автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Разработка системы очистки отработавших газов судовых дизелей с использованием жидкостных контактных аппаратов

На правах рукописи

Щавелев Дмитрий Валентинович

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЖИДКОСТНЫХ КОНТАКТНЫХ АППАРАТОВ

Специальность 05.08.05 «Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)».

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород - 2005

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Волжская государственная академия водного транспорта».

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Курников Александр Серафимович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Слюсарев Анатолий Сидорович

кандидат технических наук, доцент Зеленое Сергей Николаевич

Ведущая организация: ОАО ЦКБ НПО «Судоремонт» (г. Нижний Новгород).

Защита состоится 23 сентября 2005 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 223.001.02 при ФГОУ ВПО ВГАВТ по адресу: 603600, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5, аудитория 231 .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО

ВГАВТ.

Автореферат разослан ^ августа 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, до

Кеслер А. А.

4&У

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

///////

Актуальность работы. Интенсивное развитие судоходства на водных путях привело к строительству качественно нового флота: с мощными энергетическими установками, высокими грузоподъемностью, пассажи-ровместимостью и скоростью. Массовая эксплуатация такого флота сопровождается ростом его воздействия на окружающую среду.

Судовая эмиссия как источник антропогенного воздействия по различным оценкам насчитывает до 14% всей эмиссии от ископаемых видов горючего и 16% всей эмиссии серы от сжигаемых продуктов нефти. Ситуация осложнилась широким внедрением на флоте тяжелых сортов топлива с содержанием серы до 1,5%, что привело к снижению надежности и долговечности деталей топливной системы двигателя и цилиндро-поршневой группы.

Уже сейчас в таких странах как Швеция, Финляндия и США нормы по выбросу вредных ингредиентов настолько ужесточены, что возможности выполнения соответствующих требований за счет организации рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания (ДВС) практически исчерпали свой резерв. Дальнейшее развитие в данном направлении без применения узлов и устройств по очистке отработавших газов (ОГ) становится трудновыполнимым.

Одновременное снижение вредных веществ и дымности ОГ требует различные, подчас не совместимые между собой мероприятия, что существенно затрудняет решение проблемы снижения вредных продуктов ОГ.

Рациональное решение проблемы обработки ОГ возможно только при использовании комплекса прогрессивных устройств и узлов. В систему комплексной очистки газов (СОГ) может входить: каталитический фильтр-преобразователь топлива; узел озонирования водо-топливной эмульсии; узел рециркуляции ОГ и жидкостный контактный аппарат.

Проблемам очистки воздуха и ОГ посвящены научные труды ученых:

A.Л. Баранова, С.А. Богатых, O.A. Гладкова, В.А. Звонова, С.П. Зубрилова, О.Н. Лебедева, Е.Ю. Лермана, В.А. Маркова, Л.А. Новикова, А.Г. Севастьянова, A.C. Слюсарева, В.И. Смайлиса,

B.А. Сомова, В.Н. Стаценко, В.И. Толшина. Несмотря на большой объем выполненных исследований и проведенных экспериментов, в работах отсутствует информация об одном из элементов СОГ - о жидкостном очистителе, работающем при переменных режимах дизельного двигателя. Поэтому создание комплексной СОГ, в состав которой входит жидкостный контактный аппарат, до сих пор является актуальным.

Целью диссертационной работы является разработка системы очистки отработавших газов судовых дизелей с использованием жидкостных кон-

тактных аппаратов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1 Провести анализ причин образования токсичных компонентов в составе ОГ дизелей.

2 На основе анализа методов снижения вредных выбросов предложить современный комплекс узлов и устройств, снижающий вредные ингредиенты в составе ОГ.

3 Составить математическое описание работы жидкостного контактного аппарата с учетом особенностей его функционирования в судовой СОГ.

4 Выполнить экспериментальные исследования по определению неизвестных параметров, влияющих на работу жидкостного очистителя.

5 Разработать алгоритм и методику проектирования жидкостного контактного аппарата в составе судовой СОГ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1 Установлено, что наиболее современным жидкостным очистителем является циклонно-пенный аппарат (ЦПА).

2 Разработаны критерии, определяющие эффективность работы контактного аппарата в составе СОГ.

3 Доказано по результатам экспериментальных исследований возможность применения жидкостного контактного очистителя для снижения вредных ингредиентов ОГ.

4 Впервые создана математическая модель работы ЦПА в составе судовой СОГ при переменных режимах работы ДВС.

5 Предложен новый способ комплексной обработки воздуха в жидкостном очистителе, новизна которого подтверждена положительным решением о выдаче патента России.

Практическая ценность работы. Осуществлено снижение вредных веществ и дымности в составе ОГ, а также разработана методика проектирования ЦПА в составе судовой СОГ. Применение результатов работы позволяет:

1 Использовать прогрессивный способ очистки ОГ в составе СОГ.

2 Определить оптимальные условия функционирования жидкостного контактного аппарата в составе СОГ.

3 Рассчитать значения основных параметров ЦПА и его элементов.

4 Снизить количество вредных ингредиентов, выбрасываемых в составе ОГ.

Реализация результатов работы выражается в применении разработанной методики проектирования ЦПА для дизель-генератора ДГР 100/750 в инженерном экологическом бюро «Редокс-системы».

Достоверность полученных результатов обоснована теоретическими исследованиями на основе зависимостей гидро- и газодинамики. Экспе- Л

риментальные исследования проводились с использованием известных (стандартных) методик и приборов для определения контролируемых показателей и характеристик. Обработка результатов производилась с помощью метода корреляционно-регрессионного анализа.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на VIII и X Нижегородских сессиях молодых ученых (Дзержинск, 2003 и 2005); научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава ВГАВТ (Н. Новгород, 2003); II Региональной молодежной научно-технической конференции (Н. Новгород, 2003); Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи (Москва, 2004); Всероссийском форуме «Великие реки» (Н. Новгород, 2005).

Публикации. Список публикаций по материалам диссертации состоит из 8 работ, в том числе 1 положительное решение о выдаче патента России.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка использованной литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 144 страницах машинописного текста и включает 43 рисунка и 33 таблицы. Список литературы состоит из 107 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследований, показана научная новизна и практическая ценность.

В первой главе проведен аналитический обзор токсичных загрязнений ОГ судовых дизелей.

Показано, что суда являются достаточно серьезным долевым участником в выбросах вредных компонентов среди транспортного комплекса. В ОГ обнаруживается более 200 компонентов, обуславливающих неблагоприятное воздействие на организм человека, начиная от незначительных неприятных ощущений до возникновения серьезных заболеваний.

Из-за высокой токсичности вредных веществ дизелей - оксидов азота N0*, оксида углерода СО, углеводородов С„Нт и дымности - сажи С, их содержание в ОГ ограничивается национальными (ГОСТ Р 51249-99 и ГОСТ Р 51250-99) и межгосударственными стандартами (конвенция МАРПОЛ 73/78). Отмечено, что требования местных законодательств в Швеции, Финляндии и США имеют более жесткие нормативы к количеству токсичных ингредиентов.

В настоящее время основные задачи по снижению вредных выбросов ОГ дизелей решаются в двух направлениях.

1 Снижение вредных компонент в процессе их образования, воздействуя на рабочий процесс дизеля.

2 Обезвреживание токсичных ингредиентов при помощи специальных устройств.

Проведенный анализ показал, что для одновременного снижения токсичности и дымности в ОГ требуются различные, подчас несовместимые между собой мероприятия, что существенно затрудняет решение проблемы снижения вредных продуктов в ОГ. А возможность выполнения соответствующих требований только за счет организации рабочего процесса ДВС практически исчерпала свой резерв. В связи с этим, к вопросу очистки ОГ необходимо подходить комплексно. Дальнейшее развитие в направлении уменьшения токсичных ингредиентов с применением узлов и устройств по очистке ОГ становится рациональным.

Из всего многообразия рассмотренных способов снижения вредных компонентов ОГ были выделены методы, которые отвечают критериям судовой специфики: предварительная обработка топлива и воды для водо-топливной эмульсии, рециркуляция ОГ и применение жидкостных очистителей.

По результатам анализа априорной информации сформулирована цель и основные задачи исследования.

Во второй главе рассмотрены мероприятия, направленные на совершенствование способов снижения токсичных составляющих ОГ.

