработавших газов для маневровых тепловозов типа ТГМ6А, ТГМ23Д, специального подвижного состава (путеукладчик УК25/18, снегоуборочная машины СМ-2, автотранспорта (автобус «Икарус»),

Системы обезвреживания отработавших газов спроектированы и изготовлены для тепловозов, которые нереданы в опытную и постоянную эксплуатацию на: Магнитогорский металлургический комбинат (ТГМ6А № 762, № 1502, № 1503); Владимирскую ППЖТ (ТГМ 6А № 1505); Салдинский металлургический комбинат (ТГМ6А № 1625); Первоуральский новотрубный

завод (ТГМ6А № 2062); Челябинский металлургический завод (ТГМ6А № 2063); Руставский металлургический завод (ТГМ6А №2067).

Разработан входящий в систему обезвреживания нейтрализатор ОГ с применением сотовых катализаторов для: маневрового тепловоза ТГМ23Д (Муромский тепловозостроительный завод), путеукладчика УК25/18, снегоуборочной машины СМ-2 (ПМ-14, ПМС-174, Свердловская железная дорога); нейтрализатором оборудован автобус типа «Икарус» АТП-4 МОАП (Екатеринбург).

Конструкции нейтрализаторов и методики регенерации катализатора защищены патентами и авторскими свидетельствами №№ 2201511, 1746001, 1749501, 1751380, 1658456, 1726802, 1476167, 1320467, 1590606. Результаты исследования используются в учебном процессе в Уральском государственном университете путей сообщения по следующим дисциплинам: «Основы нейтрализации отработавших газов ДВС», «Безопасность жизнедеятельности», «Охрана окружающей среды», «Безопасность труда».

Экологоэкономический ущерб, наносимый окружающей природной среде при эксплуатации одного серийного тепловоза типа ТГМ 6А, необорудованного системой обезвреживания отработавших газов и потребляющего 160 тонн дизельного топлива в год, составляет 602,698 тыс. руб./год, а при сжигании 1 кг - У= 3,76 руб/кг. Основной ущерб наносят выбросы оксидов азота.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Аналитические и эмпирические зависимости для выбора конструктивных параметров, используемого в системах обезвреживания тепловозных дизелей с газотурбинным наддувом, каталитического нейтрализатора с полу-псевдоожиженным (заторможенным) слоем гранулированного катализатора.

2. Математическая модель нейтрализатора с сотовыми каталитическими блоками, в комплексе описывающая теплопередачу, диффузионные и каталитические процессы с учетом выделенного тепла при окислительных процессах продуктов неполного сгорания топлива.

3. Методы водной и химической регенерации для повторного использования гранулированных и сотовых катализаторов в каталитическом нейтрализаторе систем обезвреживания отработавших газов.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на всесоюзных научно-технических конференциях по каталитической очистке отходящих газов (Алма-Ата, 1973 и 1977 гг., Тбилиси, 1987 г.), конференциях по охране труда (Казань, 1974 г., Каунас, 1982 г.), всесоюзных совещаниях по

проблеме 0.85.03 ГКНТ СМ СССР (Алма-Ата, 1976 и 1981 гг.), теоретическом семинаре в ЦНИИ МПС (Москва, 1978 г.), координационном совещании «Экологическая технология» (Свердловск, 1979 г.), заседании научно-технической комиссии по вопросу предупреждения загрязнения атмосферного воздуха выбросами тепловых двигателей и тепловых установок железнодорожного транспорта (Москва, 1981 г.), научно-технической конференции «Уралэкология. Техноген-2000», «Уралэкология. Техноген. Металлургия-2001» (Екатеринбург, 2000 и 2001 гг.), первой конференции работников промышленного железнодорожного транспорта Урала (Екатеринбург, 2002 г.), Всероссийской конференции «Проблемы и достижения автотранспортного комплекса» (Екатеринбург, 2003 г.), Общероссийской научно-производственной конференции «Техническое состояние и перспективы совершенствования промышленного тягового подвижного состава» (Москва.

2003 г.), Всероссийской конференции «Экологические проблемы промышленных регионов» (Екатеринбург, 2004 г.), научно-технической конференции «Проблемы путевого хозяйства на промышленном транспорте» (Екатеринбург.

2004 г.), на других конференциях и семинарах.

Конструкция нейтрализатора отмечена медалью ВВЦ в 2001 г.

Публикации. Научные положения и материалы исследований опубликованы в 49 печатных работах, включая 8 патентов и авторские свидетельства на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 310 страницах, из них 289 страниц основного текста, в том числе 54 таблицы и 88 рисунков. Диссертация состоит из введения, восьми глав, выводов по главам, заключения, списка использованных литературных источников из 171 наименования и 6 приложений.

Автор выражает глубокую признательность докторам технических наук М.А. Шевандину, Г.В. Бутакову, Т.А. Тибилову, Ю.С. Рыбакову, кандидату технических наук A.A. Вершинину, кандидату физико-математических наук Н.П.Чуеву, а также инженерам Н.В.Воропаевой, A.A. Доброриз, Ю.М. Козлову, Е.М.Тарасову и сотрудникам экспериментально - исследовательских отделов Людиновского и Муромского тепловозостроительных заводов за помощь в проведении исследований и при подготовке диссертации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, их научная новизна и практическая ценность, конкретизированы объект и предмет исследования, дана общая характеристика выполненных исследований.

В первой главе приведены результаты анализа влияния выбросов вредных веществ на загрязнение атмосферного воздуха и воздуха рабочей зоны при эксплуатации тепловозов и специального подвижного состава.

Продолжительное время загрязнение окружающей воздушной среды вредными выбросами от транспортных дизелей, используемых на железнодорожном транспорте, представлялось неизбежным и допустимым. Резкое ухудшение экологической ситуации заставило общественность во многих странах мира обратить внимание и на этот источник загрязнения окружающей среды.

Дизельный подвижной состав России ежегодно потребляет только для осуществления перевозочного процесса от 3620 до 4414 тыс. тонн нефтепродуктов и выбрасывает в атмосферу не менее 432 тыс. тонн вредных веществ, а с учетом тепловозов промышленного транспорта выброс вредных веществ достигает 3 млн тонн в год. Железнодорожный транспорт, особенно при внедрении современного дизельного подвижного состава, обладает существенным экологическим преимуществом при выделении вредных веществ на единицу перевезенного груза. Однако во многих случаях он имеет худшие удельные характеристики (г/кВт*ч) выделения вредных веществ по сравнению с современными автомобилями, так как при разработке тепловозных дизелей основное внимание уделялось экономическим показателям, а экологические оставались на втором плане. Особенно это ощущается при эксплуатации тепловозов на промышленных предприятиях при выполнении маневрово-вывозной работы, когда локомотивы заходят в производственные цеха для осуществления технологического цикла. При этом происходит массированный выброс вредных веществ в воздушную среду помещений. Содержание вредных веществ на рабочих местах машинистов мостовых кранов превышают требования ГОСТ 12.1.005-88 в несколько раз.

При движении поездов с тепловозной тягой через тоннель содержание СО в воздушной среде превышает требования ГОСТ 12.1.005-88 в 15,5 раза, S02- в 7-10 раз, NOx- в 4-14 раз. При следовании поездов через загазованный тоннель

токсичные вещества попадают через различные неплотности в кабину локомотива и пассажирские вагоны в концентрациях, значительно превышающих нормативные требования (по СО - в 5 раз, по ЭОг - в 1,5 раза, по МОх - более чем в 10 раз).

С середины 90-х гг. в России действуют ГОСТы Р 50953-96, 30574-98, 51250-99, 51249-99, ограничивающие токсичность и дымность тепловозов и дизелей при обкаточных испытаниях на стендах.

Первый документ, ограничивающий выбросы вредных веществ на железнодорожном транспорте, принят в США («Памятка-623») в 1955 г. В дальнейшем она пересматривались в 1982, 1993 и 1997 гг.

В западной Европе и США действуют нормы, ограничивающие выброс вредных веществ от дизельных двигателей тепловозов, которые введены в действие с 2002 г. С 2004 г. в странах ЕС планировалось введение Директивы 97/68, ограничивающей предельный выброс вредных веществ от двигателей подвижного состава.

При ремонтных работах в тоннеле, когда задействован комплекс путевых машин и тепловоз, воздушная среда загрязняется токсичными компонентами, что резко снижает безопасность труда обслуживающего персонала.

Опубликованные (на начало проведения наших работ) научно - техниче-кие материалы исследований посвящены лишь оценке воздействия вредных выбросов тепловозов на загрязнение окружающей среды в локальных условиях, но не проводились научные работы по исследованию состава ОГ тепловозных дизелей и влиянию режимов работы тепловозов на их состав; не были также разработаны устройства, снижающие токсичность тепловозных дизелей.

Борьба с вредными выбросами от транспортных средств должна, в основном, вестись за счет улучшения их экологических характеристик. Такое улучшение может быть получено через поэтапное обновление эксплуатируемого парка заменой выводимых из эксплуатации «грязных» транспортных средств на «экологически безопасные» или пугем модернизации эксплуатируемых транспортных средств за счет оснащения их средствами обезвреживания ОГ или переводом на более чистое топливо.

При сравнении удельных выбросов вредных веществ от тепловозов и автомобилей с учетом их относительной агрессивности, приведенной к условному оксиду углерода (СО =1, МЭХ = 41,1, СН-3,16), видно, что для автомобильного транспорта этот показатель составил 0,90 кг на 1 пассажиро-км. а на железнодорожном транспорте - 0,11, то есть автомобильный транспорт при

пассажирских перевозках загрязняет атмосферу вредными веществами в восемь раз больше, чем железнодорожный. При грузовых перевозках этот показатель составляет на 1 т-км: на автомобильном транспорте - 1,47, на железнодорожном - 0,05, на водном - 0,16.

В результате исследований (Германия) получены усредненные данные по выбросам вредных веществ дизелями тепловозов при сжигании 1 кг дизельного топлива: СН -1,4 г; СО - 10; 1ЧОх - 44; сажа -1,3, и в России - Шх -10,87 г, СО-5,85, сажа-1,01 для новых тепловозов (РД 32.94-97), а для находящихся в эксплуатации (Ж)х-29,0, СО-15.53, сажа -2,7). Таким образом, основной компонент, определяющий токсичность ОГ тепловозных дизелей, - это оксиды азота. Кроме того, необходимо обращать внимание на выбросы оксидов углерода и серы, углеводородов и альдегидов, особенно при эксплуатации тепловозов и специального подвижного состава (СПС) в условиях с плохим воздухообменом.

Приведенные в первой главе данные показывают, что промышленная безопасность железнодорожного транспорта актуальна и требует решения.

Во второй главе приведены данные по исследованию токсичности тепловозов ТГМ 6А и ТГМ 23Д. Для исследования закономерностей выделения токсичных компонентов и их концентраций в составе ОГ тепловозных дизелей разработана методика испытаний (исследовательский цикл), в которой учтены режимы нагружения дизеля, время работы (весовой коэффициент, Р) на каждой позиции контроллера (таблица 2.1).

Таблица 2 1

Исследовательский цикл для дизеля тепловозов ТГМ 6А

(при выполнении маневрово - вывозной работы на металлургических заводах)

Номер режима цикла Позиция контроллера Частота вращения коленчатого вала, об. /мин /с"1 Мощность двигателя, л.с. /кВт Весовой коэффициент, Р

1 0 420/7 0 0,6

2 1 420/7 84/62 0,088

3 2 500/8,3 150 /НО 0,090

4 3 585 /9,6 230/169 0,104

5 4 670/ 10,8 330 /243 0,053

6 5 750/12,5 527 /387 0,030

7 6 835 / 14,2 661 /486 0,015

8 7 920/ 15,0 876/644 0,010

9 8 1000/ 16,6 1200 /883 0,010

Испытания на токсичность дизеля тепловоза проводились на установившихся режимах, а оценка токсичности неустановившихся режимов -по среднеарифметическим концентрациям.

Продолжительность каждой фазы при испытании дизеля на токсичность по предложенной методике составляла 10 минут. Позднее такая же продолжительность был а принята в ГОСТ 30574-98 и в цикле МСЖД.

В разработанном испытательном цикле для маневровых тепловозов (таблица 2.1) предусмотрены девять режимов (холостой ход и восемь нагрузочных режимов), а также переходы с одной позиции на другую. Таким образом, в цикле представлены все режимы работы тепловоза, полностью отражающие его работу в реальных условиях.

Выброс /-го токсичного компонента за цикл с учетом весового фактора времени (среднестатистического времени работы тепловоза на каждой позиции контроллера) составит:

(I л

= 'ПР^С,т0отР„ + 'ус£с 1Г0огуст^;г/цикл (2.1)

I 1

где штк- выброс г'-го токсичного компонента за цикл, г/цикл; Слщ., Си а -концентрация г'-го токсичного компонента на переходных и установившихся режимах соответственно, мг/м3 ; ()огПр; ()оги - выброс ОГ на переходных и установившихся режимах на исследуемой фазе цикла, соответственно, м3/с; Р, -весовой фактор исследуемого режима; п - количество исследуемых режимов (позиций контроллера); ^р, I Ус - время работы на переходных и установившихся режимах, ч.

Суммарный выброс всех токсичных компонентов за цикл составляет-

п п п

тшш = Лтсо -I-; г/цикл (2 2)

I 1 I

где ШцИкл- выброс вредных веществ за цикл, г/цикл; т Со ; т ко ; т ■ ~ выброс СО, ЫОх. и других вредных веществ за цикл, г/цикл.

Исследования по определению токсичности дизелей проводились на стендах Людиновского (дизель 8ЧН26/26) и Муромского (1Д12-400Б) тепловозостроительных заводов. При стендовых испытаниях полностью имитировалась работа дизеля на тепловозе. Результаты проведенных исследований представлены на рис.2. 1.

ш/ы?

Рис. 2 1. Тепловозная токсическая характеристика дизеля 8 ЧН 26/26

Максимальные концентрации всех вредных веществ в составе ОГ, а также их дымность соответствуют работе тепловоза ТГМ 6А на средних и близких к ним режимам (0,48 - 0,5 Ме иоч). Такая закономерность характерна для дизелей с газотурбинным наддувом. Определяющее влияние оказывает давление наддува (таблица 2.2).

Таблица 2.2

Давление наддува воздуха дизеля ЗА-6Д49 тепловоза ТГМ6А

Позиция 1 2 3 4 5 б 7 8

контроллера

Давление 0 0 0,98 7,85 19,6 49,0 117,5 127,5

наддува, кПа

Максимальные удельные выделения вредных веществ соответствуют работе дизеля на первой позиции контроллера (и = 420 об./мин, N6 = 62 кВт) (таблица 2.3).

Таблица 2 3

Удельные выделения вредных веществ дизеля тепловоза ТГМ6А, г'кВт-ч (под нагрузкой)

Компоненты Позиция контроллера

1 2 3 4 5 6 7 8

Шх 30,49 22,28 21,47 19,21 14,77 12,92 11,93 9,36

СО 23,48 19,38 20,87 19,71 15,68 13,85 12,64 10,90

Формальдегид 0,69 0,93 0,61 0,66 0,33 0,47 0,25 0,13

Акролеин 0,08 0,05 0,02 0,04 0,03 0,02 0,02 0,01

Результаты исследования показывают, что в общей токсичности (приведенной к условному СО) дизеля 8ЧН 26/26 (ЗА-6Д49) на долю оксидов азота в зависимости от режима работы приходится от 60 до 74 %. формальдегида -10-24 %, оксида углерода -15-18 %. Доля акролеина в общей токсичности дизеля не превышает 1%. Основное внимание при уменьшении токсичности тепловозных дизелей должно быть уделено снижению концентраций ЫОх, а при работе тепловозов в условиях с ограниченным воздухообме -ном дополнительно - альдегидам, углеводородам, канцерогенным веществам.

