CC BY
37ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 621.43.068.4
DOI 10.36508mSATU.2021.502.010
АНАЛИЗ СИСТЕМ УДАЛЕНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА (№х) ИЗ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ
ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕ Й
БЕГУНКОВ Тимофей Николаевич, аспирант кафедры автотракторной техники и теплоэнергетики, Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева, tbegunkov@gmail.com
Проблема и цель. Дизельные двигатели отличаются высокой эффективностью, долговечностью и надежностью, а также низкими эксплуатационными расходами. Эти важные особенности делают их наиболее предпочтительными двигателями, особенно для транспортных средств большой грузоподъемности. Потребность в мобильных энергетических средствах с дизельными двигателями внутреннего сгорания в качестве энергетических установок в условиях сельскохозяйственного производства огромна. Целью анализа явилась потребность в разработке нового устройства для удаления опасных соединений из отработавших газов дизельных двигателей и обосновании его параметров.
Методы и объекты исследования. Главным объектом исследования данной работы являются отработавшие газы, генерируемые энергетическими установками в виде дизельных двигателей внутреннего сгорания, поэлементный состав газов, их воздействие на человека, животных и окружающую среду. Рассмотрены методы снижения их вредоносного воздействия, нейтрализации опасных составляющих элементов или их преобразования до безопасных соединений, не угрожающих негативным воздействием на человека, животных и окружающую среду.
Результаты. Поиск по теме проводился в отечественных и зарубежных источниках. Анализирован качественный и количественный состав отработавших газов дизельных двигателей, воздействие составляющих элементов газов на окружающую среду. Изучены нормативно-правовые акты, регламентирующие экологическую безопасность и природоохранную деятельность в Российской Федерации и Европейском Союзе. Дана их сравнительная характеристика, найдены общие точки взаимодействия. Исследованы основные методы борьбы с опасными соединениями в отработавших газах. Проведена сравнительная характеристика их эффективности. Рассмотрена возможность введения передовых разработок в эксплуатацию на используемых мобильных энергетических средствах с низкими показателями экологической эффективности. Описаны основные методики разработки научно-технических решений, позволяющих сократить экологический ущерб, наносимый отработавшими газами энергетических установок рабочему персоналу, сельскохозяйственным животным, растениям и окружающей среде.
Заключение. В результате поставлена специализированная узконаправленная задача по разработке устройства, способного сократить вредное воздействие токсичных веществ, содержащихся в отработавшем газе дизельных двигателей.
Ключевые слова: отработавшие газы, дизельные двигатели, экологические показатели, впрыск реагента, качество впрыска, опасные соединения, мобильные энергетические установки.
Введение
Использование мобильных энергетических средств (МЭС) с дизельными двигателями внутреннего сгорания (ДВС) в сельском хозяйстве экономически целесообразно. Однако при эксплуатации МЭС с дизельными ДВС возникает ряд проблем, требующих внимания. Экологические аспекты эксплуатации дизельных двигателей ярко проявляются в любых условиях их применения.
Дизельные двигатели считаются одними из крупнейших источников загрязнения окружающей среды, вызванного выбросами вредных соедине-
ний с отработавшими газами. Углерод (ф и водород формируют основу дизельного топлива, как и большинство других ископаемых видов топлива. Основными продуктами сгорания нефтяных топлив, генерируемыми в камерах сгорания двигателя, при идеальном термодинамическом цикле являются углекислый газ (^2), вода (H2O) и азот (N2) [1]. В реальных условиях реакции протекают не полностью, поэтому промежуточные соединения присутствуют в отработавшем газе. На это влияют многие причины (соотношение воздух-топливо, время зажигания, турбулентность в камере
© Бегунков Т. Н., 2021 г.
сгорания, форма сгорания, температура сгорания и т. д.), поэтому в процессе сгорания образуется ряд вредных продуктов. Наиболее значительными вредными продуктами являются угарный газ (СО), углеводороды (НС), оксиды азота (N0^ и твердые частицы сажи (РМ) [1,6].
