авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 || 3 |

Контроль и снижение вредных выбросов в атмосферу с судов смешанного (река-море) плавания

-- [ Страница 2 ] --

При помощи выборочного метода определён минимально-достаточный объем выборки - 15 судов. Её состав 5, 3, 2, 2, 1, 1, 1 соответствует судам с ГД 6NVD48AU (485, 330), 6NVD48-2AU (515, 300), 6(8)NVDS48A2U (640(852), 375), 8NVD48AU (736, 375), Г70(883, 375), 6NVD48-2AU (567, 330), 8NVD48-2U (647, 428), которые входят в группы с максимальным выбросом ВВ. При этом получилась вероятность 0,975, которая гарантирует величину предельной ошибки выборки 3%.

Проведён теоретический расчёт эмиссий ОГ дизелей при помощи программного продукта МГТУ им. Н.Э. Баумана «ДИЗЕЛЬ-PК». В программе реализован современный метод расчёта эмиссии NOx на основе схемы Я.Б. Зельдовича. На каждом шаге осуществляется расчёт равновесного состава в зоне продуктов сгорания для 18 компонентов.

Теоретический расчёт эмиссий ОГ судовых дизелей проводится для выбранных объектов наблюдений с учётом параметров окружающей среды ВКР, на четырёх режимах, регламентируемых циклом E3 ИСО 8178-4. Результаты расчёта показывают, что все исследуемые дизели не соответствуют требованиям пересмотренного Приложения VI МАРПОЛ 73/78 (состояние с 2011г.), а соответствуют Приложению VI МАРПОЛ 73/78 и ГОСТ Р 51249-99 (состояние 2005г.).

В третьей главе содержатся оценка и выбор способа измерения эмиссий ОГ в соответствии с требованиями конвенции, обзор и выбор средств измерения эмиссий ОГ, разработка программы испытаний дизелей судов, результаты лабораторных и натурных испытаний измерения состава ОГ, оценка погрешности измерений, материалы обработки экспериментальных данных и оценка соответствия эмиссий ОГ дизелей требованиям действующих стандартов.

Для контроля вредных выбросов с судов применяются следующие методы: метод сверки параметров дизелей; упрощённые измерения; метод непосредственных измерений на борту судна; метод мониторинга в процессе эксплуатации.

Дизели судов ВКР, находящихся в эксплуатации, не могут быть демонтированы с судов для проведения испытаний. Они относятся к устаревшим машинам, не имеющим сертификатов EIAPP, поэтому не могут применяться метод сверки параметров или упрощённое измерение. Для применения метода мониторинга требуется оснащение специальным измерительным оборудованием в машинном отделении и требуется длительное время регистрации данных мониторинга. Поэтому целесообразно выбрать метод непосредственных измерений состава ОГ дизелей на судах.

Анализ характеристик газоанализаторов Infralit EL (фирма Saxon, Германия), Gastest G750 (Dip Division, Италия), IMR 1400PL и IMR 2800P (IMR, Германия), «Quintox» КМ9106 и Kane 940 (Kane International LTD, Великобритания), Testo 350 XL и Testo 350- MARITIME (Testo, Германия) и газоанализаторов российского производства (5-ти и 6-ти компонентных приборов) показал, что заданную погрешность измерения обеспечивают импортные приборы немецкого и итальянского производства. Газоанализатор testo 350-MARITIME – первый в мире портативный газоанализатор для анализа дымовых газов, сертифицированный GL в соответствии с Приложением VI MARPOL 73/78, Техническим Кодексом NOx и MEPC.177(58). Однако один недостаток газоанализаторов этого типа заключается в том, что ими не измеряется компонент СН. Это объясняется тем, что в требованиях МАРПОЛ не регламентируется норма этого компонента. Приборы для измерения состава ОГ судовых дизелей, используемые при испытаниях, показаны на рис.4. Крутящий момент определяется по усредненной тензограмме при наклейке тензодатчиков на любой доступный участок валопровода с использованием тензометрического комплекса “Astech Electronics”. Для измерения частоты вращения используются штатные приборы-тахометры или бесконтактный цифровой тахометр DM6234P+. Такие поверочные приборы входят в приборную базу ИЦ MTS АГТУ.

