Уменьшение выбросов оксидов азота с отработавшими газами судовых дизелей посредством применения эмульсии дизельного топлива с водой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.05, кандидат наук Андрющенко, Сергей Петрович

• Андрющенко, Сергей Петрович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Андрющенко, Сергей Петрович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 ОБЗОР И АНАЛИЗ РАБОТ В ОБЛАСТИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЬНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Актуальность проблемы уменьшения загрязнения атмосферного воздуха отработавшими газами судовых дизелей

1. 2 Анализ основных направлений комплексного улучшения экологических и экономических показателей существующего парка судовых дизелей

1.3 Влияние свойств водотопливной эмульсии на экологические и экономические показатели судовых дизелей

1.4 Выводы по обзору. Постановка задач дальнейшего исследования

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗВИТИЯ ЗАРОДЫША ПАРОГАЗОВОГО ПУЗЫРЬКА В КАПЛЕ ВОДОТОПЛИВНОЙ ЭМУЛЬСИИ

2.1 Обзор и анализ работ в области изучения отличительных особенностей процесса микросмесеобразования ВТЭ в дизеле. Выбор основы для разработки теоретической модели

2.2 Физико-математическая модель парогазового пузырька находящегося в капле ВТЭ, помещенной в нагретую газовую среду

2.3 Численное исследование процесса роста парогазового пузырька

в капле ВТЭ

2.4 Результаты исследования. Выводы

3 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА МИКРОСМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ БЕЗВОДНОГО ТОПЛИВА И ВТЭ. ПОЛУЧЕНИЕ

МИКРОГЕТЕРОГЕННОЙ ЭМУЛЬСИИ

3.1 Анализ основных характеристик ВТЭ и их влияния на рабочий процесс дизеля

3.2 Экспериментальное исследование процесса испарения капель

ВТЭ в нагретой воздушной среде

3.3 Опытная установка для получения микрогетерогенной эмульсии дизельного топлива с водой

3.4 Основные результаты исследования. Выводы 75 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ

ДИСПЕРСНОСТИ ВТЭ НА ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИЗЕЛЯ

4.1 Экспериментальная установка, методика проведения испытаний, анализ погрешностей измерений

4.2 Исследование рабочего процесса дизеля при работе на

безводном топливе, грубой и микрогетерогенной водотопливной эмульсии

4.3 Численное исследование рабочего процесса дизеля при помощи характеристик тепловыделения

4.4 Основные результаты. Выводы 105 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 108 Список литературы 110 Приложение 1 124 Приложение 2

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Уменьшение выбросов оксидов азота с отработавшими газами судовых дизелей посредством применения эмульсии дизельного топлива с водой»

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в мировом двигателестроении поставлена задача радикального снижения выбросов вредных веществ в атмосферный воздух. Со временем они должны быть сведены к одинаковым или схожим показателям, которые можно обозначить как «практически нулевые выбросы» [56].

Вступившее в силу 01 января 2011г. Приложение VI к материалам Международной Конвенции МАРПОЛ 73/78 наметило план поэтапного снижения выбросов оксидов азота судовыми энергетическими установками. В соответствии с этим планом, на Североамериканском побережье США и Канады, а также на Балтийском море, предусмотрено сокращение выбросов оксидов азота на уровне IMO Tier 3 на 80 % до (2,0 - 3,5) г/(кВт-ч).

Приняв Федеральный Закон № 2222 «Об охране атмосферного воздуха», Российская Федерация обязалась осуществлять международное сотрудничество и выполнять действующие Международные нормы по ограничению загрязнения окружающей среды. Из этого следует, что все судовые дизели, выпускаемые и эксплуатирующиеся на территории Российской Федерации должны соответствовать требованиям Технического Кодекса Приложения VI материалов Международной Конвенции МАРПОЛ 73/78.

Среди нормируемых химических компонентов содержащихся в отработавших газах дизеля наиболее опасными для природы и человека являются оксиды азота.

Уменьшение содержания оксидов азота в отработавших газах является весьма сложной задачей, т.к. это связано с ограничениями максимальной температуры цикла, термического КПД и, следовательно, с ограничениями по топливной экономичности.

Если для вновь проектируемых дизелей генеральным направлением улучшения экологических показателей является разработка адаптивных двигателей и повышение давления впрыскивания топлива, то для дизелей

находящихся в эксплуатации альтернативным решением представляется применение водотопливных эмульсий (ВТЭ). Эмульсии топлива с водой применяются корпорациями MAN Diesel & Turbo SE (Германия-Дания) и Mitsubishi (Япония).

Целесообразность использования ВТЭ для снижения выбросов оксидов азота и необходимость проведения дополнительных исследований в этой области отмечалась в докладах на Международном Конгрессе CIMAC-2013 [58].

Поэтому научно-исследовательские работы, по применению водотопливных эмульсий для улучшения экологических показателей судовых дизелей являются актуальными.

Цели и задачи. Уменьшение выбросов оксидов азота содержащихся в отработавших газах судового дизеля посредством применения микрогетерогенной эмульсии дизельного топлива с водой.

Объектом исследования являются процессы в дизеле, использующем водотопливную эмульсию с целью улучшения экологических характеристик.

Методика исследования. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования. Расчеты динамики роста зародыша парогазового пузырька в капле ВТЭ выполнялись посредством численного моделирования на компьютере. Экспериментальные исследования процесса испарения капли эмульсии в нагретой воздушной среде проводились на опытной установке. Сравнительные испытания влияния дисперсности ВТЭ на рабочие характеристики выполнялись на дизеле Ч 10,5/12. Концентрация нормируемых газообразных загрязняющих веществ в отработавших газах измерялась газоанализатором, а дымность при помощи дымомера. Давление газа в камере сгорания дизеля по углу поворота коленчатого вала определялось стробоскопическим индикатором давления «ДЕКАРТ». Данные, полученные в ходе экспериментальных исследований, обрабатывались на компьютере.

Достоверность и обоснованность полученных результатов

обеспечивалась:

использованием современных поверенных измерительно-регистрирующих приборов и автоматизированных средств измерения;

- результатами сравнительных стендовых испытаний отсека на безводном топливе и водотопливной эмульсии;

использованием современных программных комплексов для выполнения численных исследований;

удовлетворительным совпадением результатов теоретических исследований с данными, полученными экспериментальным путем.

Научная новизна:

- разработана математическая модель процесса роста зародыша парогазового пузырька в капле ВТЭ;

- выполнено численное исследование этого процесса при различных условиях;

- выполнено экспериментальное исследование процесса испарения капель безводного топлива и эмульсии дизельного топлива с водой в нагретой воздушной среде;

- проведены сравнительные испытания дизеля по нагрузочной и винтовой характеристике на безводном дизельном топливе, грубой и микрогетерогенной водотопливной эмульсии;

выполнено численное исследование и анализ характеристик тепловыделения при работе на безводном и эмульгированном дизельном топливах различной дисперсности.

Теоретическая и практическая значимость. С использованием результатов теоретических и экспериментальных исследований процессов сопровождающих явление «микровзрыва», спроектирована и изготовлена опытная установка для приготовления микрогетерогенной водотопливной эмульсии.

Сравнительные испытания дизеля на безводном топливе, грубой и микрогетерогенной эмульсии дизельного топлива с водой показали эффективность использования полученной микрогетерогенной ВТЭ в судовых дизелях без внесения изменений конструкцию двигателей.

Реализация результатов исследования. Научные выводы и практические рекомендации переданы для внедрения в ФБУ «Администрация Обского ВВП» на флоте и в ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта» в учебном процессе.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлялись и обсуждались на пятой международной научно-практической конференции «АГРОИНФО-2012» (г. Новосибирск, 2012 г.) и научно-технических конференциях и семинарах проводимых в Новосибирской государственной академии водного транспорта.