На рисунке 1 показан примерный состав отработавшего газа дизельного двигателя [2]. Загрязняющие вещества в составе отработавших газов дизеля составляют менее 1 %. N0X имеет самую высокую долю в составе выбросов загрязняющих веществ дизельными двигателями (около 50 % от всех загрязняющих веществ). После выбросов N0X РМ занимает второе место по количеству выбросов загрязняющих веществ, потому что дизельные двигатели работают в условиях обедненной топливовоздушной смеси, характеризуемой высоким коэффициентом избытка воздуха, а концентрации СО и НС минимальны. Кроме того, в составе загрязняющих веществ присутствует небольшое количество оксидов серы ^02), количество их зависит от технических характеристик и качества топлива; возникают из сульфатов, содержащихся в дизельном топливе. В настоящее время не существует какой-либо системы последующей обработки, такой как каталитический нейтрализатор, для удаления S02. Большинство потребителей предпочитают дизельное топливо с ультранизким содержанием серы (ULSD) для предотвращения вредного воздействия S02. С 2006 года почти все дизельное топливо на нефтяной основе, доступное в Европе и Северной Америке, относится к типу ULSD [4].
Рис. 1 - Состав отработавших газов дизельных двигателей
Отдельного рассмотрения заслуживают оксиды азота N0X - вредные для человека и окружающей среды соединения, присутствующие в ОГ дизельных двигателей. Так как их концентрация высока, это заставляет находить пути решения нейтрализации этих соединений.
Объекты и методы исследования В дизельных двигателях используется сильно
сжатый горячий воздух для воспламенения топлива. Воздух, состоящий в основном из кислорода и азота, первоначально поступает в камеру сгорания. Затем он сжимается, и топливо впрыскивается непосредственно в этот сжатый воздух примерно в верхней части такта сжатия в камере сгорания. Топливо сгорает, выделяется тепло. В нормальных условиях азот воздуха не реагирует с кислородом в камере сгорания, и он выпускается из двигателя вместе с ОГ. Однако высокие температуры (выше 1600 °С) в цилиндрах заставляют азот реагировать с кислородом и генерировать N0^ Таким образом, не будет ошибкой сказать, что основными факторами, влияющими на образование N0^ являются высокая температура и концентрация кислорода в процессе сгорания.
Количество сгенерированного N0X является функцией максимальной температуры в цилиндре, концентрации кислорода и времени пребывания их в камере сгорания. Большая часть выбрасываемых N0X образуется в начале процесса сгорания, когда поршень все еще находится в верхней мертвой точке, в момент, когда температура пламени самая высокая. Повышение температуры сгорания увеличивает количество N0X в три раза на каждые 100 °С.
Оксиды азота включают в себя как оксид азота (N0), так и диоксид азота (N02). N0 составляет 85-95 % N0^ Он постепенно превращается в N02 в атмосферном воздухе. Хотя N0 и N02 объединены в N0^ между этими двумя загрязняющими веществами есть некоторые существенные различия. N0 представляет собой бесцветный газ без запаха, а N02 представляет собой красновато-коричневый газ с резким запахом.
N0 и N02 считаются токсичными; но уровень токсичности N02 в пять раз выше, чем уровень токсичности N0; N02 является прямой проблемой заболевания легких человека. Диоксид азота может раздражать легкие и снижать устойчивость к респираторным инфекциям (таким как грипп). Выбросы N0X являются предшественниками кислотных дождей, которые могут влиять как на наземные, так и на водные экосистемы. Диоксид азота, находящийся в воздухе, также способствует образованию мутных взвесей в атмосфере, состоящих из разных загрязняющих веществ, которые ухудшают видимость.
В современном мире, во всех сферах народного хозяйства, защита окружающей среды стала одной из главных тем. Из-за неблагоприятного воздействия выбросов, формируемых дизельными двигателями на здоровье и окружающую среду, правительства выдвигают требования к допустимым нормам выбросов отработавших газов. Европа разработала стандарты "евро", которые с 1993 года постоянно ужесточаются с уровня евро I до евро VI, действующего в данный момент. В таблице приведены европейские стандарты для транспортных средств большой грузоподъемности.
Таблица - Европейские стандарты Европейского Союза для транспортных средств
большой грузоподъемности
СО(г/кВт ч) HC (г/кВт^ч) NOx (г/кВт^ч) PM (г/кВт^ч)
ЕВРО I 4.5 1.1 8.0 0.61
ЕВРО II 4 1.1 7.0 0.15
ЕВРО III 2.1 0.66 5.0 0.13
ЕВРО IV 1.5 0.46 3.5 0.02
ЕВРО V 1.5 0.46 2.0 0.02
ЕВРО VI 1.5 0.13 0.4 0.01
Экспериментальная часть
Значения выбросов, которые были все более строгими изо дня в день, заставляли производителей транспортных средств работать над сокращением выбросов загрязняющих веществ. В исследованиях, которые проводились в течение десятилетий, основное внимание уделялось модификациям двигателя, системам впрыска топлива с электронным управлением и улучшению свойств топлива. Тем не менее, эти меры не помогли добиться сокращения выбросов, соответствующих стандартам. Желаемые уровни выбросов могут быть достигнуты только с помощью систем, удаляющих загрязняющие вещества из отработавших газов после того, как они покинут двигатель, непосредственно перед выпуском в окружающую среду. Большинство исследований были проведены по снижению выбросов NOx, поскольку содержание NOx в отработавших газах дизельных двигателей имеет самый высокий процент среди выбросов всех загрязняющих веществ. Из исследований, проведенных до настоящего времени, наибольшую популярность заслужили системы рециркуляции отработавших газов (EGR), каталитической ловушки NOx или каталитического конвертера (LNT) и селективного каталитического восстановления (SCR). Эти системы являются наиболее сфокусированными технологиями, позволяющими существенно сократить выбросы NOx [8,9,16].