По данным «Центрального научно-исследовательского дизельного института» увеличение стоимости малотоксичной модификации дизеля по сравнению с базовой может достигать 10000 $. Для создания и освоения производства современных, экономичных и малотоксичных двигателей, а также для существенной модернизации выпускаемых или эксплуатируемых двигателей требуется (5...7) лет и очень большие средства, которые на сегодняшний отсутствуют у заводов-производителей дизелей.

Поэтому, рациональное решение проблемы обработки ОГ возможно при использовании комплекса прогрессивных устройств и узлов, не требующих изменения конструкции двигателя. На сегодняшний день остаются четыре мероприятия по снижению токсичности ОГ как самые малозатратные: предварительная обработка топлива в каталитическом фильтре-преобразователе топлива, специальная обработка воды для водо-топливной эмульсии, рециркуляция ОГ и очистка ОГ в жидкостном контактном аппарате.

В последнее время для питания судовых ДВС широко используются тяжелые сорта топлива с повышенным содержанием серы, механических примесей и воды. Однако при переходе на такие топлива снижается надежность и долговечность деталей топливной системы двигателя и ци-

линдро-поршневой группы, поэтому приходится уделять большее внимание качеству подготовки топлива. Установка каталитического фильтра-преобразователя топлива позволяет уменьшить содержание серы в топливе на 50% и не требует ни изменения конструкции, ни регулировки дизеля. Принцип действия устройства основан на следующем: топливо, проходя через фильтр, насыщается поверхностно-активными веществами, содержащимися в гранулах, подвергается каталитическому воздействию, ослабляющему межмолекулярные связи топлива, и после гомогенизации приобретает однородную насыщенную структуру

При сжигании водо-топливной эмульсии в некоторых исследованиях наблюдается повышение скорости изнашивания деталей, что объясняется суммарным воздействием на металл механических и коррозионных факторов. Поэтому к воде, входящей в состав эмульсии, предъявляются определенные требования по качеству: полное отсутствие коррозионной активности, отсутствие солей общей жесткости и механических примесей. Среди различных способов обработки воды можно выделить способ электрохимической обработки и озонирования.

При первом способе разделение воды на католит и анолит происходит в электролизере. Щелочная среда, пониженное содержание солей, отсутствие коррозионной активности определило выбор католита для приготовления водо-топливной эмульсии. Анолит отводится в цистерну сточных вод для подкисления последних, что, как показано в работах Козлова М.Н. и Разумовского С.Д., повышает эффективность последующей очистки сточных вод.

Второй способ повышения качества питания предложен Курниковым А.С, в котором для водо-топливной эмульсии применяется озонированная вода. Такой подход позволит, во-первых, увеличить продетонаци-онный эффект (образование атомарного кислорода в результате распада озона), и, во-вторых, повысить полноту сгорания топлива, снизив при этом экологическую нагрузку двигателя на окружающую среду.

В качестве одного из действенных методов снижения эмиссии N0, в настоящее время рассматривается рециркуляция ОГ, заключающаяся в возвращении части ОГ (до 10%) из выпускной системы в цилиндры дизеля и смешивании их со свежим зарядом.

Определенную трудность для внедрения перепуска ОГ на всасывание дизеля вызывает решение следующих проблем: износ и закоксовывание абразивными частицами камеры сгорания; необходимость охлаждения рециркулируемого газа для снижения температуры нагнетаемого воздуха; коррозия деталей цилиндро-поршневой группы и выпускного тракта из-за высокого содержания серы в ОГ.

Решив эти проблемы можно не только сократить содержание вредных веществ в ОГ, но еще и уменьшить общее количество ОГ на 10%. Было бы

недопустимо не воспользоваться такой перспективой. Решение указанных проблем становится возможным при установке оборудования по очистке ОГ, работающего по «мокрому» методу очистки.

Критериям судовой специфики в достаточной мере удовлетворяют следующие типы аппаратов-, форсуночные скрубберы, тарельчатые (бар-ботажные и пенные) скрубберы, нейтрализаторы жидкостной пленкой и ЦПА. Последние два устройства (разработчик первого - Стаценко В.Н., а второго - Богатых С.А.) представляют наибольший интерес из-за высокой степени тепло- и массообмена при достаточном удовлетворении требований, предъявляемых к судовому оборудованию.

При сравнении этих двух методов наиболее предпочтительно выглядит метод, осуществляемый в ЦПА, по следующим причинам:

1 При качке и вибрации возможно нарушение целостности пленки жидкости, то есть нарушение процесса очистки ОГ.

2 Дополнительное выполнение роли глушителя ЦПА.

3 Удельная площадь межфазовой поверхности значительно больше у ЦПА, чем у жидкостной пленки.

Последнее, в конечном счете, сказывается на более высокой интенсификации процессов тепло- и массообмена, выражающихся в более эффективных результатах по снижению вредных ингредиентов в составе ОГ.

К достоинствам ЦПА можно отнести и их способность выполнять функции «мокрого» искрогасителя и холодильника (понижение температуры ОГ до 50... 70 °С).

Таким образом, применение ЦПА позволит осуществить сразу три функции: снизить вредные компоненты ОГ, понизить уровень шума и создать все условия для внедрения рециркуляции ОГ.

Следует отметить, что первые три составляющие СОГ (каталитический фильтр-преобразователь топлива, узел озонирования водо-топливной эмульсии, узел рециркуляции ОГ) достаточно подробно описаны и не требуют дальнейшего изучения. Что касается четвертого элемента, то, несмотря на большой объем проведенных экспериментов по исследованию работы ЦПА, до сих пор отсутствует информация о его работе при переменных режимах работы ДВС. Поэтому, для получения всех процессов, происходящих в ЦПА необходимо создать математическое описание его работы.

В третьей главе приводится математическое описание работы ци-клонно-пенного аппарата.

Исследования эффективности работы ЦПА указывают на различные оптимальные диапазоны основных искомых величин (высоте пены, коэффициенте массообмена и значении эффективной скорости газа в пенной камере) при изменении режима работы жидкостного очистителя. Поэто-

му, для получения полного процесса работы ЦПА было создано математическое описание его работы на основании теоретических предпосылок исследований таких ученых как Богатых С.А., Максименко A.B., Шамшин В.М , Баранов А.Л., Севастьянов А.Г. и Курников A.C.

Математическое описание работы контактного аппарата состоит из уравнений энергетического, материального и теплового балансов.

Энергетический баланс в системе определяется уравнением Бернулли для сечений 1-1 и 6-6 (рис. 1):

v? ■ р. vi ■ рх /П

где Zj, z6 ~ геометрические высоты в 1 -ом и 6-ом сечениях, м; g - ускорение свободного падения, м2/с; Р\' Рь ~ Давления в 1-ом и 6-ом сечениях, Па; р,, р6 - плотность в 1-ом и 6-ом сечениях, кг/м3; ц.ц -скорости движения потоков в 1-ом и 6-ом сечениях, м/с; рх 6 - потеря напора на трение на участке 1-6, Па.

д

УК

2

ЦПА

\ ' 5 \ 6

4

Рисунок 1 - Принципиальная схема выпускного газопровода Д - дизель; УК - утилизационный котел; ЦПА - циклонно-пенный аппарат; 1 - трубопровод с высокотемпературными ОГ; 2 - трубопровод с частично охлажденными ОГ; 3 - трубопровод с глубоко охлажденными и очищенными ОГ; 1 -1... 6-6 - характерные сечения газопровода.

Потери давления газа на всех участках газопровода, включая ЦПА и УК, в общей сложности не должны превышать 4 кПа во избежание снижения мощности дизеля и увеличения удельного расхода топлива:

8 ■ (г, • Рз - г, • р,) + "3 Рз~"' Р> + А-6 + Рук + Рцпл ^ 4 кПа. (2)

Определим первую составляющую - потери давления на перемещение ОГ по высоте. Выберем за начало отсчета уровень выпускного коллектора двигателя, тогда величина представляет собой длину газопровода 1г, а

величина ^ = 0 ■ Средняя температура ОГ для среднеоборотных двигателей (как наиболее распространенных на речных судах) составляет

гл = 420 °С, а их плотность - 0,512 кг/м3. При температуре ОГ на выходе

(7)

из ЦПА равной ¡г3 =60 "С, их плотность - 1,06 кг/м3.

Потери давления на перемещение ОГ по высоте составят, Па:

(3)

где 1г - длина газопровода, м.

