Улучшение экологических показателей автотракторных дизелей путем добавки присадок

Болоев П. А., Гергенова Т. П., Захарова А. Б . Улучшение экологических показателей автотракторных дизелей путем добавки присадок // Вестник Бурятского государственного университета. Химия. Физика. 2023. Вып. 1–2. С. 32–35.

Актуальность темы. Дальнейшее совершенствование рабочего процесса автотракторных дизелей с целью снижения токсичных выбросов с отработавшими газами актуальна, в связи с переходом мировой промышленности на водородную, малоуглеродную (зелёную) технологию. Использование добавок различных видов альтернативных моторных топлив существенно снижает практически все токсичные и вредные выбросы.

Образование вредных и токсичных веществ в отработанных газах автотракторных дизелей в процессе сгорания является периодическое смешивание различных веществ с разнообразными химическими и физическими свойствами, состоящая из продуктов полного и неполного сгорания топлива, избыточного воздуха и т.д. Всего в отработанных газах (ОГ) дизельных двигателей содержится около 250 компонентов, токсичными являются пять из них: NOx , CO, CHx, альдегидов RCHO и диоксида серы SO, составляет 0,2-2% от объема концентрации выбросов. При этом примерно 80–95% от общей массы составляют токсичные компоненты.

Характерной особенностью дизельных двигателей является горение впрыснутого топлива и воздуха. Сперва, начинается горение топливовоздушной смеси в период задержки воспламенения, а потом сгорает остальное количество топлива в диффузионном фронте пламени.

Химически инертный в нормальных условиях азот воздуха в камере сгорания дизеля реагирует с кислородом воздуха с образованием оксида NO x при повышенных давлениях и температуры (выше 2000К). окисляется азот за фронтом пламени в зоне образования продуктов сгорания по цепному механизму Я. Б. Зельдовича.

Оксиды азота представляют серьезную опасность для здоровья человека, животных и растительности.

В камере сгорания дизеля углеводороды, кислород, пары воды распадаются с образованием углеводородных радикалов типа CH 3 , углерода и водорода, групп OH и CHO, в результате реакции которых образуется CO. Основная причина образования CO — это неравномерное распределение топлива в зоне горения с низким коэффициентом избытка воздуха. Другим источником образования CO является высокотемпературные зоны, в которых химическое равновесие смещено в сторону диссоциации CO 2 с образованием CO и O 2 . CO — бесцветный газ, без запаха и обладающий токсическим действием на организм человека.

Легкие углеводороды CH x (метан, этан, пропан, этилен, ацетилен и др.) образуется при термическом распаде топлива в эксплуатационных режимах работы дизеля, на холодных пристеночных слоях камеры сгорания. Наибольшее токсичностью отличаются этилен C 2 H 4 , пропилен C 3 H 6 , бутилен C 4 H 8 , менее токсичны метан CH 4 , этан C 2 H 4 , пропан C 3 H 8 , бутан C 4 H 10 .

Одним из наиболее значимых токсичных компонентов дизелей является сажа. При сильном нагревании 1800К в зонах камеры сгорания с недостатком кислорода наблюдается разложение углеводородов топлива с образованием сажи. Основные токсические свойства сажи обусловлены не углеводородом, а присутствием на ней канцерогенных полициклических ароматических углеводородов (бенз(а)пирена C 20 H 12 ).

Снижение токсичных выбросов с ОГ связаны с организацией процессов смесеобразования и сгорания, к использования альтернативных топлив, рециркуляции я ОГ, каталитическая очистка и т.д.

Исследованию воздействия водотопливных эмульсий (ВТЭ) посвящены работы ряда российских и зарубежных ученых [1]. Водотопливная эмульсия представляет собой организованную структурированную систему из двух взаимно нерастворимых и несмешивающихся жидкостей (вода и дизельное топливо), равномерно распределенных по всему объему смеси. Важным качеством ВТЭ — стабильность, обеспечивающая надежность работы дизеля.

Капли воды дробятся на микронные размеры и капли суммированные в смолистые оболочки из веществ топлива. При этом молекулярные взаимодействия удерживаемой системы в состоянии динамического равновесия в течение длительного времени [1].

Более поздние воспламенение топлива, заметное сокращение продолжительности его горения, а также затраты теплоты на испарение воды заметно уменьшают среднюю температуру сгорания за цикл при переходе на ВТЭ заметно снижают выбросы NO x , CO, CH x и сажи.

Выводы

• 1.    Использование ВТЭ существенно снижает выбросы NO x , CO, CH x (C x H y ), C (дымность) выхлопных газов.

• 2.    Не требует существенных переделок системы питания дизелей, кроме регулировок.

• 3.    Мощностные показатели не снижаются, а экономические показатели вместе с экологические повышаются.