В системах рециркуляции отработавших газов для снижения выбросов NOx отработавшие газы возвращаются обратно в камеру сгорания и смешиваются со свежим воздухом при такте впуска. Следовательно, эффективность сгорания ухудшается, что приводит к снижению температуры сгорания, это способствует уменьшению образования NOx. EGR имеет широкое распространение в транспортных средствах с дизельными двигателями. Тем не менее; эта система не позволяет достичь исключительно высокой эффективности снижения выбросов NOx. Кроме того, благодаря снижению температуры в цилиндре, эта технология генерирует увеличение выбросов HC и CO [15,17].
Технология LNT, также называемая каталитическим нейтрализатором NOx (NSR) или адсорбирующим катализатором NOx (NAC), была разработана для снижения выбросов NOx, особенно в условиях обедненной смеси. При работе двигателя на обедненной топливно-воздушной смеси LNT
накапливает NOx на промывочном катализаторе. Затем в условиях обогащенной топливно-воз-душной смеси он выделяется и реагирует с NOx обычными реакциями трехстороннего типа. Катализатор LNT в основном состоит из трех ключевых компонентов. Этими компонентами являются катализатор окисления (платина (Pt)), среда хранения NOx (барий (Ba) и/или другие оксиды) и катализатор восстановления (родий (Rh)). В технологии LNT катализаторы на основе платины являются наиболее используемыми из-за их эффективной работы по снижению NOx при низкой температуре и стабильности их к воде и сере.
Подобно технологии EGR, технологии LNT недостаточны для обеспечения желаемого сокращения выбросов NOx. Технология SCR - это перспективная новая технология, которая интересует многих исследователей. Ее совершенствование и модификация могут привести к необходимому результату по снижению токсичности отработавших газов [1,3,18].
Селективная каталитическая нейтрализация (SCR). SCR - это еще одна технология, позволяющая снизить выбросы NOX. Ее разработка осуществлялась целенаправленно для автомобилей большой грузоподъемности. SCR используется для минимизации выбросов NOX в отработавших газах с использованием аммиака (NH3) в качестве восстановителя. Из-за токсического воздействия NH3, аммиак выделяется непосредственно перед реакцией с NOX в отработавших газах из водного раствора мочевины. Этот раствор получают путем смешивания 33 % мочевины CO(NH)2 и 67 % чистой воды по массе [7].
Чтобы получить высокую эффективность, количество NH3 должно контролироваться как можно точнее. Высокое содержание NH3 может привести к нежелательному аммиаку. Распыляя раствор в отработавших газах, в результате испарения чистой воды твердые частицы мочевины начинают плавиться, и происходит термолиз, как видно из уравнения:
(NH2)2CO^NHз + HNCO(термолиз) (NH2>CO^NH3+HNCO (термолиз) (1)
NH3 и изоциановая кислота образуются в реакции термолиза. NH3 участвует в реакциях системы катализатора SCR, в то время как изоциановая кислота переходит с водой в реакции гидролиза. Дальнейший NH3 производится этим гидролизом:
[уравнение (2)].
