С момента принятия первых экологических стандартов, разработки и внедрения промышленных систем очистки выбросов количество отравляющих веществ, образуемых в результате работы дизельных двигателей, сократилось на два порядка. Более поздние нормативы также оговаривают предельно возможные концентрации CO2 и других парниковых газов. Эти значения необходимо учитывать при выборе установки очистки выбросов.
Состав выбросов дизельных генераторных установок
Дизельный двигатель, как и другие силовые агрегаты внутреннего сгорания, преобразует химическую энергию, содержащуюся в топливе, в механическую. Дизельное топливо (ДТ) – это смесь углеводородов, которая при идеальном процессе сгорания выделяет только диоксид углерода (CO2) и водяной пар (H2O). Эталонные выхлопные газы дизельного двигателя в основном состоят из CO2, H2O и несгоревшей части подаваемого в рабочую камеру силового агрегата дизтоплива.
Выбросы дизель генератора содержат следующий объем веществ:
- CO2 – 2 - 12%;
- H2O – 2 - 12%;
- O2 – 3 - 17%;
- N2 – оставшаяся часть.
Концентрация этих веществ зависит от нагрузки двигателя. С увеличением рабочих показателей содержание CO2 и H2O в отработавших газах увеличивается, а содержание O2 уменьшается. Ни один из основных компонентов (за исключением CO2, способствующего возникновению парникового эффекта) не оказывает неблагоприятного воздействия на здоровье человека или окружающую среду.
Система очистки выхлопных газов для дизель генератора необходима для снижения концентрации вредных веществ. Большинство этих загрязняющих веществ образуется в результате неполного сгорания топлива, реакции между компонентами топливной смеси при высокой температуре и давлении, выгорания смазки и добавок к маслам, а также освобождения неуглеводородных включений в ДТ (серы, присадок). Обычные загрязнители включают несгоревшие углеводороды (CH), оксид углерода (CO), оксиды азота (NOx) и твердые частицы.
В некоторых случаях выбросы дизель генератора могут содержать другие вещества с высокой токсичностью. Это металлы и другие соединения, образующиеся в результате износа двигателя. Удержание новых частиц, обычно не присутствующих в выхлопе, также может быть осуществлено установкой системы очистки выбросов.
Риск образования дополнительных загрязнителей в потоке промышленных выбросов возрастает при:
- Добавлении в топливо или смазку присадок.
- Заправке низкокачественным топливом. Дизельное топливо, используемое в судовых двигателях или крупных генераторных установках, содержит тяжелые металлы и другие, опасные для здоровья
человека и окружающей среды, соединения.
Контроль выбросов дизель генератора
В дизельных двигателях за образование и уменьшение загрязняющих веществ отвечают:
Система сгорания.
В ней образуются загрязняющие и токсичные вещества NOx, CO, и происходит неполное окисление топлива. На происходящие в камере сгорания процессы оказывают влияние другие системы двигателя, такие как системы управления впускным зарядом воздуха и впрыска топлива. Обеспечив максимально полное сгорание горючего, можно уменьшить количество вредных газов на выходе из установки.
Система очистки выхлопных газов.
Последующая очистка происходит в каталитических модулях, дополнительно снижающих концентрацию загрязняющих веществ. В некоторых случаях, например, в стехиометрических двигателях с искровым зажиганием, одного трехкомпонентного катализатора достаточно для достижения требуемого эффекта. В силовых агрегатах, работающих на обедненном углеводородами ДТ с примесями, требуется ряд каталитических устройств, включающих улавливающие фильтры и системы для минимизации образования вторичных загрязнителей (катализатор проскока аммиака (ASC) и др.).