Рис. 4 - Приборы для измерения состава ОГ: а) газоанализатор Testo 350-MARITIME; б) дымомер Testo 308


В программе испытаний дизелей судов изложены общие требования к проведению испытаний, условия проведения испытаний, параметры и места измерений, режимы испытаний, обработка экспериментальных данных и требования по технике безопасности при испытаниях. В этом разделе акцентируется внимание на точке отбора ОГ, согласно действующим стандартам точка отбора ОГ расположена на расстоянии шести диаметров прямого участка трубы от присоединительного фланца выпускного коллектора. Автором разработана программа контроля атмосферных условий на языке Visual Basic

С целью сбора обширного материала по измерению состава ОГ испытания на токсичность и дымность ОГ были проведены на судовых дизелях 3Д6Н (110, 1500) и 1NVD24 (16, 630) на стендах Лаборатории тепловых двигателей АГТУ. Определение часового расхода топлива производилось объёмным способом. Расход воздуха определялся дроссельным устройством. Расчёт удельных и удельных средневзвешенных выбросов ВВ проводился по методике, изложенной в ГОСТ Р 51249-99.

Натурные испытания проводились после тщательной регулировки дизелей на четырёх режимах, поддерживаемых близким к стандартным значениям цикла Е3 ИСО 8178-4, на судах «Нефтерудовоз -50М» («НРВ-50М»), «НРВ-21М», «НРВ-44М», «НРВ-35М», «Оптимафлот» с ГД 6NVD48AU (485, 330); «Омский-143», «Ориент 1», «Ориент 4» с ГД 6NVD48-2AU (515, 300); «Ленанефть-2069», «Ленанефть-2070» с ГД 6NVDS48A2U (640, 375); «Аксиома», «Волгонефть» с ГД 8NVD48AU (736, 375); «ОТ-2437» с ГД Г70(883, 375); «Николай Ромащенко» с 6NVD48-2AU (567, 330); «Капитан Евсеев» с ГД 8NVD48-2U (647, 428) при работе дизелей на ДТ. В качестве примера на рис. 5 – 8 показаны зависимости концентрации токсичных компонентов от режимов работы некоторых исследованных дизелей по винтовой характеристике с нулевой концентрацией SO2 на всех режимах (обозначение: ПБ – правый борт; ЛБ – левый борт; С, FSN – дымовое число фильтра).

 Экологические показатели ГД 6NVD48AU-8

Рис. 5 - Экологические показатели ГД 6NVD48AU (485, 330) судна «НРВ-50М»

 Экологические показатели ГД 6NVD48AU-9

Рис. 6 - Экологические показатели ГД 6NVD48AU (485, 330) судна «НРВ-21М»

 Экологические показатели ГД 8NVD48AU-10

Рис. 7 - Экологические показатели ГД 8NVD48AU (736, 375) судна «Аксиома»

 Экологические показатели ГД 6NVD48-2AU-11

Рис. 8 - Экологические показатели ГД 6NVD48-2AU (515, 300) судна ««Омский-143»

Испытания также проведены на судне «РК-2091» типа «Ярославец» при работе дизеля на ДТ. Это судно входит в группу «прочие» (рис. 2).

Обработка экспериментальных данных. Эффективная мощность каждого режима определялась по формуле, кВт:

,

где Ttg – крутящий момент, Нм; n – частота вращения вала, об/мин.

При использовании Трубки Пито для измерения скорости потока газов объёмный расход ОГ на каждом режиме определялся по формуле, м3/ч:

,

где vj – измеренная скорость потока дымовых газов на каждом режиме, м/с; d – измеренный диаметр газоходной трубы, м; Kv – коэффициент, равный 1 при измерении в середине трубы.

После этого объёмный расход ОГ приводился к нормальным атмосферным условиям (давление po = 101,3 кПа, температура То = 273 К).