HNCO + H2O ^ NH3+ CO2(гидролиз)HNCO + H2O ^ NH3+ CO2 (гидролиз) (2)
Реакции термолиза и гидролиза протекают быстрее, чем реакции катализа в SCR. Две молекулы аммиака образуются в мочевине в результате реакций термолиза и гидролиза. Эффективность реакций с образованием NH3 из мочевины во многом зависит от температуры выхлопных газов. Хотя температура плавления мочевины составляет 133 °C, в различных исследованиях указывается, что термолиз начинается при 143, 152, 160 °C. Преобразование водного раствора мочевины в NH3 начинается во время распыления, но полное превращение не завершается при входе в катализатор. Половина от общего количества разложения мочевины до NH3 происходит до входа в катализатор. Таким образом, эффективность преобразования теоретически составляет 50 % от входа в катализатор. Однако осуществление реакции гидролиза в газовой фазе перед входом в катализатор повышает эффективность конверсии из-за температуры выхлопных газов. После термолиза и гидролиза химические реакции, которые происходят в катализаторе SCR, показаны ниже: 4 NO +4 NH3+O2^ 4 N2+ 6 H2O4 NO +4 NH3+O2^ 4 N2+ 6 H2O (3)
2 NO + 2 NO2+ 4 NH3^ 4 N2+ 6 H2O2 NO + 2 NO2+ 4 NH3^ 4 N2+ 6 H2O (4)
6 NO2+ 8 NH3^ 7 N2+ 12 H2O6 NO2+ 8 NH3^ 7 N2+ 12 H2O (5)
Скорость реакций SCR может быть указана как «4>3>5». Скорость реакции в формуле (4) выше, чем в других реакциях. Реакция уравнения (3) реализуется в отсутствие какого-либо катализатора окисления перед катализатором SCR. Следовательно, скорость реакции снижается и достигается снижение эффективности преобразования выбросов NOX. Реакция уравнения (5) будет иметь место, если оптимизируется размер и количество материала катализатора окисления. Благодаря высокой скорости реакции преобразования выбросов NOX осуществляются эффективно. Соотношение NO:NO2 1:1 показывает максимальную производительность SCR. По этой причине необходимо установить соотношение NO:NO2 около 1:1 [2,7].
Система SCR может работать при температурах от 200 до 600 °C. Реакции обычно начинаются при 200 °C, а максимальная эффективность превращения достигается при 350 °C. При температурах ниже 200 °C образуются синильная кислота, меламин, амелид и амелин вследствие реакций разложения раствора мочевины. Эти компоненты могут накапливаться на стенках выхлопной системы и приводить к нежелательным результатам. Чтобы предотвратить эти образования, распыление раствора мочевины начинается при температуре отработавших газов выше 200 °C. Кроме того, температуры выше 600 °C приводят к сгоранию NH3 перед реакцией с выбросами NOX [14].
Исследования систем SCR были углублены для проектирования системы доставки мочевины, катализатора, состава раствора для впрыска, дав-
ления впрыска и времени распыления [1,5.]
V2Oa-WO3/TiO2, Fe-ZSMa, Cu-ZSMa и Ag/AhO являются наиболее часто используемыми катализаторами, и многие исследования направлены именно на эти типы катализаторов. Во многих исследованиях, проведенных на этих катализаторах, эффективность конверсии выбросов NOx была более чем 90 %. Катализаторы на основе TiO2, легированного вольфрамом с использованием ванадия в качестве активного компонента, являются наиболее применяемыми катализаторами для SCR из-за их высокой активности даже при низкой температуре и высокой селективности по NO2. В отличие от этих оснований, катализаторы Ag-AkO3 обладают относительно низкой активностью при низкой температуре отработавших газов [1].
Качество впрыска мочевины и ее смешивание чрезвычайно важны. Получение показателей о составе мочевины, временных и объемных данных по впрыску, которые будут эффективны, требуют детальной проработки и лабораторных испытаний. Многие исследования были проведены для определения влияния качества капель мочевины на эффективность преобразования. Это показывает, что впрыск мочевины является важным показателем эффективности конверсии. Это может повлиять на эффективность преобразования NO до 10 % [13].
С помощью систем удаления опасных соединений из отработавших газов после их выпуска из камеры сгорания можно уменьшить ущерб от выбросов загрязняющих веществ и в результате выполнить нормы и требования по выбросам, а также предотвратить вредное воздействие выбросов загрязняющих веществ на окружающую среду и здоровье человека. Благодаря таким миссиям эти системы имеют первостепенное значение во всем мире. Для полной ликвидации загрязняющих выбросов дизельных двигателей следует продолжать дальнейшие исследования в этой области.
За последние годы было проведено множество исследований, связанных с нейтрализацией оксидов азота (NOx) из потока отходящих газов, с использованием в качестве реагента озона (O3). Системы SCR дают хорошие результаты, но также не лишены недостатков. В качестве альтернативной технологии дожигания недавно с успехом внедрена технология окисления озоном. Способы с использованием озона основаны на принципе удаления нескольких загрязнений и реализованы в отношении топочных газов, образующихся в бойлерах, работающих на газе и угле, при этом обеспечивается удаление множества загрязнений, включая оксиды азота, оксиды серы, твердые частицы и т.д. [10,12].
