анализ состава выхлопных газов дизельного двигателя

XIХ Международная научно-практическая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ»
Секция 1: Электроэнергетика
АНАЛИЗ СОСТАВА ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ
Крылов В.Н.
Научный руководитель: Сарсикеев Е.Ж., ассистент
Томский политехнический университет 634050, Россия, г.Томск, пр. Ленина, 30.
E-mail: bennar.1990@mail.ru
Автономные дизельные генераторы (дизельгенераторы, дизельные электростанции), в отсутствие централизованного энергоснабжения, являются лучшим решением проблемы получения электричества и характеризуются быстрой окупаемостью генераторной установки.
Слежение за количеством выброса дизельного
генератора помогает найти оптимальный режим
работы, при котором ДГ будет давать качественную электроэнергию при минимальном расходе
топлива и наносить меньший вред окружающей
среде, что немало важно в наше время.
При сгорании дизельного топлива образуются
различные вещества. Их состав зависит от конструкции двигателя, его мощности и нагрузки. Полное сгорание топлива приводит к существенному
уменьшению концентрации вредных веществ.
Полное сгорание обеспечивается точным поддержанием состава топливно-воздушной смеси, абсолютной точностью процесса впрыска и оптимальным завихрением топливовоздушной смеси.
Главным образом образуется вода (Н2О), кислород (О2), безвредная двуокись углерода (СО2) и
в относительно низкой концентрации следующие
соединения: окись углерода (СО), несгоревшие
углеводороды (НС или СН), окислы азота (NOx).
CH — это общее обозначение всех углеводородов, которые получаются из несгоревшего бензина, это попросту несгоревший бензин.
СО — образуется при неудовлетворительном
распыливании топлива, в результате холоднопламенных реакций, при сгорании топлива с недостатком кислорода
СО2 — это полностью сгоревшее топливо.
О2 — кислород, который не смог по каким-то
причинам вступить в реакцию с бензином.
NOx — на величину выброса оксидов азота
оказывает значительное влияние температура в
камере сгорания, т.е. чем выше температура, тем
выше концентрация NOx. Ранний впрыск топлива
или высокие давления сжатия в камере сгорания
также способствуют образованию NOx. Чем выше
концентрация кислорода, тем выше концентрация
оксидов азота.
П ри точном поддержанием состава топливновоздушной смеси, абсолютной точностью процесса впрыска и оптимальном завихрением топливовоздушной смеси, показатель СО2 должен быть
высоким, а NOx, О2, CO и СН низкими по величине.
При различных неисправностях происходит
повышение содержания вредных веществ в выхлопных газах. Если параметр СН завышен, значит, бензин горит не полностью.
Анализ газовых смесей широко используется в
различных технологических процессах в химической, металлургической и теплогенерирующей
отраслях промышленности.
С помощью газоанализаторов определяются
самые различные компоненты в коксовальном и
доменном газах, в отходящих газах котельных
установок, а также в выхлопных газах автомобилей. Данные о количественном содержании определенных компонентов, полученные в результате
анализа, используются для управления ходом
процесса с целью его оптимизации или отладки
работы установки.
В воздухе производственных помещений могут
быть взрывоопасные концентрации веществ. Их
своевременное определение с помощью газоанализаторов очень важно. Это позволяет предотвратить техногенные аварии с непредсказуемыми
последствиями.
Цель опытов - определение влияния частоты,
нагрузки, положения топливной рейки на состав
выхлопного газа. Опыт1: Работа двигателя на холостом ходу при различном положении топливной
рейки. По первому опыту можно посмотреть, как
влияет положение топливной рейки на количество
веществ в выхлопном газе, на холостом ходу.
Опыт2, опыт3, опыт4: Работа двигателя при различных ступенях нагрузки на нулевом (50Гц), на
минимальном (20Гц) и среднем (35Гц) положении
топливной рейки. Из построенных зависимостях
по данным полученным в ходе опытов можно
посмотреть наиболее оптимальный режим работы
при малом расходе топлива.
Рис. 1. Расположение приборов при испытаниях
Анкат-310- присоединяется к выхлопной трубе
и берет пробу воздуха для замеров.
58
XIХ Международная научно-практическая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ»
Секция 1: Электроэнергетика
Смог 1М - крепится к выхлопной трубе, через
длинную трубку, для уменьшения температуры
выхлопного газа.
Рассчитав по формулам удельный выброс оксидов углерода и азота видно, что при наименьшей нагрузке (<5кВт) наши параметры выброса
не укладываются в рамки госта, т.к. значения превышают 11 и 10 г/кВт∙ч , но при нагрузке (>5кВт)
содержание вредных веществ становится приемлемыми в рамках ГОСТа [6]. При максимальной
нагрузке, наблюдается не соответствие с нормами
выброса. Аналогичная ситуация наблюдается и
при других частотах.
Из проведенных опытов видно, что наиболее
эффективный режим работы дизельного двигателя
наблюдается при средней нагрузке (50-70%).
В таком режиме низкое содержание вредных веществ СО и NOx и большое количество СО2 в выхлопном газе. Кислород практически полностью
расходуется на реакцию горения, что говорит о
малом содержании О2 в выхлопе. Значения выброса очень важны, т.к. от содержания веществ в выхлопном газе зависит расход топлива и эффективность работы двигателя. При данном режиме работы мы наносим минимальный вред окружающей среде, по средством меньшего выброса вредных веществ в атмосферу. Количество выбросов
контролируется государственными службами и
множеством правовых документов. Слежение за
выбросом вредных веществ и минимизация их
количества помогают снижать затраты топлива.
N и К- показатели ослабления светового потока очень важные показатели выброса, но в наших
опытах они получились с большой погрешностью.
Это связанно с тем, что перед началом исследования нужно пропустить луч через чистый воздух
как эталон, что не возможно при постоянно работающем дизеле и остатков сажи и гари после проведения опытов.
Уровень вибрации слегка превышает предельно допустимые значения, что не сильно снижает
эффективность работы и срок службы дизельного
генератора.
Рис. 2. Опыт 2 зависимость О2 и СО2 от P.
Рис. 3. Опыт 2 зависимость СО и NOот P
В опытах 2,3 и 4 постепенно добавляли ступени нагрузки. По зависимости О2 и СО2 от P видно,
что при повышении нагрузки кислород падает, а
количество СО2 увеличивается, следовательно
весь кислород расходуется на горение топлива в
камере сгорания, что говорит о эффективной работе двигателя при средней нагрузке (70%). Из
зависимости NO и CO видно, что при повышении
нагрузки, оксиды азота уменьшаются, так как
кислород заметно падает. Содержание СО по началу падает, так как кислорода вполне достаточно
чтоб закончить химическую реакцию для образования СО2, но с постепенным уменьшением кислорода, показатель СО начинает возрастать, так
как СО уже сложнее найти молекулу кислорода
для завершения реакции.
Чтобы сравнить наши полученные значения
содержания вредных веществ с ГОСТ [5] нужно
содержание СО и NOx перевести в г/кВт∙ч.
Список литературы
1. Судовые дизели / Гогин А. Ф., Кивалкин Е.Ф., Богданов А.А М: Транспорт 1988- 432с.
2. Руководство по эксплуатации АНКАТ 310.
3. Руководство по эксплуатации СМОГ 1-М.
4. ГОСТ P 51249-99. Двигатели внутреннего
сгорания поршневые. Выбросы вредных веществ с
отработавшими газами. Нормы и методы определения.
5. ГОСТ P 51250-99. Двигатели внутреннего
сгорания поршневые. Дымность отработавших
газов. Нормы и методы определения
59