Личный вклад автора заключается:

- в постановке задач и разработке методик проведения теоретических и экспериментальных исследований, обработке и анализе полученных результатов

- в разработке теоретической модели и выполнении численных исследований динамики роста парогазового пузырька в капле ВТЭ помещенной в нагретую воздушную среду;

- в изготовлении и испытании опытной установки для получения микрогетерогенной водотопливной эмульсии;

- в проведении сравнительных стендовых испытаний дизеля на безводном топливе, грубой и микрогетерогенной ВТЭ;

- в выполнении численного исследования и анализе характеристик тепловыделения дизеля при работе на различных топливах.

Публикации. По теме диссертации опубликовано десять печатных работ, в том числе шесть в периодических изданиях рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и двух приложений. Работа представлена на 129 страницах машинописного текста, включает 14 таблиц, 38 рисунков и список литературы 128 наименований.

Содержание диссертации является составной частью госбюджетной научно-исследовательской работы по теме: «Совершенствование процессов смесеобразования и сгорания в судовых дизелях» (№ государственной регистрации 01.2.00.109.551).

На защиту выносятся:

1 Результаты численного исследования процесса роста зародыша парогазового пузырька, находящегося в капле водотопливной эмульсии.

2 Результаты экспериментального исследования процесса испарения капли водотопливной эмульсии.

3 Результаты сравнительных экспериментальных исследований рабочих характерсик дизеля при работе на безводном дизельном топливе, грубой и микрогетерогенной водотопливной эмульсии.

4 Результаты численного исследования характеристик тепловыделений дизеля на безводном и эмульгированном дизельном топливах различной дисперсности.

1 ОБЗОР И АНАЛИЗ РАБОТ В ОБЛАСТИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЬНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Актуальность проблемы уменьшения загрязнения атмосферного воздуха

отработавшими газами судовых дизелей

В соответствии со статьей 33 Федерального Закона № 2222 «Об охране атмосферного воздуха» Россия обязуется осуществлять международное сотрудничество в этой области. «Если международным договором Российской Федерации установлены иные правила, чем те, которые предусмотрены настоящим Федеральным Законом, то должны применяться Правила международного договора» [78].

Следовательно, все судовые дизельные энергетические установки, эксплуатирующиеся на территории России должны соответствовать международным нормам в отношении загрязнения атмосферного воздуха.

Работающий дизель является интенсивным источником химического загрязнения атмосферного воздуха токсичными веществами, содержащимися в отработавших газах.

В отработавших газах двигателей внутреннего сгорания обнаружено более 1200 различных химических соединений. Но нормирование вредных выбросов пока производится по четырем компонентам. Это оксиды азота (NOx), монооксид углерода (СО), суммарные углеводороды (СХНУ) и частицы.

Разработка норм вредных выбросов ведется с учетом степени их отрицательного воздействия на организм человека и окружающую среду.

Наиболее токсичными и вредными из перечисленных нормируемых химических компонентов являются оксиды азота. В соединении с парами воды они образуют азотную и азотистую кислоты. Кроме этого, при высоких

температурах и уровне солнечного освещения в присутствии оксидов азота получается озон. Кислота и озон разрушают дыхательную систему человека, и являются причиной заболевания астмой и нарушения нервной системы. Озон, содержащийся в атмосферном воздухе, наносит повреждения деревьям, траве, зерновым и овощным культурам.

Азотистые химические соединения способны накапливаться в почве и воде. Они способствуют росту вредных водорослей, оказывают отрицательное влияние на животных и рыб.

Подавляющим большинством докладчиков Конгресса CIMAC, который проходил в 2010 в Бергене (Норвегия), отмечалось, что безусловным приоритетом современного двигателестроения являются проблемы связанные с негативным влиянием дизелей на окружающую среду. Если ранее основными направлениями в области совершенствования поршневого двигателестроения были работы направленные на уменьшение удельного расхода топлива и повышение удельной мощности, то в настоящее время главной задачей при разработке новых и перспективных типов дизелей является уменьшение выбросов загрязняющих веществ с отработавшими газами [59].

За рубежом, для судов морского и смешанного (река-море) плавания удельные средневзвешенные выбросы загрязняющих веществ в отработавших газах дизелей нормируются «Техническим Кодексом по выбросам окислов азота от судовых двигателей». Кодекс является составной частью «Международной Конвенции по предотвращению загрязнения с судов» (МАРПОЛ 73/78). Этот директивный документ был принят на конференции членов Международной Морской Организации (IMO) состоявшейся 26 сентября 1997 года и вступил в силу 1 января 2000 г. [55].

Требования Положения Технического Кодекса, касающиеся условий проведения испытаний, методов измерений и методик обработки результатов испытаний полностью соответствует Международному стандарту ISO 8178 «ДВС. Измерение эмиссии вредных веществ».

Российская Федерация официально присоединилась к Международной Конвенции МАРПОЛ 73/78 в 2011 году.

В Соединенных Штатах Америки охрану атмосферного воздуха осуществляет Агентство по Защите Окружающей Среды (USEPA) [127]. Там действует стандарт добровольной сертификации «Голубое Небо» (Blue Sky Series) [57].

В странах Европейского Экономического Содружества для судовых дизелей речного флота контроль в области загрязнения атмосферного воздуха осуществляет Рейнская Комиссия (RCINC). Она работает под руководством Европейского Агентства Окружающей Среды (ЕЕА) [37].

Нормы загрязнения, установленные Агентством ЕЕА также соответствуют Международному стандарту ISO 8178 «ДВС. Измерение эмиссии вредных веществ».

С 2009 года вступил в силу Европейский стандарт «Предельного Уровня Выбросов для Европейских Водных Путей» (Stage IIIA). Этот документ соответствует стандарту Американского Агентства по Охране Окружающей среды «Tier 2».

В Российской Федерации основным действующим нормативным документом ограничивающим выбросы вредных веществ с отработавшими газами судовых дизелей являются Государственные Стандарты ГОСТ Р 51249-99 и ГОСТ Р 51250-99 [13,14].

В феврале 2009 года Требования Государственных Стандартов было официально закреплено в дополнениях к Правилам Российского Речного Регистра (РРР). В Разделе 6 Правил РРР впервые были изложены требования по предотвращению загрязнения атмосферы судовыми дизелями (главными и вспомогательными) [79]. В этом документе изложены нормативные значения выбросов вредных (загрязняющих) веществ и дымности отработавших газов, методы измерений, обследования и порядок освидетельствования судовых двигателей.

Изложенные в Правилах Российского Речного Регистра требования также полностью соответствуют требованиям Технического Кодекса Приложения VI Материалов Международной Конвенции МАРПОЛ 73/78.

Допустимые значения вредных выбросов для новых главных и вспомогательных судовых дизелей выпущенных с 1 января 2000 г. и после этой даты приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Предельные значения удельных средневзвешенных выбросов загрязняющих веществ [79].

Нормируемый параметр Наибольшее допустимое значение

Удельный средневзвешенный выброс оксидов азота (Ж)х) в приведении к N02, г/(кВт-ч) 17,0 при п< 130 45 п0'2 при 130< п <2000 9,8 при п > 2000

Удельный средневзвешенный выброс оксида углерода (СО), г/(кВт-ч) 3,0

Удельный средневзвешенный выброс суммарных углеводородов (СН) в пересчете на условный состав СД^? г/(кВт-ч) 1,0

Примечание: п - частота вращения вала двигателя, мин"1.

На рисунке 1.1 графически изображена зависимость предельных значений удельных средневзвешенных выбросов оксидов азота для дизелей морского и речного флота.

N g

С 2'

s

п

я

20 18 16 14 12 10 8 6 4 2

л

>

•

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200

номинальная частота вращения (п), мин"

Рисунок 1.1 - Предельные значения удельных средневзвешенных выбросов оксидов азота в зависимости от частоты вращения коленчатого вала для судовых дизелей, выпущенных с 1 января 2000 г. и после этой даты.

Для двигателей прошедших капитальный ремонт допустимые значения нормируемых параметров установленные для новых дизелей должны быть умножены на соответствующие корректирующие коэффициенты, которые приведены в разделе 6 Правил РРР.