В таких системах используется способность оксидов азота вступать в реакцию с озоном с образованием оксидов азота с большей степенью окисления, в частности, пятивалентной формы или выше, которые хорошо растворимы в воде и без труда удаляются путем мокрой очистки. Сте-хиометрическое количество озона, необходимое для преобразования одного моля NOX, присутствующих в форме NO, в пятивалентную форму, со-
ставляет около 1,5 молей озона, и 0,5 моля, если NOx присутствуют в форме NO2. Такие системы актуальны и для применения на МЭС и автомобильном транспорте [10]. Их адаптация для эксплуатации на МЭС является интересной и сложной научно-технической задачей.
Заключение
В ходе анализа существующих систем нейтрализации оксидов азота из отработавших газов и перспективных разработок иностранных ученых выясняется необходимость проведения дальнейших исследований для адаптации новейших систем. Их интеграция в промышленное производство поможет снизить ущерб, наносимый МЭС окружающей среде, производственным рабочим, растениям и животным.
Список литературы
1. Технология катализаторов: учебное пособие / В.А. Таранушич, А.П. Савостьянов, С.И. Сулима, Н.Д. Земляков, В.Г. Бакун, Г.Б. Нарочный, В.Б. Ильин, В.В.Пономарев; Юж.- Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2012.
- 96 с.URL:https://elibrary.ru/item.asp?id=25489935
2. Кузьмин, Н. А. Автомобильный справочник-энциклопедия : Справочное пособие / Н. А. Кузьмин, В. И. Песков. - Москва : Форум, 2011.
- 286 с. - ISBN 9785911345358..: ил^иМ1рв:// elibrary.ru/item.asp?id=19645536
3. Богатырев, А. В. Электронные системы мобильных машин : Учебное пособие / А. В. Богатырев. - Москва : Общество с ограниченной ответственностью «Научно-издательский центр ИНФРА-М», 2016. - 224 с. - (Бакалавриат). -ISBN 9785160066387.URL:https://elibrary.ru/item. asp?id=24623440
4. Синицын, А.К. Основы технической эксплуатации автомобилей : учеб, пособие / А.К. Синицын. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: РУДН, 2011.282 сURL:https://elibrary.ru/item.asp?id=20245327
5. Гребнев, В. П. Тракторы и автомобили. Теория и эксплуатационные свойства / В. П. Гребнев, О. И. Поливаев, А. В. Ворохобин. - 3-е издание. -Москва : Компания КноРус, 2018. - 260 с. - (Бакалавриат и магистратура). - ISBN 9785406062401. URL:https://elibrary.ru/item.asp?id=29936735
6. Барышников, С. А. Требования к топливо-подающим системам дизеля / С. А. Барышников, Д. Е. Девяткин, Н. Машрабов // Сервис технических систем - агропромышленному комплексу России : Материалы международной научно-практической конференции, Челябинск, 29-31 марта 2017 года / Министерство сельского хозяйства Российской Федерации, Департамент научно-технологической политики и образования; ФГБОУ ВО "Южно-Уральский государственный аграрный университет". - Челябинск: Южно-Уральский государственный аграрный университет, 2017. - С. 30-36. URL:https://elibrary.ru/item.asp?id=29223324
7. Повышение эксплуатационной надежности и экологической безопасности автомобильного транспорта / Д. В. Стенин, А. В. Кудреватых, Д. В. Цыганков [и др.]. - Кемерово : Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф.
Горбачева, 2018. - 216 с. - ISBN 9785906969842. URL:https://elibrary.ru/item.asp?id=35307281
8. Хорош, А. И. Дизельные двигатели транспортных и технологических машин : учебное пособие / А. И. Хорош, И. А. Хорош ; А. И. Хорош, И. А. Хорош. - 2-е изд., испр.. - Санкт-Петербург [и др.] : Лань, 2012. - 702 с. - ISBN 9785811412785. URL:https://elibrary.ru/item.asp?id=19647623
9. Промышленно-транспортная экология : учебное пособие / Федеральное агентство по образованию Российской Федерации, Таганрогский фил. Донского гос. технического ун-та ; [Телеш А. Д., Павленко А. В.]. - Ростов-на-Дону : Изд. центр ДГТУ, 2008. - 49 с. URL:https://elibrary.ru/item. asp?id=19641333
10. Патент № 2645987 C2 Российская Федерация, МПК B01D 53/56, B01D 53/75, B01D 53/78. Способ и устройство для удаления примесей из выхлопных газов : № 2016118683 : заявл. 07.10.2014 : опубл. 28.02.2018 / Н. Д. Сучак ; заявитель КЭННОН ТЕКНОЛОДЖИ ИНК. URL; https:// www1.fips.ru/iiss/document.xhtml?faces-redirect=tru e&id=24d563fbc6b67ecc3a6269e4133d73d5
11. Каримходжаев Н., Нумонов М.З. Сравнительный анализ токсичности выхлопных газов автомобилей и пути ее снижения // Universum: технические науки электрон. научн. журн. 2020 URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10963 (дата обращения: 25.05.2021).
