Реферат Отчет: 180 стр., 11 рис., 12 табл., 72 источника
Скачать 2.36 Mb.
|
| ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ АТС – автотранспортные средства ГФУ – гидрофторуглероды град. п.к.в. – градус поворота коленчатого вала ДВС - двигатель внутреннего сгорания ОГ – отработавшие газы КПД – коэффициент полезного действия ПДК - предельно допустимая концентрация РМ – дисперсные чаcтицы ПСН – перспективная система нейтрализации РОГ – рециркуляция отработавших газов СН4 – метан DOC – дизельный окислительный катализатор СО – оксид углерода СО2 – углекислый газ (диоксид углерода) d - капля Н2 – водород HCNO - изоциановая кислота g – газовая фаза NH3 - аммиак NOx – оксиды азота NO – моноксид азота NO2 – диоксид азота N2O – закись азота О2 – кислород s – твердая фаза SCR - селективно-восстановительный катализатор ВВЕДЕНИЕ Постоянный рост потребления ископаемых источников энергии в промышленно развитых и развивающихся странах, особенно на транспорте, является одной из основных причин локального загрязнения воздуха и глобального потепления климата. Большинство промышленно развитых стран мира давно ограничивают вредные выбросы транспортных средств и двигателей экологическими стандартами. Цель этих стандартов защитить и улучшить здоровье людей и качество окружающей среды. Одним из основных источников вредных выбросов транспортных средств являются отработавшие газы (ОГ) двигателя внутреннего сгорания. Не все вредные выбросы одинаково опасны для человека и окружающей среды. В таблице 1 приведены предельно допустимые концентрации (ПДК) ряда веществ, связанных с работой двигателя внутреннего сгорания [1,2]. Обычно вредные выбросы делят на две категории – оказывающие воздействие на человека и на окружающую среду. К первой категории относят оксид углерода (СО), оксиды азота (NOx), ряд углеводородов (CH), дисперсные частицы (ДЧ), соединения свинца и серы, ко второй категории – диоксид углерода (СО2), метан (СН4), озон (О3), ответственные за глобальное потепление, фотохимический смог в тропосфере и озоновые «дыры» в стратосфере. Таблица 1 - Предельно допустимые концентрации вредных веществ в рабочей зоне
Продолжение таблицы 1.
Стандарты, которые впервые запретили выброс картерных газов в атмосферу и ограничили выбросы СО и СН с ОГ, были введены в действие в 1959 г. в штате Калифорния США. Этот штат, из-за специфической топографии и климата, отличается наиболее тяжелыми экологическими условиями по сравнению с остальными 49 штатами США и потому до сих пор является лидером в применении самых жестких в мире экологических стандартов. В остальных штатах США, европейских странах и Японии аналогичные экологические стандарты были впервые введены в действие в конце 60-х - начале 70-х годов прошлого столетия сначала для легких, а затем для тяжелых автомобилей и двигателей [3-8]. Наша страна присоединилась к экологическим требованиям Европейского Союза в 1970 г. (ГОСТ 16533-70). Первые стандарты регламентировали требования к процедуре испытаний, приборам, оборудованию и устанавливали максимально возможные для своего времени ограничения на выбросы СО, СН, дымность ОГ в трех указанных регионах мира. При их разработке учитывались конструктивные особенности автомобилей, наиболее важные условия эксплуатации, технологические возможности изготовителей транспортных средств и горюче-смазочных материалов, стоимость реализации стандартов. Дальнейшее совершенствование экологических стандартов шло и продолжает идти в направлении расширения номенклатуры нормируемых вредных компонентов, снижения их предельно допустимого уровня, более полного учета условий реальной эксплуатации, улучшения методов испытаний и точности измерений, оптимизации характеристик топлив, используемых при испытаниях и эксплуатации, гармонизации стандартов, применяемых разными странами. Перспективные экологические стандарты на выбросы токсичных компонентов СО, СН, NOx, дисперсных частиц (Евро-5 и Евро-6), ожидаемое для тяжелых автомобилей нормирование предельно допустимых выбросов парникового газа СО2 предъявляют новые требования к двигателю внутреннего сгорания, в том числе дизелю и его системам, особенно к системе каталитической нейтрализации отработавших газов. Выполнение перспективных экологических стандартов требует реализации комплекса мер, в том числе разработки: - мероприятий по конструкции и рабочему процессу дизеля, обеспечивающих дальнейшее снижение вредных выбросов; - перспективной системы каталитической нейтрализации (ПСН) токсичных компонентов отработавших газов, в первую очередь NOx, дисперсных частиц, а также