В США нормирование ведется не в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, как в МАРПОЛ 73/78, а в зависимости от мощности двигателя. Нормы NOx и СО объединены в одну величину, которая значительно меньше, чем нормы установленные МАРПОЛ 73/78.

Прошедшая в Лондоне с 6 по 10 октября 2008 г. 58 сессия Комитета по Защите Морской Среды (МЕРС) Международной Морской Организации (IMO) приняла новую редакцию Правил Предотвращения Загрязнений с Судов, касающуюся Приложения VI МАРПОЛ 73/78. Согласно принятому плану к 01 января 2011 года было запланировано очередное ужесточение норм вредных выбросов, а 2016 г. в Зонах Контролируемых Выбросов предусматривается сокращение выбросов оксидов азота на 80 % (на уровне международных норм Tier 3). К области действия норм Tier 3 (Зоны Контролируемых Выбросов) относятся Североамериканское побережье Канады и США, а также Балтийское море.

Динамика процесса ужесточения норм вредных выбросов судовыми дизелеями в новой редакции Приложения VI Материалов Международной Конвенции МАРПОЛ 73/78 представлена в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Предельные значения удельных средневзвешенных выбросов оксидов азота на ближайшую перспективу [56].

Период постройки судна Частота вращение вала двигателя, об/мин

п<130 130<п <2000 п>2000

01.01.2000-01.01.2011 (Tier 1) 17,0 45*п"°'2 9,8

01.01.2011 - 01.01.2016 (Tier 2) 14,4 44-п0'23 7,7

01.01.2016-.... (Tier 3)* 3,4 9-п"0'2 2,0

* - только при нахождении судна в Зонах Контролируемых Выбросов. При нахождении судна вне Зон Контролируемых Выбросов действуют требования Tier 2.

На рисунке 1.2 представлено графики зависимостей приведенных в таблице 1.2.

т? *

I

I

•а

i

I

Тест цикла E2 б соотбетсдии с MARPOL приложение V/

16 %

12 10 8 6 4

.___пеп, /иии

42011

Tien

_Т/е1 -Щ 20 Ъ

О 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Частота бращения коленчатого дала об/мин

Рисунок 1.2 - Зависимость предельных значений удельных средневзвешенных выбросов оксидов азота судовыми дизелями, регламентируемых Требованиями МАРПОЛ 73/78.

Согласно опубликованным прогнозам, со временем, предельные допустимые значения параметров загрязнения атмосферного воздуха должны быть сведены к одинаковым или схожим показателям, характеризуемым как «практически нулевые выбросы» [56].

На состоявшейся в мае с.г. 65 сессии Комитета по защите морской среды благодаря настойчивости делегации Российской Федерации большинством голосов было решение о переносе срока введения экологических норм с 2016 на 2021 год. Придание Балтийскому морю области ограничения выбросов в соответствии с нормами Tier 3 признано недостаточно обоснованным и преждевременным. До настоящего времени нет экспертно подтвержденной оценки предстоящих материальных затрат для судовладельцев. Противниками переноса сроков введения норм Tier 3 выступили США, Канада, Дания,

Финляндия, Швеция и Германия. Это подтверждает наличие групповых интересов этих стран, целью которых является победа в конкурентной борьбе в области судового дизелестроения под лозунгом охраны окружающей среды [66].

Рассмотрим технические характеристики дизелей речного флота, находящихся в эксплуатации.

К сожалению, за последние годы в связи экономическими трудностями, замена устаревших дизелей на современные, с улучшенными экологическими характеристиками практически не производились. Техническое состояние дизельного парка пока поддерживается периодическим проведением средних и капитальных ремонтов.

В таблице 1.3 приведены основные характеристики судовых дизелей производимых в России в 2002 году.

Таблица 1.3 - Технические характеристики судовых дизелей.

№ Типоразмер по ГОСТ 10150 Заводская марка Ре, кВт п, мин Выбросы иох, г/(кВт-ч) Норма выбросов ИОх, г/(кВт-ч)

2002 г. 2011г. 2016 г.

1 6ДКРН 60/195 ДБ-56 8380 114 15,6 17,0 14,8 3,5

2 6ДКРН 42/136 ДБ-34 3840 145 12,2 16,6 14,0 3,3

3 6ЧН 40/46 РС2-6 3300 520 12,3 12,9 10,4 2,6

4 8ЧН 22/24 6В22 1000 1600 12,2 10,3 8,1 2,1

5 16Д11Н 23/2x30 85Д 3300 620 16,1 12,4 10,0 2,5

6 16 ДЛИ 23/2x30 64Г 3680 800 14.9 11,8 9,5 2,4

7 18 ДЛИ 23/2X30 86Б 5880 900 17,1 11,5 9,2 2,3

8 6ЧН 32/35 6В32 2460 750 13,2 12,0 9,6 2,4

9 12ЧН 26/26 9-26ДГ 2100 750 13,0 12,0 9,6 2,4

10 6ЧН 30/38 2300 750 14,8 12,0 9,6 2,4

11 12ЧН 18/20 М420 736 1550 9,3 10,3 8,1 2,1

12 42ЧПН 16/17 М503Б 2000 1800 11,8 10,0 7,8 2,0

13 56ЧПН 16/17 М504 3680 2000 11,9 9,8 7,7 2,0

14 6ЧНСП 18/22 ДРА-300 232 750 9,9 12,0 9,6 2,4

15 6ЧНСП 18/22 ДРА-600 463 1000 5,9 11,3 9,0 2,3

16 6ЧРН 36/45 Г-74 1150 500 11,5 13,0 10,5 2,6

17 6ЧН 15/18 ЗД6С2 117 1500 13,1 10,4 8,2 2,1

18 12ЧН 15/18 ЗКД12НС2 386 1500 8,5 10,4 8,2 2,1

Из приведенных сведений видно, что у всех судовых дизелей, которые изготовлены до 2002 года, выбросы оксидов азота превышают нормы установленные требованиями Технического Кодекса МАРПОЛ 73/78 которые введены в 2011 году.

В связи с этим, целью дальнейшего исследования является анализ и исследование способов уменьшения выбросов оксидов с отработавшими газами отечественных судовых дизелей находящихся в эксплуатации и приведение их к принятым Международным нормам Tier 2.

1.2 Анализ основных направлений комплексного улучшения экологических и экономических показателей существующего парка судовых дизелей

Значительный вклад в изучении процессов образования оксидов азота в дизелях и разработки способов их сокращения сделан С.А. Батуриным, Я.Б. Зельдовичем, В. А. Звоновым, В.Г. Кнорре, A.C. Лоскутовым, А. Л. Новоселовым, П.Я. Садовниковым, В.И. Смайлисом, В.Н. Стаценко, Д.А. Франк-Каменецким, В.И.Толшиным, E.K. Bestress, K.M. Chang, W.F. Marshall, R.P. Wilson, J.B. Heywood, I.C. Kiek, Т. Marayama, К. Yamane и многими другими учеными.

Оксиды азота, содержащиеся в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания, представляют собой смесь нескольких компонентов. Это окись азота (N0), двуокись азота (NO2), закись азота (N2O) и другие. Из них нормированию подлежат только два. Это окись азота (N0), количество которого составляет около 90% и двуокись азота (NO2) в количестве около 10%.

Общепризнанной теорией образования оксидов азота в условиях камеры сгорания дизеля является термическая теория, разработанная Я.Б. Зельдовичем [23].

Определяющими факторами, оказывающими влияние на окисление азота воздуха в процессе горения распыленного топлива, являются следующие:

1 Образование оксидов азота происходит за фронтом пламени, в области продуктов сгорания.

2 Количество оксидов азота определяется максимальной температурой горения, концентрацией азота и кислорода в продуктах горения и не зависит от химического состава топлива, участвующего в реакции.