12. Process for the removal of impurities from gas streams/Hwang Shuen-Cheng, Saxena Neeraj, Suchak Naresh, Ferrell Robert J. Patent №US-6649132-B1,2003 URL:https://pubchem.ncbi.nlm.nih. gov/patent/US6649132
13. Concept and models for evaluation of black and white smoke components in diesel engine exhaust/Blyankinshteinl., AskhabovA., VoevodinE., KashuraA., MalchikovS./Transport problems 2017 Volume 12 Issue 3DOI: 10.20858/tp.2017.12.3.8D0I: 10.20858/tp.2017.12.3.8
14. Giechaskiel, B. & Schiefer, E. & Schindler, W. &Axmann, H. &Dardiotis, C. Overview of SootEmission Measurements Instrumentation: From Smoke and Filter Mass to Particle Number. SAEInternational Journal of Engines. 2013. Vol. 6. No. 1. P. 10-22. D0I:10.4271/2013-01-0138
15. Rubinoa, L. &Bonnel, P. &Carriero, M. &Krasenbrink, A. Portable Emission Measurement System (PEMS) for Heavy Duty Diesel Vehicle PM Measurement: The European PM PEMS Program. SAE International Journal of Engines. 2010. Vol. 2. No. 2. P. 660-673.D0I:10.4271/2009-24-0149
16. Perez, A. & Ramos, R. & Montero, G. & Coronado, M. &Garcia, C. &Perez, R. Virtual instrument for emissions measurement of internal combustion engines. Journal of AnalyticalMethods in Chemistry. 2016. No. 4. P. 1-13. DOI: 10.1155/2016/9459516.
17. Badshah, H. &Khalek, I.A. Solid particle emissions from vehicle exhaust during engine start-up.SAE International Journal of Engines. 2015. Vol. 8. P. 1492-1502.D0I:10.4271/2015-01-1077
ANALYSIS OF NITROGEN OXIDES (NOX) REMOVAL SYSTEMS FROM EXHAUST GASES
OF DIESEL ENGINES
Begunkov Timofey N., Postgraduate Student, Department of Automotive and Tractor Engineering and Heat Power Engineering, Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Kostycheva, tbegunkov@ gmail.com
Introduction. Diesel engines are characterized by high efficiency, durability and reliability, as well as low operating costs. These important features make them the most preferred engines, especially for heavy duty vehicles. The demand for mobile power units with diesel internal combustion engines as power plants in agricultural production is enormous. The purpose of the analysis was the need to develop a new device for removing hazardous compounds from the exhaust gases of diesel engines and to substantiate its parameters. Objects and research methods. The main object of this work is the exhaust gases generated by power plants in the form of diesel internal combustion engines. Their element composition, impact on humans, animals and the environment. Methods for reducing their harmful effects. Neutralization of hazardous constituent elements or their transformation to safe compounds that do not threaten negative effects on humans, animals and the environment.
Analytical part. A search on the topic was carried out in domestic and foreign sources. The qualitative and quantitative composition of the exhaust gases of diesel engines, the impact of its constituent elements on the environment are analyzed. The regulatory legal acts regulating environmental safety and environmental protection activities in the Russian Federation and the European Union have been studied. Their comparative characteristics are given, common points of interaction are found. The main methods of dealing with hazardous compounds in exhaust gases have been investigated. A comparative characteristic of their effectiveness is carried out. The possibility of introducing advanced developments into operation on the used mobile power facilities with low indicators of environmental efficiency is considered. The main methods of development of scientific and technical solutions are described, allowing to reduce the environmental damage caused by the exhaust gases of power plants to working personnel, farm animals, plants and the environment. Conclusions. As a result, a specialized narrowly focused task was set to develop a device capable of reducing the harmful effects of toxic substances contained in the exhaust gas of diesel engines.
Key words: exhaust gases, diesel engines, environmental performance, reagent injection, injection quality, hazardous compounds, mobile power plants.