В некоторых испытаниях, без использования Трубки Пито, объёмный расход ОГ рассчитывается по расходам топлива и воздуха, это проводилось следующим образом: удельные расходы топлива выбирались согласно винтовым характеристикам двигателей (допускает РМРС). Суммарный коэффициент избытка воздуха определялся по результатам газового анализа по нижеприведённым упрощённым формулам, полученным с условием допущения, что весь углерод топлива окисляется до двуокиси углерода СО2 (для судовых дизелей, где неполнота сгорания топлива редко достигает 1%, такое допущение вполне приемлемо):

где A = C/12L0, L0 = (1/0,21)[(C/12) + (H/4) + (S/32) – (O/32)] кмоль/кг топлива, B = 0,21 – A; С, Н, S, O – компоненты элементного состава топлива, кг/кг топлива, СО2 – содержание диоксида углерода в сухих ОГ дизеля, объёмные доли.

На основе полученных коэффициентов избытка воздуха и удельных расходов топлива проводился расчёт расхода воздуха, после этого рассчитывался объёмный расход ОГ.

Удельный средневзвешенный выброс i-го вредного вещества рассчитывался по формуле, г/(кВт·ч):

,

где 0,446 – коэффициент размерности; j – молекулярная масса i-го загрязняющего вещества либо его эквивалента по приведению, кг/кмоль (, ); m – число режимов испытаний в испытательном цикле; j – порядковый номер режима испытаний в испытательном цикле; i – индекс загрязняющего вещества; Сij – измеренная при испытаниях в j-ом заданном режиме концентрация i-го загрязняющего вещества в ОГ, %; – объёмный расход ОГ, приведённый к нормальным атмосферным условиям, м3/ч; – эффективная мощность дизеля в j-ом режиме, кВт; Wj – весовой коэффициент режима.

Сопоставление теоретических и экспериментальных результатов с нормами. Результаты сопоставления показаны на рис. 9, 10, 11.

Рис. 9 - Сопоставление значения технических нормативов выбросов NOx с нормами

Рис. 10 - Сопоставление значения технических нормативов выбросов CO с нормами

Рис. 11 - Сопоставление дымового числа ОГ с нормами

Рис. 12 – Зависимость концентрации NOx от частоты вращения

По методу наименьших квадратов найдены аппроксимированные регрессионные зависимости для расчёта концентраций и дымового числа ОГ. В качестве примера на рис. 12 представлена зависимость концентрации NOx от частоты вращения валопровода n судов c ГД NVD48AU. R2 – надёжность аппроксимации.

R2 = 0,856;

R2 = 0,909;

R2 = 0,791,

при n = 0,63 – 1,00.

В работе также проводилась попытка поиска уравнений регрессии величины удельных выбросов по частоте вращения валопровода n. Зависимость или не представляет собой корреляционную связь.

Четвертая глава посвящена анализу и систематизации существующих способов снижения эмиссий ОГ дизелей, предлагаемым способам и разработке рекомендаций по их применению на судах.

На основе анализа и сопоставления результатов исследований других авторов и автора данной работы основные средства и методы снижения вредных выбросов дизелей систематизированы и приведены на рис. 13. Улучшение экологических показателей дизелей путем совершенствования их конструкции возможно только на стадии создания новых двигателей или их существенной модернизации. Поэтому в работе акцентируется внимание на мероприятиях, которые могут быть реализованы на эксплуатирующихся судах ВКР.

На основе анализа основных направлений, средств и методов снижения вредных ВВ с ОГ дизелей, исследований других авторов и исследований автора по этой проблеме, автором систематизированы 38 мероприятий по изменению выбросов ВВ и экономичности при применении этих мероприятий (из-за сжатого объема автореферата эти мероприятия не показаны).

С участием автора были проведены испытания судового дизеля 1NVD24 при исправной топливной системе (ТС) с давлением подъёма иглы форсунки рн.в. = 280 кгс/см2 (28 МПа), а также при неисправной ТС с рн.в. = 15 МПа, полученные удельные средневзвешенные выбросы, в первом случае eNOx = 2,92 г/(кВт·ч) и eСO = 1,58 г/(кВт·ч), а во втором - eNOx = 5,81 г/(кВт·ч) и eСO = 2,44 г/(кВт·ч), т.е. почти в 2 раза выше, чем при исправном состоянии. Поэтому при эксплуатации дизелей судов рекомендуется поддержание нормального технического состояния дизеля, особенно важная своевременная и правильная регулировка элементов питания дизеля.

