Методи очищення газів, що відходять, що застосовуються на залізничному транспорті

Виробнича діяльність залізничного транспорту впливає на навколишнє середовище всіх кліматичних зон нашої країни. Негативний вплив залізничного транспорту на природне середовище в даний час залишається досить високим в результаті викиду шкідливих речовин, як від рухомого складу, так і від численних виробничих і підсобних підприємств, які обслуговують перевізний процес.

Міністерство шляхів сполучення Російської Федерації (МПС Росії) проводить екологічну роботу в галузі, керуючись Основними положеннями державної стратегії Російської Федерації з охорони навколишнього середовища і забезпечення сталого розвитку, а також постановами Уряду Російської Федерації про плани дій Уряду Російської Федерації в області охорони навколишнього середовища і природокористування .

Основою природоохоронної роботи є "Екологічна програма залізничного транспорту на 2006 - 2010 роки", головна мета якої - поетапне наближення фактичного забруднення навколишнього природного середовища підприємствами залізничного транспорту до встановлених гранично допустимим нормам за рахунок будівництва очисних споруд, вдосконалення застосовуваних технологічних процесів і переходу до екологічно безпечним , ресурсозберігаючих технологій [21].

Однією з найважливіших завдань, що вирішуються в рамках галузевої екологічної програми, є скорочення викидів шкідливих речовин в атмосферне повітря підприємствами залізничного транспорту.

В результаті виконання природоохоронних заходів, спрямованих на більш широке застосування на залізничному транспорті менш токсичних видів палива, ліквідацію джерел забруднення, впровадження газопилеулавлівающіх пристроїв, вдалося домогтися зниження викидів забруднюючих речовин на 22,9 тис. Т, або на 8,5% до рівня 2005 м Проте, аналіз природоохоронної діяльності показує, що, поряд зі зниженням впливу на навколишнє середовище, надходження забруднюючих речовин в атмосферу від промислових підприємств залишається на достат очно високому рівні. Зокрема, на очисних спорудах вловлюється і знешкоджується всього 35,5% викидів забруднюючих речовин в атмосферу [21].

Основна причина негативного впливу залізничного транспорту на атмосферу полягає в недостатньо ефективній роботі технологічного обладнання, природоохоронних споруд і устаткування в господарствах залізниць і на заводах, а саме:

- в господарстві цивільних споруд і водопостачання - недостатнє очищення викидів забруднюючих речовин в атмосферне повітря котельнями, які працюють на твердому і рідкому топліве-

- в локомотивному господарстві - значні викиди забруднюючих речовин в атмосферне повітря маневровими тепловозами, котельними, що працюють на твердому і рідкому топліве-

- в колійному господарстві - на шпалопросочувальний заводах викиди токсичних забруднюючих речовин в атмосферу відбуваються при охолодженні шпал після просочення їх антісептіком- на рейкозварювальних підприємствах в повітряне середовище викидаються пил, газоподібні речовини при ливарних процесах, спалюванні газу або мазуту в печах пескосушільних камер, зварювальних роботах-

- в вагонному господарстві - викиди шкідливих речовин в атмосферу котельнями, які працюють на твердому і рідкому топліве- викиди шкідливих речовин в атмосферу на промивально-пропарювальних станціях-



- у вантажному господарстві - забруднення навколишнього середовища сипучими вантажами внаслідок їх розпилення при перевезенні на відкритому рухомому складі.

Для всіх господарств залізниць і заводів характерним є: висока зношеність основних фондів обладнання і споруд природоохоронного призначення, їх недостатня ефективність і продуктивність-відсутність або незадовільна робота пилогазоуловлюючих установок- порушення термінів розробки та узгодження нормативних екологічних документів.

З усього різноманіття забруднюючих речовин, що впливають на атмосферне повітря при роботі підприємств залізничного транспорту, найбільш масштабними є продукти згоряння різних палив: оксиди азоту, сірки, вуглецю, газоподібні вуглеводні і тверді частинки (сажа, зола). Очищення від цих сполук, що надходять від стаціонарних джерел (наприклад, при роботі котелень) виробляють з використанням методів і технічних засобів розглянутих раніше.