Literatura
1.Tekhnologiya katalizatorov: uchebnoe posobie / V.A. Taranushich, A.P. Savost'yanov, S.I. Sulima, N.D. Zemlyakov, V.G. Bakun, G.B. Narochnyj, V.B. Il'in, V.V.Ponomarev; YUzh.- Ros. gos. tekhn. un-t (NPI). -Novocherkassk: YURGTU (NPI), 2012. - 96 s.URL:https://elibrary.ru/item.asp?id=25489935
2.Kuz'min, N. A. Avtomobil'nyjspravochnik-enciklopediya: Spravochnoeposobie/ N. A. Kuz'min, V. I. Peskov.
- Moskva : Forum, 2011. - 286 s. - ISBN 9785911345358..: il.URL:https://elibrary.ru/item.asp?id=19645536
3.Bogatyrev, A. V. Elektronnye sistemy mobil'nyh mashin : Uchebnoe posobie /A. V. Bogatyrev. - Moskva : Obshchestvo s ogranichennoj otvetstvennost'yu «Nauchno-izdatel'skij centr INFRA-M», 2016. - 224 s. -(Bakalavriat). - ISBN 9785160066387.URL:https://elibrary.ru/item.asp?id=24623440
4.Sinicyn, A.K. Osnovy tekhnicheskoj ekspluatacii avtomobilej: ucheb, posobie /A.K. Sinicyn. — 2-e izd., pererab. i dop. — M.: RUDN, 2011.-282 sURL:https://elibrary.ru/item.asp?id=20245327
5.Grebnev, V. P. Traktory i avtomobili. Teoriya i ekspluatacionnye svojstva / V. P. Grebnev, O. I. Polivaev, A. V. Vorohobin. - 3-e izdanie. - Moskva : Kompaniya KnoRus, 2018. - 260 s. - (Bakalavriat i magistratura).
- ISBN 9785406062401. URL:https://elibraryru/item.asp?id=29936735
6.Baryshnikov, S. A. Trebovaniya k toplivopodayushchim sistemam dizelya / S. A. Baryshnikov, D. E. Devyatkin, N. Mashrabov // Servis tekhnicheskih sistem - agropromyshlennomu kompleksu Rossii: Materialy mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii, CHelyabinsk, 29-31 marta 2017 goda / Ministerstvo sel'skogo hozyajstva Rossijskoj Federacii, Departament nauchno-tekhnologicheskoj politiki i obrazovaniya; FGBOU VO "YUzhno-Ural'skij gosudarstvennyj agrarnyj universitet". - CHelyabinsk: YUzhno-Ural'skij gosudarstvennyj agrarnyj universitet, 2017. - S. 30-36.URL:https://elibrary.ru/item.asp?id=29223324
7.Povyshenie ekspluatacionnoj nadezhnosti i ekologicheskoj bezopasnosti avtomobil'nogo transporta / D. V. Stenin, A. V. Kudrevatyh, D. V. Cygankov [i dr.]. - Kemerovo : Kuzbasskij gosudarstvennyj tekhnicheskij universitet imeni T.F. Gorbacheva, 2018. - 216 s. - ISBN 9785906969842.URL:https://elibrary.ru/item. asp?id=35307281
8.Horosh, A. I. Dizel'nye dvigateli transportnyh i tekhnologicheskih mashin : uchebnoe posobie / A. I. Horosh, I. A. Horosh ; A. I. Horosh, I. A. Horosh. - 2-e izd., ispr.. - Sankt-Peterburg [i dr.]: Lan', 2012. - 702 s. - ISBN 9785811412785. URL:https://elibrary.ru/item.asp?id=19647623
9.Promyshlenno-transportnaya ekologiya : uchebnoe posobie / Federal'noe agentstvo po obrazovaniyu Rossijskoj Federacii, Taganrogskij fil. Donskogo gos. tekhnicheskogo un-ta ; [Telesh A. D., Pavlenko A. V.]. -Rostov-na-Donu: Izd. centr DGTU, 2008. - 49 s. URL:https://elibrary.ru/item.asp?id=19641333
10.Patent № 2645987 C2 Rossijskaya Federaciya, MPK B01D 53/56, B01D 5375, B01D 53/78. Sposob i ustrojstvo dlya udaleniya primesej iz vyhlopnyh gazov : № 2016118683 : zayavl. 07.10.2014 : opubl. 28.02.2018/N. D. Suchak; zayavitel'KENNON TEKNOLODZHIINK. URL;https://www1.fips.ru/iiss/document.