Найдем второе слагаемое неравенства (2). Поскольку на всем пути газопровода его внутренний диаметр не изменяется, то:

ох-ог-оъ- Г±°гш Г±оГ = сопл. (4)

\ л • р, • у, у тг • р2 • и2 \ л ■ р3 • и3 При постоянстве массового расхода получаем:

или

и3=и1-р,/р3 (6)

Подставим во второе слагаемое формулы (2) уравнение (6):

• (А / Ръ)г' Ръ ~ у2\ ' Р\ _ Ц2' Р\' (Р1' Ръ ~ О 2 2 Потери давления при изменении скоростного режима составят, Па: ^ = о?-0,512-(0,512/1,06-1) = ш (8)

Потери давления рх ь складываются из потерь на трение ртр и в местных сопротивлениях ри, которые, как правило, на порядок меньше чем ртр.

/>„=0,1 (9)

Для удобства расчета потерь напора ртр на всей длине газопровода значение плотности ОГ принимаем при температуре гп =190°С на выходе газа из УК - р2 = 0,762 кг/м3, Па:

„ яХ.к.£.р, (10)

утр 0 2

где Я - коэффициент потерь на трение.

Коэффициент потерь на трение для воздуховодов при Яе<100000:

А = (11)

Ие

где Яе - число Рейнольдса.

Коэффициент потерь на трение для воздуховодов при Яе> 100000:

А =°'°032 + 1^- (12)

Число Рейнольдса Яе:

= (13)

V

где V - коэффициент кинематической вязкости газа, м2/с. Расход ОГ через выпускной трубопровод, кг/с:

(14)

где а[ - коэффициент избытка воздуха при сгорании; - удельный расход топлива, кг/(кВтч); N - мощность двигателя, кВт;

е ' *

/г1 - температура ОГ, К; X - коэффициент рециркуляции ОГ дизеля; Ф - коэффициент продувки. Диаметр выпускного газопровода составит, м:

Я-РЖ. (15)

/яри

где V - скорость движения газа на выходе из ДВС, м/с (по рекомендации Конакова Г. А. можно принять и, = 37 м/с). Максимальная величина потерь давления в газопроводе, кПа:

р = 0,001 (р +р +1,1 р )■ (16)

гпот ' Ржр * скор ' Утр' ^ '

В итоге максимально допустимое гидравлическое сопротивление ЦПА в зависимости от типа УК вычисляется по формуле, кПа:

где рук - сопротивление утилизационного котла, кПа.

Таким образом, для выполнения вышеуказанных требований необходимо экспериментальным путем установить величину гидравлического сопротивления ЦПА.

Уравнения материального баланса жидкости и газа в ЦПА (рис. 2) учитывают баланс расхода воды и газа в жидкостном контактном аппарате.

Баланс воды в жидкостном очистителе определяется следующими составляющими, кг/с:

где - количество воды, поступающей на пополнение в ЦПА, кг/с; (2ссп - количество воды, отделенной в сепараторе, кг/с; йбун ~ количество воды, спускаемой через бункер, кг/с; 01л11 - количество воды, испарившейся и унесенной потоком ОГ, кг/с.

Отработавшие газы

Вода на пополнение

А Очищенные и охлажденные очрабо! авшие I а;ы нчесю с испарившейся водой

Вода, переливаемая через сепаратор

Вода, сливаемая и) бункера

Отработавшая вода я систему сточных вод

Рисунок 2 - Материальный баланс жидкости и газа в устройстве

Вода в результате сорбции токсичных ингредиентов с течением времени естественно снижает свои поглотительные свойства. Поэтому, при подпитки водой следует знать количество переливаемой воды через сепаратор Qcen. характеризующее степень обновления пены и определяющее

отвод воды из бункера ()6уи. Это и будет впоследствии установлено экспериментальным путем.

Унесенная потоком газа влага <21(с)1 находится по формуле, кг/с:

(19)

где У3 - объемный расход ОГ после выхода из аппарата, м3/с; р3 - плотность ОГ после выхода из аппарата, кг/м3; с1х ,с12 - влагосодержание «до» и «после» аппарата, кг/кг. Начальные значения влагосодержания, температуры воды и воздуха выбираются в зависимости от района плавания судна. После аппарата принимают: ¡г} = 60 °С и <р = 93%.

Влагосодержание воздуха определяется по формуле, приведенной в работе Бурцева Ц.И., кг/кг:

"17,504 г

<р-0,6112 ехр

</,=0,6221-

241,2 +г

(20)

101,325 - <р • 0,6112 • ехр

17,504-г

241,2 + /,,

где ги - температура наружного воздуха, °С; (р - влагосодержание наружного воздуха.

На всем протяжении своего движения ОГ меняет свое термодинамическое состояние. Газ выходит с высокой начальной температурой из выпускного коллектора ДВС, затем поступает в УК, где отдает свою избы-

точную теплоту. Последним устройством, после которого ОГ выбрасываются в атмосферу, является ЦПА. Однако массовое количество ОГ, выбрасываемых ДВС на установившемся режиме, постоянно, м/с:

УгРг=У2-р2=У3-р3=Сг, (21)

где V,, У2, Уъ - объем газа на участках 1,2 и 3 (рис. 1), м3/с;

Уравнение теплового баланса жидкости и газа в ЦПА составлено из условия стабильной работы жидкостного очистителя, а именно: количество теплоты, поступающей в него от ОГ должно быть равно количеству теплоты удаляемой из устройства через спускаемую воду, кДж/с:

(22)

где 1г2,1г з ~ энтальпия ОГ на «входе» и «выходе» из очистителя, кДж/кг;

1ж1,1ж1~ энтальпия воды на «входе» и «выходе» из ЦПА, кДж/кг.

Энтальпия воды и ОГ вычисляется по формулам:

/ =/ -с , (23)

*1 ЖI ^Ж Р» 1 4 '

-Се,,' (24)

где гж,, , - температура воды и ОГ «до» и «после» аппарата, °С;

с „ „ , с, „ - изобарная теплоемкость воды и ОГ «до» и «после» очи-

Л Р I Г Р I *

стителя, кДж/(кг-°С).

Температура газа на выходе из ЦПА должна превышать температуру окружающей среды для успешного рассеивания потока очищенного газа с остаточными вредными продуктами. Тогда температура воды на выходе из аппарата по данным Богатых С. А. будет, °С:

гж2 = 1гЪ - 4,2 + 0,9 • Н„ + 0,0915 • иг2, (25)

где Н„ - высота пены, см;

V, - скорость газа в пенной камере ЦПА, м/с.

Динамическая двухфазная система - пена Н„, является основной характеристикой, определяющей интенсивность процессов тепло- и массо-обмена в аппарате. Величина Н будет уточняться экспериментально.

Кроме того, необходимо установить значение скорости газа в пенной камере иг, при которой наиболее интенсивно происходит снижение вредных компонентов ОГ в контактном аппарате.

Полученное в работе математическое описание позволяет установить функциональную связь между начальным и конечным состоянием сред в ЦПА. Однако оно требует экспериментального определения ряда величин, указанных выше.

В четвертой главе приведены экспериментальные исследования, математическая модель работы ЦПА, методика проектирования системы очистки ОГ судовых дизелей и дана оценка экологическому, экономическому и социальному эффектам от внедрения ЦПА.

В результате эксперимента необходимо установить: высоту пены #„,

количество переливаемой воды через сепаратор ()ст, гидравлическое сопротивление аппарата Яа, скорость газа в пенной камере иг.

Значения этих величин определялись при изменении двух факторов: скорости газа иг и величины погружения завихрителя н ■

Определение первых трех искомых величин возможно при работе ЦПА на воздухе, поскольку теплофизические свойства воздуха и ОГ незначительно отличаются по своим характеристикам.

Используя вышеизложенное математическое описание работы ЦПА в качестве предварительных были выбраны основные характеристики аппарата, на основании которых был спроектирован и изготовлен опытный образец жидкостного контактного аппарата. Спектр режимов работы главных ДВС, эксплуатирующихся на судах различного назначения, очень разнообразен. Поэтому были проведены экспериментальные исследования искомых величин во всем рабочем диапазоне скоростей ЦПА при его работе с судовым дизелем.

Принципиальная схема стенда приведена на рис. 3.

