Технические науки / 4. Транспорт

 

 

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

Карагандинский государственный технический университет, Казахстан

Особенности рабочего процесса термических систем нейтрализации вредных выбросов автомобилей

 

Одной из актуальнейших проблем, сопровождающих современный процесс автомобилизации, является значительное загрязнение воздушного бассейна предприятий горнодобывающей промышленности вредными выбросами автомобильного транспорта.

В развитии существующих способов борьбы с токсичными выбросами автомобилей перспективным представляется применение термических систем нейтрализации вредных компонентов отработавших газов.

Рабочий процесс в термическом нейтрализаторе отработавших газов для расчетных целей удобно разделить на три стадии: подогрев обезвреживаемой газовой смеси в теплообменнике; дальнейший подогрев за счет смешения с продуктами сгорания дополнительного топлива; окисление примесей в реакционной камере.

В свою очередь, окисление примесей проходит период индукции, период развитой реакции и стадию выгорания окиси углерода.

Стадии подогрева смеси дополнительным топливом и окисления примесей во многих случаях частично или полностью протекают параллельно.

Выгорание бедных смесей в типичных условиях термического обезвреживания вредных компонентов представляет собой сравнительно медленный процесс, в целом лимитируемый скоростью химических реакций.

Случай горения бедных смесей требует организации принудительного подогрева до температур, при которых реакции по окислению протекают достаточно быстро. Эта цель может быть достигнута сжиганием дополнительного топлива или применением теплообменников.

Из этого следует, что по технико-экономическим и технико-логическим соображениям оба эти приема целесообразно использовать совместно, а применение регенерации тепла в сочетании со сжиганием дополнительного топлива надо рассматривать как наиболее типичный вариант организации рабочего процесса.

Схема общего случая рабочего процесса в термическом нейтрализаторе с теплообменником приведена на рисунке 1. Графики показывают возможный характер изменения температуры по ходу газового тракта нейтрализатора.

Свежая смесь с температурой t1 подогревается в теплообменнике1, затем поступает в реакционную камеру, где с помощью горелки 3 сжигается дополнительное топливо. В результате смешения газов с продуктами горения дополнительного топлива их величина повышается на величину d t Д.Т. . Считается, что смешение основного потока с продуктами горения быстро протекает на начальном участке реакционной камеры. Затем в реакционной камере, в общем случае, протекает реакция окисления нейтрализуемых примесей и газы поступают снова в теплообменник, где охлаждаются, отдавая тепло поступающей смеси. Часть топлива для уменьшения образования окислов азота может быть отдана в газовый поток до теплообменника через форсунку.

При нулевой поверхности теплообмена (F=0) подогрев осуществляется только сжиганием дополнительного топлива. Средняя температура в реакционной зоне при этом невысокая и обезвреживание примесей практически не будет обеспечено. При наличии теплообменника холодная смесь принудительно подогревается за счет передачи тепла от продуктов реакции и температурный уровень в реакционной зоне повышается.

При некоторой поверхности теплообмена F1 температура после горелки достигает минимальной величины tР min, обеспечивающей достаточно полное окисление обезвреживаемых примесей в пределах располагаемого времени пребывания. При этом теплота окисления примесей участвует в создании температурного напора в теплообменнике.

 

t1                                                         t2                                                         t3                              t4 

              

       подогрев                   реакционная зона           охлаждение

                                                 

                                                         d t Д.Т.

 

 

 

                                            дополнительное

                                                  топливо

              

                 1                                3             2                             1

 

 

 

 

 

                                                         Q

 

1 – теплообменник; 2 – реакционная камера; 3 - горелка

 

Рисунок 1 - Схема рабочего процесса в термическом нейтрализаторе.

 

При дальнейшем увеличении поверхности теплообмена до F2 > F1 окисление примесей завершается за более короткое время. При этом появляется избыток объема реакционной камеры.

Таким образом, теплообменник в схеме термического нейтрализатора повышает температурный уровень, позволяя при незначительном расходе дополнительного топлива достигать высоких температур в реакционной зоне, а, следовательно, повышать эффективность очистки вредных выбросов.