Технологии очистки газовых выбросов
|
Технология |
Влияние выбросов |
Область применения |
|
Двигатели с воспламенением от сжатия (дизельные) |
||
|
Дизельный катализатор окисления (DOC) |
Высокое снижение выбросов CH/CO, конверсия твердых частиц от малых до умеренных. |
Используется на автомобилях Euro 2/3 и некоторых промышленных дизельных генераторах, работающих в условиях тяжелой и средней мощности. |
|
Катализаторы окисления частиц |
Снижение выбросов PM до ~ 50% |
Ограниченное коммерческое применение в отдельных двигателях для тяжелых условий работы. |
|
Дизельные сажевые фильтры (DPF) |
Снижение выбросов твердых частиц 90% |
Используются в программах модернизации ранее произведенного производственного оборудования. |
|
Мочевина-SCR катализаторы |
Снижение NOx на 90% |
Основная технология, используемая транспортных средствах; во внедорожных, морских и стационарных двигателях. |
|
Катализаторы восстановления NOx |
Снижение NOx до ~ 70-90%, в зависимости от алгоритма работы |
Используется в качестве автономного катализатора снижения NOx в некоторых транспортных средствах и дизельных генераторах. |
|
Катализаторы (CH-SCR) |
Потенциал снижения выбросов NOx составляет ~ 10-20% в пассивных, до 50% в активных системах. |
Используются для модификации устройств первых поколений. |
Решение для промышленности: селективная каталитическая очистка
Селективное каталитическое восстановление (SCR) NOx соединениями азота, такими как аммиак или мочевина, зарекомендовало себя при применении в промышленных стационарных установках. Технология впервые была применена на теплоэлектростанциях в Японии в конце 1970-х годов, а затем с середины 1980-х годов получила широкое распространение в Европе.
В установках SCR можно использовать две формы аммиака: чистый безводный аммиак и водный. Первая разновидность токсична, опасна и требует высокого давления в резервуарах для хранения и в трубопроводах. Водный аммиак NH3H2O менее опасен и прост в эксплуатации. Типичный промышленный сорт аммиака, содержащий около 27% аммиака и 73% воды по массе, имеет давление пара, близкое к атмосферному, при нормальной температуре и может безопасно циркулировать в инженерных сетях промышленного предприятия.
Выгодная альтернатива или рациональное дополнение: фильтр для очистки выбросов
Дизельные сажевые фильтры (DPF) - это устройства, которые физически улавливают отработанные частицы и предотвращают их выброс в атмосферу. Разработаны фильтрующие материалы, которые демонстрируют:
- высокую эффективность фильтрации, превышающую 90%,
- стойкость к механическим повреждениям;
- термическую устойчивость.
Дизельные сажевые фильтры – недорогая, но эффективная технология для контроля выбросов сажевых частиц, включая массу и количество частиц. Установки – оптимальное решение для контроля твердой фракции углеводородных выбросов, включая элементарный углерод (сажу) и связанные потоки черного дыма. Фильтры могут иметь ограниченную эффективность или быть полностью неэффективными в контроле над твердыми фракциями выбросов ТЧ органической фракции (OF) и сульфатных частиц.
Стандартные методы – гравитационное осаждение, центробежное разделение или электростатическое улавливание - на производствах не используются. Причина - малый размер частиц и низкая плотность дизельной сажи. В условиях серийного и крупносерийного производств рекомендовано использовать катализаторы окисления элементов (частичные фильтры). Они могут улавливать частицы дизельного топлива и обеспечивают гораздо более высокую общую эффективность, чем простые механические фильтры.
Из-за низкой объемной плотности улавливаемых компонентов (в среднем 0,1 г / см3) сажевые фильтры быстро накапливают значительные объемы сажи. Для сравнения: двигатель грузовика или автобуса старшего поколения выделяет порядка 1л сажевых частиц. Воздухонепроницаемый слой вызывает падение давления выхлопных газов в фильтре и отрицательно сказывается на работе двигателя.
Дизельные сажевые фильтры должны обеспечивать удобство удаления твердых частиц из фильтрующего слоя для восстановления его пропускной способности. Регенерация узла выполняется регулярно во время профилактических работ или периодически после накопления мешающего нормальной работе двигателя количества сажи.
Эффективная очистка выхлопных газов
ЭКОЭНЕРГОТЕХ - производитель систем очистки газовых выбросов для производственных и обслуживающих предприятий. Наши передовые решения гарантируют соответствие строгим национальным и международным экологическим стандартам сейчас и в будущем.
Мы предлагаем решения, которые подходят для всех типов двигателей - разных размеров, мощности и типов топлива. Наши услуги охватывают весь проект от начала до конца, включая консультации, определение рабочих характеристик, проектирование, производство, контроль и ввод в эксплуатацию.