углеводородов; - наличие дизельного топлива с очень низким содержанием серы. Наиболее проблемными задачами, связанными с обеспечением дизелем перспективных экологических стандартов Евро-5 и Евро-6, являются: - выполнение перспективных экологических норм на выбросы оксидов азота при минимальной потере топливной экономичности и соответственно минимальном увеличении выбросов парникового газа СО2; - выполнение перспективных экологических норм на выбросы дисперсных частиц при минимальном влиянии на топливную экономичность и выбросы СО2, связанном с процессом регенерации фильтра. Целью настоящей научно-исследовательской работы является обеспечение экологических стандартов Евро-5 и Евро-6 при эксплуатации отечественных автомобилей и другой техники, оснащенной двигателями внутреннего сгорания для защиты окружающей среды от воздействия вредных выбросов. На первом этапе работ по проекту был выполнен обзор процедур стандартных экологических испытаний и соответствующих экологических норм, принятых в США и Европе для разных категорий транспортных средств и двигателей, рассмотрены перспективные экологические требования и перспективные технологии экологического совершенствования бензиновых и дизельных двигателей, в том числе нейтрализации ОГ, обоснован выбор основных направлений исследований технологий нейтрализации ОГ дизелей до уровня стандартов Евро-5 и Евро-6, приведены технические требования на варианты перспективных систем нейтрализации. Результаты работ по первому этапу изложены в промежуточном отчете [9]. На втором этапе были выполнены теоретические исследования процессов нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов дизельных двигателей внутреннего сгорания до уровня перспективных экологических стандартов Евро-5, Евро-6. Созданы модели физических и химических процессов в дизельном окислительном катализаторе, фильтре-нейтрализаторе и двух вариантах селективно-восстановительного катализатора с водородом и карбамидом в качестве восстановителя. Разработана методика расчета геометрических параметров основных элементов ПСН (фронтальной площади, объема, позиции в системе выпуска и др.). Результаты моделирования и расчетов были использованы при разработке эскизной конструкторской документации на макетные образцы перспективных систем нейтрализации и экспериментальное оборудование для их исследования и доводки. Для проведения экспериментальных исследований разработаны программа и методики испытаний макетов типовых ПСН (двух вариантов). Результаты работ по второму этапу изложены в промежуточном отчете [10]. На третьем этапе был выполнен комплекс работ по разработке технологических регламентов на катализаторы окисления и восстановления, изготовлению экспериментальных образцов катализаторов для восстановления NOx и окисления ДЧ, СО и СН, двух вариантов макетов типовых ПСН (с водородом и карбамидом в качестве восстановителя), экспериментального стенда для исследований и испытаний ПСН. В соответствие с разработанной ранее программой и методикой проведены экспериментальные исследования макетов типовых ПСН в целом и отдельных элементов системы в модельных условиях и на дизеле экологического класса Евро-4 (не оборудованном антитоксичными устройствами). Испытания показали, что оба варианта обеспечивают очистку отработавших газов от вредных веществ на уровне достаточном для выполнения экологических требований Евро-5 и ТЗ. Макеты типовых ПСН (варианты А и Б) обеспечивают: снижение СО на 86-89% (по ТЗ не менее 60%); снижение СН на 77-78% (по ТЗ не менее 60%); снижение ДЧ на 75% (по ТЗ не менее 65%). Кроме того, вариант А обеспечивает снижение NOx на 63-64%, а вариант Б - на 70-79% (по ТЗ не менее 60%). Общее газодинамическое сопротивление на режиме номинальной мощности для варианта А - 1028 мм водяного столба и для варианта Б - 1162 мм водяного столба (по ТЗ не выше 1200 мм водяного столба). По результатам модельных и стендовых экспериментальных исследований макетов типовых ПСН вариантов А и Б выполнена корректировка конструкторской документации и доработка этих макетов. Результаты работ по третьему этапу изложены в промежуточном отчете [11]. В настоящем отчете приведены результаты анализа и обобщения теоретических и экспериментальных исследований процессов нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов дизельных двигателей внутреннего сгорания. Приведены конкретные рекомендации по использованию результатов исследований при создании ПСН и ее основных элементов, обеспечивающих выполнение дизельным двигателем внутреннего сгорания экологических норм Евро-5, в том числе, по выбору основных конструктивных характеристик катализаторов, фильтра, систем активной регенерации фильтра и дозирования восстановителя. По результатам исследований разработан проект ТЗ на ОКР «Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований в области нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания до уровня перспективных экологических стандартов». Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» по государственному контракту от «22» сентября 2011 г. № 16.516.11.6132 по теме: «Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований в области нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания до уровня перспективных экологических стандартов», заключенному на основании решения Конкурсной комиссии Министерства образования и науки Российской Федерации № 2011-1.6-2.6-ИР1 (протокол от 02 сентября 2011 г. №84). 1 ОБОБЩЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССОВ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ТОКСИЧНЫХ КОМПОНЕНТОВ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ДО УРОВНЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ. В последние годы серьезную озабоченность во всем мире вызывает высокий уровень техногенного воздействия на окружающую среду, создающего ряд глобальных, региональных и локальных экологических проблем - изменение климата планеты, загрязнения воздушного бассейна крупных городов, рост дефицита нефтяных ресурсов. Основным техногенным источником выделения вредных веществ в атмосферу являются процессы сгорания различных топлив, которые ответственны за выбросы разных вредных веществ, в том числе: оксида углерода, диоксида углерода, углеводородов, оксидов азота, диоксида серы, дисперсных частиц. Важную роль в загрязнении атмосферы вредными веществами играют транспортные средства, в том числе оборудованные дизельными двигателями. Современный дизель используется во всем мире для привода легковых автомобилей и тяжелых грузовиков, электрических генераторов, кораблей, локомотивов, сельскохозяйственного и промышленного оборудования. Успех дизельного двигателя является следствием уникального сочетания хорошей топливной экономичности, надежности, долговечности и доступности, которые обеспечивают ему самую низкую стоимость эксплуатации. Целью настоящей научно-исследовательской работы является обеспечение перспективных экологических стандартов Евро-5 и Евро-6 при эксплуатации отечественных автомобилей и другой техники, оснащенной двигателями внутреннего сгорания, в том числе с воспламенением от сжатия (дизелей), для защиты окружающей среды от негативного воздействия вредных выбросов с ОГ. Для достижения этой цели, в соответствии с разработанным в рамках данной работы методическим подходом, были выполнены: - аналитический обзор научно-технической, нормативной, патентной и методической литературы в области экологии автомобилей и технологий нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, в том числе дизелей, до уровня перспективных экологических стандартов для выбора концепции перспективной системы нейтрализации ОГ и конструкции отдельных компонентов системы; - патентные исследования по технологиям нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, в том числе дизелей, до уровня перспективных экологических стандартов; - анализ и выбор основных технологий нейтрализации токсичных компонентов ОГ дизелей до уровня экологических стандартов Евро-5 и Евро-6, а также разработаны технические требования на два варианта перспективной системы нейтрализации. Центральное место отведено перспективным системам нейтрализации NOx, в том числе использующим для селективного восстановления оксидов азота аммиак и водород, а также фильтру дисперсных частиц и его регенерации; - разработаны математические модели физических и химических процессов, происходящих в перспективных системах нейтрализации с селективным восстановлением оксидов азота с помощью двух восстановителей – водорода и раствора карбамида. С учетом созданных моделей разработаны методики инженерного расчета основных элементов перспективной системы нейтрализации (основных размеров, позиции в системе выпуска и др.); - разработана эскизная конструкторская документация на основные узлы и агрегаты макетов типовых ПСН двух вариантов, использующих в качестве восстановителя водород и мочевину, а также на экспериментальный стенд для исследований и испытаний функциональных элементов разработанной системы нейтрализации. Документация разработана с учетом концепции системы и результатов математического моделирования физических и химических