3 Окисление азота происходит по цепному механизму, в котором определяющей химической реакцией является реакция образования монооксида азота:

N2+O NO+N-316 кДж/моль N+02->N0+0+136 кДж/моль

(1.1) (1.2)

4 Выход оксидов азота зависит от скорости охлаждения продуктов сгорания. В камерах сгорания происходит процесс «замораживания» оксида азота на уровне максимальной концентрации. При быстром снижении температуры рабочего тела в процессе расширения, концентрация N0 практически не уменьшается.

5 В бедных топливновоздушных смесях концентрация монооксида азота определяется максимальной температурой цикла. Концентрация N0 в камере сгорания быстро возрастает, при горении преимущественно по кинетическому механизму.

В богатых смесях образование N0 перестает зависеть от максимальной температуры и определяется кинетикой «замораживания» образовавшейся окиси азота.

6 Неравномерность распределения температур в зоне продуктов сгорания заметно влияет на выход N0 при горении бедных смесей и слабо при горении богатых смесей.

Затем, в выпускной системе двигателя и в атмосфере происходит окисление N0 до N02 по реакции

2Ж)+02->2Ж)2 (1.3)

На процесс образования оксидов азота в цилиндре двигателя также влияет конструкция камеры сгорания и топливной аппаратуры, техническое состояние двигателя, фракционный и химический состав топлива.

В процессе сгорания в один и тот же момент времени локальные температуры газа по объему камеры сгорания могут отличаться весьма значительно и, следовательно, будут отличаться локальные концентрации оксидов азота. Самая низкая концентрация N0 наблюдается в тонком пограничном слое газа у поверхности втулки цилиндра.

Исследователями, при проведении скоростной киносъемки процесса горения распыленного топлива в камере сгорания дизеля были обнаружены устойчивые по времени и в пространстве локальные зоны горения. Отмечено, что процесс окисления азота в основном происходит в локальных высокотемпературных очагах горения «богатой» смеси.

Общепризнанными мировыми лидерами в области разработки современных технологий сокращения вредных выбросов судовыми дизелями являются ведущие германские компании MAN Diesel & Turbo, MTU Friedrichafen, и американская компания Caterpillar Motoren GMBh.

Рассмотрим основные способы сокращения содержания загрязняющих веществ, которые разработаны и в настоящее время нашли практическое применение в современных транспортных дизелях.

Это способы можно условно разделить на два основных направления:

- внутренние - реализуемые в цилиндре дизеля, которые базируются на управлении и совершенствовании рабочего процесса;

- внешние - основанные на очистке отработавших газов при помощи различных фильтров, катализаторов, устройств предназначенных для дополнительного окисления не полностью сгоревшего топлива и масла, а также применения способа восстановлении оксидов азота при помощи водного раствора мочевины (SCR- процесс).

Ведутся интенсивные исследования, направленные на разработку и использование альтернативных, экологически чистых топлив. К таким топливам относятся: газовый конденсат, различные растительные масла, спирты, диметиловый эфир, сжатый и сжиженный природный газ, водород и другие виды топлив.

Необходимо отметить, что на газовые двигатели требования Международной Конвенции МАРПОЛ 73/78 не распространяются, т.к. по принятой классификации такие двигатели не относятся к двигателям с воспламенением от сжатия. Поэтому газовые двигатели, по согласованию с

Регистром, могут устанавливаться и эксплуатироваться на судах без доработки конструкции и без ограничений. В перспективе, кроме сжатого и сжиженного газа, другие виды альтернативных топлив смогут найти широкое практическое применение только в случае острого дефицита и высокой стоимости традиционных нефтяных топлив.

Пока, единственной технологией готовой к внедрению является технология селективного каталитического восстановления оксидов азота аммиаком (SCR- процесс).

Аммиак получается в результате термического разложения водного раствора мочевины. Этот способ очистки отработавших газов был разработан и доведен до промышленного применения более 40 лет назад. Производство такого оборудования и его комплектующих локализовано в Германии, Финляндии, Швеции и Дании. Производители гарантируют эффективность очистки газов от оксидов азота до 90 %. Значительные габариты и масса реактора (которые сопоставимы с размерами дизеля) и несовершенство очистки газов на долевых нагрузках являются сдерживающим фактором для широкого практического использования этой технологии. Особенно чувствителен реактор к содержанию серы в топливе более (0,3-0,5) %. Безопасным для осуществления SCR- процесса является концентрация серы не более 0,1 %. К быстрой и невосполнимой потере используемого в реакторе катализатора, приводят частицы и аэрозоли смазочного масла.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Андрющенко, Сергей Петрович, 2014 год

Список литературы

1 Акуличев, В.А. Кавитация в криогенных и кипящих жидкостях [Текст] / В.А. Акуличев// - М.: Наука. 1978. - 280 с.

2 Акуличев, В.А. Пульсации кавитационных полостей [Текст] / В.А. Акуличев // Мощные ультразвуковые поля. Под ред. Л.Д. Розенберга. - М.: 1968.-С. 129-167.

3 Антонов, В.Е. Повышение эксплуатационной экономичности судовых дизелей посредством их перевода на водотопливную эмульсию дизельного топлива: дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук / Антонов Виталий Евгеньевич. - Новосибирск, 1996. - 129 с.

4 Антонов, В.Е. Физико-математическая модель тепломассообмена капли водотопливной эмульсии с газовой средой [Текст] / В.Е. Антонов, В.В. Данщиков // Повышение эффективности судовых энергетических установок: Сб. науч. тр. - Новосибирск: 1983.-С. 115-121.

5 Аттия А.М.А. Особенности подготовки водотопливных эмульсий на основе легких топлив [Текст] / А.М.А. Аттия // Фундамент, исслед. 2011. -№8-С. 706-709.

6 Бабкин, B.C. Влияние паров воды на нормальную скорость пламени метановоздушной смеси при высоких давлениях [Текст] /B.C. Бабкин, A.B. Вьюн // Физика горения и взрыва. - Новосибирск. 1971. -№3. - С. 392395.

7 Бузуков, A.A. Развитие струи водотопливной эмульсии в нагретой среде [Текст] / A.A. Бузуков // Теплофизика и аэромеханика. Т. 2. 1995. -№ 1. -С. 79-88.

8 Вагнер, В.А. Улучшение показателей дизеля путем добавки в топливо диметилового эфира [Текст] / В.А. Вагнер, A.M. Гвоздев // Ползуновский вестник. - Барнаул: Изд-во Алт. ГТУ - №4. 2006. - С. 32-39.

9 Воржев, Ю.И. Об использовании водотопливных эмульсий в судовых дизельных установках [Текст] / Ю.И. Воржев, К.К. Гимбутис // Судостроение. - №7. 1985. - С. 18—22.

10 Гвоздев, A.M. Улучшение экологических показателей дизеля путем добавки в топливо диметилового эфира [Текст] / A.M. Гвоздев, В.А. Вагнер // Ползуновский вестник. Барнаул. 2006. - №4. - С. 33-38.

11 Гладков, O.A. Создание малотоксичных дизелей речных судов [Текст] / O.A. Гладков, Е.Ю. Лерман//- Л.: Судостроение. 1990. - 112 с.

12 Голиков, В.П. Улучшение экологических и экономических показателей транспортного дизеля путем применения рециркуляции отработавших газов. Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей [Текст] / В.П. Голиков, В.Р. Гальковский // Матер. 9-ой междунар. науч.-практич. конф. Владимир. 27-29 мая. 2003. - Владимир. 2003. - С. 320-323.

13 ГОСТ Р 51249-99 Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Нормы и методы измерения [Текст]. - Введ. 01.01.99. - М.: Изд-во стандартов, 1999. - 20 с.

14 ГОСТ Р 51250-99 Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Дымность отработавших газов. Нормы и методы определения [Текст]. - Введ. 01.01.99. -М.: Изд-тво стандартов, 1999. - 19 с.

15 ГОСТ Р 52517-2005 Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Характеристики. Часть 1. Стандартные исходные условия, объявление мощности, расход топлива и смазочного масла. Методы испытаний [Текст]. -Введ. 01.01.2007. - М.: Изд-тво стандартов, 2006. - 32 с.