Рисунок 3 - Схема стенда для модельных испытаний жидкостного очистителя

1 - вентилятор; 2 - авто-

трансформатор; 3 - трех-

ходовой кран; 4 - жидкост-

ный манометр; 5 - расхо-

домер Вентури; 6 - ци-

клонно-пенный аппарат;

7 - канистра; 8 - поплавковая камера; 9 - ротаметр; 1-1 и 2-2 - характерные сечения; /г -диапазон

погр

изменения величины погружения завихрителя

При стендовых испытаниях ЦПА в статистической графической системе «БТАТСЯАРШСЗ» была произведена процедура выбора полного факторного эксперимента. По результатам обработки на компьютере значений стендовых испытаний были получены корреляционно-регрессионные уравнения, описывающие три целевые переменные с высокой степенью достоверности (во всех случаях И2 > 97%).

Уравнение изменения высоты пены, см:

Н„ =20,5333-1,48155-и, +1,10655-й +

+ 0,0803571■t>2 -0,03125-й

погр

Уравнение количества перелитой воды через сепаратор, кг/ч:

Qim = 23,1783-2,1581-и, +27,4802-А^, -1,16287 Уравнение гидравлического сопротивления ЦПА, кПа: Ra = 0,475 + 0,0681131- ve + 0,0159286- h^ +

(26)

(27)

(28)

+ 0,0306845-v]

В дальнейшем были проведены натурные испытания ЦПА с целью установления значения оптимальной скорости газа и, в пенной камере и

степени очистки токсичных ингредиентов газа.

Для этого было проведено подключение устройства к дизель-генератору ДГА-50/9 (дизель 64 12/14). Принципиальная схема натурного стенда приведена на рис. 4.

Рисунок 4 - Схема подсоединения жидкостного очистителя к дизель-генератору

1 - ротаметр; 2 - газоанализатор; 3-дизель 64 12/14; 4 - шиберная заслонка; 5 - циклонно-пенный аппарат

Испытания осуществлялись на режиме номинальной нагрузки Ре = 59 кВт и на частичных нагрузках 0,75 Ре, 0,50 Ре и 0,25 Ре. Непосредственное измерение концентрации вредных веществ в пробе ОГ дизеля осуществлялось газоанализаторами ГИАМ-21 и ИНА-103. Каждая проба бралась три раза на каждом режиме и по каждому компоненту ОГ. Разброс действительных значений контролируемых параметров не превышал 10% от приведенных на рис. 5.

Кривые на рис. 5 указывают, что наиболее оптимальной является скорость газа ьг =5 м/с, при которой наиболее полно происходит процесс

поглощения токсичных ингредиентов ОГ водой.

При этой скорости газа оксиды азота ЫОх уменьшились на 29%, оксид углерода СО на 36%, углеводороды СпНга на 31%, а дымность С снизилась на 38%. Это подтверждает положительный результат применения жидкостного очистителя в качестве устройства по снижению вредных ингредиентов в составе ОГ.

Качество снижения вредных ингредиентов оценивалось сравнением полученных результатов с нормативными требованиями национального законодательства, которые приведены в табл. 1 и табл. 2.

Таблица 1 - Выброс вредных компонент дизель-генератором ДГА-50/9

к г*». МГ,]' Гсо, есо Ген. еси' Гг, (N„1.

% » г/(«Втч) г/(кВгч) я г/(кВгч) г/(кВтч) чь г/(кВт ч) г/(кВгч) я- %

100 0Л7 4.1 011 39 00062 0 11 53

75 50 ОД» 0,045 5,5 7.1 (17.01 0,07 ода 3.» 4,1 [60] 00034 0,0011 0.09 ооа 12,4] 42 35 [4SI

25 0,025 »,7 0.0« м 0.0011 0,12 31

Таблица 2 - Выброс вредных компонент дизель-генератором ДГА-50/9 при работе с очистителем со скоростью газа в пенной камере иг = 5 м/с

Р- % TNO». eNox ' Гсо, е' • его Гги. есн' Ю- Гс, INJ,

% гДкВг-ч) гЛжВгч) % г/(кВгч) г/(кВгн) % гЯ«Вгч> г/(кВт ч) % *

100 0,05 29 0,07 25 0,0043 0.01 32

75 50 0,043 0.032 3.» 51 (I7.0J 0,045 ода 2.5 3.1 (6 0! 0,0024 0.0012 007 0,06 12 4) 25 21 146)

25 0,018 6.2 0.026 5.4 0.0008 0,0« 19

где rNOx, гсо, гсн, гс - объемная доля в ОГ оксидов азота, оксида углерода, углеводородов, а также значение дымности, %. ет 'есо,есн ~ Удельный выброс оксидов азота, оксида углерода и углеводородов, г/(кВтч) ], [е™х], [е™] и [Мдоп] - норматив выбросов вредных веществ и

дымности, установленные российским законодательством, г/(кВт ч) и %.

0,090

0,075

0,060

к §

а

8

0,045

а 0,030

0,015

А /4

<

0,(ЮА

0,005

0,004

и 0,001

0,001

О 0,25Ре 0,50Рс 0,75Рс 1,(ЮР. Нагрузка двигателя 64 12/14

0 0,25Ре 0,50Рс 0,75Р. 1.00Рс На1*рузка дви! ателя 64 12/14

1 ■

/6 оу /(г

А № '.у

1

0,12

0,10

0,08

г?

8 0,06 ю-

£ 0,04 0,02

/ / !

;

6

60

50

40

30

20

0.25Р, 0,50Р. 0,75Р. 1.00Р« Нагрузка двигетеля 64 12/14

У

У /

А I

^ < »/у

0.25Р, 0,50Рс 0.75Р. 1,ООРг Нагрузка двигателя 64 12/14

Рисунок 5 - Влияние ЦПА на вредные компоненты ОГ дизеля 64 12/14 ♦ ""■ - работа ДВС без ЦПА; --- работа ДВС с ЦПА при скорости газа иг=Ъм!с\

Х - ■ --работа ДВС с ЦПА при скорости газа х>г =4м/с;

ф...... - работа ДВС с ЦПА при скорости газа иг - 5 м/с",

А- — - работа ДВС с ЦПА при скорости газа ьг = 6м/с-

Сравнивая удельные выбросы и их нормативные значения по табл. 1 и табл. 2, можно отметить, что без ЦПА дизель-генератор ДГА-50/9 не выполнял нормативы по СО и С. Применение же жидкостного очистителя позволило удовлетворить нормативные требования российских ГОСТ по всем нормируемым компонентам в составе ОГ.

В ходе анализа экспериментальных уравнений установлено следующее:

1 Уравнение изменения высоты пены (26) с учетом установленной скорости газа = 5 м/с примет вид:

Н„ = 15,14 + 1,11-/^-О.ОЗ-Л^ (29)

2 Количество- перелитой воды через сепаратор ()се„ превышает в несколько раз поток воды , необходимый по условиям теплового баланса. Поэтому при проектировании жидкостных очистителей целесообразно направлять снова в бункер. Ограничиться спуском воды только из бункера в количестве, необходимым для снятия теплопритока от ОГ.

3 Зависимость величины погружения завихрителя от гидравлического сопротивления ЦПА с учетом скорости газа ьг =5 м/с примет вид:

, _ Ртл -1'58 (31)

0,016

Проведенные стендовые и натурные испытания установили значения всех неизвестных величин математического описания и позволили создать математическую модель работы ЦПА в составе судовой СОГ.

Математическая модель работы жидкостного контактного устройства состоит из системы семи уравнений:

1 Уравнение (14) расхода ОГ через выпускной трубопровод дизеля:

б, = ОД 15-10"-о,' 8е ЛГ, ^ Р. *•<*>•

2 Выражение энергетического баланса (17) - максимально допустимого гидравлического сопротивления ЦПА в зависимости от потерь давления и установленного вместе с ним в СОГ типа УК:

мах _ л

"щи ~ Р"°™ "чк'

3 Уравнение (21) материального баланса газа в ЦПА на всем протяжении газопровода от ДВС до выброса газа в атмосферу:

4 Выражение (22) теплового баланса жидкости и газа в ЦПА, устанавливающее необходимое количество воды для охлаждения ОГ:

5 Формула (29) высоты пены в пенной камере:

Нп =15,14+ 1Д1-Л -0,03-^.