Одним з основних джерел забруднення атмосфери від рухомого складу є відпрацьовані гази дизельних двигунів тепловозів. У них міститься окис вуглецю, окис і двоокис азоту, різні вуглеводні, сірчистий ангідрид, сажа. Високий вміст шкідливих домішок у відпрацьованих газах дизелів при роботі в режимі холостого ходу обумовлено не тільки поганим змішуванням палива з повітрям, але і згоряння палива при більш низьких температурах. Режим роботи маневрових тепловозів менш стабільний, ніж поїзних, тому і виділення токсичних речовин у них в кілька разів більше. Рівень забруднення повітряного середовища станцій і прилеглих до них зон відпрацьованими газами маневрових тепловозів залежить від числа одночасно зайнятих локомотивів. При цьому найбільш значно виділення оксидів азоту і сірчистого ангідриду.

Аналіз методів оцінки і шляхів зниження негативного впливу на навколишнє середовище дизелів на навколишнє середовище показує, що в даний час основними напрямками є удосконалення конструкції окремих вузлів дизеля, рециркуляція газів, застосування нейтралізаторів і каталізаторів, електрофізичних методів очищення вихлопних газів, використання альтернативних палив. Крім того, представляє інтерес застосування різних присадок до палива, а також використання різних методів обробки палива перед уприскуванням в камеру згоряння.

Зменшенням кута випередження впорскування палива на 4-5 ° від штатного знижується максимальна температура циклу, що призводить до зниження концентрації оксидів азоту (NOx) в середньому на 30-35% [25]. Збільшення кута випередження підвищує концентрацію NOx на 15-17%. Інша вплив зміна кута випередження впорскування палива надає на утримання продуктів неповного згоряння палива. Так, зменшення кута призводить до зниження концентрації СО при роботі дизеля в діапазоні малих навантажень і, навпаки, до збільшення - при роботі дизеля в області середніх і максимальних навантажень. При вугіллі уприскування більше штатного концентрація СО збільшується в області малих навантажень і знижується в області навантажень, що перевищують середню. Результати експерименту показують, що зменшення кута випередження впорскування палива викликає зростання вмісту продуктів неповного згоряння палива, але загальна токсичність дизеля не збільшується, так як вихід найбільш токсичного і важко знешкоджувати оксиду азоту знижується. Застосування такого способу вимагає розробки і установки на дизелі спеціальної муфти, що дозволяє автоматично змінювати кут випередження впорскування палива в залежності від навантаження.

Позитивні результати дає і рециркуляція відпрацьованих газів на лінії всмоктування [26]. В цьому випадку в свіжому заряді циліндра знижується частка вільного кисню, що, в свою чергу, призводить до зниження швидкості і температури згоряння палива а, отже, до погіршення умов утворення оксиду азоту. При цьому викид оксидів азоту знижується до 55%, однак, відбувається деяке збільшення продуктів неповного згоряння палива (окису вуглецю). Крім того, зменшується викидається маса газів на величину перепускає.

Однак, кількісне зміна свіжого заряду може негативно відбитися на техніко-економічних показниках двигуна. Зокрема, при надмірному перепуску відпрацьованих газів може збільшитися витрата палива з одночасним падінням розвивається дизелем потужністю. Тому кількість перепускає газів для кожного двигуна підбирається індивідуально, виходячи з умов мінімального погіршення техніко-економічних показників дизелів і режимів його роботи. Як правило, в цьому випадку за основу береться паливна характеристика. Отже, економічні показники дизеля повинні ув`язуватися з зазначеними обмеженнями. Так само при застосуванні рециркуляції газів виникає додаткова проблема - відкладення сажі на внутрішніх поверхнях дизеля - повітропідвідному каналі, впускних вікнах, форсунках. Цю проблему можна вирішити за допомогою використання спеціальних сажових фільтрів. В даний час ряд вітчизняних і зарубіжних дослідників ведуть роботи зі створення керамічних фільтрів (пористі стільникові структури на основі кордиерита), фільтрів на основі металевих сіток і повсті (волокна з нержавіючої сталі), а також електрофільтрів. Такі фільтри здатні затримувати до 80 - 95% твердих частинок, що містяться у відпрацьованих газах. Однак в процесі роботи перші два із зазначених типів фільтрів незабаром забиваються сажею, що призводить до різкого зростання протитиску в вихлопному трати. Тому потрібно їх регенерація - або вогнева (за рахунок випалювання сажі спеціальними пальниками), або за рахунок противотока, струшування. В цілому рециркуляцию переважно застосовувати на тих тепловозах у яких, в загальному часу експлуатації переважають режими холостого ходу і малих навантажень.