На основе обработки экспериментальных данных получены удельные выбросы ВВ с ОГ дизелей судов ВКР. В качестве примера представлена эксплуатационная винтовая характеристика зависимостей удельных выбросов ВВ, удельных расходов топлива, а также мощности ГД 6NVD48AU (485, 300) судна «НРВ-21М» (двигатель ПБ) от режимов работы (рис. 14). На основе результатов испытаний рекомендуется эксплуатация дизелей типа NVD48 судов «река-море» на режимах 88 – 97%, в общем случае 85 – 95% от номинальной частоты вращения. На этих режимах обеспечиваются экологические показатели ниже норм, особенно максимальная экономичность (минимальные удельные расходы топлива). Такая же картина наблюдается и для остальных исследованных дизелей.





На кафедре «ЭВТ» АГТУ нами проводились экспериментальные исследования работы судового дизеля 1Ч17,5/24 при использовании диметилового эфира (ДМЭ) в качестве присадки к воздуху. Результаты показали значительные улучшения технико-экономических и экологических показателей работы дизеля. При процентном содержании ДМЭ от 1,78 до 3,56% в качестве присадки к воздуху NOx уменьшается, особенно отсутствуют эмиссии NOx и сажи при работе дизеля на холостом ходу на чистом ДМЭ. Также разработана топливная система этого дизеля для работы на ДМЭ в качестве основного топлива. Результаты испытаний дизеля, работающего на ДМЭ, показали реальную возможность значительно снизить уровень вредных выбросов ОГ. Так, снижение NOх в 3–4 раза отмечено при практически бездымной работе дизеля на всех режимах. Кроме того, при работе на ДМЭ выявлено сохранение, а на некоторых режимах – и улучшение до 5 % экономичности дизеля, повышение его эффективного КПД по сравнению с работой на ДТ. Рекомендуется использование ДМЭ в качестве присадки к воздуху и в качестве топлива для снижения выбросов ВВ с ОГ дизелей судов.

На кафедре «ЭВТ» АГТУ коллективным автором проводились моторные испытания с целью определения влияния отключения цилиндров в дизеле 3Д6Н (6ЧН 15/18) на токсичные выбросы ОГ. Отключения цилиндров производятся путём отсечения топлива на трубопроводе высокого давления. Отсечное топливо собирается в специальную тарированную ёмкость. Эксперимент

проводился при работе дизеля по нагрузочной характеристике на 5 режимах с учётом нормальной работы всех цилиндров (базовая характеристика) и на 5 аналогичных режимах с учётом отключения одного из цилиндров дизеля. Причём отключённый цилиндр не имел связи с атмосферой («закрытый» цилиндр). Частота вращения коленчатого вала 1000 об/мин. Результаты испытаний показали, что при базовой характеристике содержание NOx в ОГ изменялось от 0,123 до 0,254 мг/м3, а после отсоединения топливного трубопровода к 1 цилиндру, концентрация NOх колебалась в пределах от 0 до 0,156 мг/м3. В среднем, концентрация NOx уменьшилась на 45%. Аналогичная ситуация после отключения цилиндра содержание СО снизилось на 6,2%. Отключение подачи топлива снижает эмиссию вредных веществ за счет разбавления ОГ чистым воздухом из неработающего цилиндра. Это позволяет судить о целесообразности применения отключения части цилиндров при малых нагрузках для снижения выбросов ВВ с ОГ судовых дизелей.

Для комплексного снижения эмиссий NOx, СО и сажи рекомендуется использовать комплекс «сажевый фильтр - каталитическое окисление - каталитическое восстановление» ЦНИДИ. Для исследуемых дизелей температуры ОГ в пределах 300 – 400оС можно установить SCR (Selective Catalytic Reduction) - селективное каталитическое восстановление после газовой турбины. При этом NOx уменьшается на 97%, СО – на 90%, С – на 90%. Суда с такими установками соответствуют самым жёстким требованиям (Tier-3).