6 Уравнение (30) материального баланса жидкости в ЦПА, определяющее количество воды, спускаемой из бункера в зависимости от количества воды, уносимой потоком ОГ и поступающей в контактный аппарат по условиям теплового баланса:

Обуй =Qe ~ Quai '

7 Выражение (31) величины погружения завихрителя потока в зависимости от максимально допустимого сопротивления очистителя ОГ:

h - ~lv58 • "°*р 0,016

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили создать математическую модель работы ЦПА, которая является основой для разработки методики проектирования жидкостного контактного аппарата в составе судовой СОГ. Алгоритм проектирования системы жидкостного контактного аппарата приведен на рис. 6.

Рисунок 6 - Алгоритм проектирования циклонно-пенного аппарата

Отмечено, что повысить эффективность степени поглощения токсичных компонент ОГ возможно при использовании: католита в качестве рабочей среды в ЦПА и применения автоматизированного способа изменения величины погружения завихрителя с использованием метода потен-циометрирования (рисГ. 7).

Рисунок 7 - Принципиальная схема комплексной системы очистки отработавших газов судовых дизелей ДВС - двигатель внутреннего сгорания, УК - утилизационный котел, ИМ - исполнительный механизм, Э - электролизер, Д - датчик окислительно-восстановительного потенциала, Р - регулятор.

Поскольку в настоящее время оборудование по очистке ОГ на судах не установлено, то ожидаемый экономический эффект от внедрения предлагаемой автором СОГ будет определяться снижением расходов на выплату штрафов за загрязнение окружающей среды. Социальный эффект выражается в сокращении выбросов с судов вредных ингредиентов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Основные результаты работы заключаются в следующем:

1 Показано, что мероприятия, направленные на организацию малотоксичного рабочего процесса в дизеле, практически исчерпали свой резерв. Дальнейшее развитие в направлении снижения вредных ингредиентов ОГ без применения специальных узлов и устройств становится трудновыполнимым.

2 Установлено, что критериям судовой специфики и высокой интенсивности процессов тепло- и массообмена удовлетворяет контактный аппарат - ЦПА. Однако отсутствует информация о работе устройства при переменных режимах ДВС.

3 Составлено математическое описание работы ЦПА в составе СОГ, включающее в себя уравнения энергетического, материального и теплового балансов. Даны зависимости для определения основных параметров устройства и его элементов.

4 Определены экспериментальным путем значения неизвестных величин, входящих в математическое описание работы жидкостного контактного аппарата.

5 Разработана математическая модель, позволившая разработать методику проектирования ЦПА для очистки ОГ дизелей.

6 Получен экологический эффект от применения жидкостного контактного очистителя в качестве устройства по снижению вредных ингредиентов в составе ОГ. Осуществлено снижение вредных компонент ОГ: оксидов азота N0* на 29%, оксида углерода СО на 36%, углеводородов С„Нт на 31%, а дымности С на 38%.

7 Предложена принципиальная схема СОГ в составе: электролизера, исполнительного механизма, датчика окислительно-восстановительного потенциала и регулятора, позволяющая более эффективно использовать ЦПА при переменных режимах работы ДВС.

8 Определен экономический и социальный эффекты от внедрения предлагаемой автором системы.

9 Методика проектирования внедрена при создании очистителя ОГ для дизель-генератора ДГР 100/750 в инженерном экологическом бюро «Редокс-системы».

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Курников A.C. Уменьшение вредных составляющих выпускных газов судовых энергетических установок / A.C. Курников, Д.В. Щавелев // VIII Нижегородская сессия молодых ученых (техническое направление) / Тезисы докладов. -Н. Новгород: Изд-воГладковаО.В., 2003. - С. 154-155.

2 Курников A.C. Комплексный подход к снижению эмиссии вредных веществ дизелями / A.C. Курников, Д.В. Щавелев//II Региональная молодежная науч.-техн. конф. «Будущее технической науки нижегородского региона» / Тезисы докладов. - Н. Новгород: Изд-во Hl ТУ, 2003. - С. 125-126.

3 Курников A.C. Аппараты по очистке газов дизелей судов / A.C. Курников, Д.В. Щавелев // Материалы науч.-техн. конф. проф.-преп. состава, аспирантов и специалистов «ТРАНСПОРТ - XXI» / Тезисы докладов. - Ч. 3. - Н. Новгород: Изд-во ФГОУ ВПО ВГАВТ, 2003. - С. 194.

4 Этин В.Л. Станция приготовления питьевой воды СППВ-5В: ТУ 6445-002-03149576-00/В Л. Этан, А.С.Курников, Т.А.Брагинская, В.В.Ванцев, Д.В. Щавелев // Н. Новгород: Изд-во ФГОУ ВПО ВГАВТ, 2003. - 28с.

5 Курников A.C. Способ комплексной обработки и кондиционирования воздуха/A.C. Курников, Е.Г. Бурмистров, Д.В. Щавелев, И.А. Сычева //Положительное решение ВНИИ ГПЭ о выдаче патента № 2004107749 от 18.05.04.

6 Курников A.C. Использование воды для очистки отработавших газов судовых дизелей / A.C. Курников, Д.В. Щавелев // VI Международный конгресс «Вода: экология и технология» / Тезисы докладов. - М.: СИБИ-КО Интернэшнл, 2004. - С. 623-624.

7 Щавелев Д.В. Экологически безопасный судовой дизель / Д.В. Щавелев // Всероссийская выставка научно-технического творчества молодежи / Сб. материалов. - М.: ГАО ВВЦ, 2004. - С. 262-264.

8 Щавелев Д.В. Модельные испытания опытного жидкого очистителя газов для водного транспорта / Д.В. Щавелев//IV Международная науч.-практ. конф. «Экология и безопасность жизнедеятельности» / Сб. материалов. - Пенза: РИО ПГСХА, 2004. - С. 150-151.

Подписано в печать 18.08.05. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 90 экз. Заказ 520.

Отпечатано в типографии НГТУ. 603600, Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

\

4

»15008

РНБ Русский фонд

2006-4 12131

V -тР Введение.

Список сокращений.

Глава 1. Аналитический обзор токсичных загрязнений отработавших газов судовых дизелей.

1.1. Характеристика вредных газовых выбросов.

1.2. Нормирование токсичных ингредиентов.

Ф 1.3. Существующие способы снижения вредных выбросов отработавших газов судовых дизелей.

1.3.1. Современный технико-экологический уровень отечественных дизелей.

1.3.2. Воздействие на рабочий процесс дизеля.

1.3.3. Использование устройств по очистке отработавших газов судовых дизелей.

1.4. Цель и задачи исследования.

Глава 2. Совершенствование способов снижения токсичных составляющих отработавших газов.

2.1. Предварительная обработка топлива.

2.2. Предварительная обработка воды для водо-топливных эмульсий. 2.3. Рециркуляция отработавших газов.

2.4. Очистка отработавших газов в жидкостных контактных аппаратах.

2.5. Комплекс узлов и устройств по очистке отработавших газов.

2.6. Выводы по главе.

Глава 3. Математическое описание работы циклонно-пенного аппарата.

3.1. Предпосылки для создания математического описания работы циклонно-пенного аппарата.

3.2. Уравнения энергетического баланса в системе очистки

Ф отработавших газов.

3.3. Уравнения материального баланса жидкости и газа в циклонно-пенном аппарате.

3.4. Уравнения теплового баланса жидкости и газа в циклонно-пенном аппарате.

3.5. Определение основных параметров циклонно-пенного аппарата.

3.6. Выводы по главе.

Глава 4. Экспериментальные исследования и разработка методики проектирования системы очистки отработавших газов.

4.1. Стендовые испытания циклонно-пенного аппарата.

4.2. Обработка результатов стендовых испытаний.

4.3. Натурные испытания циклонно-пенного аппарата.

4.4. Математическая модель работы циклонно-пенного аппарата.

4.5. Методика проектирования системы очистки отработавших газов.

4.5.1. Исходные данные для проектирования системы очистки обработавших газов.

4.5.2. Проектирование системы очистки отработавших газов.

4.6. Повышение эффективности применения циклонно-пенного аппарата в составе системы очистки отработавших газов.

4.7. Экономический и социальный эффекты от внедрения предлагаемой системы очистки отработавших газов. ф 4.8. Выводы по главе.