В третьей главе представлены результаты исследования по снижению содержания в ОГ оксидов азота за счет применения рециркуляции газов и уменьшения угла опережения впрыска топлива (УОВТ).

При работе дизеля с рециркуляцией газов заряд в цилиндре двигателя (Ссм) состоит из свежего атмосферного воздуха (Св), остаточных (С,) и рециркулируемых газов ОГ (6'рог):

(3 1)

С'сМ - Сгв + йу + й.

р ОГ

При рециркуляции содержание кислорода в цилиндрах двигателя значительно снижается, что отражается на качестве свежего заряда и учитывается коэффициентом качества заряда при рециркуляции:

0,21 +ЛОГ

01р

1 + Д

(3.2)

где содержание кислорода в свежем заряде в цилиндрах дизеля при

рециркуляции; Д= у + г степень рециркуляции ОГ; у - коэффициент остаточных

О г

газов; г = —^-^-100% () - расход рециркулируемых ОГ, кг/с; () от - выброс ОГ 2 +бог

при температуре и давлении перепуска, установленный расчетом по расходу топлива и воздуха, кг/с; 0°г - содержание кислорода в газах.

Качественное изменение состава свежего заряда учитывается коэффициентом качества заряда при рециркуляции газов во всасывающую систему дизеля::

1

1 , Д(<*-1)

Ио«

(3.3)

где а - коэффициент избытка воздуха, Цо - химический коэффициент молекулярного изменения.

Предложенный коэффициент позволяют подобрать такие оптимальные параметры перепуска газов, при которых основные энергоэкономические характеристики двигателя не ухудшаются.

Дизель работал с рециркуляцией газов на режимах с первой по пятую позиции контроллера (ПК) и в режиме холостого хода с первой по третью ПК. Маневровые тепловозы в указанной зоне работают до 97,9 % рабочего времени.

В основу выбора граничного количества перепускаемых газов положены неизменность энергоэкономических показателей тепловоза (расход топлива) и возможное достижимое при этом снижение >ЮХ. Количество перепускаемых газов регулируется углом открытия заслонки (таблица 3.1).

При работе дизеля с рециркуляцией газов снижение концентрации ЫОх происходит от 18 (на первой ПК) до 72 % (на пятой ПК), но при этом концентрация СО увеличивается на 20 %. Общая токсичность дизеля, приведенная с учетом агрессивности компонентов к условному СО, снижается на 52 % (третья ПК) ( рис.3,2). При работе дизеля без рециркуляции на долю ЫОх приходится до 63 % (четвертой ПК), а при работе с рециркуляцией на той же позиции она снижается до 54 %.

При работе дизеля с рециркуляцией на пятой ПК наблюдалось увеличение расхода топлива на 8 % и падение мощности на 13,5 %. Поэтому необходимо уменьшать количество перепускаемых газов или отключать рециркуляцию.

Таблица 3 I

Количество перепускаемых газов, %

Вариант/угол открытия заслонки Позиция контроллера

, | 2 3 ! 4 5

Количество перепускаемых газов, % от выпускаемых

1/20° 8,0 6,0 5,2 4,5 -

2/30° 9,0 6,1 5,4 5,0 -

3/45и 10,0 6,7 5,6 5,2 -

4/90° 20,0 9,0 7,0 6,5 5,0

- —

N0 ^ ___- 2 з

^__. 4

Рис. 3.1. Изменение концентрации оксидов азота при рециркуляции / перепуск газов по первому варианту. 2. 3, 4 - ю же. по второму, третьему и четвертому вариантам, 5 - работа двигателя без рециркуляции

При перепуске небольшого количества газов (первый вариант) происходит рост концентраций МОх, что связано с подогревом холодного всасываемого воздуха горячими ОГ и улучшением процесса сгорания топлива., но за счет уменьшения выбрасываемой массы газа эффект от применения рециркуляции остается положительным.

При работе дизеля с рециркуляцией газов на режиме холостого хода концентрация оксидов азота уменьшается на 15-33% (четвертый вариант), также снижается часовой расхода топлива на 1 кг/ч.

Проведенные исследования позволили установить граничное количество перепускаемых газов на каждом режиме и область работы дизеля ЗА-6Д49 с рециркуляцией ОГ, которая ограничивается зоной малых и средних нагрузок, то

есть мощностью дизеля 0,4 Ке Ном и частотой вращения коленчатого вала 0,33 от номинальных значений.

Рис 3.2 Изменение общей токсичности дизеля и степени ее снижения при рециркуляции газов

1 - общая токсичность дизеля; 2, 3 -то же по третьему и четвертому вариантам; 4, 5 степень снижения общей токсичности по третьему и четвертому вариантам

При работе дизеля с рециркуляцией значительно снижаются удельные выделения оксидов азота (таблица 3.2).

Таблица 3.2

Удельные выделения оксидов азота при работе дизеля ЗА-6Д49 с рециркуляцией ОГ, г/кВт-ч

Позиция контроллера 1 2 3 4 5

Без рециркуляции 12,91 24,40 21,68 16,70 14,84

III вариант 45" 13,25 17,29 15,78 12,80 -

IV вариант 90и 12,50 10,74 9,38 7,47 7,12

При испытаниях описанной схемы рециркуляции ОГ выявлены ее некоторые недостатки, в частности, возможность отложения сажи в турбокомпрессоре. Для их устранения предложена другая схема перепуска (защищенная авторским свидетельством), при которой исключается отложение сажи на внутренних поверхностях турбокомпрессора (рис.3.3)

Рис. 3.3. Схема рециркуляции отработавших газов 1- дизель, 2 - выпускной коллектор, 3 - турбокомпрессор, 4 - линия всасывания, 5 - система рециркуляции ОГ

Управление рециркуляцией сблокировано с рукояткой контроллера машиниста тепловоза (автоматическое).

При работе дизеля 1Д12-400Б с рециркуляцией газов уменьшается концентрация оксидов азота от 16,6 % (на первой ПК) до 63 % (на пятой ПК) (таблица 3.3).

Максимальное количество газов (28 %) перепускалось при работе дизеля в режиме холостого хода.

Каждому скоростному режиму работы дизеля соответствует свое оптимальное по топливной экономичности значение угла опережения впрыска топлива (УОВТ). Как правило, для тепловозного дизеля УОВТ выбирается для номинального режима его работы с целью получения лучших экономических показателей. Поэтому на долевых режимах дизель работает с пониженной экономичностью и худшими экологическими показателями. При исследованиях в качестве критерия оптимизации выбран часовой расход топлива и концентрации токсичных компонентов в ОГ, в частности, содержание МОх. СО. альдегидов, углеводородов.

Испытания по определению влияния изменения значений УОВТ на токсичность ОГ дизелей проводились на стендах Людиновского (дизель 64 Н 21/21, тепловоз ТГМ 4) и Муромского (дизель 1Д12-400Б, тепловоз ТГМ 23В) тепловозостроительных заводов.

Таблтр 3 3

Выброс оксидов азота при работе дизеля 1Д12-400Б с рециркуляцией газов

Показатель Частота вращения коленчатого вала, об. /мин

800 900 1000 1100 1200

Без рециркуляции

С, мг/м' 483 670 850 750 890

0, м-Ус 0,146 0,1264 0,175 0,202 0,220

g, г/ч 253,9 395,6 535,5 545,4 704,9

С рециркуляцией

С, мг/м-1 560 565 650 600 420

0, м-'/с 0,105 0,122 0,136 0,158 0,172

Б, г/ч 211,7 245,9 318,2 340,2 260,7

% снижения 16,6 37,8 40,5 57,5 63,0

Изменение значения угла опережения впрыска топлива на дизеле 6ЧН 21/21 проводилось в диапазоне от 27 до 36° поворота коленчатого вала (штатный угол 34°Пкв), на дизеле 1Д12-400Б от 26° до 37°Пкв (штатный угол 31°пкв)-

В результате проведенных исследований установлена зона рационального регулирования изменения УОВТ для дизеля 6ЧН 21/21, которая находится в пределах от 27° до 36°Пкв- Снижение содержания Ж)х происходит в зависимости от режима его работы: на 3,55-37 %. Наибольшее снижение концентрации №)х происходит при работе дизеля на первой ПК.

Таким образом, общей тенденцией для тепловозного дизеля при регулировании УОВТ является увеличение эффективности снижения содержания оксидов азота с уменьшением нагрузки и частоты вращения коленчатого вала. Значительно больший эффект от снижения УОВТ происходит при работе дизеля в режиме холостого хода. Так, при работе дизеля с углами 31° и 27°пкв содержание оксидов азота снижается на 48,68 и 55%, соответственно. При работе дизеля с УОВТ происходит снижение часового расхода топлива на 0,44-9,84 %).

При работе дизеля 1Д12-400Б с измененными УОВТ содержание оксидов азота также снижается (рис.3.4).

Изменение содержания альдегидов в ОГ при работе дизеля с разными значениями УОВТ по сравнению со штатным носит нестабильный характер, но

в большинстве случаев наблюдается рост их концентраций. Аналогичная ситуация происходит и с концентрациями других продуктов неполного сгорания топлива (СО, СН, Н2).

Рис 3 4. Содержание оксидов азота в ОГ при различных значениях УОВТ

1- 27°пкв, 2-29°пкв . 3 - 31°пкв 4-34°цкв 5-37°пкв

Уменьшение УОВТ благоприятно отражается на технико-экономических показателях дизеля 1Д12-400Б. Целесообразный диапазон уменьшения УОВТ для данного типа дизеля находится в пределах 3-4°пкв

Для снижения токсичности тепловозного дизеля 6ЧН 21/21 тепловоза ТГМ 4 (за счет снижения концентраций оксидов азота) и улучшения экономических показателей на долевых режимах работы (за счет снижения часового расхода топлива) требуется введение автоматически изменяемою УОВТ в зависимости от нагрузки (позиции контроллера)

В четвертой главе приводится теоретическое обоснование конструкции нейтрализатора ОГ для тепловозного дизеля с газотурбинным наддувом. Его создание - достаточно трудная техническая задача, осложненная следующими факторами: большая мощность двигателя; дефицит свободного места на тепловозе, затрудняющий установку нейтрализатора; широкий диапазон изменения нагрузки при эксплуатации; высокая чувствительность к росту противодавления в выпускном тракте двигателя выше регламентированного из-за резкого ухудшения температурных условий работы лопаток турбокомпрессора.

Удовлетворить этим жестким требованиям может реактор с фонтанирующим полупсевдоожиженным (заторможенным) слоем катализатора Его применение позволит получить нейтрализатор с приемлемыми габаритами и создаваемым противодавлением.

Полупсевдоожиженный слой образуется из-за ограничения расширения подвижного слоя путем размещения в реакционной камере ограничивающей решетки. Это позволит уменьшить вертикальный габарит реактора, приблизить режим работы катализатора в реакторе к режиму идеального вытеснения за счет образования дополнительных слоев катализатора под ограничивающей решеткой (режим работы неподвижного слоя).

При изготовлении экспериментальной установки и физическом моделировании были учтены указанные ограничивающие параметры нейтрализатора. Исследования проводились на холодной модели с использованием катализатора «АзИНЕФТЕХИМ-670» (диаметр частиц с!ч = 3 и 5 мм), высота слоев изменялась от 80 до 150 мм, а надслоевого пространства -от 20 до 50 мм. Ожижающим агентом служил воздух (исследования проводились в лаборатории УрГУПС).

Для получения функциональных зависимостей в критериальном виде использовался метод анализа размерностей, в частности, к -теорема.

Обработка результатов исследований по определению перепада давления в слое в зависимости от скорости газа в модели позволила получить экспериментальную кривую сопротивления полупсевдоожиженного слоя (рис.4.1) ¿р,

Па

Рис. 41. Экспериментальная кривая сопротивления полупсевдоожиженного слоя

ф - скорость фонтанирования; (V,, „ - скорость полупсевдоожижения

На кривой отчетливо прослеживаются критические точки - скорость начала движения твердых частиц (Ц/с ф), скорость начала прижатия твердых частиц под ограничивающей решеткой (УУ„ „).

На основании анализа происходящего процесса общая функциональная зависимость для определения максимального перепада давления в аппаратах с переменным поперечным сечением запишется в следующем виде:

=/(р1;Р.,;йо.Н0;н;г), (4.!)

АР

где АР- создаваемое максимальное сопротивление слоя, АР- текущее сопротивление слоя,;; рч - плотность твердого материалам, - плотность газа: So - площадь входного сечения реактора; Н:) - высота неподвижного слоя; р L -динамическая вязкость.

Получено критериальное уравнение в общем виде:

¥fg- = K{Ar.SJS0\H0ld4) +1. (4.2)

АР

Обработка экспериментальных данных позволила получить частные параметры уравнения (4.2)

4016/ ,»'«

О \н„ Л/1, — U

= 0,92 " у nl>, ' у +1. (4.3)

АР Аг

где Scji- площадь слоя в верхнем сечении; d4-диаметр частицы.

Выражение (4.3) позволяет рассчитать перепад давления в слое зернистого материала в период его перехода в фонтанирующее состояние с максимальной погрешностью, равной ± 7 %, и среднестатистической погрешностью ± 4,57 %

Уравнение (4.3) проверено для частиц сферической формы d4 = (3-5) мм в диапазоне изменения чисел Рейнольдса Re = 300 + 500 и Архимеда А г = (1,5 -6,79) 106, симплекса SJS„ = (3,5 -н 5,3).

Обработка результатов экспериментов дала частные параметры критериального уравнения для определения скорости начала фонтанирования.

[\ 0 76 / \ П 76 / \0.55

Й лг"'Ш • (44)

где S4 - площадь поверхности частицы.

Уравнение (4.4) позволяет вычислить скорость начала фонтанирования твердых частиц в реакторах с переменным поперечным сечением с максимальной погрешностью, равной ±21 %, и среднестатистической ошибкой ± 9,85 %. Уравнение (4.4) справедливо в диапазоне изменения чисел Архимеда А г = (1,5 - 6,76)10б и значений геометрических симплексов 5„ /So = (3,5 -н 5,3), HJd4=\6 - 50, 5Ч/5СЛ= (0,6 - 2,8)10'3.

Сопротивление, создаваемое развитым фонтанирующим слоем, может быть найдено по следующему полученному уравнению:

где С = 1,64 для частиц с/ ц = 3 мм; С = 0,97 для частиц й? ч = 5 мм.

Сравнение расчетных данных, полученных по уравнению (4.5), и экспериментальных значений сопротивления фонтанирующего слоя (рис. 4.1) показывает, что среднестатистическая ошибка составляет ± 10 % при максимальной погрешности ± 18 %.

Критериальное уравнение проверено для частиц сферической формы с/ч = (3 * 5) мм в диапазоне изменения числа Рейнольдса Яе = 470 2500, Архимеда Аг = (1,5 — 7, 6) 10б и соотношения 5 в^о= (3,5 - 5,3).

Важным параметром нейтрализатора с полупсевдоожиженным слоем является скорость, при которой под ограничивающей решеткой начинает формироваться слой твердых частиц. Она может быть определена по полученному выражению:

S а 0 45 " h - 's„ " 0 55

So S,,

где С = 17,9 для частиц диаметром dц = 3 мм, а С = 7,53 для dq= 5 мм.

Выражение (4.6) позволяет определить минимальную скорость полупсевдоожижения в реакторе переменного поперечного сечения с максимальной погрешностью ± 16,1 %. Среднестатистическая погрешность составляет ± 5,45. Выражение приемлемо для частиц диаметром dq = (3-=-5) мм в диапазоне изменения числа Рейнольдса Re = 850-2300, Архимеда Ах = (1,5 + 6,76) 10б и геометрического симплекса h/Ho = 1,2 ^ 1,4.

Величина прижатого слоя твердых частиц под ограничивающей решеткой может быть рассчитана по полученному на основе экспериментальных данных уравнению:

(4.5)

Re'Ly11

(4.7)

где С-3,76 для частиц с1ч=5 мм; С=1,142 для частиц с1ч= 3 мм. На величину прижатого слоя сильно влияет скорость газа.

