Содержание токсичных компонентов дизеля при работе на дизельном топливе и метаноле

В работе приводятся результаты влияния применения метанола в дизеле 2Ч 10,5/12,0 при работе с двойной системой топливоподачи (ДСТ) в зависимости от различных установочных УОВТ на содержание токсичных компонентов в отработавших газах в зависимости от изменения частоты вращения.

Ключевые слова: дизель, метанол, двойная система топливоподачи.

Влияние применения метанола с ДСТ на содержание токсичных компонентов в ОГ в зависимости от изменения частоты вращения коленчатого вала дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на различных видах топлива представлены на рисунке 1. Увеличение частоты вращения сопровождается увеличением выбросов общего количества токсичных компонентов в ОГ дизеля, кроме оксидов азота, содержание которых при этом снижается [1–9].

Как видно из графиков, для дизеля, работающего на метаноле с ДСТ, характерно снижение содержания NO_x в ОГ по отношению к дизелю при работе на ДТ на всех исследуемых скоростных режимах. Так, если у дизеля при работе на ДТ содержание оксидов азота в ОГ уменьшается с 480 ppm при частоте вращения n = 1200 мин^-1 до 375 ppm при n = 2000 мин^-1, то у дизеля, работающего на метаноле с ДСТ, содержание NO_x снижается, соответственно, с 310 ppm до 255 ppm. В процентном отношении это снижение составляет при n = 1200 мин^-1 35,4 %, а при n = 2000 мин^-1–32,0 % [10–16].

Это объясняется, очевидно, в первую очередь тем, что при работе дизеля на метаноле, вследствие особенности химического состава метанола (химическая формула метилового спирта — СН₃ОН) и химизма процесса горения, образование быстрых оксидов азота носит преимущественный характер, замещая в общем балансе образования оксидов азота образование оксидов азота, получаемых по термическому механизму, или так называемых термических оксидов азота, что не может не сказаться на общем снижении содержания NO_x в ОГ. Содержание сажи в ОГ дизеля меняется при работе дизеля на ДТ с 3,7 единиц по шкале bosch при n = 1200 мин^-1 до 6,8 единицы по шкале bosch при n = 2000 мин^-1, а при работе дизеля на метаноле с ДСТ — с 0,65 единицы по шкале bosch при n = 1200 мин^-1 до 1,05 единицы по шкале bosch при n = 2000 мин^-1. Содержание сажи в ОГ при увеличении частоты вращения от 1200 до 2000 мин^-1 возрастает на 83,7 % при работе дизеля на ДТ и увеличивается на 61,5 % при работе дизеля на метаноле с ДСТ. Содержание сажи в ОГ при частоте вращения n = 1200 мин^-1 уменьшается с 3,7 единиц по шкале bosch у дизеля, работающего на ДТ, до 0,65 единицы по шкале bosch у дизеля, работающего на метаноле с ДСТ. Происходит снижение в 5,7 раза [17–24].

Рис. 1. Влияние применения метанола с ДСТ на содержание токсичных компонентов в ОГ дизеля 2Ч 10,5/12,0 Θ_дт = 34º и Θ_м = 34º в зависимости от изменения частоты вращения; ¾ — дизельный процесс; — - — - метанол с запальным ДТ