16 ГОСТ Р 54283-2010 Топлива моторные. Единое обозначение автомобильных бензинов и дизельных топлив, находящихся в обращении на территории Российской Федерации [Текст]. - Введ. 07.01.2011. - М.: Изд-тво стандартов, 2011. - 4 с.

17 Грехов, JI.B. Аккумуляторные топливные системы двигателей внутреннего сгорания Common Rail [Текст]: учеб. пособие / JI.B. Грехов // — М.: МГТУ. 2000. - 64 с.

18 Грехов, JI.B. Топливная аппаратура и системы управления дизелей [Текст] / JI.B. Грехов, H.A. Иващенко, В.А. Марков // - М.: Легион-Авто дата. 2005.-344 с.

19 Джалгасов, К. Магнитная обработка воды [Текст] / К. Джалгасов и др. // - Алма - Ата: ЦИНТИ КазССР. 1961. - 83с.

20 Дмитриенко, В.И. Малогабаритная передвижная установка для паровой конверсии бензина [Текст] / В.И. Дмитриенко, Н.Т. Мищенко, В.В. Веселов // Каталитическая конверсия углеводородов. - Киев: Наукова думка. 1979. Вып. 4.-С. 73-77.

21 Дубовкин, Н.Ф. Справочник по углеводородным топливам и их продуктам сгорания [Текст] / Н.Ф. Дубровкин // - JL: Госэнергоиздат, 1962. -288 с.

22 Егоров, В.Г. Результаты теплотехнических испытаний дизеля Г70-5 на водо-топливной эмульсии. [Текст] / В.Г. Егоров, В.Д. Сисин, B.C. Шабалин, Б.О. Лебедев // Сб. «Совершенствование технической эксплуатации СЭУ и исследование процессов в судовых дизелях». Издание НИИВТ -Новосибирск. 1986. - С. 25-26.

23 Зельдович, Я.Б. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений [Текст] / Я.Б. Зельдович, Ю.П. Райзер// - М.: Наука, 1966. - 686 с.

24 Иванов, В.М. Топливные эмульсии [Текст] / В.М. Иванов// - М.: АН СССР. 1962.-С. 216.

25 Иващенко, H.A. Дизельные топливные системы с электронным управлением [Текст] / H.A. Иващенко, В.А.. Вагнер, Л.В. Грехов // Учебно-практическое пособие. Барнаул. Изд-во Алт. ГТУ им И.И. Ползунова, 2000. -111с.

26 Исаков, А.Я. Некоторые особенности микровзрыва капли водотопливной эмульсии [Текст] / А.Я. Исаков // Физика горения и взрыва. -Т.21, №1. 1986.-С.21-24.

27 Ищук, Ю.Г. Интенсификация процессов сгорания в судовых дизелях [Текст] / Ю.Г. Ищук // - JL: Судостроение, 1987. - С. 53.

28 Калашников, С.А. Пакет программ для расчета характеристики тепловыделения по экспериментальной индикаторной диаграмме [Электронный ресурс]. — 2012.

29 Калашников, С.А. Расчет характеристики тепловыделения по индикаторной диаграмме дизеля [Текст] / Калашников С.А. // Пособие к учебно-исследовательской работе С.А. Калашников. - Новосибирск: Изд-во Новосиб. гос. акад. вод. трансп. 2013.-31 с.

30 Клейтон, В.Н. Эмульсии. Их теория и техника применения [Текст] / В.Н. Клейтон // - М.: Изд-во иностр. лит-ры. 1950. - 675 с.

31 Клопотной, А.Е. Исследование тонкости распыливания топливно-водяных эмульсий [Текст] /А.Е. Клопотной, В.Ф. Котельников, О.Н. Лебедев // Труды НИИВТ. №46. Новосибирск. 1970. - С. 25-28.

32 Клопотной, А.Е. О применении топливно-водяных эмульсий в судовых дизелях. [Текст] / А.Е. Клопотной, О.Н. Лебедев // Производственно-технический сборник МРФ РСФСР. Вып. 105, 1972. - С. 48 - 52.

33 Кнэп Р. Кавитация [Текст] /Р. Кнэп, Дж. Дейли, Ф. Хэммит // - М: Изд-во «Мир», 1974. - С. 688.

34 Колесов, A.C. Эффективное направление модернизации отечественных быстроходных дизелей [Текст] / A.C. Колесов, Г.С. Юр //Дизельные энергетические установки речных судов: Сб. науч. тр. -Новосибирск: НГАВТ. 2003. 4.2. - С. 19-23.

35 Кондратьев, Е.А. Исследование пламени СО и 02. Влияние влаги на интенсивность видимого свечения пламени [Текст] / Е.А. Кондратьев, В.Н. Кондратьев // Физ. химия. Т. 11. №. 3 1938. - С. 26-38.

36 Конке, Г. А. Мировое судовое дизелестроение. Концепции конструирования, анализ международного опыта [Текст] / Г.А. Конке, В.А. Лашко // - М.: Машиностроение. 2005. - 502 с.

37 Кульчицкий, А.Р. Токсичность автомобильных и тракторных двигателей [Текст] / А.Р. Кульчицкий // Учеб. пособ. Выс. Гос. ун-т. -Владимир. 2000. - 256 с.

38 Кустов, В.Ф. Получение технологических газов из водотопливных эмульсий [Текст] / В.Ф. Кустов, А.Д. Кокурин, Н.И. Фисенко // Тр. Ленинградского политехи, ин-та. Вып. 1. - Л.: 1959. - С. 48-52.

39 Лебедев, Б.О. Эффективный метод снижения расхода масла на угар в судовых дизелях. [Текст] / Б.О. Лебедев // Сб. «Техническая эксплуатация и исследование судовых энергетический установок». Издание НИИВТ — Новосибирск. 1985. - С. 25-29.

40 Лебедев, О.Н. Водотопливные эмульсии в судовых дизелях [Текст] / О.Н. Лебедев, В.А. Сомов, В.Д. Сисин // - Л.: Судостроение. 1988. - 105 с.

41 Лебедев О.Н. Математическое описание процесса тепломассообмена капель водотопливной эмульсии / О.Н. Лебедев, О.И. Линевич, И.Г. Мироненко// Дизельные энергетические установки речных судов. Сб. научню тр. НГАВТ - 2000. - С. 11-21.

42 Лебедев, О.Н. Работа двигателей на эмульгированном моторном топливе [Текст] / О.Н. Лебедев // Речной транспорт. № 4. 1976. - С. 41^12.

43 Лебедев, О.Н. Совершенствование технической эксплуатации судовых дизельных энергетических установок [Текст]. Учебное пособие. /О.Н. Лебедев, A.A. Мартынов, С.А. Калашников, Л.А. Шеромов и др. // Под ред. С.А. Калашникова. - Новосибирск. Изд-во НГАВТ. 1992. - 356 с.

44 Лебедев О.Н. Физико-математическая модель процесса тепломассообмена капли ВТЭ [Текст] /О.Н.Лебедев, О.И. Линевич // Сибирский научн. вестн. Вып. 3. РАЕН. Новосибирск. 2000. - С. 67-71.

45 Лебедев О.Н. Численное исследование испарения неподвижной капли топлива, взвешенной в газовом потоке [Текст] /О.Н. Лебедев // Известия СО АН СССР. Серия техн. наук, № 13. Вып. 3. Новосибирск. 1976. - С. 92-100.

46 Лерман, Е.Ю. Высококонцентрированные эмульсии - эффективное средство улучшения экологических показателей легких быстроходных дизелей [Текст] / Е.Ю. Лерман, O.A. Гладков // Двигателестроение. № 10. 1986. - С. 3537.

47 Луканин, В.Н. Возможность снижения выбросов тепличного газа СО2 путем использования синтез-газа в качестве моторного топлива [Текст] / В.Н. Луканин, А.Д. Дербармдикер, В.А. Морозов // Решение экологических проблем в автотранспортном комплексе. - М.: МАДИ. 1999. - С. 53-56.