Полученное выражение (4.7) позволяет определить величину прижатой части слоя с максимальной погрешностью, равной ± 22 %, и среднестатистической погрешностью ±15%.

Уравнение (4.7) справедливо для реактора с переменным поперечным сечением для частиц диаметром (3 5) мм в диапазоне изменения чисел Рейно-льдса Яе = 1200-2100 и Архимеда Ах = (1,5 - 6,76)10б и симплекса 5Р/5,0 = 4,2.

Рекомендуемая максимальная скорость газового потока в реакторе - IV = (6 - 7) м/с. В этом случае под решеткой формируется прижатый слой толщиной в два-три зерна высотой в 12-15 мм (до 10% от общего объема катализатора) и устраняет основной недостаток псевдоожиженной части слоя - прохождение через катализатор необезвреженных газов. Образование прижатого слоя катализатора благоприятно отражается на эффективности процесса обезвреживания ОГ, так как в этом случае режим работы катализатора в реакторе близок к режиму с идеальным вытеснением (режим работы неподвижного слоя).

Перепад давления в реакторе с полупсевдоожиженным слоем выражен суммой перепадов давления в кипящей С АР кс) и прижатой (АРп) частях слоя-

Конкретная зависимость для определения противодавления имеет следующий

где С = 0,07 для частиц с/ч = Змм; С = 0,22 для частиц б/ч = 5 мм.

Значительное влияние на перепад давления в полупсевдоожиженном слое зерен катализатора оказывает скорость газа, но на много большее - величина прижатого слоя. С увеличением высоты надслоевого пространства сопротивление полупсевдоожиженно1 о слоя уменьшается.

Уравнение (4.6) позволяет определить перепад давления в полупсевдоожиженном слое с максимальной погрешностью ± 10,3 % и среднестатистической - ± 7%.

Выражение справедливо для реакторов с переменным сечением и частиц диаметром 3-5 мм в диапазоне изменения числа Рейнольдса Я е = 1100 - 1720 (для частиц ¿ч = Змм) и Яе = 1900 + 2600 (для частиц ¿?ч = 5 мм), Архимеда Ах = (1,5 -и 6,76)10'1 и геометрических симплексов 5В ^о = 4,2-^7.Общий перепад давления в реакторе с секционированным полупсевдоожиженным слояем будет

пп

(4.8)

вид:

Ей = С

(4.9)

равен сумме перепадов давления в каждой зоне АР пп, а также в ограничивающих и поддерживающих решетках ЛЯ р

ДР„„ ^¿ДРпп+ХДЯр. (4.10)

I I

Сопротивление, оказываемое газовому потоку решетками, зависит от их конструкции.

В пятой главе представлены результаты разработки математической модели газодинамических процессов, происходящих в нейтрализаторе с сотовыми каталитическими блоками.

При работе на дизельном двигателе нейтрализатора с сотовым катализатором происходит отложение сажи на торцевой поверхности блока и его каналах. Перекрывается проходное сечения части каналов блока, что приводит к увеличивается скорость в других каналах. При этом резко возрастает сопротивление в выпускной системе двигателя, что может вывести его из строя. Для устранения этого негативного явления предложена новая конструкции нейтрализатора, в которой предусмотрены обводные каналы и перепускные отверстия (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Расчетная схема реактора I - зона диффузора: II - зона обводных каналов и перепускных отверстий, зоны Ш,У - каталитические блоки, зона IV - межблочное пространство,У-конфу юр Первый блок принимает на себя «первый» удар твердых частиц, сажи, несгоревших частиц топлива и масла, которые, образуя липкую массу, осаждаются на его поверхности, что приводит к росту противодавления в выпускной системе. При забивании каналов сажей часть газового потока направляется по обводному каналу, минуя первый блок, и попадает в межблочное пространство и далее в следующие блоки, которые забиваются

сажей значительно меньше. С повышением температуры ОГ сажа на первом блоке выгорит, и нормальное движение ОГ восстановится.

Для исследования газодинамических процессов, которые происходят в нейтрализаторе, разработана математическая модель (ММ) реактора, описывающая происходящие газодинамические явления, системой дифференциальных уравнений, полученных из законов сохранения массы, импульса, энергии.

Базой математического моделирования нейтрализатора служат результаты проведенных исследований, на основе которых сформулированы физические процессы, происходящие в реакторе нейтрализатора при прохождении потока ОГ. Основная задача данного моделирования заключалась в разработке математического аппарата для численного исследования газодинамических процессов в каталитических нейтрализаторах с сотовыми катализаторами, обводными каналами и перепускными отверстиями. На основе ММ получены результаты для количественного описания исследуемых процессов, а также формулы качественного и количественного прогноза поведения системы, в частности, процессов изменения (снижения) концентрации вредных веществ при движении ОГ по каналам блока, засаживания поверхностей блоков и, в итоге, прогнозирование роста противодавления в выпускном тракте двигателя. Результаты исследования модели позволяют оптимизировать конструктивные параметры реактора нейтрализатора. Для исследования происходящих в реакторе процессов полость реактора разделена на шесть зон (рис. 5.1).

На основе законов сохранения составлены базовые дифференциальные уравнения:

„ . ¿Р / . у-1 , £ ,„, ,

(1 - М )— =----^¿х + ~гЯ<1х + у —М сЫ;

и Р а а г

р Р а~ а г

(5.1)

Р Р Р Р Р Р г

(1 - М2)— = М2(у- \)~ +^/¿х - ^-{уМ1 -1 ),<к - у{у -1 )Л/4 ¿Л Т Р а" а г

где М-~ - число Маха.; и - скорость частиц газа; а - скорость звука; Р- пло-а

щадь сечения; / - плотность массовой силы; д - подводимое тепло; у -показатель адиабаты; безразмерный коэффициент трения; г - радиус трубки (канала) блока; р - плотность; р - давление; Т- температура.

На основе (5.1) для каждой исследуемой зоны составлены свои дифференциальные уравнения. Причем полученные конечные результаты в исследуемой зоне являются начальными для последующей зоны. Таким образом, дифференциальными уравнениями описана вся полость реактора.

В реакторе инициируются химические реакции между вредными компонентами ОГ и избыточным кислородом (зоны III и IV).

Анализ экспериментальных и фактических материалов о движении ОГ в

можно рассматривать как течение идеального газа в канале (трубе), ограниченное твердыми стенками. Физические процессы, протекающие внутри нейтрализатора, а также количественные оценки газодинамических параметров с большой степенью точности позволяют рассматривать движение газа одномерным и установившимся (стационарным). Газодинамические параметры являются функциями только одной переменной х, отсчитываемой вдоль осевой линии полости реактора.

Рассмотрим стационарное течение газа внутри нейтрализатора, предполагая сначала в общем виде, что он имеет вид трубки, замкнутой с обеих концов плоскими поперечными сечениями площадью и Р. Боковая поверхность I - поверхность тока внутри трубки, - где могут находиться обтекаемые газом тела, поверхность которых обозначим 20

Параметры газа и площадь сечения Г(х) являются непрерывно дифференцируемыми функциями от х и стенки трубки (каната) непроницаемы для газа.

Математическая модель таких течений газа в диффузоре нейтрализатора описывается системой дифференциальных уравнений, являющейся следствием (5.1). Поток считаем адиабатическим (ч=0) при отсутствии внешнего воздействия (/"= 0) ,а газ совершенным и идеальным (Е = 0):

У

реакторе каталитического нейтрализатора приводит к выводу, что этот процесс

(5.2)

(5.3)

(5 4)

dT

(5 5)

F

Из приведенных уравнений можно сделать следующий вывод.

При М < 1, или при дозвуковом течении газа, с возрастанием площади сечения трубки скорость течения уменьшается, а плотность, давление и температура возрастают.

Интегрируя полученную систему уравнений при условии адиабатического стационарного течения идеального газа и его изэнтропичности, которые дают параметрическое решение задачи об одномерном газовом потоке в зоне I нейтрализатора - диффузоре. Роль параметра играет число Маха М При конкретных значениях щ, Т\\ р\\ р,; ии полученных на основе экспериментальных данных, вычисляются другие значения в любой другой точке потока.

При движении газового потока в каналах блока под воздействием катализатора и роста температуры в смеси газов возникают химические реакции окисления с выделением дополнительного тепла и образованием нетоксичных продуктов.

Рассмотрим стационарный процесс с непрерывным подводом компонентов дожигания (окисления) и отводом продуктов химической реакции Исследуем явление беспламенного горения как газодинамический процесс, следуя теории, разработанной H.H. Семеновым, Д.А. Франк-Каменецким, Я Б. Зельдовичем и др.

Математические методы описывают беспламенное горение (окисление) системой уравнений газовой динамики, решаемой совместно с уравнением теплопроводности. При этом необходимо учесть выделение тепла вследствие химической реакции и уравнения диффузии, которым подчиняется концентрация реагирующих веществ. Предположим, что исследуемое движение газа квазиадиабатическое, то есть имеется перенос тепла, источником которого является химическая реакция смеси, и квазиидеальным, то есть диссипативные источники тепла возникают только в пограничном слое. Однако из-за теплоизоляции теплообмена на границе каналов не происходит. Возникшее тепло в пограничном слое не распространяется на объем канала.

Математическая модель газодинамических и химических процессов в реакторе формулируется в виде системы обыкновенных дифференциальных уравнений:

(р и)-о,

<!х

йи с1 р Е , Р р " '

ах ах г

йТ ¿2 Т с!р Л х с1х~

с1 су

= И':

Лх ¿X

г_

р = ЯрТ, IV = Z (с 0с г) е"*',

(5.6)

где Г - абсолютная температура; ср - удельная теплоемкость смеси при постоянном давлении; Л, £> - постоянные коэффициенты теплопроводности и диффузии газов, вступающих в химическую реакцию с кислородом; со -

<2. ^

концентрация вредных веществ: с, - концентрация кислорода; ц = —; 0 -

вг

тепловой эффект реакции; у„,у - стехиометрические коэффициенты; IV- ско -рость реакции по закону Аррениуса; /? - газовая постоянная величина, Е-энергия активации.

Система (5.6) содержит пять уравнений с пятью неизвестными функциями. После соответствующих замен первых и вторых производных в 3-м и 5-м уравнениях она будет системой уравнений первого порядка нормальной формы. В силу теоремы Пикара в окрестностях начальных данных эта система имеет единственное решение.

Математическая модель течений в области концентрических цилиндров (обводные каналы, зона И, рис. 5.1) при отсутствии сил трения и тепловыделения описывается системой обыкновенных дифференциатьных уравнений 5.1.

Из уравнения непрерывности следует:

Р2и2 — = РМ«4'> т

где р,, иг, л, - плотность, скорость и площадь сечения в горловине сопла, р„, и„, .ув - плотность, скорость и площадь сечения на выходе из сопла, т - число сужающих устройств.

Повторяя все выводы основных формул, произведенных ранее, можно получить зависимости Тг,р ,р,, Тв,рв, рвкак функции параметрам

Если регулировать площадь сечения горловины сопла Лаваля, добиваясь дозвуковой скорости течения, можно увеличить скорость истечения иь.

Математическая модель течение газа в эжекторе построена на основе законов:

сохранения массы

р. и, + р г и ,(5, - = рЛ 52, (5.8)

сохранения импульсов

{р. + Р. К+ {р + Р ) (- -?,)N = (р, + р, и: , (5.9) сохранения энергии

р„«„й|уН |+р, "Л

'£ + l) = p,u,S2\l±- + i,\, (5.10)

где в - газ, вытекающии из сопла; г - газ, вытекающий из реактора, э- параметры газа в эжекторе.

Теплообмен со стенками эжектора не учитывается.

После решения алгебраических уравнений найдем значения и, затем р, р и Т по формуле:

T = (5.11)

Rp

После прохождения газа через каталитический блок уменьшится концентрация токсичных компонентов, сажи и смолообразующих веществ в ОГ.

По истечении газа из зоны II концентрация вредных примесей и смолообразующих веществ будет Соо и С3о, из зоны III - С0( >.3) и С,( ), соответственно, вычисленные при х =Я.3. Тогда концентрация смеси в эжекторе в единице объема:

с _ с,^7и„+с,Юи„s, (5[2)

Sp.+Sji, ' '

С _ ^ ю ин +С,(/ч)ц, S- (5 13)

Газ из эжектора (зона И ) с известными параметрами рэ, р,. и,. Т, и известной концентрацией вредных компонентов, сажи и смолообразующих веществ опять попадает в реактор нейтрализатора, конструкция которого подобна конструкции предыдущего реактора. В полном соответствии повторяются расчет параметров газа в каждом отдельном канале блока и уровень снижения концентрации. После прохождения системы каналов второго блока газ попадет в конфузор и далее в атмосферу. На этом завершается полный

цикл течения газа в реакторе каталитического нейтрализатора ОГ предложенной конструкции.

Предложенная математическая модель использована при проектировании нейтрализаторов для дизелей.

В шестой главе дано теоретическое обоснование процесса отложения сажи на поверхности каталитического блока.

Твердые частицы, состоящие из частиц сажи, несгоревшего топлива и масла, соединений серы, а также смолообразующие вещества при выходе из диффузора обладают кинетической энергией. Часть из них оседает на торцевой поверхности стенок каналов блока. При осаждении некоторых частиц сажи на торцевых поверхностях формируется неравномерный (пятнистый) слой. Другая, большая часть, проходя через каналы, сгорает на поверхности катализатора, но при низких температурах ОГ возможно их осаждение на внутренних стенках канала; происходит забивание сажей каналов блока.

В результате обтекания потоком газа каждой пластинки (торцевой поверхности канала блока) в ее центре создается максимальное давление. На краях давление будет равно давлению основного потока. Согласно законам газодинамического обтекания углов внутри каналов каталитического блока на границе входа в каналы образуются вихревые зоны. При входе в канал в силу завихрения газового потока и слабого влияния катализатора в начале канала зарождается ядро (центр) налипания указанных веществ на внутренних стенках канала.

Рис. б. 1 Схема отложения слоя сажи на торце канала блока и в канале

Баланс массы (концентрации) сажи и налипающих компонентов можно записать в виде баланса массы липких компонентов в общем виде:

GdC = -k\ Cds, (6.1)

где G- объемный расход газа, G =и S2;S2 - площадь торцевой поверхности каталитического блока; ds -элемент площади, ds = 2n-rdr\ kt = const -

коэффициент пропорциональности, учитывающий налипающие свойства компонентов при их контакте с торцом стенки канала; С - содержание (концентрация) компонентов. Изменение концентрации С в единицу времени достигается при контакте газа с площадью 5/ = 0,2

ом,

Г = С0Г*'" = . (6.2)

На участке АА. (длина участка стабилизации параметров потока газа в канале) происходит интенсивное перемешивание газа с начальными (входными) параметрами и газа с параметрами рь рь и^ Т| с концентрацией, уменьшенной за счет отложения части компонентов на торцевой поверхности стенок канала блока. Течение в цилиндрических каналах с общим направлением оси и с разными площадями описывается следующей системой уравнений:

р и S, = р, м, 0,8 S2,

{р + р-и-) S2 =(Pl+A-«,2)-0,8-52 + X,

(6.3)

( 2

р и S2[ — + i I = р, -и, ■ 0,8• S2

- + 1,

где ¡ = и + — - энтальпия газа, причем / = сеТ = —-——; у - показатель Р (4-1)9

адиабаты; X - внешние поверхностные силы, X = 0,28г р\ и - внутренняя

энергия газа; ср- массовая теплоемкость газа при постоянном давлении.

С учетом приведенных равенств система (6.3) примет вид:

р-и - 0,8-р, -и,

{р + р м2) = (р1 -1-р, •М,2)0,8 + 0,2-/) . (6.4)

" 2 , У Р _ " ■ , У Р, 2 (у-1)р 2 р,

Система (6.4) позволяет однозначно определить, что с помощью известных значений р, р, и неизвестные рь/?], и\ и Г, = .