V ^ Взаимодействия человека с природой - проблема вечная и одновременно современная: человечество связано своим происхождением, существованием и будущим с природным окружением. Проблема чистоты атмосферы возникла вместе с появлением промышленности и транспорта, работающих на нефти. В течение предыдущих столетий загрязнение воз-,(г духа носило местный характер. Дым сравнительно редких заводских, автомобильных, паровозных и пароходных труб почти полностью рассеивался на большом пространстве. Быстрый и повсеместный рост промышленности и транспорта в XX веке привел к такому увеличению объемов и токсичности выбросов, которые уже не могут быть растворены в окружающей среде до концентраций, безвредных для человека, животного и растительного мира.

Интенсивное развитие судоходства на водных путях привело к строительству качественно нового флота: с мощными энергетическими установками, высокими грузоподъемностью, пассажировместимостью и скоростью. Массовая эксплуатация такого флота сопровождается ростом его воздействия на окружающую среду.

Судовая эмиссия как источник антропогенного воздействия по раз-% личным оценкам насчитывает до 14% всей эмиссии от ископаемых видов горючего и 16% всей эмиссии серы от сжигаемых продуктов нефти. Ситуация осложнилась широким внедрением на флоте тяжелых сортов топлива с содержанием серы до 1,5%, что привело к снижению надежности и долговечности деталей топливной системы двигателя и цилиндро-У поршневой группы (ЦПГ).

Уже сейчас в таких странах как Швеция, Финляндия и США нормы по выбросу вредных ингредиентов настолько ужесточены, что возможно-А сти выполнения соответствующих требований только за счет организации рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания (ДВС) практически исчерпали свой резерв. Дальнейшее развитие в данном направлении без применения устройств по очистке отработавших газов (ОГ) становится весьма трудновыполнимым.

Одновременное снижение вредных веществ и дымности в ОГ требует различные, подчас не совместимые между собой мероприятия, что существенно затрудняет решение проблемы снижения вредных продуктов ОГ.

Рациональное решение проблемы обработки ОГ возможно при использовании комплекса прогрессивных устройств и узлов.

В систему комплексной очистки газов (СОГ) может входить: каталитический фильтр-преобразователь топлива (КФПТ), узел озонирования во-до-топливной эмульсии (ОВТЭ), узел рециркуляции ОГ и жидкостный контактный аппарат.

Проблемам очистки воздуха и ОГ посвящены научные труды ученых: А.Л. Баранова, С.А. Богатых, O.A. Гладкова, В.А. Звонова, С.П. Зуб-рилова, О.Н. Лебедева, Е.Ю. Лермана, В.А. Маркова, Л.А. Новикова, А.Г. Севастьянова, A.C. Слюсарева, В.И. Смайлиса, В.А. Сомова, В.Н. Стацен-ко, В.И. Толшина [6, 13, 21, 23, 27, 48, 55, 64, 73, 74, 77]. Несмотря на большой объем выполненных исследований и проведенных экспериментов, в работах отсутствует информация об одном из элементов СОГ - жидкостном очистителе, работающем при переменных режимах дизельного двигателя. Поэтому создание комплексной СОГ, в состав которой входит жидкостный контактный аппарат, до сих пор является актуальным.

Целью диссертационной работы является разработка системы очистки отработавших газов судовых дизелей с использованием жидкостных контактных аппаратов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ причин образования токсичных компонентов в составе ОГ дизелей.

2. На основе анализа методов снижения вредных выбросов предложить современный комплекс узлов и устройств, снижающий вредные ингредиенты в составе ОГ.

3. Составить математическое описание работы контактного аппарата с учетом особенностей его функционирования в судовой СОГ.

4. Выполнить экспериментальные исследования по определению неизвестных параметров, влияющих на работу жидкостного очистителя.

5. Разработать алгоритм и методику проектирования жидкостного контактного аппарата в составе судовой СОГ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Установлено, что наиболее современным жидкостным очистителем является циклонно-пенный аппарат (ЦПА).

2. Разработаны критерии, определяющие эффективность работы контактного аппарата в составе СОГ.

3. Доказана, по результатам экспериментальных исследований, возможность применения жидкостного контактного очистителя для снижения вредных ингредиентов ОГ.

4. Впервые создана математическая модель работы ЦПА в составе судовой СОГ при переменных режимах работы ДВС.

5. Предложен новый способ комплексной обработки воздуха в жидкостном очистителе, новизна которого подтверждена положительным решением о выдаче патента России.

Практическая ценность работы. Осуществлено снижение вредных веществ и дымности в составе ОГ, а также разработана методика проектирования ЦПА в составе судовой СОГ. Применение результатов работы позволяет:

1. Использовать прогрессивный способ очистки ОГ в составе СОГ.

2. Определить оптимальные условия функционирования жидкостного контактного аппарата в составе СОГ.

3. Рассчитать значения основных параметров ЦПА и его элементов.

4. Снизить количество вредных компонентов, выбрасываемых в составе ОГ.

Реализация результатов работы выражается в применении разработанной методики проектирования ЦПА для дизель-генератора ДГР 100/750 в инженерном экологическом бюро «Редокс-системы».

Достоверность полученных результатов обоснована теоретическими исследованиями на основе зависимостей гидро- и газодинамики. Экспериментальные исследования проводились с использованием известных (стандартных) методик и приборов для определения контролируемых показателей и характеристик. Обработка результатов производилась с помощью метода корреляционно-регрессионного анализа.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на VIII и X Нижегородских сессиях молодых ученых (Дзержинск, 2003 и 2005); научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава ВГАВТ (Н. Новгород, 2003); II Региональной молодежной научно-технической конференции (Н. Новгород, 2003); Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи (Москва, 2004); Всероссийском форуме «Великие реки» (Н. Новгород, 2005).

Публикации. Список публикаций по материалам диссертации состоит из 8 работ, в том числе 1 положительное решение о выдаче патента России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка использованной литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 144 страницах машинописного текста и включает 43 рисунка и 33 таблицы. Список литературы состоит из 107 наименований.

Основные результаты исследований сводятся к следующему:

1. Показано, что мероприятия, направленные на организацию малотоксичного рабочего процесса в дизеле практически исчерпали свой резерв. Дальнейшее развитие в направлении снижения вредных ингредиентов ОГ без применения специальных устройств становится весьма трудновыполнимым.

2. Установлено, что критериям судовой специфики и высокой интенсивности процессов тепло- и массообмена удовлетворяет жидкостный контактный аппарат - ЦПА. Однако отсутствует информация о работе устройства при переменных режимах ДВС.

3. Составлено математическое описание работы ЦПА в составе СОГ, включающее в себя уравнения энергетического, материального и теплового балансов. Даны зависимости для определения основных параметров устройства и его элементов.

4. Определены экспериментальным путем значения неизвестных величин, входящих в математическое описание работы жидкостного контактного аппарата.

5. Разработана математическая модель, позволившая создать методику проектирования ЦПА для очистки ОГ дизелей.

6. Получен экологический эффект от применения жидкостного очистителя в качестве устройства по снижению вредных ингредиентов в составе ОГ. Осуществлено снижение вредных компонентов ОГ: оксидов азота ИОх на 29%, оксида углерода СО на 36%, углеводородов СпНт на 31%, а дымности С на 38%.

7. Предложена принципиальная схема СОГ в составе: электролизера, исполнительного механизма, датчика окислительно-восстановительного потенциала и регулятора, позволяющая более эффективно использовать ЦПА при переменных режимах работы ДВС.

8. Определен экономический и социальный эффекты от внедрения предлагаемой автором системы.

9. Методика проектирования внедрена при создании очистителя ОГ для дизель-генератора ДГР 100/750 (дизель 64 18/22) в инженерном экологическом бюро «Редокс-системы».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итогом проведенных исследований является разработка системы очистки отработавших газов судовых дизелей с использованием жидкостных контактных аппаратов.

1. Александров В.Ю. Экологические проблемы автомобильного транспорта. Новосибирск: ГПНТБ СО РАН, 1995. - 113 с.

2. Альтшуль В.Д. Гидравлические сопротивления. М.: Недра, 1970.-216 с.

3. Башта Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. М.: Машиностроение, 1972. - 320 с.

4. Березин Р.В., Тарат Э.Я., Туболкин А.Р. Стереометрический метод определения удельной поверхности контакта фаз в подвижных газожидкостных структурах // Цветные металлы. 1975. - №5. - С. 78-81.

5. Богатых С.А. Комплексная обработка воздуха в пенных аппаратах. Л.: Судостроение, 1964. 316 с.

6. Богатых С.А. Циклонно-пенные аппараты. Л.: Машиностроение, 1978.-224 с.

