Технические науки / 4. Транспорт

Д.т.н. Ибатов М.К., Пак И.А., Шалаев В.В., Шегай Е.Р., Касенханов О.М.

Карагандинский государственный технический университет, Казахстан

Принципиальная схема комбинированного метода очистки вредных выбросов карьерного транспорта

В рамках решения одной из сложных задач, связанной со снижением концентрации оксидов азота при эксплуатации дизельных путевых машин в тоннелях большой протяженности предприятий горнодобывающей промышленности, нами на основе сравнительной оценки эффективности существующих методов воздействия на рабочий процесс двигателя был предложен комбинированный метод снижения токсичности отработавших газов.

Анализ отработавших газов дизельных путевых машин показал, что несмотря на то, что они оборудованы двухступенчатой системой нейтрализации (первая – каталитическая, вторая – жидкостная), концентрации основных токсичных компонентов, а именно оксида углерода и оксидов азота, превышают в 1,5¸2,5 раза установленные нормы. Задача более эффективной очистки отработавших газов от оксида углерода была решена заменой установленных каталитических нейтрализаторов экспериментальным образцом каталитического нейтрализатора модели ГКА, в реакторе которого катализатор работает по принципу кипящего слоя. Совершенствование каталитических систем нейтрализации является другим направлением наших исследований и в данной работе не рассматривается.

Для снижения концентрации оксидов азота нами был применен комбинированный метод, заключающийся в одновременном воздействии на рабочий процесс сгорания топлива в двигателе двумя способами: изменением угла опережения впрыска топлива через форсунку и использованием способа рециркуляции отработавших газов. Эти два способа хорошо известны из литературы и нашли практическое применение на автомобильном транспорте общего пользования. Поэтому нами была предпринята попытка совместного их использования применительно к условиям работы карьерного транспорта. Принципиальная схема комбинированного метода снижения токсичности отработавших газов представлена на рисунке 1.

Уменьшение угла опережения впрыска топлива необходимо производить перед выездом из депо на всех дизельных путевых машинах, проезжающих через тоннели. При движении путевой машины вне тоннелей система выключена, т.е. отработавшие газы дизеля 1 по выпускному коллектору 2 поступают в турбокомпрессор 3, где приводят во вращение газовую турбину, далее через выпускной трубопровод 10 и открытую дроссельную заслонку 9 выбрасываются в атмосферу. Вентиль 8 подачи сжатого воздуха закрыт. Отработавшие газы во впускной патрубок 12 не поступают ввиду газодинамического сопротивления нейтрализатора.

Перед въездом в тоннель выпускной трубопровод 10 перекрывают дроссельной заслонкой 9. Тогда отработавшие газы дизеля 1 по выпускному коллектору 2 поступают в турбокомпрессор 3. Так как выпускной трубопровод 10 перекрыт заслонкой 9, то отработавшие газы направляются к выпускному патрубку 12 каталитического нейтрализатора 5. Большая часть отработавших газов, очищенных в нейтрализаторе от оксида углерода, выбрасывается в атмосферу. Меньшая часть по перепускному трубопроводу 6 поступает во впускной трубопровод 11 дизеля. Во избежание перегрева газовой турбины, одновременно с закрытием заслонки 9, открывается вентиль 8 подачи сжатого воздуха. При выезде из тоннеля заслонка 9 открывается, а вентиль 8 закрывается.

Цикличность работы комбинированного метода вызвана тем, что при его использовании невозможно избежать незначительных потерь мощности и уменьшения топливной экономичности. Поэтому его использование является целесообразным только в тоннелях, т.е. в условиях ограниченного воздушного пространства.

1 – дизель, 2 – выпускной коллектор, 3 – турбокомпрессор, 4 – впускной коллектор, 5 – каталитический нейтрализатор, 6 – перепускной трубопровод, 7 – трубопровод подачи сжатого воздуха, 8 – вентиль, 9 – дроссельная заслонка, 10 – выпускной трубопровод, 11 – впускной трубопровод, 12 – впускной патрубок каталитического нейтрализатора, 13 – выпускной патрубок каталитического нейтрализатора.

Рисунок 1 - Схема комбинированного метода снижения токсичности

отработавших газов дизельных двигателей.

В целях планирования эксперимента и отработки комбинированного метода нами на стендовых испытаниях была получена токсическая характеристика дизельного двигателя, являющегося приводом дизельной путевой машины. Анализ ее показывает, что наибольшее количество оксидов азота выделялось на номинальных нагрузках и при высоких числах оборотов коленчатого вала дизельных двигателей.

Для снижения концентрации оксидов азота в отработавших газах был использован метод, заключающийся в выборе рациональных параметров при совместном применении уменьшения угла опережения впрыска топлива и рециркуляции отработавших газов.