RA!

Пусть ось канала совпадает с осью ОХ. Предполагая стационарность течения, получим дифференциальное уравнение переноса внутри каждого

канала аналогично уравнению (6.1), только переменная здесь не площадь, а абсцисса х.

После дальнейших преобразований (6.4) получаем выражение для определения количества сажи и других компонентов, налипающих в канале блока:

11с

и,— (6.5)

дх

Время полного «забивания» сажей блока можно получить, используя выражение:

21, ( МЛ

С, =Со(1 + 0,25е"0"1Т )

(6.6)

1-е "

ч

где иг скорость газа в канале; йс/йх - скорость изменения концентрации по оси х; С0- начальная концентрация, к2- коэффициент, учитывающий свойства компонентов к налипанию.

В основу расчета можно положить объем ОГ, прошедших через блок, и содержание сажи.

Сопротивление, создаваемое нейтрализатором в выпускном тракте, зависит от количества последовательно установленных сотовых блоков (суммарной длины), а также от того, какая часть торцевой поверхности блока и каналов покроется слоем сажи. Отложение сажи на блоке имитировалось перекрытием поверхности блока на 25, 50, 75 % живого сечения.

Из приведенных данных видно, что установка третьего блока дает больший прирост в создаваемом противодавлении, чем установка второго (рис. 6.2).

Общая функциональная зависимость для определения создаваемого противодавления в реакторе от количества установленных блоков запишется следующим образом:

ЛЯ АР

где рг~ плотность газового потока; диаметр блока; -общая длина установленных блоков, м; цг- динамическая вязкость; уг- кинематическая вязкость; Ж,-скорость газа в реакторе, м/с; у - угол раскрытия диффузора.

Путем обработки уравнения (6 7) методом анализа размерностей получено критериальное уравнение в общем виде:

л г> >

= К(Еи,Яе,—) + 1 (6.8)

АР _А,

РОС НАЦИвНАЛЬНАН вНбЛНОТЕМ |

Обработка полученных экспериментальных данных с использованием метода наименьших квадратов дала возможность получить частные параметры уравнения (6.8):

АР = ЕиЯе2Хг . (6 9)

Анализ результатов исследования, проведенных на холодной модели, и расчеты по полученному уравнению показывают, что в нейтрализаторе целесообразно последовательно устанавливать не более трех блоков (длина 90 мм), а скорость газа в реакторе должна быть 6-7 м/с (рис. 6.2).

Рис б 2 Влияние количества установленных блоков на создаваемое противодавление / - один блок; 2 - два блока; 3 - три блока

Критериальное уравнение для определения роста противодавления в выпускном тракте за счет отложения сажи на поверхности блока запишется следующим образом:

АР = (Яе)1:

'■■и С1 ,.,

(6.10)

Па

1000

200

400

800

600

О

05

2 3 4 5 6 ^ м/с

Рис. б 3. Влияние отложений сажи на блоке на создаваемое противодавление (перекрыто 50 % площади)

I- один блок; 2 - два блока; 3 - три блока

В седьмой главе приведены результаты стендовых и промышленных испытаний системы обезвреживания ОГ дизеля маневрового тепловоза ТГМ6А.

С помощью полученных критериальных уравнений (гл. 4, 5) рассчитаны основные параметры каталитических нейтрализаторов с гранулированным и блочным катализаторами. Исходные величины при расчете параметров реактора - это допустимое противодавление в выпускном факте двигателей, вертикальный габарит и необходимый объем катализатора.

Скорость газового потока (V = 6-7 м/с. Реактор нейтрализатора разделен на две зоны с высотой слоев 120 мм; надслоевое пространство составляет 80 и 60 мм для нижнего и верхнего слоя соответственно.

Испытания нейтрализатора проводились с несколькими типами окисных и палладиевых катализаторов («АзИНЕФТЕХИМ-670», П-7, МПК-1, «ШПАК-0,5»).

Концентрация токсичных компонентов выхлопа снижается на 70-95 % в зависимости от компонента (СО - 60-75, акролеин - 60-70, формальдегид - 95), а степень снижения суммарной токсичности составляет при работе дизеля на первой ПК - 6-7 %, на седьмой ПК повышается до 33 %. Низкие значения снижения общей токсичности ОГ обусловлены инертностью каталитических нейтрализаторов окислительного типа к МОх,, что является их общим недостатком. Создаваемое нейтрализатором противодавление в выпускной системе двигателя не превышает регламентированных значений (таблица 7.1)

Таблица 7.1

Противодавление в выпускной системе двигателя

Позиции контроллера

1 2 3 4 5 6 7 8

ДЛПа 1200 1250 1350 1600 1950 2700 2800 3000

ЦТ на 1,05 1,13 3,3 4,65 7,25 8,1 8,8 9,9

входе, м/с

Из сравнения исходных характеристик дизеля с характеристиками, полученными при испытаниях нейтрализатора, следует, что установка последнего не вызывает падения мощности двигателя и увеличения расхода топлива.

Исследования по снижению выбросов вредных веществ за счет рециркуляции ОГ и применения каталитического нейтрализатора показали, что для более полного обезвреживания ОГ по всем основным токсичным компонентам во всем диапазоне нагрузок необходимо применять эти методы совместно, то есть должна быть комбинированная система обезвреживания ОГ, состоящая из устройства для рециркуляции ОГ и каталитического нейтрализатора. Система обезвреживания ОГ обеспечивает снижение концентрации СО на 86 %, формальдегида - на 90, оксидов азота - на 52, а общую токсичность дизеля - на 67-70, что значительно выше, чем при раздельном использовании каталитического нейтрализатора и рециркуляции газов.

Промышленные испытания на тепловозах серии ТГМ6А №№ 2063, 2062, 1625,2185 проводились с нейтрализаторами разной конструкции.

Оборудование тепловоза ТГМ 6А системой обезвреживания ОГ позволило снизить выброс вредных веществ и обеспечить нормальные санитарно-гигиенические условия труда, например, машинистов мостовых кранов (таблица 7.2)

Таблица 7 2

Загазованность воздуха рабочей зоны машиниста мостового крана

Содержание токсичных веществ в кабине

Компоненты ПДК, мг/м3 машиниста мостового крана, мг/м'1

Тепловоз ТГМ 6А Тепловоз ТГМ ЗА

Формальдегид 0,5 0,093 1,7

Оксиды азота 5 1,38 0,34

Акролеин 2 1,67 23,5

Сернистый ангидрид 10 3,80 62,0

На путевых машинах установлены дизели с приемлемыми экономическими показателями, но они не отвечают требованиям современных экологических стандартов.

Дизели (особенно с большим сроком эксплуатации), установленные на путевых машинах, обладают повышенной дымностью, поэтому для них была создана новая конструкция нейтрализатора (рис. 7.1).

Рис. 7 1 Нейтрализатор отработавших газов 1 - корпус; 2 - реактор, 3 - каталитические сотовые блоки, 4 - входное отверстие. 5 - выход, 6 - обводной канал, 7 - перепускные отверстия

Испытания нейтрализатора проводились на путеукладчике УК 25/18 в ПМС 171 и на снегоуборочной машине СМ 2 ПЧ-14 Свердловской ж. д.

В нейтрализаторах использовались блочные платиновые катализаторы на металлическом носителе производства Уральского электрохимического комбината.

Испытания показали, что отложения сажи на поверхности блоков носят пятнистый характер. Наибольшему засаживанию подвергалась поверхность первого по потоку газа блока (до 20 % поверхности). На поверхности второго и третьего блоков отложений сажи значительно меньше. Первый блок принимает на себя основной «удар» сажи и сернистых соединений, поэтому он теряет свою активность раньше других. Это означает, что через определенное время эксплуатации катализатора его характеристики перестанут соответствовать требуемым нормам. Этот период называют сроком службы катализатора После окончания этого срока заменяют все блоки, что нецелесообразно, так как второй и третий блоки еще могут работать. Поэтому первый блок изымают из эксплуатации, а на его место ставят второй, а третий - на место второго. Последним ставят чистый блок. При этом увеличивается срок службы второго и третьего блоков. Естественно, такая технология эксплуатации нейтрализатора увеличивает трудоемкость, но экономические результаты значительно улучшаются. Этот период можно назвать полезным сроком службы блоков

В восьмой главе представлены результаты исследований по регенерации катализаторов.

В процессе работы катализатора через нейтрализатор проходит большое количество токсичных компонентов. Некоторые из них оказывают на катализатор дезактивирующее воздействие, в частности, решающее значение оказывают соединения серы.

Обобщенный график отложения соединений серы на катализаторах представлен на рис. 8.1 (процесс саморегенерации не учтен), so]-,

мг/м3

2

1,5 1

0.5 0

0 2000 4000 6000 8000 час Рис. 8.1 Накопление соединений серы на катализаторе

Из рис. 8.1 видно, что содержание сульфат-ионных соединений серы на катализаторах возрастает с увеличением продолжительности их работы. Процесс накопления соединений серы на поверхности катализаторов в начальный период эксплуатации достаточно интенсивен.

Как показывают расчеты, роль соединений серы в снижении активности катализаторов превышает 50 % Поэтому для получения требуемой активности катализатора необходимо повышать его температуру на 140-270 °С.

Если режимы работы дизеля обеспечивают высокие температуры ОГ, то возможна частичная саморегенерация катализаторов, в основном, катализатора «АзИНЕФТЕХИМ-670». Для восстановления полной активности катализаторов (с целью повторного использования) необходимо проводить их регенерацию.

Жидкостный метод восстановления активности катализаторов основан на высокой растворимости в воде сульфата алюминия (31,2 г при / =20 °С и 89,0 г при / =- 100 °С Н2О), однако этот метод связан с большим расходом воды (не менее 6-7 объемов воды на объем катализатора) и при этом возникает проблема ее очистки.

Обобщенная эффективность жидкостной регенерации катализаторов МПК-1 и «АзИНЕФТЕХИМ-670>> представлена на рис. 8.2.

Рис. 8 2. Эффективность жидкостной регенерации катализаторов МПК-1 и «АзИНЕФТЕХИМ-670»

Таким образом, жидкостная регенерация является хорошим, а самое главное, дешевым средством поддержания активности катализатора на приемлемом уровне. Конструкция нейтрализатора с жидкостной регенерацией защищена авторским свидетельством.

Термическая регенерация катализатора осуществляется за счет его нагрева до температуры, при которой происходит разложение сульфатов (650950 °С). При штатной эксплуатации транспортного средства возможна незначительная саморегенерация катализатора.

Химическая регенерация позволяет частично снять соединения серы с поверхности зерен катализатора. Она осуществлялась водным раствором аммиака (а.с. 1658456). Катализатор после 1528 часов работы, промытый в водном растворе аммиака и прогретый при / = 500 °С в течение 30 минут, обеспечивает пятидесятипроцентное дожигание СО при / = 375 °С. Свежий катализатор реализует такую активность при I = 300 °С, то есть потеря активности составляет в среднем 20 %, а при промывке горячей водой -31.

Анализ результатов многократных химических регенераций катализатора позволил получить обобщенный график (рис. 8.3).

Таким образом, химическая регенерация гранулированного катализатора более эффективна, чем водная или термическая, а для блочных катализаторов на металлическом носителе целесообразно применять водную регенерацию.

Рис. 8.3. Обобщенная характеристика химической регенерации ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Результаты исследований, изложенные в диссертационной работе, показали, что в условиях ужесточения требований к промышленной безопасности железнодорожного транспорта на первый план выдвигается задача разработки для тепловозов комбинированных систем обезвреживания ОГ,

которые должны воздействовать на все нормируемые компоненты, включая контролируемые органами надзора в атмосферном воздухе.

2. На основе анализа режимов работы тепловозов в производственных условиях разработана и опробована методика для исследования токсичности ОГ, позволяющая оценивать тепловоз как источник загрязнения окружающей среды. Установлено, что за год эксплуатации тепловоза ТГМ6А в окружающую среду выбрасывает до 27 тонн вредных веществ.

' 3. Исследована токсическая характеристика тепловозного дизеля ЗА-6Д49

и определен выброс вредных веществ тепловозом ТГМ6А с этим двигателем. Выявлено, что максимальные концентрации вредных веществ в составе ОГ тепловозного дизеля ЗА-6Д49 соответствуют режимам работы тепловоза на четвертой и пятой позициях контроллера (0,48-0,5 Ме ноы), а максимальные удельные выделения - на первой позиции контроллера (0,045 N6 ном)

4. Установлены режимы работы тепловозного дизеля ЗА-6Д49 с рециркуляцией газов, которые ограничиваются относительной частотой вращения коленчатого вала дизеля 0,66 и его мощностью 0,3 от номинальных значений. При этом предельное количество перепускаемых газов составило: для первой ПК - 20 %, для второй - 9, для третьей - 7, для четвертой - 6,5 от расхода газа на соответствующей позиции контролера. Перепуск газа в указанных пределах обеспечивает снижение содержания оксидов азота от 18 % (на первой ПК) до 57 (на четвертой ПК), а общей токсичности дизеля от 16 до 52 %.

При работе дизеля с рециркуляцией ОГ на режиме холостого хода происходит снижение концентрации \тОх на 15-33 % и часового расхода топлива на 4,5 %.

5. Установлена рациональная область уменьшения угла опережения впрыска топлива для двигателя 6 ЧН 21/21 в зависимости от нагрузки (позиции контроллера). Показано, что уменьшение угла впрыска топлива благоприятно сказывается на снижении токсичности двигателя за счет снижения концентрации оксидов азота и повышения экономических характеристиках двигателя. Рациональная область уменьшения угла опережения впрыска топлива для дизеля 6ЧН21/21 находится в пределах от 27°пкв (первая ПК, снижение концентрации Ж)х на 37%) до 34°ПКв (восьмая ПК, снижение ЫОх на 23%).

Уменьшение угла опережения впрыска топлива на 4°Пкв У дизеля 1Д12-400Б приводит к уменьшению концентрации ЫОх на 10-37%.

41

(■ I

6. Разработана математическая модель газодинамических процессов в реакторе нейтрализатора с каталитическими сотовыми блоками, основу которой составляет система дифференциальных уравнений, описывающая в комплексе течение газа с учетом его теплопроводности, диффузии и наличия источника тепла, появляющегося в результате реакции окисления (дожигания) продуктов неполного сгорания топлив. Предложенная система дифференциальных уравнений исследована и аналитически решена при дополнительных, упрощающих ее вид, условиях, вытекающих из свойств идеальных газов.

7. Математическая модель применима на стадиях научных исследований и проектирования для оптимизации конструктивных параметров реактора нейтрализатора, размеров блоков, их количества из условий создаваемого противодавления в выхлопном тракте двигателя.

8. Доказана возможность создания нейтрализаторов отработавших газов для дизелей с газотурбинным наддувом, допускающих жесткие ограничения по создаваемому противодавлению в выхлопном тракте. Для этого предложено использовать реактор с полупсевдоожиженным слоем зернистого катализатора

9. Получены критериальные уравнения и разработана методика для определения конструктивных параметров реактора с полупсевдоожиженным слоем катализатора.

10. Применение нейтрализатора секционированным полупсевдоожиженным слоем катализатора позволило удовлетворить жестким ограничениям на создаваемое противодавление в выпускном тракте дизеля с газотурбинным наддувом и уменьшить выброс вредных веществ на 34 %

11. Комбинированная система обезвреживания ОГ, состоящая из устройства для рециркуляции ОГ и каталитического нейтрализатора, обеспечивает уменьшение выброса вредных веществ от дизеля в 2-2,5 раза без отрицательного влияния на его основные энергоэкономические показатели.