7. Богатых С.А., Шамшин В.М, Пасс А.Е. Исследование взаимодействия газов с жидкостью в системе осушенных газов танкера «Крым» // Судостроение. 1975. - №9. - С. 29-34.

8. Бурцев Ц.И., Цветков Ю.Н. Влажный воздух. Состав и свойства. Учеб. пособие. СПб.: СПбГАХПТ, 1998.- 146 с.

9. Вишнякова С.М., Вишняков Г.А., Алешукин Г.И., Бочарова Н.Г. Экология и охрана окружающей среды: Толковый терминологический словарь. М.: Всемирный следопыт, 1998. - 480 с.

10. Гаврилов С.А, Гулин Е.И. и др. Химические основы термофорсирования двигателя дизеля // ЖПХ, АН СССР, 1963, т. XXXVI, С. 24962502.

11. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. Учебник для машиностроительных вузов / Т.М. Башта, С.С. Руднев, и др. 2-е изд., пере-раб. - М.: Машиностроение, 1982. - 423 с.

12. Гидродинамика и аэродинамика: Учеб. пособие для вузов / В.Д. Альтшуль, П.Г. Киселев. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1975.-323 с.

13. Гладков O.A., Лерман Е.Ю. Создание малотоксичных дизелей речных судов. Л.: Судостроение, 1990. - 112 с.

14. Гогин А.Ф., Кивалкин Е.Ф., Богданов A.A. Судовые дизели: основы теории, устройство и эксплуатация: Учебник для речных училищ и техникумов водного транспорта. М.: Транспорт, 1988. - 439 с.

15. Данилов A.M. Классификация присадок и добавок к топливам // Нефтепереработка и нефтехимия. 1997. - №6. - С. 11-14.

16. Данилов A.M., Митусова Т.Н., Микутенок Ю.А. Присадки к дизельным топливам в России (ассортимент и назначение) // Двигателе-строение. 2000. - № 1. - С. 21 -22.

17. Дизели 64 12/14 и дизель-генераторы. М.: Машиностроение, 1970.-208 с.

18. Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Нормы и методы определения: ГОСТ Р 51249-99. Введ. 01.01.2000. - М.: ИПК «Изд-во стандартов», 1999.- 11 с.

19. Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Дымность отработавших газов. Нормы и методы определения: ГОСТ Р 51250-99.-Введ. 01.01.2000. -М.: ИПК «Изд-во стандартов», 1999. 12 с.

20. Дюк В. Обработка данных на ПК в примерах. СПб.: Питер, 1997.-240 с.

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

22. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Наука, 1966. - 686 с.

23. Зубрилов С.П., Ищук Ю.Г., Косовский В.И. Охрана окружающей среды при эксплуатации судов. Л.: Судостроение, 1989. - 256 с.

24. Иванов В.М. Топливные эмульсии. — М.: Изд-во АН СССР, 1962.-274 с.

25. Иванченко A.A., Тузов JI.B., Ганчурин В.А. Загрязнение воздушного бассейна в местах скопления флота отработавшими газами судовых дизельных установок. / Сб. научных трудов СПГУВК. 1996. С. 226259.

26. Иванченко H.H., Красовский О.Г., Соколов С.С. Высокий наддув дизелей. JI.: Машиностроение, 1983. 195 с.

27. Исследование, создание опытного образца и проведение испытаний устройства по очистке дымовых газов от сажи и масла // Отчет по НИР. Руков. А.Л. Баранов, № XVII 1.3.3. - Горький: ЦКБ МРФ, 1985. -26 с.

28. Калмыков A.B., Шипунов Н.Г., Кошелева Н.Р. Аэродинамические сопротивления прямоточных пылеуловителей с лопаточными решетками-В кн.: Аэродинамика, тело- и массообмен в дисперсных средах. М.: Наука, 1967, С. 101-116.

29. Каменский В.Р. Экономия топлива задача партийная. // Большая волга. - 2005. -№ 3. С. 4-5.

30. Карюхина Т.А. Чурбанова И.Н. Контроль качества воды. М.: Стройиздат, 1986. 158 с.

31. Келлер A.A., Кувакин В.И. Медицинская экология. СПб.: Pet-roc, 1999.-256с.

32. Козлов М.Н. Очистка сточных вод больших городов озонированием: Автореф. дисс. . канд. хим. наук. -М., 1995. 24 с.

33. Конаков Г.А., Васильев Б.В. Судовые энергетические установки и техническая эксплуатация флота: Учебник для вузов / Под ред. Г.А. Конаков. М.: Транспорт, 1980. - 424 с.

34. Кульчицский А.Р., Коротнев А.Г. и др. Эмиссия углеводородов с отработавшими газами дизелей // Двигателестроение. 2000. - №2. -С. 37-38.

35. Курников A.C. Концепция повышения экологической безопасности судна: Монография. Н.Новгород: ФГОУ ВПО ВГАВТ, 2002. - 80 с.

36. Курников A.C. Создание математических моделей систем обеспечения обитаемости судов: Монография. Н. Новгород: ФГОУ ВПО ВГАВТ, 2002,- 156 с.

37. Курников A.C., Бурмистров Е.Г., Щавелев Д.В., Сычева И.А. Способ комплексной обработки и кондиционирования воздуха: Положительное решение ВНИИ ГПЭ о выдаче патента № 2004107749 от 18.05.04.

38. Курников A.C., Ванцев В.В. Судовые озонаторные станции и их автоматизация. // Сб. научных трудов, вып. 294. Н. Новгород, 2000. -С. 53-83.

39. Курников A.C., Садеков М.Х. и др. Судовые озонаторные станции и их автоматизация. // Сборник научных трудов, вып. 294. -Н.Новгород, 2000. С. 84-97.

40. Курников A.C., Щавелев Д.В. Аппараты по очистке газов дизелей судов. // Материалы научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и специалистов «ТРАНСПОРТ -XXI». Часть 3. Н. Новгород: Изд-во ВГАВТ, 2003. - С. 194.

41. Курников A.C., Щавелев Д.В. и др. Станция приготовления питьевой воды СППВ-5В: ТУ 6445-002-03149576-00 . Н.Новгород: ФГОУ ВПО ВГАВТ, 2003. - 28 с.

42. Курников A.C., Щавелев Д.В. Уменьшение вредных составляющих выпускных газов судовых энергетических установок. // Восьмая нижегородская сессия молодых ученых. (Техническое направление): Тез. докл. Н. Новгород: Изд. Гладкова О.В., 2003. - С. 154-155.

43. Курников A.C., Щавелев Д.В. Использование воды для очистки отработавших газов судовых дизелей. // Вода: экология и технология. Тез. докл. Шестой Международный конгресс. М.: «СИБИКО Интернэшнл», 2004. - С. 623-624.

44. Кутыркин В.А., Шустов Ю.Б., Садеков М.Х. Работа судового дизеля на водной эмульсии дизельного топлива. В сб.: Передовой производственный опыт, рекомендуемый для внедрения на речном транспорте. -М.: ЦБНТИ Минречфлота РСФСР, 1989. - вып. 8. - С. 10-20.

45. Лебедев О.Н., Сомов В.А., Калашников С.А. Двигатели внутреннего сгорания речных судов. М.: Транспорт, 1990. - 328 с.

46. Лебедев О.Н., Сомов В.А., Сисин В.Д. Водотопливные эмульсии в судовых дизелях. Л.: Судостроение, 1988. - 108 с.

47. Лунин В.В., Попович М.П., Ткаченко С.Н. Физическая химия озона. М.: Изд-во МГУ, 1998. - 480 с.

48. Марков В.А., Баширов P.M., Габитов И.И. Токсичность отработавших газов дизелей. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 376 с.

49. Медриш Г.Л., Тейшева A.A., Басин Д.Л. Обеззараживание природных и сточных вод с использованием электролиза. М.: Стройиздат, 1982.-81 с.

50. Мидгли Д., Торренс К. Потенциометрический анализ воды. М.: Мир, 1980.-516 с.

51. Митрофанов И. В. Исследование и разработка устройств каталитической обработки топлива для двигателей речных судов: Автореф. дисс. . канд. техн. наук. -Н. Новгород., 1999. 24 с.

52. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1973.-320 с.

53. Новиков Л.А. Основные направления создания малотоксичных транспортных двигателей // Двигателестроение. 2002. - №2. - С. 22-27.