48 Лышевский, A.C. Распыливание топлива в судовых дизелях [Текст] / A.C. Лышевский // - Л.: Судостроение. 1971. - 248 с.

49 Любанский, Б.П. Методика расчета характеристик диспергатора роторно-пульсационного типа при получении водотопливных эмульсий для дизелей [Текст] / Б.П. Любанский, A.A. Школьный, К.А. Семенов // Двигателестроение. - 1985. - №5. — С. 16-17.

50 Мал ob, P.B. Применение спиртовых топлив в вихрекамерном дизеле [Текст] / Р.В. Малов, И.В. Ксенофонтов // Проблемы совершенствования рабочих процессов в ДВС. - М.: МАДИ. 1986. - С. 136-137.

51 Маргулис, М.А. Звукохимические реакции и сонолюминисценция [Текст] / М.А. Маргулис// - М.: Химия. 1986 - 288 с.

52 Матиевский, Д.Д. Осуществление присадки воды к топливу и её влияние на показатели цикла и индикаторный КПД дизеля [Текст] / Д.Д. Матиевский, А.Е. Свистула, А. Тактак // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2004. - №2. - С. 105-110.

53 Матиевский, Д.Д. Снижение токсичности дизеля организацией межцилиндрового перепуска отработавших газов, охлаждаемых водой, водным

раствором спиртов и аммиака [Текст] / Д.Д. Матиевский, М.А. Челяденков // Двигателестроение. 1986. - №7. - с. 3-6.

54 Матиевский, Д.Д. Участие сажи в рабочем цикле дизеля и индикаторный КПД [Текст] / Д.Д. Матиевский, В.И. Дудкин, С.А. Батурин //Двигателестроение. 1983. - № 3. - С. 54-56.

55 Международная Конвенция по предотвращению загрязнения с судов 1973 г., измененная протоколом 1978 г. к ней (МАРПОЛ 73/78) [Текст] / книга III. - СПб.: ЗАО ЦИИМФ, 2000. - 282 с.

56 Мельник, Г.В. Вопросы экологии на конгрессе CIMAC - 2007 [Текст] / Г.В. Мельник // Двигателестроение. - №4. 2007. - С. 45-49.

57 Мельник, Г.В. Нормирование выбросов двигателей внедорожного применения: точка зрения двигателестроителей [Текст] / Г.В. Мельник // Двигателестроение. - №2. 2008. - С. 50-56.

58 Мельник, Г.В. Развитие двигателестроения за рубежом. По материалам конгресса CIMAC-2013 [Текст] / Г.В. Мельник // Двигателестроение. - № 3 (253). 2013. - С. 39-53.

59 Мельник, Г.В. Тенденции развития двигателестроения за рубежом. По материалам конгресса CIMAC-2010 [Текст] / Г.В. Мельник // Двигателестрение. - № 2. 2012. - С.39-53.

60 Мироненко, И.Г. Влияние способа получения эмильсии типа «дизельное топливо - вода» на ее дисперсность и стабильность [Текст] / И.Г. Мироненко // Совершенствование технической эксплуатации СЭУ и иследование процессов в судовых дизелях. - Новосибирск: НИИВТ. 1986. - С. 48-51.

61 Мироненко, И.Г. Особенности эксплуатации судовых дизелей на водотопливной эмульсии [Текст] / И.Г. Мироненко // - Новосибирск: Наука. 2005.-С. 103.

62 Мироненко, И.Г. Совершенствование математическое модели микровзрыва капли водотопливной эмульсии [Текст] / И.Г. Мироненко // Научн. проб. Трансп. Сиб. и Дал. Вост. 2002. № 1. - С. 25-35.

63 Михеев, М.А. Основы теплопередачи [Текст] / М.А. Михеев // - М.: Государственное энергетическое издательство. 1956. - 392 с.

64 Мищенко, А.И. Применение водорода для автомобильных двигателей [Текст] / А.И.Мищенко // - Киев. Наукова Думка. 1984. - 141 с.

65 Насырев, Д.Я. Эффективность применения водотопливной эмульсии в тепловозных дизелях [Текст] / Д.Я. Насырев, Ю.Е. Просвиров, А.Д. Росляков, Е.А. Скачкова // Актуальные проблемы создания и эксплуатации комбинированных двигателей внутреннего сгорания: Материалы международной научно-технической конференции «Двигатели-2002». Хабаровск. Изд-во Хабаровского гос. техн. ун-та. 2002. - С. 238-240.

66 Новиков JI.A. Ограничение выбросов NOx на уровне IMO TIER-3 для судовых дизелей отложено до 2021 года [Текст] / JI.A. Новиков // Двигателестроение. № 2 (252). 2013. - С. 26-32.

67 Новиков, JI.A. Основные направления создания малотоксичных транспортных двигателей [Текст] / Л.А.Новиков // Двигателестроение. - Л.: -№ 2. 2002. - С. 23-27; - № 3. 2003. - С. 32-34.

68 Новиков, Л.А. Современные и перспективные технологии для организации малотоксичной работы двигателей [Текст] / Л.А. Новиков // Двигателестроение. - Л.: № 4. 2005. - С. 8-15.

69 Новоселов, C.B. Система топливоподачи дизель-водородного газожидкостного двигателя [Текст] / С.В.Новоселов // Совершенствование быстроходных дизелей: Межвуз сб. научн. тр. Барнаул. Алт. ГТУ. 1991. - С. 102-110.

70 Патрахальцев, H.H. Улучшение экологических показателей дизеля применением присадки к топливу продуктов его термохимической переработки [Текст] / H.H. Патрахальцев, В.М. Фомин, H.A. Иващенко, Ю.Л. Маслов //

Материалы Международной научно-технической конференции. «Двигатель 97». МГТУ. Москва. 1977. - С. 115-116.

71 Пахомов, Ю.А. Топливо и Топливные системы судовых дизелей / Ю.А. Пахомов, Ю.П. Коробков, Е.В. Дмитриевский, Г.Л. Васильев // Под ред. Пахомова Ю.А. - М.: Р. Консульт, 2004. - 496 с.

72 Перник, А.Д. Проблемы кавитации [Текст] / А.Д. Перник // - Л.: Судостроение, 1966. - 439 с.

73 Перспективы использования продуктов термохимической конверсии углеводородных топлив в транспортных ДВС [Текст] / С.А. Аникин, H.A. Иващенко, Ю.А. Маслов, В.М. Фомин, и др.// Материалы международной научно-технической конференции. «Двигатель 97». МГТУ. Москва. 1997.-С. 114-115.

74 Петий, И. Водотопливные эмульсии [Текст] / И. Петий, И. Дубровин, Е. Дубровин // - Морской сборник. - 1987. - №3. С. 67-70.

75 Промтов, М.А. Пульсационные аппараты роторного типа: теория и практика [Текст] / М.А. Промтов // - М.: Машиностроение. 2001. - С. 260.

76 Прочанов, В.В. Снижение техногенной нагрузки на окружающую среду добавлением антидымной присадки в топливо [Текст] /В.В. Прочанов, В.В. Кондратьев, Д.В. Светашев // Повышение экологической безопасности автотракторной техники. Сб. статей. Под ред. А.Л. Новоселова. Изд-во Алт. ГТУ им. И.И. Ползунова. Барнаул. 2003. - С. 48-50.

77 Пугачев, Ю.П. Эксплуатационные исследования судовых двигателей завода «Русский дизель» на обводненных топливах. [Текст] / Ю.П. Пугачев, A.A. Поляков // Вопросы эксплуатации флота - Рига. 1981. - С. 60-70.

78 Российская Федерация. Закон «Об охране атмосферного воздуха». [Текст] / № 96-ФЗ. Собрание законодательства РФ № 18. 3 мая 1999. -С. 4225^243.

79 Российский Речной Регистр. Правила (в 4-х томах) [Текст]: // — М.: «Типография Новости», 2008.

80 Саблина, З.А. Присадки к моторным топливам [Текст] / З.А. Саблина, A.A. Гуреев // - М.: Химия. 1977. - 258 с.

