Анализ способов нейтрализации вредных веществ выпускных газов

3. Анализ способов нейтрализации вредных веществ выпускных газов

3.1. Нейтрализация выпускных газов

Снижения уровня выбросов токсических веществ с выпускными газами двигателей можно достичь воздействием на рабочий процесс с целью уменьшения образования этих веществ в процессе сгорания, оборудованием двигателя системами нейтрализации выпускных газов и применением топлив, в продуктах сгорания которых содержится меньше токсичных веществ. При оценке эффективности перечисленных способов исходят из стремления получить выбросы токсических веществ в допустимых пределах без ущерба для мощности и экономичности двигателя при минимальном удорожании силовой установки с двигателем.

Степень нейтрализации оценивается отношением:

(3.1)

где

m_Т.В.Вх.- концентрация токсичных веществ на входе;

m_{Т.В.Вых.} - концентрация токсичных веществ на выходе;

Степень нейтрализации токсических веществ – это отношение разности концентрации токсичных компонентов на входе в нейтрализатор и на выходе из него к их концентрации на входе.

Применяемые в настоящее время способы воздействия на рабочий процесс для снижения токсичности двигателя приводят, как правило, к уменьшению его мощности и к увеличению расхода топлива и кроме того в двигателях с

принудительным воспламенением не обеспечивают пока допустимого уровня токсичности. Поэтому установки с двигателями оборудуются системами нейтрализации, в которых предусматривается снижение концентрации токсических веществ воздействием на рабочий процесс и применением устройств для нейтрализации и очистке газов в выпускном трубопроводе -нейтрализаторов и очистителей. Системами нейтрализации выпускных газов оборудуются все современные автомобильные бензиновые двигатели с принудительным воспламенением, автомобильные дизели – только в условиях эксплуатации с недостаточным воздухообменом.

В термических и каталических нейтрализаторах происходят химические реакции в результате чего уменьшается концентрация газовых компонентов токсических веществ. Механические и водяные очистители применяются для очистки выпускных газов от механических частиц (сажи) и капелек масла. Последнее используется редко.

3.1.1. Термический нейтрализатор

Термический нейтрализатор представляет собой камеру сгорания, которая размещается в выпускном тракте двигателя для дожигания продуктов неполного сгорания топлива – СН и СО. Он может устанавливаться на месте выпускного трубопровода и выполнять его функции. Реакции окисления СО и СН протекают достаточно быстро при температуре свыше 830⁰С и при наличии в зоне реакции несвязного кислорода. Термические нейтрализаторы применяются на двигателях с принудительным воспламенением. Термические нейтрализаторы мало эффективны на режимах холостого хода и малых нагрузках, т.к. t выпускных газов недостаточно высокая и реакция протекает медленно.

3.1.2. Каталитические, окислительные нейтрализаторы

В каталитических, окислительных нейтрализаторах (при наличии избыточного кислорода в выпускных газах) с катализаторами из благородных металлов – платины, палладия, платины и родия – достаточно высокая скорость окисления СО и СН обеспечивается при сравнительно невысоких t, значительно меньше, чем в термическом нейтрализаторе. Окись углерода окисляется СО₂ при 250-300⁰С, углеводороды, бензпирен, альдегиды при 400-450⁰С при этом у выпускных газов почти пропадает неприятный запах При t 580⁰C сгорает сажа. Для увеличения поверхности контакта с газами катализатор наносится тонким слоем на поверхность носителя из кремнезема или глинозема в виде шариков.

Р
исунок 3.1.

Комбинированный катализатор нейтрализатор с шариковым носителем.

1- Лопатки 2- пробка 3- камера востановления NO_x4- подвод дополнительного воздуха 5- камера окисления СН и СО

В случае применения термического или окислительного нейтрализатора выбросы СН и СО удается снизить до установленных норм. Концентрация оксидов азота не изменяется или изменяется очень мало. Для уменьшения концентрации оксидов азота в системах с окислительными нейтрализаторами применяется рециркуляция выпускных газов. С этой целью выпускные газы в количестве до 10% объема свежего заряда отбирается из выпускного трубопровода, охлаждается и направляется во впускную систему.