Xhtml?faces-redirect=true&id=24d563fbc6b67ecc3a6269e4133d73d5
11.Karimhodzhaev N., Numonov M.Z. Sravnitel'nyj analiz toksichnosti vyhlopnyh gazov avtomobilej i puti ee snizheniya // Universum: tekhnicheskie nauki elektron. nauchn. zhurn. 2020 URL: https://7universum.com/ ru/tech/archive/item/10963 (data obrashcheniya: 25.05.2021).
12.Process for the removal of impurities from gas streams/Hwang Shuen-Cheng, Saxena Neeraj, Suchak Naresh, Ferrell Robert J. Patent №US-6649132-B1,2003 URL:https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/patent/ US6649132
13.Concept and models for evaluation of black and white smoke components in diesel engine exhaust/ Blyankinshteinl., AskhabovA., VoevodinE., KashuraA., MalchikovS./Transport problems 2017 Volume 12 Issue 3DOI: 10.20858/tp.2017.12.3.8D0I: 10.20858/tp.2017.12.3.8
14.Giechaskiel, B. & Schiefer, E. & Schindler, W. &Axmann, H. &Dardiotis, C. Overview of SootEmission Measurements Instrumentation: From Smoke and Filter Mass to Particle Number. SAEInternational Journal of Engines. 2013. Vol. 6. No. 1. P. 10-22.D0I:10.4271/2013-01-0138
15.Rubinoa, L. &Bonnel, P. &Carriero, M. &Krasenbrink, A. Portable Emission Measurement System (PEMS) for Heavy Duty Diesel Vehicle PM Measurement: The European PM PEMS Program. SAE International Journal of Engines. 2010. Vol. 2. No. 2. P. 660-673.D0I:10.4271/2009-24-0149
16.Perez, A. & Ramos, R. & Montero, G. & Coronado, M. & Garcia, C. &Perez, R. Virtual instrument for emissions measurement of internal combustion engines. Journal of AnalyticalMethods in Chemistry. 2016. No. 4. P. 1-13. DOI: 10.1155/2016/9459516.
17.Badshah, H. &Khalek, I.A. Solid particle emissions from vehicle exhaust during engine start-up.SAE International Journal of Engines. 2015. Vol. 8. P. 1492-1502.D0I:10.4271/2015-01-1077
БОРЫЧЕВ Сергей Николаевич, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой строительства инженерных сооружений и механики, 89066486088@mail.ru
ЛИМАРЕНКО Николай Владимирович, канд. техн. наук, учебный мастер кафедры технической эксплуатации транспорта Рязанского государственного агротехнологического университета имени П.А. Костычева, доцент кафедры электротехники и электроники Донского государственного технического университета, limarenkodstu@yandex.ru
РАКУЛ Елена Анатольевна, канд. техн. наук, доцент кафедры автоматики, физики и математики Брянского государственного аграрного университета, wmf@bgsha.com
УСПЕНСКИЙ Иван Алексеевич, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой технической эксплуатации транспорта, ivan.uspensckij@yandex.ru
ЮХИН Иван Александрович, д-р техн. наук, доцент, зав. кафедрой автотракторной техники и теплоэнергетики, ivan.uspensckij@yandex.ru
Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева
Работа выполнена в рамках реализации гранта ФГБУ "Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере", договор № 3822ГС1/63200 от 19.12.2020
Проблема и цель. Одним из перспективных факторов энергетически эффективного и экологически безопасного использования ресурсов является цифровизация процессов, позволяющая прогнозировать и оценивать состояние системы в зависимости от её исходных свойств. Утилизация бесподстилочного навоза тесно связана с этим фактором. Известно, что безопасно использовать энергетический потенциал бесподстилочного навоза невозможно без подавления имеющихся в нём патогенных биомасс, а выбор оптимального подхода к обеззараживанию во многом зависит от их исходной концентрации. Соответственно, исследование влияния технологических свойств бесподстилочного навоза - температуры, рН, влажности на число колониеобразующих единиц патогенов в нём является актуальной задачей для науки и техники. Целью настоящего исследования является разработка элементов системы цифровизированной оценки уровня экологической нагрузки животноводческих предприятий в зависимости от уровня влажности образуемых отходов на примере сви-
УДК 631.22.018
DOI 10.36508/RSATU.2021.50.2.011
МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВЛАЖНОСТИ БЕСПОДСТИЛОЧНОГО НАВОЗА НА УРОВЕНЬ ЕГО САНИТАРНО-ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ
© Борычев С. Н., Лимаренко Н. В., Ракул Е. А., Успенский И. А., Юхин И. А., 2021 г.