81 Свистула, А.Е. Повышение энерго-экологических показателей дизеля использованием присадки воды к топливу [Текст] / А.Е. Свистула, Д.Д. Матиевский, // Вестник Алтайского научного центра САН ВШ. 2005. - №8. - С. 147-152.

82 Семенов, H.H. Цепные реакции [Текст] / H.H. Семенов // - JI.: Госхимтехиздат. 1934. - 136 с.

83 Системы управления дизельными двигателями. Роберт Бош ГмбХ. Перевод с немецкого - М.: ЗАО «КЖИ»За рулем», 2004. - 480 с.

84 Сомов, В.А. Судовые многотопливные двигатели [Текст] / В.А. Сомов, Ю.Г. Ищук // - JL: Судостроение. 1984. - 240 с.

85 Титов, C.B. Исследование процесса испарения капли дизельного топлива в возмущенной воздушной среде / C.B. Титов, В.Д. Шмаков. Г.С. Юр // Повышение эффективности силовых установок: матер, докл. к междунар. науч.-техн. конф. Челябинск, 13-18 сент. 2008 г. - С. 68-73.

86 Толшин, В.И. Оценка характера изменения концентрации NOx при рециркуляции отработавших газов дизеля [Текст] В.И. Толшин // Двигателестроение. - №1. 2002. - С. 32-34.

87 Толшин, В.И. Регулирование циркуляции отработавших газов судового среднеоборотного дизеля [Текст] / В.И. Толшин, C.B. Кирпичеников // Двигателестроение. - JL: Машиностроение, 2002. - №3. - С. 15-16.

88 Толшин, В.И. Снижение выбросов оксидов азота газодизеля путем рециркуляции охлажденных отработавших газов [Текст] / В.И. Толшин, B.C. Епифанов, A.A. Фомин // Двигателестроение. - Л.: - 1998. - №2. - С. 15-16.

89 Толшин, В.И. Снижение токсичности выбросов среднеоборотного судового дизеля в переходных режимах [Текст] / В.И. Толшин, В.В. Якунчиков // Двигателестроение. - №4. - 1998 - С. 37-41.

90 Хеваге, Ч.А. Снижение выбросов сажи малоразмерного высокооборотного дизеля с непосредственным впрыском путем добавки рапсового масла в топливо: автореф. дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. -М.: 1977.-16 с.

91 Худов, Н.И. Анализ нагарообразований и износов деталей судовых дизелей при работе на водо-топливной эмульсии [Текст] / Н.И. Худов, Д.Н. Желудков, В.А. Чорба // Экспресс-информ. Мор. Флот. Серия «Техническая эксплуатация флота». - Вып. 19. - 1983. - С. 2-9.

92 Ценев, В.А. Особенности работы дизелей на водо-топливных эмульсиях [Текст] / В.А. Ценев // Химия и технология топлив и масел. - №12. 1983.-С. 12—14.

93 Шерман, Ф. Эмульсии [Текст] / Ф. Шерман // - М.: Химия, 1972. -

448 с.

94 Юр, Г.С. Волновые процессы в судовых дизельных энергетических установках [Текст] / Г.С. Юр // Изд-во НГАВТ. Новосибирск. 1999. - 109 с.

95 Adige, К.С., Shad, D.O. On the vaporization behavior of water in oil micro emulsions. Combustion and Flame, 1990, Vol. 80, №3 - 4, p. 412-417.

96 Armstrong, G., Katsoulakos, P. Oil water emulsions as fuel. «Mot. Ship», 60, №716, 1980, p. 37—37.

97 Avedisiaan, C.T., Andres, R.P. Bubble nucleations in superheated liquid - liquid emulsions. Jornal off Colloid and Interface Science, V. 64, №3, 1978. p.438.

98 Blander, M., Katz, I.L. Bubble nucleation in liquids. AIChE Journal, V. 21, №5, September, 1975, p. 833-848.

99 Bobev, P., Bachvarov, S., Nenkov, N. Flasbijity of water oil emulsion application of fuel for ship engines. 4th Int. Congr., Varna, May, 1987, Vol. 5, p. 188.

100 Cornet, J, Nero, W. Emulsified fuels in compression ignition engines. Industry and Enginearing Chemie. Vol. 47, 1955, p. 2133-2141.

101 DIuska, E., Hubacz, R., Wronski, S. Simple and Multiple Water Fuel Emulsions Preparation in Helical Turkish J. Eng. Env. Sei. 30 (2006). p. 175-182.

102 Gillberg, G, Friberg, S. Hicroemulsion as Diesel Fuels/ Evaporation and Combustion fuel. 172nd Meet. Amer. Chem. Soc. San Francisco. Calif., 1976,Waschington D.C., 1978, p. 221- 231.

103 Grzywacz Stanislaw, Hulanicki Slawomir. Mozliwosci zastosowaia emulsji poliwowo - wodnych do zasilania silnikow okretowych. «Budown. Okret.» 22. №12, 1977, p. 492-497.

104 Hamid Ahmed. Emulsion ean-fuel of emulsion ean fuel-combustible pour motors a pollution ambient reguite. These dock. 1 ug. Univ. Pierre at Marie Gurie Paris, 1976, p. 81.

105 Hang, X, Yunbiao, S, Chongio, Z. Experimental investigation on micro explosion of emulsified fuel oil by holography. NIST Spec. Publ. - 1991. № 813, p. 307-316.

106 Heinrich, G, Prescher Karlheinz, Finsterwalder, G. Wasser and Methhanol Zusätze bei dieselmotorischer Verbrennung // MTZ. 1984. 45. №5. P. 183—188.

107 Hiroshi Okada, Hiroshi Utsumi, Shinzo Nakano. Soot formation in the combustion of emulsion fuel - droplets. Bull, of M. E. S. I. V. 8, №4, Dec. 1980, p. 38—43.

108 Hohenberg, G. Berechnung des gasseitigen Waermeueberganges in Dieselmotoren / MTZ, 1980, 41, No 7 - 8, s. 321-326.

109 Hsu Bertrand D. Combustion of water in diesel emulsion in an experimental medium speed diesel engine // SAE Techn. Pap. Ser. 1986, N860300. 12p.

110 Ishii, Y, Takeuchi, R. Application of emulsified fuels for a small diesel engine. Trans. ASAE, 17, №5, 1974, p. 864-866.

111 Long, Z, Matsumoto, R., Chimizu, K. A drop fuel emulsion burn at the high temperature and pressure. Hnxop xaicyiie KHKaH raKKaiicH. J Mar. Eng. Soc. Jap. 1998. - 23, № 3, p. 210-215.

112 Marayama, T, Chicahisa, T, Yomane, K, Xu, M. Reduction of smoke and NOx emission by active turbulence generated in the late combustion stage DT diesel engines //Paper on 18-th CIMAC Congress in China, June 5-8,1989. - p. 1-17.

113 Marshall, W.F., Hurn, R.W. Factor influencing diesel emission. SAE paper 680528, 1968, p. 114-119.

114 Mitsuhashi Kazuya, Takasaki Kiyoshi, Nakagawa Hiroshi, Ando Kotaro, Ujile Yoshinory. Application of emulsified fuel on diesel engine. «Jap. Shipbuild. and Mar Eng.» 13, №1,1979, p. 34-44.

115 Mollenhauer Klause, Zelenka Pavel. Zeer Verbrennung von waseer -kraftstoff - emulsionen in stationar betriebenen dieselmotoren. MTZ, 47, №1. 1986, s. 3-7.

116 Nakagawa Hiroshi, Tatishi Mataji. «Huxon kukay gankaish. I. Jap. Mech. Eng.», 81, №720, 1978, p. 1201-1207.

117 Neunreister Otto, Bererhardt Frank. Kraftstofiver brauchssenkung durchEinsatz von Kraftstoff - Wasser - Emulsionen in Dieselmotoren. «Seewirtschaft», 16, №1, 1984, p. 28-29.