3.1.3. Жидкостные катализаторы

В данном способе отработавшие газы проходят через слой жидкости в которой в зависимости от её состава связываются или растворяются токсичные компаненты. Жидкостные катализаторы главным образом поглащают альдегиды, частично окиси азота и улавливают сажу. Процесс осуществляется при сравнительно низкой температуре 40-80⁰С. Поскольку в таких нейтрализаторах нейтрализация окислов азота ограниченпо применению только на дизелях, чаще всего используются комбинации с др. системами нейтрализации. При прохождении отработавших газов через жидкостную среду создается сопративление на выпуске, которое сокращяет подачу свежего заряда и сокращает момент проветривания камеры сгорания от остаточных газов. Тем самым эффективность до 10%.

Каталитические нейтрализатры

Каталитические нейтрализаторы с восстановительной средой используют в системах для уменьшения выбросов оксидов азота. Восстановление NO с образованием N₂становится возможным при наличии достаточно высокого содержания СО в выпускных газах:

2NO + 2CO N₂+ 2CO₂

При  в выпускных газах содержится водород поэтому возможна реакция с образованием аммиака:

2NO+5H₂ 2NH₃+2H₂O

В каталитическом нейтрализаторе с катализатором из благородных металлов можно снизить выбросы всех трех токсичных газовых составляющих – СН, СО и NO_x но лишь при условии , что состав горючей смеси отличается от стехиометрического (при не более чем на 1%. Такие нейтрализаторы называются трехкомпонентными. Наилучшие результаты с платиновыми катализаторами.

Возможны также комбинации термического нейтрализатора с католитическим в двух вариантах: 1) первым устанавливается каталитический для нейтрализации NOx , а вторым термический для дожигания СН и СО рис3.2

2) первым устанавливается термический, а вторым окислительный католитический для дожигания СН и СО. Дополнительный воздух для окисления СН и СО подводится во второй нейтрализатор.

датчик

замедлитель импульсов

датчик

глушитель

Похожие работы

Атмосферный воздух: его загрязнение и охрана

Скачать

74446

0

0

... веществ, их концентрацию в воздухе, почве, снежном покрове, установить границы распространения. До сего времени законодательство, как известно, исходит из необходимости охраны атмосферного воздуха главным образом от загрязнений и только в пределах населенных пунктов. Однако такая концепция перестала удовлетворять потребностям практики. В современных условиях атмосферу требуется охранять не ...

Разработка экологического паспорта сельскохозяйственного предприятия

Скачать

153189

3

0

... через несколько небольших сел, в которых отсутствуют перерабатывающие предприятия. На основании этого можно сделать вывод о том, что основным загрязнителем водных ресурсов могут быть только сельскохозяйственные предприятия и хозяйственно-бытовые стоки. Вода рек может быть использована для поения сельскохозяйственных животных и для технических нужд. Для хозяйственных целей широко используются и ...

Участок по испытанию и доукомплектовке двигателей

Скачать

29273

3

4

... и темпы экономических реформ, а сдерживание развития автомобильного транспорта, в определенной степени, равнозначно торможению экономического развития и структурных преобразований. испытание доукомплектовка двигатель автомобильный участок 2)  РАСЧЕТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 2.1  Расчет годовой производственной программы Программа АРЗ измеряется в условных единицах ремонта обозначается . За ...

Автотранспорт и человек

Скачать

45297

2

3

... в атмосферу вы­брасывается приблизительно 0,5... 0,85 кг оксидов свинца. По предварительным данным, проблема загрязнения окружающей среды свинцом от выбросов автотранспорта становится значимой в городах с населением свыше 100 000 человек и для локальных участков вдоль автотрасс с интенсивным движением. Радикальный метод борьбы с загрязнением окружающей среды свинцом выбросами автомобильного ...