процессов, происходящих в ПСН; - изготовлены экспериментальные образцы катализаторов для процессов восстановления оксидов азота и окисления дисперсных частиц, оксида углерода и углеводородов, макетные образцы двух вариантов типовых ПСН (использующих в качестве восстановителя водород и мочевину), а также экспериментальный стенд для исследований и испытаний функциональных элементов разработанной системы нейтрализации; - проведена подготовка к испытаниям макетных образцов двух вариантов типовых ПСН (использующих в качестве восстановителя водород и мочевину) в модельных условиях на экспериментальном стенде и в условиях моторного стенда на модифицированном дизеле типа ЗМЗ-514.10 экологического класса 4 мощностью около 100 л.с. Разработаны программа и методики испытаний и исследований макетных образцов двух вариантов типовых ПСН; - проведены исследования макетных образцов двух вариантов типовых ПСН (использующих в качестве восстановителя водород и мочевину). По результатам экспериментальных исследований выполнена корректировка конструкторской документации на основные узлы и агрегаты обоих вариантов макетов типовых ПСН, осуществлена доработка макетных образцов ПСН, разработаны технологические регламенты на катализаторы окисления и восстановления. Приведенный в настоящем разделе отчета анализ позволил обобщить результаты теоретических и экспериментальных исследований процессов нейтрализации токсичных компонентов ОГ двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия до уровня перспективных экологических стандартов Евро-5 и Евро-6. Анализ и обобщение результатов исследований начат с рассмотрения тенденций развития экологических стандартов, выполненного на первом этапе работ по данной теме [9], который показал, что решение проблем снижения вредных выбросов транспортными средствами во многом зависит от экологического нормирования. |
Похожие:
 | Реферат Отчет 41 с., 1 ч., 24 рис., 1 табл., 24 источника Учебное и научное астрономическое оборудование Астрономической обсерватории ниаи им. В. В. Соболева Математико-механического факультета... | | Реферат Отчет 118 с., 7 ч., 30 рис., 12 табл., 43 источника, 1 прил Центральной проблемой водородной энергетики являются большие затраты на хранение и транспортировку водорода. Наиболее безопасными... |
| Реферат Отчет 65 с., 3 ч., 26 рис., 8 табл., 53 источника Фазовый химический состав, эффективный заряд атомов, рентгеновская эмиссионная спектроскопия, спектроскопия отражения рентгеновских... | | Реферат (18 стр., рис., 3 табл.) Объектом исследования являлись системы централизованного и локального водоотведения мо ракитинское |
| Реферат Отчет с. 22, рис., 3 табл Объектом исследования являлись системы централизованного водоснабжения мо г п. Одоев | | Реферат. Отчет…23с., рис., 4 табл Объектом исследования являлись системы централизованного и локального водоотведения мо кожинское |
 | Реферат Отчет 35 с., 3 главы, 16 рис., 1 табл., 12 источников, 5 прил Объектом разработки является программа восстановления каркасных 3D объектов по 2D проекциям | | Реферат Отчет 16 с., 1 ч., 8 рис., 0 табл Минералогия почв, палеопочвы, глинистые минералы, аллофаны, каолинит, галлуазит, органно-минеральные соединения |
| Реферат Пояснительная записка: с., рис., табл., приложений, источников.... Пояснительная записка: с., рис., табл., приложений, источников | | Реферат Пояснительная записка содержит: 90 стр., 53 рис., 26 табл., 12 источников информации Телефонная сеть, оборудование связи, программный комплекс, база данных, клиентское приложение, паспортно-отчетная документация |
| Реферат Объем: 119 стр., 16 рис., 7 табл., 7 использованных источников ... | | Реферат Отчет 50 с., 1 ч., 22 рис., 14 табл., 22 источн., 2 прил Переработка, зерно, ферменты, ресурсосбережение, безопасность, технологии, методы, хлебобулочные, макаронные, мучные кондитерские... |
| Реферат Отчет представлен на 51 с., состоит из 5 ч., 12 рис., 2 табл Ключевые слова: цианобактерии, прохлорофиты, инфузории, тройственный симбиоз, pbcv-вирус, выделение, очистка, культивирование, лскм,... | | Реферат Пояснительная записка 100 стр., 18 рис., 15 табл., 1 прил., 15библ ... |
| Отчет 119 с., 8 рис., 9 табл., 33 источника. Ключевые слова Научно-образовательный комплекс, научно-инновационный проект, инвестиционный проект, интеллектуальная собственность, инновационная... | | Реферат Тычинин И. А. Разработка приложения для портативных устройств... Тычинин И. А. Разработка приложения для портативных устройств с использованием qt framework, квалификационная работа на степень бакалавра... |