Содержание сажи в ОГ при n = 2000 мин^-1 у дизеля, работающего на ДТ, составляет 6,8 единицы по шкале bosch, а у дизеля, работающего на метаноле с ДСТ, содержание сажи снижается до 1,05 единицы по шкале bosch. Это снижение при n = 2000 мин^-1 происходит в 6,5 раза. Содержание СН_х в ОГ дизеля меняется при работе на ДТ с 0,35 % при n = 1200 мин^-1 до 0,10 % при n = 2000 мин^-1, а при работе на метаноле с ДСТ — с 0,10 % при n = 1200 мин^-1 до 0,21 % при n = 2000 мин^-1. Снижение СН_х при n = 1200 мин^-1 составляет 71,4 %. Увеличение содержания СН_х при n = 2000 мин^-1 составляет 110,0 %. Содержание СО в ОГ дизеля изменяется при работе на ДТ с 0,49 % при n = 1200 мин^-1 до 0,29 % при n = 2000 мин^-1. При работе дизеля на метаноле с ДСТ содержание СО в ОГ составляет 0,24 % при n = 1200 мин^-1, а затем возрастает до 0,27 % при n = 2000 мин^-1. Содержание СО в ОГ при работе дизеля на метаноле с ДСТ при n = 1200 мин^-1 снижается с 0,49 % до 0,24 %, а при n = 2000 мин^-1 — с 0,29 % до 0,27 %, или на 51 % и 6,9 % соответственно. Содержание СО₂ в ОГ изменяется при работе дизеля на ДТ с 3,6 % при n = 1200 мин^-1 до 3,8 % при n = 2000 мин^-1. При работе дизеля на метаноле с ДСТ содержание СО₂ в ОГ изменяется с 3,9 % при n = 1200 мин^-1 до 4,6 % при n = 2000 мин^-1. Увеличение содержания СО₂ в ОГ при работе дизеля на метаноле с ДСТ составляет 8,3 % при n = 1200 мин^-1 и 21,0 % при n = 2000 мин^-1.

Таким образом, при подаче 93 % метанола и 7 % запального ДТ возможно получение следующих результатов: снижение содержания NO_х в ОГ при работе дизеля на метаноле с ДСТ составляет от 35,4 % при n = 1200 мин^-1 до 32 % при n = 2000 мин^-1; снижение содержания сажи в ОГ при работе дизеля на метаноле с ДСТ происходит в 5,7 раза при n = 1200 мин^-1 и в 6,5 раз при n = 2000 мин^-1; снижение содержания СО в ОГ при работе дизеля на метаноле с ДСТ составляет от 51 % при n = 1200 мин^-1 до 6,9 % при n = 2000 мин^-1; увеличение содержания СО₂ в ОГ при работе дизеля на метаноле с ДСТ составляет от 8,3 % при n = 1200 мин^-1 до 21,0 % при n = 2000 мин^-1; снижение содержания СН_х в ОГ при работе дизеля на метаноле с ДСТ составляет 71,4 % при n = 1200 мин^-1, увеличение содержания СН_х — 110,0 % при n = 2000 мин^-1 [25–27].

Литература:

1.                  Лиханов В. А., Гребнев А. В., Бузмаков Ю. Г., Скрябин М. Л. Улучшение эффективных показателей дизеля с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха при работе на природном газе // Тракторы и сельхозмашины. 2008. № 6. С. 19–21.

2.                  Лиханов В. А., Гребнев А. В., Бузмаков Ю. Г., Скрябин М. Л. Улучшение токсических показателей дизеля с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха при работе на природном газе // Тракторы и сельхозмашины. 2008. № 7. С. 6–7.

3.                  Скрябин М. Л. Улучшение экологических показателей дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха при работе на природном газе путем снижения содержания оксидов азота в отработавших газах. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Киров, 2009. — 202 с.

4.                  Скрябин М. Л. Улучшение экологических показателей дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха при работе на природном газе путем снижения содержания оксидов азота в отработавших газах. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Санкт-Петербургский государственный аграрный университет. Санкт-Петербург, 2009. — 18 с.

5.                  Скрябин М. Л. Разработка программы стендовых исследований газодизеля с промежуточным охлаждением надувочного воздуха // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 53–55.

6.                  Скрябин М. Л. Особенности горения капли дизельного топлива в турбулентном потоке метано-воздушной смеси в цилиндре газодизеля // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 56–59.

7.                  Скрябин М. Л. Исследование мощностных и экономических показателей газодизеля с промежуточным охлаждением надувочного воздуха // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 59–62.

8.                  Скрябин М. Л. Влияние угла опережения впрыскивания топлива на экологические показатели газодизеля с промежуточным охлаждением надувочного воздуха // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 62–65.