54. Новиков Л.А. Основные направления создания малотоксичных транспортных двигателей // Двигателестроение. 2002. - №3. - С. 32-34.

55. Охрана морской среды: Учебное пособие для вузов/ В.П. Волошин. Л.: Судостроение, 1987. - 208 с.

56. Охрана окружающей среды: под. ред. C.B. Белова. М.: Высш. шк, 1991.-319 с.

57. Охрана природы. Атмосфера. Термины и определения выбросов двигателей автомобилей, тракторов, самоходных сельскохозяйственных и строительно-дорожных машин: ГОСТ 17.2.1.02-76. Введ. 01.01.1976. -М.: ИПК «Изд-во стандартов», 1976. - 10 с.

58. Понизовский А.З., Понизовский Л.З., Шведчиков А.П. Проблемы использования импульсного коронного разряда в экологии // Информационный центр «Озон». 1994. - вып. 3. - С. 29-44.

59. Пономарев И.А., Русин В.Н. Энергетические установки речных судов: Учеб. для вузов. М.: Транспорт, 1978. - 408 с.

60. Правила экологической безопасности судов внутреннего и смешенного плавания / Российский Речной Регистр. М.: «Маринг Инжиниринг Сервис», 1995. - 252 с.

61. Разумовский С.Д., Заиков Г.Е. Озон и его реакции с органическими соединениями. М.: Наука, 1984. - 322 с.

62. Режимы работы и токсичные выбросы отработавших газов судовых дизелей: Учеб. пособие для вузов. В.И. Толшин, В.В. Якунчиков; Под. ред. В.И. Толшина. М.: МГАВТ, 1999. - 192 с.

63. Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников И.С. Техника защиты окружающей среды. М.: Химия, 1989.-510 с.

64. Руководство по теплотехническому контролю серийных теплоходов. М.: Транспорт, 1986. 207 с.

65. Руководящий документ. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. РД 52.04.186-89. М.: Изд-во «Финансы и статистика», 1991. -696 с.

66. Рябчиков О.Б. Влияние перегрева тяжелых топлив на характеристики дизеля с неразделенной камерой сгорания // ВИНИТИ, М.: АН СССР. 1986. - вып. 45(220). - С. 3-8.

67. Салимов А.У., Балабеков М.Т., Багдасаров A.M. Вопросы теории электростатического распыливания. Ташкент: ФАН, 1968. — 110 с.

68. Семенов Б.Н., Смайлис В.И. Возможности сокращения выброса окислов азота с отработавшими газами быстроходного форсированного дизеля при сохранении высокой топливной экономичности // Двигателе-строение. 1986. - №9. - С. 4-6.

69. Сигал И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива. Л.: Недра, 1988. 310 с.

70. Сидоров А.И., Шумяцкий Ю.И. Адсорбционная осушка газов.- МХТИ им. Менделеева Д.И., 1972. 280 с.

71. Слюсарев A.C., Отделкин Н.С. Сетчатые экраны для подавления воздушно-пылевых потоков // Труды ГИИВТа. 1990. - №256. - С. 135-146.

72. Смайлис В.И. Малотоксичные дизели. JL: Машиностроение, 1972.- 128 с.

73. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. М.: Энергия, 1970. -288 с.

74. Справочник школьника. Химия. М.: Филологическое общество «Слово», 1995.-480 с.

75. Стаценко В.Н. Разработка комплексной технологии совершенствования экологической безопасности судовых энергетических установок: Автореф. дис. . докт. техн. наук. Владивосток, 1997. - 44 с.

76. Степановских A.C. Экология: Учебник для вузов. М.: ЮНИ-ТИ-ДАНА, 2001.-703 с.

77. Страус В. Промышленная очистка газов. — М.: Химия, 1981.616 с.

78. Суда внутреннего и смешанного (река-море) плавания. Санитарные правила и нормы: Сан-ПиН 2.5.2-703-98. М.: Минздрав России, 1998.- 144 с.

79. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы: Учеб. пособие для вузов / A.C. Хряпченков. 2-е изд., перераб. и доп. - JL: Судостроение, 1988. - 272 с.

80. Судовые двигатели внутреннего сгорания (теория). Хан-дов З.А. М.: Транспорт, 1969. 304 с.

81. Таблицы психрометрические. ГОСТ 8.524.-85. М.: 1985, - 34 с.

82. Токсичность двигателей внутреннего сгорания и пути ее снижения: Докл. участников симпозиума / Симпозиум с участием специалистов стран СЭВ. М.: Наука, 1966. - 407 с.

83. Толшин В.И., Якунчиков В.В., Чуб Т.В. Рециркуляция отработавших газов как средство снижения оксидов азота судового дизель-генератора // Двигателестроение. 2000. - №4. - С. 20-21.

84. Тузов J1.B., Фомин Н.Н. Мониторинг технических требований для судов-газоходов // Двигателестроение. 2000. - №1. - С. 23-25.

85. Ужов В.Н., Мягков Б.И. Очистка промышленных газов фильтрами. М.: Химия, 1970. - 320 с.

86. Фельдман Ю.Г. Гигиеническая оценка автотранспорта как источника загрязнения атмосферного воздуха. М.: Медицина, 1975. 158 с.

87. Фиделис В.А. Судовые двигатели и экология // Судоходство.2001.-№5.-С. 29.

88. Цветков J1.A. Органическая химия: Учеб. для 10 кл. сред. шк. -М.: Просвещение, 1988.-240 с.

89. Чертков Я.Б., Виппер А.Б. Современные присадки к дизельным топливам // Двигателестроение. 1989. - №4. - С. 32-34.

90. Шустов Ю.Б. Расчет физико-геометрических параметров электролизера для систем приготовления водо-топливных эмульсий. // Труды ГИИВТ/ Горький,- 1990. -вып. 161.-С. 110-116.

91. Шустов Ю.Б., Садеков М.Х. Износ и коррозия деталей при работе на ВТЭ. // Труды ГИИВТ / Горький, 1990. - вып. 161. - С. 117 - 122.

92. Щавелев Д.В. Модельные испытания опытного жидкого очистителя газов для водного транспорта. Экология и безопасность жизнедеятельности: сборник материалов IV Международной науч.-практ. конф. -Пенза: РИО ПГСХА, 2004. С. 150-151с.

93. Щавелев Д.В. Экологически безопасный судовой дизель. // Всероссийская выставка научно-технического творчества молодежи НТТМ 2004. М.: ГАО ВВЦ, 2004. - С. 262-264.

94. Экология и экономика природопользования: Учебник для вузов / Под. ред. проф. Э.В. Гирусова, проф. В.Н. Лопатина. 2-е изд., пере-раб. и доп. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, Единство, 2003. - 519 с.

95. Эксплуатация судовых дизельных установок: Справочник для механиков судов / B.C. Цветков, В.И. Горелкин, Ю.П. Шанин. -Н. Новгород: ВГАВТ, 1995. 525 с.

96. Эллиот JL, Уилкокс У. Физика. М.: Наука, 1975. 736 с.

97. Этин B.JL, Плотникова В.Н., Наумов B.C. Экологическая безопасность судов и промышленных предприятий. ч.1. -Н.Новгород: ВГАВТ, 1997.-207 с.

98. Этин B.JL, Плотникова В.Н., Наумов B.C. Экологическая безопасность судов и промышленных предприятий. ч.2. - Н. Новгород: ВГАВТ, 2000.- 182 с.

99. Юдашкин М.Я. Пылеулавливание и очистка газов в черной металлургии. М.: Металлургия, 1984. - 320 с.

100. Brezonick М. Cummins makes hold mark with signature 600engine. «Diesel and Gas Turbine Worldwide», December, 1997, p. 43 -45.

101. Chellini R. Iveco's new truck diesel. «Diesel Progress» (International Edition), January — February, 2000.

102. Fenimore C.P. Formation of Nitric Oxide from Fuel Nitrogen in Ethylene Flames. Combustion and Flame, 1972, vol. 19, p. 289 - 296.

103. Gotmalm O.A., B.Sc, C.Eng.FI.Mar.E. and Holmstorm P.B., MSc (ME) ABB Flakt Marine, Sweden. Retrofit of a catalytic converter. // The Institute of Marine Engineers / Transactions, Vol.108, Part 1, 1996, p. 15-25.

104. Tests show emulsified fuel of little value in large-bore diesel engines // Fairplay Int. Shipp. Weekly. 1985, 292. № 5293, p. 27.