12. Разработаны водная и химическая регенерации катализаторов, применяемых в каталитической ступени систем обезвреживания ОГ дизелей, позволяющие продлить срок эффективной работы катализатора в 1,5-2 раза. Установлено, что химическая регенерация эффективна для гранулированного катализатора, а водная - для сотового на металлическом носителе. Применение регенерации сотовых каталитических блоков позволило продлить срок их эффективной работы до 120 тыс. км пробега и снизить стоимость обезвреживания отработавших газов.

13. Дано теоретическое обоснование процесса отложения твердых частиц на поверхности сотового каталитического блока. Полученные уравнения позволили рассчитать время отложения сажи Fia торцевой поверхности блока и его каналах.

14. Созданные в процессе работы и защищенные патентами и авторскими свидетельствами новые конструкции нейтрализаторов, схемы рециркуляции газов, методы регенерации катализаторов позволяют существенно снизить выброс вредных веществ от дизелей тепловозов в окружающую воздушную среду, что позволяет обеспечить промышленную безопасность тепловозов.

Основное содержание и результаты работы отражены в следующих публикациях:

Статьи

1. Булаев В.Г. Токсичность выхлопных газов дизелей // Электрическая и тепловозная тяга. -1982. - №4. - С. 18 -19.

2. Булаев В.Г. Снижение токсичности тепловозных дизелей за счет рециркуляции газов изменения угла опережения впрыска топлива // Двигателестроение. - 1984. - №7. - С.48 -51.

3. Булаев В.Г. Охрана окружающей среды и путейская техника // Путь и путевое хозяйство. - 1996. -№12. - С.16 -18.

4. Булаев В.Г. Гидродинамика сотовых катализаторов отработавших газов // Экология и промышленность России. - 2003. - №2. - С.17 -19.

5. Булаев В.Г. Исследование процесса огложения сажи в нейтрализаторах отработавших газов дизелей // Безопасность жизнедеятельности. - 2003 - №3. -С. 10- 15.

6. Булаев В.Г. Улучшение экологических показателей тепловозов // Железнодорожный транспорт. - 1990. - № 8. - С.45 - 48.

7. Булаев В.Г. Охрана окружающей среды и путейская техника // Путь и путевое хозяйство. - 1996. -№12. - С.16 -18.

8. Булаев В.Г. О математической модели газодинамических процессов в реакторе с сотовыми катализаторами нейтрализатора отработавших газов // Известия вузов. - Машиностроение. - 2002. - №9. - С.49 - 65.

9. Булаев В.Г. Экологические проблемы, возникающие при эксплуатации тепловозов, и способы их решения // Промышленный транспорт XXI век - 2004,- 2,- С. 55-56.

10. Булаев В.Г. Токсичность отработавших газов тепловозов и пути ее снижения; В кн.: Безопасность и культура труда на предприятиях Свердловской дороги. - Свердловск - 1974. - С.89 -102.

11. Булаев В.Г. К выбору метода обезвреживания выхлопных газов дизельных двигателей тепловозов; В кн.: Вопросы эксплуатации, экономики и охраны труда на железнодорожном транспорте / Под ред. Т.К. Ефремовой. - Свердловск, 1971. - С.69 - 71.

12. Булаев В.Г. Влияние рециркуляции выпускных газов на качество свежего заряда и токсичность тепловозного дизеля; В кн.: Двигатели внутреннего сгорания / М.: НИИинформтяжмаш. - 1977. - №21. - С.3-6

13. Булаев В.Г. Влияние рециркуляции отработанных газов на токсичность выхлопа тепловоза ТГМ 6А при его работе на холостом ходу; В кн.: Вопросы охраны труда на железнодорожном транспорте. Сб. науч. тр НИИЖТа//Новосибирск, 1974. - С.21-28.

14. Булаев В.Г Маневровые тепловозы как источник загрязнения окружающей среды // Безопасность труда на железных дорогах Урала, Сибири и Дальнего Востока: Сб. науч. тр. - Свердловск, 1982. - С. 97-102

15. Булаев В.Г. Каталитическая ступень комбинированной системы очистки отработавших газов дизелей маневровых тепловозов // Безопасность труда на железных дорогах Урала, Сибири и Дальнего Востока: Сб науч тр -Омск, 1980. - 82-87 с.

16. Булаев В.Г. Токсичность выхлопных газов дизелей // Электрическая и тепловозная тяга. - М., - 1982. -№4. -С.18 - 19.

17. Булаев В.Г. Система очистки отработавших газов дизелей // Путь и путевое хозяйство. -1997. - №12. - С.30 - 31.

18. Булаев В.Г. Сравнительная оценка катализаторов, используемых в антитоксичной системе тепловозных дизелей // Каталитическая очистка газов: Материалы V Всесоюзной конференции. - Тбилиси: Мецниереба. -1989.-С. 91 -94 с.

19. Булаев В.Г. Влияние пассажирского автобусного транспорта на загрязнение окружающей среды // Сб.докладов: Экологическая безопасность регионов России и риск от техногенных аварий и катастроф. - Пенза, 2001. -С.117- 119.

20 Булаев В.Г. Снижение выбросов вредных веществ от дизельных двигателей // В кн.: Проблемы и достижения автотранспортного комплекса. -Материалы I Всероссийской конференции. - Екатеринбург, 2003. - С. 14 -15.

21.Булаев В.Г. Снижение токсичности тепловозных дизелей // Железнодорожный транспорт. - 1993. - №10. - С.45 - 48.

22. Булаев В.Г. Исследование процесса отложения соединений серы на поверхности каталитического блока // В сб. матер.: Экологическая безопасность Урала. - Екатеринбург, 2002. - С.78 - 79.

23. Булаев В.Г. Очистка отработавших газов дизелей путевой техники // В кн.: Фундаментальные и прикладные исследования - транспорту. -Екатеринбург, 1996.-С. 127-128.

24. Булаев В.Г., Козырев B.C., Козлов Ю.М. Снижение токсичности отработавших газов тепловозных дизелей // Промышленный транспорт. -1976. -№3.- С. 25 -26.

25. Булаев В.Г., Тарасов Е.М., Козлов Ю.М. Экологические показатели тепловозов // Железнодорожный транспорт. - 1987. - №5. - С. 47- 49.

26. Булаев В.Г., Козлов Ю.М., Тарасов Е.М. Антитоксичное устройство для маневровых тепловозов//Железнодорожный транспорт.-1989.-№2. - С.35-39

27. Булаев В.Г., Ефремова Т.К. К выбору типа реактора для нейтрализа -тора отработавших газов тепловозных дизелей. В кн.: Вопросы охраны труда на железнодорожном транспорте. - Новосибирск. -1974 - С.5 -12.

28. Булаев В.Г., Ефремова Т.К. Токсичные вещества выхлопа дизельных двигателей и способы снижения их выхода. В кн.: Проблемы пневмокониозов и промышленная санитария на горно-обогатительных предприятиях цветной металлургии // Свердловск, 1972 . - Вып. 6. - Ч. 2. - С.41- 43.

29. Булаев В.Г., Ефремова Т.К. Комбинированная система очистки отработавших газов тепловозного дизеля. - В сб.: Двигатели внутреннего сгорания. - М.: НИИинформтяжмаш- 1975. - №4. - С.12-14.

30. Ефремова Т.К., Булаев В.Г. Комбинированная система очистки отработавших газов тепловозного дизеля. - В сб.: Двигатели внутреннего сгорания // М.: НИИинформтяжмаш. - 1975. - №20. - С.12-13.

31. Филатов С.С., Мазырин Г.П., Булаев В.Г., Мартынов Ю.И. Испытание жидкостного нейтрализатора для автосамосвалов МАЗ-525 // Цветная металлургия. - М., 1966. - №16. - С.7-8.

32. Ефремова ТК„ Булаев В.Г., Козырев B.C. и др. К вопросу исследования токсичности газов выхлопа тепловоза ТГМ 6А; Уральский электромеханический институт железнодорожного транспорта. - Свердловск. 1973 - 11 с. - Деп. в ЦНИИТЭИ МПС 31.08.73; №72/73.

33. Булаев В.Г., Ефремова Т.К. Снижение токсичности тепловозных дизелей. - В сб.: Двигатели внутреннего сгорания // М.: НИИинформтяжмаш.

- 1975. - №4.-С.1-4.

34. Булаев В.Г., Новикова И.С., Галкина В.В. Влияние изменения угла опережения впрыска топлива на токсичность тепловозного дизеля 6ЧН21/21.

- В сб.: Двигатели внутреннего сгорания // М.: ЦНИИТЭтяжмаш, 1983. -№14. - С.7-10.

35. Бахтадзе В.Ш., Булаев В.Г., Сагарейшвили М.А. и др. Испытание марганец-палладиевого катализатора МПК-1 в процессе очистки отработавших газов маневровых тепловозов. - В кн.: Каталитическая очистка газов. - Материалы IV Всесоюзной конференции. - 4.2. - Алма-Ата: Наука, 1985,-С.110-112.

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

37. Гольдман Э.И., Булаев В.Г., Новикова И.С. Борьба с загрязнением атмосферного воздуха // Электрическая и тепловозная тяга-1980. - №6.-С 6 -7

38. Булаев В.Г., Гольдман Э.И., Новикова И.С. и др. Влияние различных схем рециркуляции газов на токсичность тепловозного дизеля // Вопросы охраны труда на железнодорожном транспорте: Межвуз. сб.науч. тр. // Новосибирск, 1982. - С.120-125.

39. Булаев В.Г., Козлов Ю.М., Козырев В.С.Тарасов Е.М. О ходовых испытаниях комбинированной системы очистки отработавших газов маневровых тепловозов // Безопасность труда на железных дорогах Урала, Сибири и Дальнего Востока: Сб. науч. тр.- Свердловск, 1982. - С. 89-94.

40. Булаев В.Г., Козлов Ю.М., Новикова И.С., Галкина В.В. Влияние изменения угла опережения впрыска топлива на токсичность тепловозного дизеля 6ЧН21/21 // Двигатели внутреннего сгорания. - М.: ЦНИИТЭтяжмаш

- 1983.-№14.-С.7-10.

41. Булаев В.Г., Козлов Ю.М., Корнеев С.И. Влияние рециркуляции газов на дымность тепловозною дизеля // Двигатели внутреннего сгорания. -М.: ЦНИИТЭтяжмаш. - 1987,- №11. - С. 10 - 12.

42. Булаев В.Г, Султанов М.Ю., Альтшель И.С. и др. Влияние жидкостной и термической регенерации на восстановление активности

катализатора // Локомотивы и локомотивное хозяйство. Ремонт локомотивов. -М., 1989, №1. - С.22-27.

Патенты, авторские свидетельства на изобретения

43. А. с. 1320467 СССР, МКИ3 F 01N3/04 Комбинированная система нейтрализации отработавших газов двигателей внутреннего сгорания / В.Г. Булаев, Ю.М. Козлов, Н.М Тур, Н.В. Чернозипунникова, Е.М. Тарасов, ВС. Козырев (СССР). - №3848844; Заявлено 29.01.1985; 0публ.30.06.87; Бюл. №24; 4 е.: ил. УДК 621.43.068 (088.8).

44. A.c. 1746001 СССР, МКИ3 F01N3/28. Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателей внутреннего сгорания / В.Г.Булаев, Н.В. Чернозипунникова (СССР). - №4832955; Заявлено 31.05.1990; Опубл. 07.07.92 Бюл.№25; 2 е.: ил. - УДК 621.43.068 (088.8).

45. A.c. 1726802 СССР, МКИ3 F01N3/28; Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателей внутреннего сгорании / В.Г Булаев, Н.В. Чернозипунникова, A.A. Булах (СССР). - № 48200084; Заявлено 12.03.90; Опубл. 15.04.92; Бюл.№14; 3 е.: ил. - УДК 621.43.068 (088.8).

46. A.c. 1590606 СССР, МКИ3 F02M25/06 Двигатель внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом / В.Г. Булаев, Е.М.Тарасов, О.В. Булаев (СССР). - № 4463509; Заявлено 19.07.88; Опубл. 07.09.90; Бюл.№33; 3 е.: ил. -УДК 621.43.057 (088.8).

47. A.c. 1658456 СССР, МКИ3 B01I23/94 Способ регенерации меднохромалюмооксидного катализатора для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания / В.Г. Булаев, Н.В. Чернозипунникова, М.Ю. Султанов, И.С. Альтшель (СССР).-№ 4718977; Заявлено 14.07. 89, Опубл. 22.02.91.-3 е.: ил. -УДК621.43.068 (088.8).

48. Пат. 2201511 РФ, F01N3/28 Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателей внутреннего сгорания / В.Г. Булаев, Н.П. Чуев (РФ). - №20001114473; Заявлено 25.05.03; Опубл. 27.03.03; Бюл.№9; Приоритет 25.05 201.- 4 е.: ил.

49. A.c. 1476167 СССР, МКИ3 F 02 М25/06 Система рециркуляции отработавших газов двигателя внутреннего сгорания / В.Г. Булаев, Ю.М. Козлов, Е.М. Тарасов (СССР). - №4116176; Заявлено 12.09.89; Опубл. 30.04.89; Бюл. №16. - Зс.: ил. - УДК 621.43.068 (088.8).

2006-4 12418

БУЛАЕВ Владимир Григорьевич

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ТЕПЛОВОЗОВ

Специальность 05.26.03 - Пожарная и промышленная безопасность (транспорт)

Подписано в печать Формат 60x84 1 /16 Объем 3 п.л. гг. oa.es*.

Заказ № 3,23. Тираж 100 экз.

127994, Москва, ул. Образцова, 15. Типография МИИТа.

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ УМЕНЬШЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ОТ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ ТЕПЛОВОЗОВ И СПЕЦИАЛЬНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА.

1.1. Влияние вредных выбросов от тепловозов на загрязнение атмосферного воздуха.

1.2. Нормирование выброса вредных веществ от подвижного состава и роль железнодорожного транспорта в загрязнении окружающей среды.

1.3. Воздействие вредных выбросов от специального подвижного с состава на загрязнение окружающей среды и воздуха рабочей зоны.

1.4. Состав отработавших газов дизелей тепловозов и специального подвижного состава и влияющие на него факторы.

1.5.Оценка токсичности тепловозов и специального подвижного состава.

1.6. Способы уменьшения вредных выбросов от двигателей внутреннего сгорания.

1.7.Оценка влияния вредных выбросов от путевых машин на загазованность тоннеля при ремонтных работах.

Выводы.

2.ИССЛЕДОВАНИЕ ТОКСИЧНОСТИ И ДЫМНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ТЕПЛОВОЗНЫХ ДИЗЕЛЕЙ 8ЧН 26/26 И

1Д12-400Б.

2.1 Методика экспериментальной оценки токсичности отработавших газов тепловозов.

2.2. Описание экспериментальной установки и методики измерения опытных данных.

2.3.Экспериментальные исследование состава отработавших газов тепловозных дизелей 8ЧН 26/26 (ЗА-6Д49) и 1Д12-400Б.

2.4.0ценка вредных выбросов от тепловозов ТГМ6А и ТГМ23Д. 71 Выводы.

3.ИССЛЕДОВАНИЕЭФФЕКТИВНОСТИ МЕТОДОВ СНИЖЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА ДИЗЕЛЕЙ ТЕПЛОВОЗОВ И СПЕЦИАЛЬНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА.

3.1 Аналитические исследования влияния перепуск отработавших газов на качество свежего заряда.

3.2 Исследование изменения токсичности отработавших газов при частичной их рециркуляции во всасывающую систему дизеля.

3.3 Анализ результатов работы тепловозного дизеля с рециркуляцией отработавших газов.

3.4. Результаты испытаний дизеля 1Д12-400 Б с рециркуляцией газов.

3.5.Исследование влияния изменения угла опережения впрыска топлива на токсичность тепловозных дизелей.

3.6.Оценка влияния изменения угла опережения впрыска топлива на концентрацию оксида азота и энерго - экономические характеристики дизелей 6ЧН21/21и 1Д12-400Б.