9.                  Скрябин М. Л. Снижение дымности отработавших газов дизеля 2Ч 10,5/12 // Молодой ученый. 2015. № 11 (91). С. 430–433.

10.              Скрябин М. Л. Расчет содержания оксидов азота в цилиндре дизеля 4ЧН 11,0/12,5 в зависимости от изменения угла поворота коленчатого вала // Молодой ученый. 2015. № 11(91). С. 433–436.

11.              Скрябин М. Л. Влияние установочного угла опережения впрыскивания топлива на токсичность отработавших газов дизеля 4ЧН 11,0/12,5 // Молодой ученый. 2015. № 11(91). С. 436–439.

12.              Скрябин М. Л. Влияние применения метаноло-топливной эмульсии на содержание оксидов азота в отработавших газах 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от изменения частоты вращения // Молодой ученый. 2015. № 11(91). С. 439–442.

13.              Скрябин М. Л. Влияние применение метанола на дымность отработавших газов дизеля 2Ч 10,5/12 // Молодой ученый. 2015. № 11(91).С. 445–448.

14.              Скрябин М. Л. Влияние применения метанола с двойной системой топливоподачи в дизеле 2Ч 10,5/12,0 на показатели процесса сгорания и показатели сажесодержания // Молодой ученый. 2015. № 11(91). С. 442–445.

15.              Скрябин М. Л. Влияние применения метаноло-топливной эмульсии на массовую концентрацию оксидов азота в отработавших газах 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от нагрузки на номинальной частоте вращения // Молодой ученый. 2015. № 12(92). С. 301–303.

16.              Скрябин М. Л. Влияние применения метаноло-топливной эмульсии на массовую концентрацию оксидов азота в отработавших газах 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от нагрузки на частоте вращения максимального крутящего момента // Молодой ученый. 2015. № 12(92). С. 298–301.

17.              Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение экологических показателей тракторного дизеля путем применения природного газа и рециркуляции отработавших газов, метаноло- и этаноло-топливных эмульсий // Тракторы и сельхозмашины. 2015. № 3. С. 3–6.

18.              Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение экологических показателей дизеля 4Ч 11,0/12,5 путем применения природного газа и рециркуляции // Транспорт на альтернативном топливе. 2014. № 4 (40). С. 21–25.

19.              Лиханов В. А., Лопатин О. П. Применение природного газа и рециркуляции на тракторном дизеле 4Ч 11,0/12,5 // Тракторы и сельхозмашины. 2014. № 6. С. 7–9.

20.              Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение экологических показателей дизеля путем применения этаноло-топливной эмульсии // Тракторы и сельхозмашины. 2013. № 2. С. 6–7.

21.              Лиханов В. А., Лопатин О. П. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля 4Ч 11,0/12,5 путем применения этаноло-топливной эмульсии // Транспорт на альтернативном топливе. 2012. № 4 (28). С. 70–73.

22.              Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение экологических показателей дизеля с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха // Тракторы и сельхозмашины. 2011. № 2. С. 6–7.

23.              Лиханов В. А., Лопатин О. П. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля с турбонаддувом путем применения природного газа // Тракторы и сельхозмашины. 2010. № 1. С. 11–13.

24.              Лиханов В. А., Лопатин О. П., Шишканов Е. А. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля путем их рециркуляции // Тракторы и сельхозмашины. 2007. № 9. С. 8–9.

25.              Лиханов В. А., Лопатин О. П., Олейник М. А., Дубинецкий В. Н. Особенности химизма и феноменологии образования оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на природном газе // Тракторы и сельхозмашины. 2006. № 11. С 13–16.

26.              Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение эксплуатационных показателей дизеля 4Ч 11,0/12,5 путем применения этаноло-топливной эмульсии // Известия Международной академии аграрного образования. 2013. Т. 4. № 16. С. 170–173.

27.              Лиханов В. А., Лопатин О. П., Анфилатов А. А. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля путем применения метанола с использованием двойной системы топливоподачи // Тракторы и сельхозмашины. 2012. № 5. С. 5–8.