основные результаты и выводы

1. Разработана база данных судов ВКР с определением групп судов с наихудшими показателями по содержанию ВВ в ОГ в их ГД, выбрана приборная база для испытаний, разработана программа испытаний с измерениями состава ОГ на судах с учётом условий эксплуатации и выбранной приборной базы, получены полные реальные характеристики выбросов ВВ с ОГ дизелей большой группы судов ВКР.

2. Установлено, что большинство судов ВКР соответствуют требованиям Приложения VI МАРПОЛ 73/78 по состоянию 2005г.; не соответствуют требованиям этого же пересмотренного приложения (состояние 2011г.) и все суда не соответствуют нормам по СО и дымности ГОСТ Р 51249-99 и ГОСТ Р 51250-99. Причём в среднем, значение выбросов NOx превышает нормы на 15%, СО – на 45%, а дымность – на 110%.

3. По содержанию серы топливо на судах ВКР соответствует Приложению VI МАРПОЛ 73/78.

4. По результатам лабораторных испытаний дизели 3Д6Н, 1NVD соответствуют требованиям Приложения VI МАРПОЛ 73/78 по NOx, дизель 1NVD соответствует ГОСТ Р 51249-99 по СО, а дизель 3Д6Н – нет, оба дизеля не соответствует ГОСТ Р 51250-99 по дымности.

5. Предложены регрессионные формулы для расчёта концентраций NOx, СО и дымового числа ОГ ГД NVD48AU судов: NOx, ppm = -289n2 + 609n - 228; CO, ppm = 105,2n8,564; C, FSN = 6,603n + 2,929, при n = 0,63 – 1,00.

6. Выявлено, что некорректно использование имеющихся в литературе регрессионных зависимостей или применительно к конкретным двигателям.

7. Для снижения выбросов ВВ с ОГ дизелей судов ВКР рекомендуются: регулирование и поддержание нормального технического состояния дизеля, особенно своевременная и правильная регулировка элементов питания дизеля; эксплуатация дизелей типа NVD48 на режимах 85 – 95% от номинальной частоты вращения; использование диметилового эфира в качестве присадки к воздуху и непосредственно в качестве топлива; отключение части цилиндров при малых нагрузках; использование комплекса «сажевый фильтр - каталитическое окисление - каталитическое восстановление».

8. Материалы и результаты диссертационной работы использованы в деятельности испытательного центра “Marine Technology Service” ФГБОУ ВПО «АГТУ» и Астраханского филиала ФГУ «Российский морской Регистр судоходства» по техническому наблюдению за соблюдением технических нормативов выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух при эксплуатации судовых энергетических установок.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

в рецензируемом журнале из списка ВАК России

1. Нгуен Х.Х. Топливная система судового дизеля, работающего на диметиловом эфире [Текст] / М.Н. Покусаев, О.И. Теренин, Нгуен Ха Хиеп // Вестник АГТУ. Сер.: морская техника и технология. – 2009. – № 2. – С. 179-184. ISSN 2073-1574.

2. Нгуен Х.Х. Статистическое наблюдение судов Каспийского морского бассейна и Волжской речной системы для оценки эмиссии выхлопных газов двигателей [Текст] / М.Н. Покусаев, Нгуен Ха Хиеп, О.И. Теренин // Вестник АГТУ. Сер.: морская техника и технология. – 2010. – № 1. – С. 153-157. ISSN 2073-1574.

3. Нгуен Х.Х. Анализ эмиссий отработавших газов главных двигателей судна проекта 1570 «Нефтерудовоз-50М» [Текст] / М.Н. Покусаев, А.Н. Глухов, Х.Х. Нгуен, А.В. Шевченко, О.И. Теренин // Морские интеллектуальные технологии. – 2010. - № 2. – С. 7-14. ISSN 2073-7173.

4. Нгуен Х.Х. Топливная система судового дизеля 1Ч17,5/24 для работы на диметиловом эфире [Текст] / М.Н. Покусаев, А.В. Шевченко, О.И. Теренин, А.В. Мордасов, Х.Х. Нгуен // Альтернативная энергетика и экология. – 2010. – № 7. – С. 109-114. ISSN 1608–8298.



Pages:     | 1 || 3 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.