Выводы.

4.ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ НЕЙТРАЛИЗАТОРА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ

ДИЗЕЛЕЙ С ГРАНУЛИРОВАННЫМИ КАТАЛИЗАТОРАМИ.

4.1.Обоснование типа реактора каталитического нейтрализатора отработавших газов тепловозных дизелей.

4.2.Описание экспериментальной установки и методики экспериментальных исследований.

4.3. Исследование гидродинамики полупсевдоожиженного слоя катализатора в реакторах с переменным поперечным сечением.

Выводы.

5. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РЕАКТОРЕ С БЛОЧНЫМИ СОТОВЫМИ КАТАЛИЗАТОРАМИ НЕЙТРАЛИЗАТОРА ОТРАБОТАВШИХ

ГАЗОВ

5.1. Основные расчетные уравнения.

5.2.Исследование течения газа в диффузоре нейтрализатора (1-зона).

5.3.Исследование течения газа в реакторе (III- зона течения).

5.4.Исследование течения газа в области концентрических цилиндров

II-зона).

5.5.Исследования течения Газой смеси в эжекторе нейтрализатора

IV -зона).

Выводы.

6. ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РЕАКТОРЕ

С БЛОЧНЫМИ КАТАЛИЗАТОРАМИ

6.1. Структура носителей.

6.2.Описание экспериментальной установки и методика исследований.

6.3. Исследование гидродинамики реактора с блочными катализаторами.

6.4. Оценка воздействия засаживания сотового каталитического блока на создаваемое противодавление.

Выводы.

7. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИИ РАБОТЫ НЕЙТРАЛИЗАТОРА ОТРАБОТАВШИХ

ГАЗОВ ТЕПЛОВОЗОВ И СПЕЦИАЛЬНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

7.1.Исследование эффективности работы каталитического нейтрализатора

7.2. Исследование теплообмена в полупсевдоожиженном слое катализатора.

7.3. Исследование стабильности и долговечности работы катализаторов при ходовых испытаниях нейтрализатора.

7.4. Разработка и испытание комбинированной системы обезвреживания отработавших газов.

7.5. Результаты промышленных испытаний каталитического нейтрализатора тепловоза типа ТГМ6А.

7.6.Разработка нейтрализатора отработавших газов для дизелей специального подвижного состава и автотранспорта.

Выводы.

8.РАЗРАБОТКА НОВЫХ МЕТОДОВ РЕГЕНЕРАЦИИ КАТАЛИЗАТОРОВ И ИХ . ВНЕДРЕНИЕ.

8.1. Исследование процесса отложения соединений серы на катализаторе

8.2. 1 .Исследования процесса накопления соединений серы на гранулированных катализаторах.

8.3. Разработка методов восстановления активности катализаторов.

8.4. Исследование процесса отложения соединений серы на поверхности сотового каталитического блока

Выводы.

Многие страны мира, в том числе и Россия, подписали ряд программных документов, которые определили согласованную политику по обеспечению устойчивого развития и сохранения биосферы Земли.

В «Концепции перехода Российской Федерации к устойчивому развитию» отмечается, что устойчивое развитие страны — объективное требование времени. Один из важнейших путей реализации этой программы - безопасность сферы обитания (техносферы). При этом главнейшей задачей является обеспечение промышленной безопасности, которая становится особенно актуальной на предприятиях, подверженных опасным воздействиям природного и техногенного характера.

По мере развития транспорта загрязнение воздушной среды постоянно увеличивается. Если в 70 - 80 годы прошлого века доля вины за загрязнение окружающей среды делилась поровну между промышленностью и транспортом, то к концу века наметилась устойчивая тенденция увеличения роли транспорта, в том числе и железнодорожного. Несмотря на то, что железнодорожный транспорт из всех видов транспорта оказывает наименьшее негативное воздействие на природную среду, его доля в загрязнении природной среды остается высокой. Это происходит в результате выброса вредных веществ от подвижного состава, многочисленных производственных и подсобных предприятий, обслуживающих перевозочный процесс. Суммарный выброс вредных веществ от подвижного состава по разным оценкам составляет от 0,5 до 3 млн. тонн в год; наблюдается устойчивая тенденция ухудшения экологической обстановки. Снижение выброса вредных веществ от железнодорожного транспорта - объективное требование времени, потому что с этим непосредственно связана промышленная безопасность железнодорожной отрасли. Поэтому с конца 50-х - начала 60-х годов интенсивно развиваются научные исследования по снижению вредных выбросов от транспортных, средств с приводом от двигателей внутреннего сгорания как путем совершенствования их рабочего процесса, так и созданием систем обезвреживания отработавших газов. Большую роль в теоретическом и практическом решении проблемы сыграли труды Н.З. Битколова, В.А. Звонова, О.И. Жегалина, A.A. Кабанова, М.М. Конорева, Е.Е. Коссова, В.Ф. Кутенева, В.А. Маркова, Ю.Н.Панкова, В.Н. Панчишного, H.H. Патрахальцева, Н.М.Поповой, В.И. Смайлиса,

Э.А. Улановского, С.С. Филатова, Г.А. Фофанова и многих других.

Их исследования доказали, что для максимального снижения токсичности отработавших газов (ОГ) двигателей внутреннего сгорания необходимо применять комплексные средства обезвреживания вредных выбросов. Результаты научных исследований и позволили перейти от испытаний единичных образцов к созданию комбинированных систем обезвреживания отработавших газов.

Диссертационная работа посвящена научному обоснованию технического решения актуальной проблемы - созданию систем обезвреживания отработавших газов для маневровых тепловозов промышленного назначения и специального подвижного состава. Решение этой проблемы имеет важное народнохозяйственное значение и позволит значительно оздоровить условия труда и повысить промышленную безопасность отрасли.

Цель работы - повышение промышленной безопасности тягового железнодорожного подвижного состава.

Основные задачи работы:

1. Изучение состояния проблемы промышленной безопасности при эксплуатации тепловозов в производственных условиях с ограниченным воздухообменом и определение рациональных способов снижения их негативного воздействия;

2. Разработка методики испытаний тепловозов на токсичность и на ее основе установление количественного выброса вредных веществ от тепловозов типа ТГМ6А и ТГМ23Д;

3. Оценка влияния параметров рециркуляции отработавших газов, изменения угла опережения впрыска топлива на снижение концентрации оксидов азота как компонента, определяющего токсичность тепловозных дизелей;

4. Теоретическое обоснование конструктивных параметров нейтрализатора с гранулированным катализатором для тепловозных двигателей с газотурбинным наддувом;

5. Разработка конструкции нейтрализатора обработавших газов с применением сотовых катализаторов для дизелей тепловозов и специального подвижного состава и создание математической модели происходящих в реакторе газодинамической процессов;

6. Обоснование параметров систем обезвреживания отработавших газов для тепловозов промышленного транспорта;

7. Разработка новых технических решений регенерации отработанных катализаторов для их повторного использования и продления срока эксплуатации. Проверка эффективности работы в производственных условиях;

8. Проведение стендовых и промышленных исследований по определению эффективности работы разработанных систем обезвреживания отработавших га-, зов тепловозов промышленного транспорта и специального подвижного состава;

9. Оценка гигиенической и экономической эффективное!и систем обезвреживания для тепловозов промышленного назначения.

Методологической основой диссертации послужили исследования концепции эксплуатации тепловозов и специального подвижного состава, изложенной в трудах отечественных и зарубежных ученых. В работе применены принципы и методы математического моделирования, теории подобия, математической статистики, теории размерностей, промышленного эксперимента.

Информационно-аналитическую базу исследования составляют: аналитическая информация, опубликованная в специальных научных изданиях, рекомендациях, материалах научно-практических конференций, и фактические материалы, собранные автором в процессе исследований.

Достоверность и обоснованность теоретических положений, выводов и рекомендаций подтверждены данными многократных стендовых исследований натурных образцов, практикой опытной эксплуатации и работоспособностью предложенных автором конструктивных и технических решений систем по обезвреживанию отработавших газов дизелей тепловозов, специального подвижного состава и автотранспорта.

Объектом исследования являются тепловозы промышленного транспорта в части обезвреживания отработавших газов.

Предметом исследования являются промышленная безопасность и системы обезвреживания отработавших газов двигателей тепловозов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработана методика испытаний тепловозов на токсичность и проведена количественная оценка выбросов вредных веществ от тепловозов ТГМ6А и ТГМ 23Д.

2. Теоретически доказана и экспериментально подтверждена возможность создания для тепловозных дизелей с газотурбинным наддувом систем обезвреживания отработавших газов с применением каталитических нейтрализаторов с по-лупсевдоожиженным слоем гранулированного катализатора: получены критериальные уравнения для расчета параметров реактора.

3. Разработана математическая модель нейтрализатора с блочными сотовыми катализаторами, в комплексе описывающая течение газа в реакторе с учетом теплопроводности, диффузии и выделенного тепла при окислительных процессах, позволяющая прогнозировать изменение концентрации вредных веществ при движении отработавших газов по каналам блока, а также время отложения сажи на торцевой поверхности блока и его каналах.

4. Теоретически обоснован процесс отложения сажи на поверхности блочного сотового катализатора, получены аналитические и эмпирические зависимости для прогнозирования роста противодавления в выпускном тракте двигателя при отложении сажи на торцевой поверхности и в каналах каталитического блока, а также от количества установленных блоков.

5. Разработана технология водной и химической регенерации гранулированных и сотовых катализаторов, применяемых в каталитической ступени систем обезвреживания отработавших газов дизелей, позволяющая продлить срок их эффективной работы в полтора-два раза.

Практическое значение работы заключается в повышении промышленной безопасности тепловоза как источника загрязнения окружающей среды, разработке систем обезвреживания отработавших газов для маневровых тепловозов промышленного назначения, специального подвижного состава и автотранспорта, разработке методов регенерации катализаторов, позволяющих продлить срок их эффективной работы в полтора-два раза.

Реализация работы. Результаты диссертационной рабош использовались на стадии проектирования, изготовления и эксплуатации систем обезвреживания отработавших газов для маневровых тепловозов типа ТГМ6А, ТГМ23Д, специального подвижного состава (путеукладчик УК25/18, снегоуборочная машины СМ-2. автотранспорта (автобус «Икарус»).

Системы обезвреживания отработавших газов спроектированы и изготовлены для тепловозов, которые переданы в опытную и постоянную эксплуатацию на: Магнитогорский металлургический комбинат (ТГМ6А № 762, № 1502, № 1503); Владимирскую ППЖТ (ТГМ 6А № 1505); Салдинский металлургический комбинат (ТГМ6А № 1625); Первоуральский новотрубный завод (ТГМ6А № 2062), Челябинский металлургический завод (ТГМ6А № 2063); Руставский металлургический завод (ТГМ6А №2067).

Разработан входящий в систему обезвреживания нейфализатор ОГ с применением сотовых катализаторов для: маневрового тепловоза ТГМ23Д (Муром-скип тепловозостроительный завод), путеукладчика УК25/18, снегоуборочной машины СМ-2 (ПМ-14, ПМС-174, Свердловская железная дорога); нейтрализатором оборудован автобус типа «Икарус» АТП-4 МОАП (Екатеринбург).

Конструкции нейтрализаторов и методики регенерации катализатора защищены патентами и авторскими свидетельствами №№ 220151 1, 1746001. 1749501, 1751380, 1658456, 1726802, 1476167, 1320467, 1590606. Результаты исследования используются в учебном процессе в Уральском государственном университете путей сообщения по следующим дисциплинам: «Основы нейтрализации отработавших газов ДВС», «Безопасность жизнедеятельности», «Охрана окружающей среды», «Безопасность труда».

Экологоэкономический ущерб, наносимый окружающей природной среде при эксплуатации одного тепловоза типа ТГМ 6А, составляет 602,698 тыс. руб./год. Основную долю ущерба наносят выбросы оксидов азота.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Аналитические и эмпирические зависимости для выбора конструктивных параметров, используемого в системах обезвреживания тепловозных дизелей с газотурбинным наддувом, каталитического нейтрализатора с полупсевдоожи-женным ( заторможенным) слоем гранулированного катализатора;

2. Математическая модель нейтрализатора с сотовыми каталитическими блоками, в комплексе описывающая теплопередачу, диффузионные и каталитические процессы с учетом выделенного тепла при окислительных процессах продуктов неполного сгорания топлива;

3. Методы водной и химической регенерации для повторного использования гранулированных и сотовых катализаторов в каталитическом нейтрализаторе систем обезвреживания отработавших газов.

Личный вклад автора заключается в разработке методики испытаний те пловозов на токсичность и дымность отработавших газов; постановке задач экс перпмента; в теоретическом обосновании возможности создания нейтрализато ров для тепловозных дизелей с газотурбинным наддувом; в разработке матема гической модели газодинамических процессов в нейтрализаторе с сотовыми ка тализаторами; в разработке технологий регенерации катализаторов.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на всесоюзных научно-технических конференциях по каталитической очистке отходящих газов (Алма-Ата, 1973 и 1977 гг., Тбилиси, 1987 г.), конференциях по охране труда (Казань, 1974 г., Каунас, 1982 г.), всесоюзных совещаниях по проблеме 0.85.03 ГКНТ СМ СССР (Алма-Ата, 1976 и 1981 гг.), теоретическом семинаре в ЦНИИ МПС (Москва, 1978 г.), координационном совещании «Экологическая технология» (Свердловск, 1979 г.), заседании научно-технической комиссии по вопросу предупреждения загрязнения атмосферного воздуха выбросами тепловых двигателей и тепловых установок железнодорожного транспорта (Москва, 1981 г.), научно-технической конференции «Уралэкология. Техноген-2000», «Уралэкология.

Техноген. Металлургия-2001» (Екатеринбург, 2000 и 2001 гг.), первой конференции работников промышленного железнодорожного транспорта Урала (Екатеринбург, 2002 г.), Всероссийской конференции «Проблемы и достижения автотранспортного комплекса» (Екатеринбург, 2003 г.), Общероссийской научно-производственной конференции «Техническое состояние и перспективы совершенствования промышленного тягового подвижного состава» (Москва, 2003 г.), Всероссийской конференции «Экологические проблемы промышленных регионов» (Екатеринбург, 2004 г.), научно-технической конференции «Проблемы путевого хозяйства на промышленном транспорте» (Екатеринбург, 2004 г.), на других конференциях и семинарах.

Конструкция нейтрализатора отмечена медалью ВВЦ.

Публикации. Научные положения и материалы исследований опубликованы в 49 печатных работах, включая 8 патентов и авторские свидегельсгва на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 310 страницах, из них 289 страниц основного текста, в том числе 54 таблицы и 88 рисунков. Диссертация состоит из введения, восьми глав, выводов по главам, заключения, списка использованных литературных источников из 171 наименования и 6 приложений.

ВЫВОДЫ:

1. Химическим методом и использованием ИК- спектроскопии установлено, что при работе катализатора на его поверхности происходит отложение сернистых соединений преимущественно в виде сульфатов переходных металлов (марганца, меди, хрома) и сульфата алюминия, что приводит к снижению эффективности его работы.

2. Изучено распределение сульфат - иона по объему гранулированного катализатора МПК-1, Установлено, что серосодержащие соединения проникают на всю глубину зерна катализатора.

3. Проведены сравнительные испытания различных методов регенерации гранулированных окисных и платиновых сотовых катализаторов. Показано, что по своей эффективности жидкостный метод регенерации как более простой и технологичный находится на одном уровне с термической регенерацией, но значительно уступает химической.

4. В производственных условиях установлено, что для регенерации гранулированного катализатора целесообразно применять химическую регенерацию, а для сотового катализатора на металлическом носителе водную.