Одним з напрямків в очищенні відпрацьованих газів від шкідливих викидів (NOх, СО, СО2, SO2 та ін.) Є застосування нейтралізаторів з каталізаторами дожигания вуглеводнів. З інших методів очищення відпрацьованих газів від оксиду азоту слід зазначити каталітичне його відновлення з допомогою платінованадіевого каталізатора в присутності аміаку. Використання аміаку найбільш прийнятно для застосування в кислородосодержащей середовищі. Незважаючи на складність і відносно велику вартість, цей метод може знайти застосування на залізничному транспорті, в першу чергу на станціях реостатних випробувань дизелів. Відомі також випадки застосування для відновлення оксиду азоту сечовини, метану, природного газу. Перераховані способи зниження токсичності тепловозного дизеля можуть бути мокрими і сухими. Застосування на тепловозах рідинних нейтралізаторів нереально через їхню громіздкість, складності експлуатації та обслуговування.

В даний час в багатьох країнах ведуться дослідження по застосуванню електрофізичних методів очищення газів від екологічно шкідливих складових. Одним із способів є використання імпульсної стримерний корони для очищення відпрацьованих газів. У порівнянні з іншими способами очищення, очищення за допомогою стримерний корони не сполучена з рішенням складних інженерних задач забезпечення високого ресурсу джерела енергії - прискорювача електронів в агресивному середовищі вихлопних газів. Вихлопні гази проходять через реакційну камеру, до якої додаються імпульси високої напруги настільки малої тривалості, що пробою камери не відбувається. При цьому в камері виникає інтенсивний імпульсний коронний розряд представляє собою одночасний розвиток великого числа тонких світних каналів розряду - стримеров. Під час проростання стримеров в міжелектродному проміжку, за рахунок високої напруженості електричного поля на голівках стримеров напрацьовується велика кількість електронів мають порівняно високу енергію. Взаємодія цих електронів з молекулами газу призводить до утворення хімічно активних частинок таких як Про •, О3, ОН, Н2O2 і інших які, взаємодіючи в свою чергу з молекулами домішок, окислюють і доокісляют їх з утворенням нешкідливих малоактивних сполук. При цьому привабливими є як простота технологій очищення, що дозволяє поєднувати реакційну камеру з існуючими технологічними схемами, так і відносно невисокі витрати енергії на процес очищення. Наявність в газах тільки коронирующего електрода є безперечною перевагою цього способу очищення в порівнянні з іншими способами, що не виключає їх комплексного застосування. Енергія, необхідна на очистку 1 м3 газу, змінюється в залежності від концентрацій та виду забруднюючої компонента. Так за експериментальними даними очищення повітря від діоксиду азоту NO2 на 80% вимагає витрат енергії близько 15 Вт • год / м3, від діоксиду сірки SO2 на 90% - 10 Вт • год / м3.

Велике значення для зниження шкідливих викидів дизелів має розробка і впровадження альтернативних низькотоксичні видів палив [27]. Так як дизельного палива можна використовувати диметиловий ефір, це паливо може радикально вирішити проблему використання дизельних двигунів в міських умовах, тільки необхідно розробити додаткову до звичайної, паливну апаратуру для серійних двигунів [28]. Але паливо має бути доступним. У ІНХС РАН розробили ефективний спосіб отримання дешевого диметилового ефіру з синтез-газу в одну стадію. Диметиловий ефір СН3ОСН3 (ДМЕ) при кімнатній температурі газ, але при мінус 25 ° С він зріджується і під невеликим тиском може бути поміщений в паливні баки дизельних двигунів. Параметри згорання ДМЕ такі ж, як і у дизельного палива і при збереженні потужності і економічності повністю відсутня в вихлопних газах сажа на всіх режимах роботи, а так само знижується вміст оксидів азоту.

У зв`язку з тим, що дизельний ДВС не може працювати на природному газі, тому одним із заходів щодо зниження токсичності вихлопних газів і економії дизельного палива може стати застосування ГАЗОДИЗЕЛЬ - ДВС з двохпаливної системою: дизельне паливо - газ. Принцип цієї системи полягає в тому, що кількість подаваного в циліндри дизельного палива зменшується приблизно на 35%, а у впускний колектор разом з повітрям подається 35% сухого газу, які ретельно перемішуються перед впуском в циліндр. Це дозволяє двигуну розвивати таку ж потужність, яку він розвинув би при використанні 100% дизельного палива. Згоряння палива в циліндрах відбувається більш активно, зменшуючи димність відпрацьованих газів майже на 50%.