118 Nichols, I.E., El-Messiri, I.A., Newhalle, H.K. Inlet Manifold water Injection for Control of Nitrogen Oxides-Theory and Experiment. - SAE Paper 690018, 1969.-10 p.

119 Okoda Hiroshi, Utsvmi Hiroshi. HaimeK KHKaH // Intern. Comust. Engine. 1985, 24, N1, p. 75-77.

120 Pounders. Marin Diesel Engines and Gas Turbines. Eighth edition. Elsevier Butterwoth-Heimemann. Linacre House. Jordan Hill. Oxford OX2 8DP. -2004. - 884 p.

121 Rayleigh Lord. On pressure developed in a liquid during the collapse of a spherical cavity. Philosophical Magazin, 1917, v.34, p. 94.

122 Stepnik, A., Hulaicki, S. Spalanie emulsji paliwowo - wodnych z dodatki em azotanu amonu w silniku. 5 BAH. Bud. Okret. 27, №2, 1982, s. 45-49.

123 Test show emulsified fuel of little value in large-bore diesel engines // Fairplay Int. Shipp. Weekly. №5293. 1985. 292, p. 27.

124 Thompson, R.V., Thorp, J., Armstrong, G., Katsoulakos, P. The Burning of Emulsified Fuel in Diesel Engines. «Trans. Inst. Mar. Eng.» C93, №10, 1981, p. 19-25.

125 Thorp, J, Armstrong, G, Kasoulakos, P. Running diesel on water. «Mar. Week» Febr., Suppl. 1980,18, 20.

126 Thorp, J, Armstrong, G, Kasoulakos, P. The application of oil / water emulsions as a diesel engine fuel. «Trans. N.E. Coast Inst. Eng. And Shipbuild» 96, №3, 1980, p. 115-126.

127 United States Environment Protection Agency, USEPA.

128 Zhang, T, Okada, H, Tsukamoto, T, Ohe, K. Experimental study on water particles action in the combustion of marine four-stroke diesel engine operated with emulsified fuels. Paper № 193, CIMAC 2007, Vienna.

Приложение 1 Расчет характеристики тепловыделения при работе на микрогетерогенной ВТЭ «дизельное топливо+вода»

Для расчета используем индикаторную диаграмму, полученную на отсеке дизеля Д21А (Ч 10,5/12) при работе на номинальном режиме на микрогетерогенной водотопливной эмульсии с содержанием воды равном 15%. Развернутая индикаторная диаграмма приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Индикаторная диаграмма дизеля Ч 10,5/12.

1 - диаграмма чистого сжатия;

2 - диаграмма горения.

Для расчета характеристики тепловыделения воспользуемся пакетом программ составленных профессором С.А. Калашниковым [28]. Исходные данные принятые для расчета. Диаметр цилиндра с1 = ОД 05 м; Ход поршня 5 = 0,12 м;

Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна =0,261; Номинальная степень сжатия 8С = 16,5;

Угол закрытия впускного клапана до ВМТ ф^ = —140 °ПКВ; Расход топлива В = 2,31 кг/ч;

Частота вращения коленчатого вала п = 1500 об/мин; Расход воздуха дизелем =37,1 кг/ч;

Коэффициент остаточных газов уг = 0,04;

Давление в цилиндре в момент закрытия впускного клапана рЬег =77,5 кПа; Температура в цилиндре в момент закрытая впускного клапана ТЬе& =310 К; Условная средняя температура стенок со стороны газа Тш = 400 К. Диаграмма снята с постоянным шагом, равным 0,5 °ПКВ. Поэтому шаг счета принимаем Аф = 0,5 °ПКВ.

По индикаторной диаграмме определяем угол начала горения фй = —4 °ПКВ

(знак минус означает, что отсчёт ведётся до ВМТ).

Проведем сглаживание диаграммы на участке сжатия (до начала горения) и, затем, на участке расширения. Верхняя часть индикаторной диаграммы на участке от начала горения приведена на рисунке 2.

-после сглаживания

Рисунок 2 - Фрагмент индикаторной диаграммы до и после осуществления процесса сглаживания.

Полностью развернутая диаграмма после осуществления процедуры сглаживания показана на рисунке 3.

Рисунок 3 — Развернутая индикаторная диаграмма после осуществления сглаживания.

Производную давления по сглаженной диаграмме считаем отдельно для сжатия (до начала горения) и для расширения. На рисунке 4 показана зависимость производной давления в цилиндре дизеля по углу поворота коленчатого вала.

Рисунок 4 - Зависимость производной давления по углу поворота вала от угла поворота коленчатого вала.

Результаты расчета характеристики тепловыделения при работе дизеля на микрогетерогенной водотопливной эмульсии показаны на рисунках 5 и 6.

0,10

| 0,08

о, о

ё 0,06

| 0,04

| 0,02

о

о

0

рч

\

и

ЛГ

-5 ВМТ

10 20 30

Угол поворота вала, ПКВ

40

50

Рисунок 5 - Зависимость относительной скорости сгорания от угла поворота коленчатого вала.

1,0

8

о

и 0

«

а о и о

а

0,8

0,6

0,4

0,2

01/

-5 ВМТ 10 20 30 40 50

Угол поворота вала, ПКВ

Рисунок 6 - Зависимость доли сгоревшего топлива от угла поворота коленчатого вала.

Ж ДАЮ тель Обского БВП»

Павлушкин 2014г.

АКТ

внедрения результатов диссертационной работы Андрющенко Сергея Петровича на тему: «Уменьшение выбросов оксидов азота с отработавшими газами судовых дизелей посредством применения эмульсии

дизельного топлива с водой»

Комиссия ФБУ «Администрация Обского БВП» в составе первого заместителя руководителя - главного инженера и начальника службы судового хозяйства, рассмотрев материалы диссертационной работы Андрющенко С.П., отмечает:

1. Диссертационная работа является составной частью комплекса работ проводимых ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта» совместно с ФБУ «Администрация Обского БВП» в области экологической безопасности эксплуатации судовых дизельных энергетических установок.

2. На основе выполненных автором теоретических, конструкторских и экспериментальных работ спроектирована и изготовлена опытная установка для получения микрогетерогенной эмульсии дизельного топлива с водой. Экспериментальные исследования показали, что применение полученной на опытной установке водотопливной эмульсии позволяет уменьшить выбросы оксидов азота в 1,4 раза.

3. Полученные автором научные и практические результаты направлены на решение задач, изложенных в Федеральной целевой программе «Создание и организация производства в Российской Федерации дизельных двигателей и их компонентов нового поколения».

Предложенные в диссертации технические решения имеют большое практическое значение, т. к. позволяют уменьшить выбросы вредных веществ с отработавшими газами судовых дизелей находящихся в эксплуатации.

Комиссия приняла решение использовать результаты научно-исследовательской работы Андрющенко С.П. к внедрению.

Первый заместитель руководителя -главный инженер

Начальник службы судового

Ю.В. Хохлов Д.Л. Мусихин

АКТ

об использовании результатов диссертации Андрющенко С.П. в учебном процессе в Новосибирской государственной академии водного транспорта

Диссертационная работа Андрющенко Сергея Петровича на тему: «Уменьшение выбросов оксидов азота с отработавшими газами судовых дизелей посредством применения эмульсии дизельного топлива с водой» является составной частью госбюджетной научно-исследовательской работы «Совершенствование процессов смесеобразования и сгорания в судовых дизелях» (№ государственной регистрации 01.2.00.109.551) выполняемой на кафедре судовых двигателей внутреннего сгорания.

Результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы, используются в дипломном проектировании по направлениям: 180100.62 «Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры» по профилям «Кораблестроение», «Судовые энергетические установки» по специальностям: «Судовые энергетические установки» и «Эксплуатация судовых дизельных энергетических установок».

Материалы, полученные при испытаниях судового дизеля на грубой и микрогетерогенной водотопливной эмульсии, используются при чтении лекций по дисциплинам «Основы экологической безопасности судовой энергетики» и «Экологическая безопасность морской техники».

Декан Судомеханического факультета

Д.А. Сибриков