5. Разработанные водная и химическая регенерации катализатора, позволяют продлить срок эффективной работы катализатора в 2-2,5 раза . Для гранулированного катализатора срок эффективной работы продлевается до 8-10 тыс. часов, а для сотового катализатора на металлическом носителе до 120 тыс. км пробега транспортного средства.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Результаты исследований, изложенные в диссертационной работе, показали, что в условиях ужесточения требований к промышленной безопасности железнодорожного транспорта на первый план выдвигается задача разработки для тепловозов комбинированных систем обезвреживания ОГ, которые должны воздействовать на все нормируемые компоненты, включая контролируемы органами Санэпиднадзора в атмосферном воздухе.

2. На основе анализа режимов работы тепловозов в производственных условиях разработана и опробована методика для исследования токсичности ОГ, позволяющая оценивать тепловоз как источник загрязнения окружающей среды. Установлено, что величина выброса вредных веществ с ОГ дизеля тепловоза ТГМ 6А за испытание (цикл) составляет В = 3,3 кг/цикл. За год эксплуатации тепловоз выбрасывает в окружающую среду до 27 т вредных веществ.

3. Исследована токсическая характеристика тепловозного дизеля ЗА-6Д49 и определен выброс вредных веществ тепловозом ТГМ6А с этим двигателем. Выявлено, что максимальные концентрации вредных веществ в составе ОГ тепловозного дизеля ЗА-6Д49 соответствуют режимам работы тепловоза на четвертой и пятой позициях контроллера (0,48-0,5 КеНОм.)> а максимальные удельные выделения - на первой позиции контроллера (0,045Кетах).

4. Установлены режимы работы тепловозного дизеля ЗА-6Д49 с рециркуляцией газов, которые ограничиваются относительной частотой вращения коленчатого вала дизеля 0,66 и его мощностью 0,3 от номинальных значений. При этом предельное количество перепускаемых газов составило: для первой ПК -20 %, для второй - 9, для третьей - 7, для четвертой - 6,5 от расхода газа на соответствующей позиции контролера'. Перепуск газа в указанных пределах обеспечивает снижение содержания оксидов азота от 18 % (на первой ПК) до 57 (на четвертой ПК), а общей токсичности дизеля от -16 до 52 %.

При работе дизеля с рециркуляцией ОГ на режиме холостого хода происходит снижение концентрации 1ЧОх на 15-33 % и часового расхода топлива на 4,5 %.

5. Установлена область уменьшения угла опережения впрыска топлива для двигателя 6ЧН 21/21 в зависимости от нагрузки (позиции контроллера). Показано, что уменьшение угла впрыска топлива благоприятно сказывается на снижении токсичности двигателя за счет снижения концентрации оксидов азота и повышения экономических характеристиках двигателя.

6. Разработана математическая модель газодинамических процессов в реакторе нейтрализатора с каталитическими сотовыми блоками, основу которой составляет система дифференциальных уравнений, описывающая в комплексе течение газа с учетом его теплопроводности, диффузии и наличия источника тепла, появляющегося в результате реакции окисления (дожигания) продуктов неполного сгорания топлив. Предложенная система дифференциальных уравнений исследована и аналитически решена при дополнительных, упрощающих ее вид, условиях, вытекающих из свойств идеальных газов.

7. Математическая модель применима на стадиях научных исследований и проектирования для оптимизации конструктивных параметров реактора нейтрализатора, размеров блоков, их количества из условий создаваемого противодавления в выхлопном тракте двигателя.

8. Доказана возможность создания нейтрализаторов отработавших газов для дизелей с газотурбинным наддувом, допускающих жесткие ограничения по создаваемому противодавлению в выхлопном тракте. Для этого предложено использовать реактор с полупсевдоожиженным слоем зернистого катализатора.

9. Получены критериальные уравнения и разработана методика для определения конструктивных параметров реактора с полупсевдоожиженным слоем катализатора.

10. Применение нейтрализатора секционированным полупсевдоожиженным слоем катализатора позволило удовлетворить жестким ограничениям на создаваемое противодавление в выпускном тракте дизеля с газотурбинным наддувом и уменьшить выброс вредных веществ на 34 %.

11. Комбинированная система обезвреживания ОГ, состоящая из устройства для рециркуляции ОГ и каталитического нейтрализатора, обеспечивает уменьшение выброса вредных веществ от дизеля в 2-2,5 раза без отрицательного влияния на его основные энергоэкономические показатели.

12. Разработаны водная и химическая регенерации катализатора, позволяющие продлить срок эффективной работы катализатора в 1,5-2 раза. Установлено, что химическая регенерация эффективна для гранулированного катализатора, а водная - для сотового на металлическом носителе. Применение регенерации сотовых каталитических блоков позволило продлить срок их эффективной работы до 120 тыс. км пробега.

13. Дано теоретическое обоснование процесса отложения твердых частиц на поверхности сотового каталитического блока. Полученные уравнения позволили рассчитать время отложения сажи торцевой поверхности блока и его каналах.

14. Созданные в процессе работы и защищенные патентами и авторскими свидетельствами новые конструкции нейтрализаторов, схемы рециркуляции газов, методы регенерации катализаторов позволяют существенно снизить выброс вредных веществ от дизелей тепловозов в окружающую воздушную среду. Предлагаемые технические и технологические решения по регенерации катализаторов значительно продлевают срок их эффективной работы и снижают стоимость обезвреживания ОГ.

1. Копецки M. Об измерении состава выхлопных газов тепловозных дизелей // Железные дороги мира. - 1999. - № 4. - С. 51 - 53.

2. Михайлов В.А. Способы и средства улучшения условий труда в железорудных карьерах / Глубокие карьеры / П.В/ Бересневич, А.И. Лобода и др.- Киев/: Наукова думка, 1973. 155 с.

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

4. Обновление парка тепловозов //Железные дороги мира. 2003. - №7. - С. 35-36.

5. Основные направления научных исследований на железных дорогах Франции // Железные дороги мира. 2002. - №5. - С.47 - 48

6. Система Transrapid техника XXI века // Железные дороги мира. -2003. -№3. - С.13 - 15.

7. Обновление парка маневровых локомотивов // Железные дороги мира. 2003.- №8. - С. 35 - 37.

8. Железные дороги мира-2003. № 10. - 31 с.

9. Brisson R, Ecomard A., Eyzat R. Use Nouvell Chambre de Combustion Pour Moteur Diesel : lo Chambrea Geometree Variable // Entropie. -1972 Vol. 8. - No.48.

10. Bryant A.H., Tennyson T.A. Exhaust emission of selected railroad diesel locomotives //Trans «ASME». -1975. В 97. - No .- P. 1136 - 1142.

11. Cleaning up the US Diesel Fleet // Railway Gazette International Journal.-1973,- P. 253-254.

12. Concerning Diesel Exhaust // Trains.-1973. Vol.Xl. - No.34.

13. Diesel Exhaust Emission // Railway Locomotives and Cars -1971. No. 4. - P.27 - 29.

14. Environmetal Impact an Maintenance // Railway Locomotives and Cars. -1974. No.l - P.32-33.

15. Environmetal Impact an Maintenance // Railway Locomotives and Cars.-1974. No.3. - P.31.

16. Environmetal Impact an Maintenance // Railway Locomotives and Cars. 1974.- No.2. - P.26.

17. Exhaust Emissions // Railway Locomotives and Cars. 1972.- No.9.1. P.32.

18. Energy // Environmetal Balance.// Railway Locomotives and Cars. -1974.-No.6.- P.30.

19. Exhaust Emissions //Railway Locomotives and Cars 1972. - No. 7. —1. P.32.

20. Хаан Й. Меры по сокращению вредных выбросов дизелей // Железные дороги мира. 1990. - № 10. - С.ЗО - 32.

21. Хан И. Содержание вредных веществ в выхлопных газах дизельного подвижного состава // Железные дороги мира. -1988. №5. - С.ЗЗ - 37.

22. Гертнер Э. Воздействие тепловозов на окружающую среду // Железные дороги мира. 1979.- №8 .- С.40 - 43.

23. Эльвангер Г. Роль железных дорог в защите окружающей среды // Железные дороги мира. 1990. - №8. - С.37-39.

24. Экологические проблемы железных дорог Северной Америки // Железные дороги мира. 2002.- №12. - С.34-36.

25. Моделирование вредных выбросов тепловозов и дизель-поездов // Железные дороги мира. 1999. - №8. - С. 47 - 50.

26. Дизели компании MAN на железнодорожном транспорте // Железные дороги мира. 2002. - №6. - С.39 - 44.

27. Варшавский И.Л., Малов P.B. Как обезвредить отработавшие газы автомобиля. М.: Транспорт, 1968. - 127 с.

28. Сборник трудов ЛАНЭ.- М.: Знание, 1969. 360 с.

29. Токсичность двигатели внутреннего сгорания и пути ее сниженияМ.: -408 с.

30. Звонов В.А., Козлов A.B., Кутенев В.Ф. Экологическая безопасность автомобиля в полном жизненном цикле. М.: НАМИ, 2001. - 248 с.

31. Штеренгарц Р.Я., Новикова И.С., Слонова Л.А. К вопросу о загрязнения воздуха железнодорожных тоннелей выхлопными газами дизельных двигателей тепловозов // Гигиена, физиология и эпидемиология на железнодорожном транспорте. 1972. - № 40. - С.23 - 26.

32. Чичин A.B. Природу защитит «Сфера -2000» //Локомотив. 2000. -№2.-С. 37-40.

33. Хортов В. Чем больше и мощнее ДВС мы будем производить, тем быстрее задохнемся без кислорода //Автомобильный транспорт 2000. - №5. - С. 3 - 6.

34. ГОСТ 30574 98. Измерение выбросов вредных веществ с отработав- шими газами. Циклы испытаний. - Минск: Изд-во стандартов,1998. -С .6

35. Булаев В.Г. Токсичность выхлопных газов дизелей // Электрическая и тепловозная тяга. 1982. - №4. - С. 18 -19.

36. Битколов Н.З. Жидкостные нейтрализаторы дизельного выхлопа //

37. Сб. докл. участников симпозиумам // Токсичность двигатели внутреннего сгорания и пути ее снижения.- М.,1966- С.229 265.

38. Богаевский O.A. Пламенные нейтрализаторы дизельного выхлопа // Сб. докл. участников симпозиумам // Токсичность двигатели внутреннего сгорания и пути ее снижения М.,1966.- С.266 - 312.

39. Жегалин О.И., Которосский H.A., Панчишный В.И. и др. Каталитические нейтрализаторы транспортных двигателей.- М.: Машиностроение, -1979 80 с.

40. Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение . - 1981- 160 с.

41. Смайлис В.И. Малотоксичные дизели. Л.: Машиностроение. Ле-нингр. Отделение, 1972 - 126 с.

42. Филатов С.С., Мазырин Г.П., Булаев В.Г., Мартынов Ю.И. Испытание жидкостного нейтрализатора для автосамосвалов МАЗ-525 //Цветная металлургия. М.1966. - №16 - С.7 - 8.

43. Филипосянц Т.Р., Кратко А.П., Мазинг М.В. Методы снижения вредных выбросов с отработавшими газами автомобильных двигателей. М.: НИИАвтопром- 1979 - 50 с.

44. Филлипосянц Т.Р., Кратко А.П. Пути снижения дымности и токсичности отработавших газов дизельных двигателей. М.: НИИАвтопром,-1973.-50 с.

45. Звонов В.А. Образование загрязнений в процессах сгорания. Луганск: Изд-во Восточноукраинского государственного университета, 1998. -70 с.

46. Образование и разложение загрязняющих веществ в пламени: Пер. с англ. /Ред. Н.АЧигир. -М.: Машиностроение-1981.-407 е.: ил.

47. Брозе Д.Д. Сгорание в поршневых двигателях. М.: Машиностроением). - 1969. - 247 с.

48. Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Промышленно/транспортная экология: Учеб. для вузов / Под ред. В.Н. Луканина М.: Высш. шк.,2001- 273 е.: ил.

49. Лыоис.В., Эльбе Г. Горение, пламя и взрывы газов. М.: Мир.-1968.- 185 с.

50. Лямин В.А. Исследование деталей кривошипно-шатунного механизма с целью повышения надежности и моторесурса тепловозных дизелей 12ЧН18/20: Дис. . канд. техн. наук Свердловск, 1972. - 245 е.: ил.

51. Белостоцкий A.M. Исследование переходных режимов двигателей маневровых тепловозов с использованием ЦВМ: Автореф. дис. . канд. техн. наук. -М, 1969- 24 с.

52. Володин А.И. Локомотивные двигатели внутреннего сгорания М.: Транспорт-1978-239 с.

53. Володин А.И., Фофанов Г.А. Топливная экономичность силовых установок тепловозов. М.: Транспорт - 1979 - 126 с.

54. ГОСТ Р 50953-96. Выбросы вредных веществ и дымность отработавших газов магистральных и маневровых тепловозов. Нормы и методы определения. М., Госстандарт России: Изд-во стандартов. 1996. - С.18.

55. Улановский Э.А. и др. Снижение дымности выхлопа дизеля 5Д49.

56. Сб. тр. ВНИТИ.- Коломна. 1971. -№35. - С.68.

57. Ефремова Т.К., Булаев В.Г., Козырев B.C., Козлов Ю.М. К вопросу исследования токсичности газов выхлопа тепловоза ТГМ 6А; Уральский электромеханический институт железнодорожного транспорта.- Свердловск. 1973. 11 с. - Деп. в ЦНИИТЭИ МПС 31.08.73; №72/73.

58. Игнатович И.В., Кутенев В.Ф., Малов Р.В. Общие положения теории оценки токсичности автомобиля // Автомобильная промышленность-М.- 1979.-№7.- С.1-4.

59. Булаев В.Г., Клочковский С.П., Клочковская Н.П. и др. Фотометрическое определение альдегидов в отработанных газах двигателей внутреннего сгорания // Проблемы охраны труда: Тез докл. III Всесоюз. межвуз. конф.- Кишинев 1978 - С.233-234.

60. Звонов В.А, Дядин А.А., Фесенко М.П. Выделение токсичных веществ тепловозными двигателями типа 2Д50.//Двигатели внутреннего сгорания // М.: НИИинформтяжмаш- 1976 № 12. - С. 10 -12.

61. Зайдель А.И. Элементарные оценки ошибок измерения Л.: Нау-ка.-1967 - 88 с.

62. Шенк Х.Теория инженерного эксперимента.-М.: Мир.-1972- 241 с.

63. Зельдович Я.В., Садовников, Франк-Каменецкий Д.А. Окисление азота при горении. М-Л.: Изд-во АН СССР-1974 - 147 с.

64. Исследование влияния рециркуляции отработавших газов на токсичность выхлопа дизеля // Поршневые и газотурбинные двигатели-Экспресс-информация ВИНИТИ.-1972. №22.- Реф. 159.

65. Ушаков Э.С. Повышение эксплуатационной экономичности тепловозных дизелей путем рационального регулирования угла опережения подачи топлива // Вопросы теплоэнергетики и использования топлива на железнодорожном транспорте. Ташкент, 1974. - 87 с.

66. Кривов В.Г., Путятинский В.А. и др. Послепусковой прогрев дизеля с использованием рециркуляции отработавших газов // Двигателестроение. -М.- 1983. -№ 7 . С. 40 - 42.

67. Роганов С.Г., Кузнецов Г.К. К вопросу оценки качества газообмена // Известия ВУЗов М.: серия Машиностроение - 1975. - № 7 - С. 99 - 102.

68. Роганов С.Г. и др. О влиянии перепуска воздуха на рабочий процесс комбинированных двигателей// Известия ВУЗов.- М.: серия Машиностроение. 1971. - № 9. - С.95- 98.

69. Влияние рециркуляции выпускных газов на качество свежего заряда и токсичность тепловозного дизеля //Двигатели внутреннего сгорания // М.: НИИинформтяжмаш- 1977. №21. - С.З - 6.