Так само рекомендується використання паливних присадок і водопаливних емульсій, подача води в повітряний ресивер. Як добавки до палива можливе використання рослинних масел (до 10%) без втрати потужності, після їх попередньої переробки (пресування, витяг ефірів, очищення, рафінування та інші операції) [29].

Одним із способів поліпшення екологічних і техніко-економічних показників тепловозних дизелів є електромагнітна обробка палива перед безпосередньою подачею його в камеру згоряння. При цьому змінюється фізичний стан палива на молекулярному рівні (іонізація палива). Такі зміни ведуть до поліпшення розпилення палива по всьому периметру камери згоряння, що призводить до хорошого сумішоутворенню і більш якісному і повному згорянню пальної суміші [30]. Це веде до зменшення нагару в камері згоряння, зниження вмісту у відпрацьованих газах окису вуглецю на 20-50%, вуглеводнів - на 20-60%, оксидів азоту - на 15%, димність - на 30-60%, зниження витрати палива - до 15% (в залежності від режиму роботи). Крім цього полегшується пуск в зимовий час, підвищується надійність і потужність двигуна-поліпшується теплообмен- зменшується рівень шуму ДВС. При цьому споживана потужність становить 2,0 - 5,0 Вт, в залежності від типу двигуна.

З вищевикладеного випливає, що єдиного (універсального) технічного рішення, що задовольняє посилюються екологічні вимоги, для дизелів немає. Тому при розробці комплексу антитоксинних пристроїв для транспортних засобів з дизельним приводом необхідно враховувати тип дизеля, режим його роботи, тип палива і склад його домішок, призначення тягової одиниці. Кожен з використовуваних елементів такої комбінованої системи повинен вносити свій внесок у підвищення екологічної чистоти без шкоди для економічності двигунів.

У 2006 році особливе значення надавалося роботі по зниженню негативного впливу пересувних джерел залізничного транспорту на атмосферне повітря [21]. Основна увага приділялася вдосконаленню технологічних процесів роботи тепловозів і розробці нейтралізаторів для знешкодження викидів забруднюючих речовин з відпрацьованими газами дизелів тепловозів. Протягом року були проведені випробування макетних зразків нейтралізаторів шкідливих речовин відпрацьованих газів тепловозів, розроблено конструкторську документацію на дослідний зразок нейтралізатора-глушника для установки на тепловозі ТЕП-70. Розробляються нейтралізатори розраховані на 1-2 роки роботи без заміни блоків, їх застосування дозволить знизити викиди шкідливих речовин по оксидам азоту на 40%, оксидів вуглецю та вуглеводнів - на 60-70%, сажі - на 50-60%.

З метою вдосконалення якості робітників і технологічних процесів роботи дизелів тепловозів виконані дослідження впливу дев`яти різних чинників на стендах, в тому числі забезпечують підвищену паливну економічність і, отже, в найбільшою мірою поліпшують екологічні характеристики тепловозів.

Продовжені випробування маневрового тепловоза, що працює на стиснутому газі. При роботі такого тепловоза викиди оксидів азоту знижуються в 2 рази, вуглеводнів - в 3 рази, оксидів вуглецю - в 5-10 разів.

З 1998 року на залізницях розпочаті і продовжуються роботи з капітального ремонту експлуатованих тепловозів 2М62М, 2ТЕ10М, 2ТЕ10 з продовженням терміну їх служби до 15 років: проводиться заміна застарілих, малоекономічних двотактних дизелів 10Д100, 14Д40 на сучасні економічні дизелі типу Д49 виробництва АТ "Коломенський завод ". В результаті підвищується паливна економічність відремонтованих тепловозів на 15%, поліпшуються екологічні показники: токсичність відпрацьованих газів знижується на 34%, димність випуску - на 12%, звуковий тиск - на 8%. Одночасно зводиться до мінімуму можливість витоку нафтопродуктів на земляне полотно [21].lt; lt; ПопереднєНаступна gt; gt;

Увага, тільки СЬОГОДНІ!