70. Булаев В.Г. Влияние рециркуляции отработанных газов на токсичность выхлопа тепловоза ТГМ 6А при его работе на холостом ходу; В кн.: Вопросы охраны труда на железнодорожном транспорте.- Новосибирск, 1974. С.21-28.

71. Булаев В.Г. Снижение токсичности тепловозных дизелей за счет рециркуляции газов изменения угла опережения впрыска топлива // Двигателестроение. Л.: 1984. - №7. - С.48 - 51.

72. Малов Р.В. Методы и устройства обеспечения малотоксичной работы дизельного транспорта в горной промышленности: Дис.док. техн. наук.-М., 1972.-350 е.: ил.

73. A.c. 1476167 СССР, МКИ3 F 02 М25/06 Система рециркуляции отработавших газов двигателя внутреннего сгорания / В.Г. Булаев, Ю.М. Козлов, Е.М. Тарасов (СССР). №4116176; Заявлено 12.09.89; Опубл. 30.04.89; Бюл. №16. - Зс.: ил. - УДК 621.43.068 (088.8).

74. Шапошников В.Г. Исследование влияния регулирование параметров наддувочного воздуха на показатели работы дизеля в условиях эксплуатации тепловоза,- Дис.канд. техн. наук.- М.,1973- 207 е.: ил.

75. Булаев В.Г., Ефремова Т.К. Снижение токсичности тепловозных дизелей // Двигатели внутреннего сгорания. // М.: НИИинформтяжмаш. -1975. №4. - С. 1 - 4.

76. Влияние изменения угла опережения впрыска топлива на токсичность тепловозного дизеля 6ЧН21/21. // Двигатели внутреннего сгорания. // М.: ЦНИИТЭтяжмаш, 1983. №14. - С.7 - 10.

77. Розенблит Г.В., Кудряш А.П., Мойбога В.Г. Исследование дымности тепловозного дизеля // Вестник ВНИИЖТ. 1979. - № 4 - С.32 - 34.

78. Гигиеническая оценка магистрального тепловоза ТГ16. Людиново: Отчет // Фонды ЛТЗ.- 1969. 16 с.

79. Пат. 2201511 РФ, F01N3/28 Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателей внутреннего сгорания / В.Г. Булаев, Н.П. Чуев (РФ).- №20001114473; заявлено 25.05.03; Опубл. 27.03.03; Бюл.№9; Приоритет 25.05 2001.-4 е.: ил.

80. Марков В.А., Баширов P.M., Габитов И.И. Токсичность отработавших газов дизелей. 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана , 2002.- 376 с: ил.

81. Охрана окружающей среды и экологическая безопасность на железно дорожном транспорте: Учебное пособие / Под редакцией проф. Зубрева Н.И., Шарповой H.A. М.: УМК МПС России, 1999. - С.592.

82. Воинов А.И. Сгорание в быстроходных поршневых двигателях.-М .: Транспорт 1977 - 260 с.

83. Сокольский Д.В., Попова Н.М. Каталитическая очистка выхлопных газов. Алма-Ата: Наука - 1970. - 245 с.

84. Булаев В.Г. Токсичность отработавших газов тепловозов и пути ее снижения. В кн.: Безопасность и культура труда на предприятиях Свердловской дороги. Свердловск.М- 1974. - С.89 -102.

85. Булаев В.Г., Ефремова Т.К. К выбору типа реактора для нейтрализатора отработавших газов тепловозных дизелей. В кн.: Вопросы охраны труда на железнодорожном транспорте. Новосибирск. - 1974. - С.5 -12.

86. Булаев В.Г. К выбору метода обезвреживания выхлопных газов дизельных двигателей тепловозов. В кн.: Вопросы эксплуатации, экономики и охраны труда на железнодорожном транспорте / Под ред. Т.К. Ефремовой.- Свердловск, 1971. С.69 - 71.

87. Булаев В.Г. Пути снижения токсичности отработавших газов тепловозных дизелей // Проблемы охраны труда: Тез докл. II Всесоюз. межвуз. конф. Казань, 1974. - С. 101.

88. Булаев В.Г., Козырев B.C., Козлов Ю.М. Снижение токсичности отработавших газов тепловозных дизелей // Промышленный транспорт.М.-1976.-№3.- С. 25-26.

89. Булаев В.Г., Тарасов Е.М., Козлов Ю.М. Экологические показатели тепловозов // Железнодорожный транспорт. М 1987. - №5. - С. 47 - 49.

90. Булаев В.Г., Козлов Ю.М., Тарасов Е.М. Антитоксичное устройство для маневровых тепловозов // Железнодорожный транспорт.М. -1989. -№2. С. 35 - 39 .

91. Булаев В.Г. Улучшение экологических показателей тепловозов // Железнодорожный транспорт. 1990. - № 8. - С.45 - 48.

92. Булаев В.Г. Охрана окружающей среды и путейская техника // Путьи путевое хозяйство. 1996. - №12.- С.16 -18.

93. Теория горения и взрывов / Под. ред. Ю.В.Фролова.- М.: Наука,1981,- 412 с.: ил.

94. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика М.: Наука, 1987.

95. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1987.

96. Зельдович Я.Б. К теории горения неперемешанных газов // Техническая физика. М 1949. - т.19. -№10.

97. Зельдович Я.Б. и др. Математическая теория горения и взрыва. -М.: Наука, 1980.

98. Мухленов И.П. Технология катализаторов . Л.: Химия-1974.

99. Седов Л.М. Механика сплошной среды: В 2-х т. -М.: Наука-1994.

100. Семенов Н.Н. Тепловая теория горения и взрыва // УФН. 1940. -т.23. - №3,

101. Семенов Н.Н. К теории процессов горения //Журнал русского физ.-хим. об-ва.- Физика. 1928.-Т.60. - №. - С.241- 250.

102. Сполдинг Д.Б. Основы теории горения М.: Госэнергоиздат,1959.

103. Степанов B.B. Курс дифференциальных уравнений.- М.: Изд. физ.-мат. лит.- 1959.

104. Франк Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. - М.: Наука.- 1987. -174 с.

105. Черный Г.Г. Газовая динамика. М.: Наука.- 1988 - 435 с.

106. Щелкин К.И., Трошин Я.К. Газодинамика горения М.: Изд. АН СССР.- 1963.

107. Булаев В.Г. О математической модели газодинамических процессов в реакторе с сотовыми катализаторами нейтрализатора отработавших газов //Известия вузов. М.: Машиностроение. -2002. - №9. - С.49 - 65.

108. Афанасьев K.M. О разработке нейтрализатора для карьерного автотранспорта // Горный журнал. Свердловск 1976. -№5. С.69 - 72.

109. Гельперин Н.И., Айнштейн В.Г., Кваша В.Б. Основы техники псевдоожижения. М.: Химия. - С.664.

110. Fan L.T.,Yang Е.,С. Wen С.,Y. Semifluidization Mas Transfer in Semifluidization Beds // A.I.Ch.E Journal. 1959. - Vol.5.- No. 3.

111. Гольцикер А.Д. Исследование гидродинамики и структуры фонтанирующих и кипящих слоев. -Дис. . канд. тех. наук. JI, 1967- 221 с.

112. Забродский С.С. Высокотемпературные установки с псевдоожи-женным слоем.- М.: Энергия-1971. С. 350.

113. Забродский С.С. Гидродинамика и теплообмен в псевдоожижен-ном слое. M.-JL: ГОСЭНЕРГОИЗДАТ. -1963.- 488 с.

114. Катализ в кипящем слое / Под общ. ред. И.П. Мухленова. -JL: Химия.-1979,- 312 с.

115. Рабинович М.И. Тепловые процессы в фонтанирующем слое Киев: Наукова думка, - 1079. - 45 с.

116. Слинько М.Г. Моделирование химических реакторов. Новосибирск.: Наука, 1963.- 11 с.

117. Fan L.T., Wen C.Y. Particles in Solid-Liquid Systems //A.I.Ch.E Journal. 1961.-Vol.7. - No.,4

118. Kurian I.,Rao M.R. Hydrodynamics of Semi-Fluidization // Indian Journal of Technology. 1970. - Vol. 8. - No. 8.

119. Poddar S.K., Dutt D.K. Studies of Semi- Fluidization Prediction of Packed Bed Formation for Solid- Ligguid System. // Indian Chemical Engineer. 1970.-No., 4.

120. Брайнес А. Подобие и моделирование в химической и нефтехимической технологии. М.: Гостехиздат - 1961. - 350 с.

121. Булаев В.Г. Снижение токсичности дизеля маневрового тепловоза с помощью комбинированной системы очистки. Проблемы охраны труда. -Кишинев Штиинца - 1978. - 89 с.

122. Булаев В.Г, Ефремова Т.К. Комбинированная система очистки отработавших газов тепловозного дизеля. В сб.: Двигатели внутреннего сгорания. - М.: НИИинформтяжмаш. - 1975. -№4. -С.12-14.

123. Ефремова Т.К., Булаев В.Г Комбинированная система очистки отработавших газов тепловозного дизеля. В сб.: Двигатели внутреннего сгорания.-М.: НИИинформтяжмаш- 1975.-№20. -С.12-13.

124. А. с. 1320467 СССР, МКИ3 F 01N3/04 Комбинированная система ней- трализации отработавших газов двигателей внутреннего сгорания / В.Г. Булаев, Ю.М Козлов, Н.М Тур, Н.В. Чернозипунникова, Е.М. Тарасов, В.С

125. Козырев (СССР). №3848844; Заявлено 29.01.1985; 0публ.30.06.87; Бюл.№24; 4 е.: ил. УДК 621.43.068 (088.8).

126. A.c. 1746001 СССР, МКИ3 F01N3/28. Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателей внутреннего сгорания / В.Г.Булаев, Н.В. Чернозипунникова (СССР) . №4832955; Заявлено 31.05 1990; Опубл. 07.07.92. Бюл. №25; 2 е.: ил. УДК 621.43.068 (088.8).

127. А.с.1590606 СССР, МКИ3 F02M25/06 Двигатель внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом / В.Г. Булаев, Е.М.Тарасов, О.В. Булаев (СССР).- № 4463509; Заявлено 19.07. 88; Опубл. 07.09.90; Бюл.№33; 3 е.: ил. УДК 621.43.057 (088.8).

128. Булаев В.Г. Гидродинамика сотовых катализаторов отработавшихгазов // Экология и промышленность России. М., 2003. - №2. - С. 17 -19.

129. Булаев В.Г. Исследование процесса отложения сажи в нейтрализаторах отработавших газов дизелей // Безопасность жизнедеятельности М., 2003.- №3.- С. 10-15.

130. Седов Л.И. методы подобия и размерности в механике. М.: Наука,- 1965.-386 с.

131. Пичугов Ю.В.ДСольчугина Л.Г., Балмагаметов С.А. и др. Катализаторы полного окисления углеводородов- В ки: Каталитическая очистка газов.- Материалы IV Всесоюзной конференции. 4.2. - Алма-Ата: Изд. Наука. 1985,г. С.64-67.

132. Гухман A.A. Введение в теорию подобия. М.: Выс. Шк.-1967.364 с.

133. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. -М.: Машиностроение. 1975. - 559 с.

134. Тверитнев М. Чтобы дизель не дымил // Автомобильный транспорт. 1997. - №12. - С.26-27.

135. Беленький М.С., Султанов М.Ю, Альтшель И.С. Активность окислов марганца в реакции высокотемпературного окисления: Сборник трудов ЛАНЭ М.: Знание. - 1969. - С. 175 - 179.

136. Альтернативные виды топлива для дизельного подвижного состава // Железные дороги мира. 1998. - №2. - С.29 - 33.

137. Газаров P.A., Герасимов А.И., Панчишнып В.И., Моисев В.П. Отравление катализаторов дожигания отработавших газов ДВС соединениями серы: Тезисы докладов 1У республиканской конференции по окислительному гетерогенному катализу. Баку, 1978. - С. 99 - 103.

138. Чистяков С.Ф. Радун JI.B. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Выс. шк. -1974. - 224 е.

139. Якубовский 10. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды. М.: Транспорт- 1979. - 198 с.

140. ГОСТ 12.1.007-76. ССБТ. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности. Изд-во стандартов, 1977.- 6 с.

141. ГОСТ 12.1.005-88. ССБТ. Общие санитарно- гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. Изд-во стандартов, 1989. 65с.

142. Средоевич Д., Радоич М. Преимущества железнодорожного транспорта с точки зрения защиты среды, использования пространства и энергии // Железные дороги мира. 1976. - №4. - С.50 - 54

143. Снижение токсичности отработавших газов дизелей путем усовершенствования топливной аппаратуры // Поршневые и газотурбинные двигатели: Экспресс-информация ВИНИТИ. -1972. -№ 22. еф.157.

144. Тепловоз ТГМ 6А. -М.: Транспорт.-973. 150 с

145. Технический уровень и возможности развития систем привода железнодорожного подвижного состава в отношении уменьшения вреда окружающей атмосферы. Локомотиво - и вагоностроение: Экспресс- информация ВИНИТИ. - 1972. - 25. - Реф. 184.

146. Требования к выхлопным газам тепловозных дизелей на железных дорогах США // Железные дороги мира -2002. №4. - С.52 - 54.

147. Шюберт К. Железные дороги ФРГ и защита окружающей среды // Железные дороги мира. 1972. - № 12. - С.48.

148. Brisson R., Ecomard A., Eyzat R. Use Nouvell Chambre de Combustion Pour Moteur Diesel : lo Chambrea Geometree Variable // Entropie .1972.-Vol. 8.- No.48.

149. Cleaning up the US Diesel Fleet // Railway Gazette International Journal. 1973.-p.p. 253-254.

150. Concerning Diesel Exhaust//Trains. 1973. - Vol.Xl. - No.34.

151. Dickson Simpson John. Making Diesel Society // Mot. Transport.1973,- Vol.102.-No. 35.-p.33.

152. Diesel Exhaust Emission // Railway Locomotives and Cars. -1971. -No. 4. p.p.27 - 29.

153. Ford U.,S . Fuel Injector Design Reduces Hugrocarbone in Diesel Exhaust //Diesel and Gas Turbine Progress . 1971.-Vol. 37. - No. 1.

154. Fukuhama Shoiclcu. Fuel in the Piston -Top -land Space oaf Gasoline Engine // IARI Techn. Men . 1971. - No. 2.

155. Hoffman I.G., Springer K.I., Tennyson T.A. Fuor Cycle Diesel Electric Locomotive Emissions : a Flield Study // Pap. ASME. 1975. - No DGP-p.p.10,17.

156. Goigne Fukucki. Exhaust Gas Diesel Engineering a Long Tunnel // Permanents Way Institution. 1963. -No. 4.

157. Electro-Motives Program for Reducing Exhaust. Emissions // Diesel and Gas Turbine Progress 1972. - Vol. 38 - No. 12.

158. Environmetal Impact an Maintenance // Railway Locomotives and Cars. 1974. - No. 1.- p.p. 32-33.

159. Environmetal Impact an Maintenance // Railway Locomotives and Cars.- 1974.- No.3.- p. 31.

160. Environmetal Impact an Maintenance // Railway Locomotives and Cars. 74. -No.2. - p. 26.

161. Exhaust Emissions // Railway Locomotives and Cars. 1972. - No.9. - P.32.

162. Energy / Environmetal Balance // Railway Locomotives and Cars. -1974.- No.6. -p.30.

163. Exhaust Emissions // Railway Locomotives and Cars. 1972 - No. 7.- p 32.

164. Методика определения предотвращенного экологического ущерба.-M.: 1999 .-71 с.

165. Методика определения ущерба окружающей природной среде и дополнительных расходах железных дорог, возникающих при аварийных си-нациях с опасными грузами. / МПС России, МПР России. М.,2001.-198 с.

166. Временная типовая методика определения экономической эффективности осуществления природоохранных мероприятий и оценки экономического ущерба, причиняемого народному хозяйству за. рязнением окружающей среды.-М.:Экономика.-1986-94 с.