!!!
Производитель катализаторов
и глушителей для генераторных станций и спецтехники
пн-пт с 9 до 18, сб-вс выходной
круглосуточный прием заказов
  • Главная
  • Статьи
  • Опасность оксидов азота и наш способ ее нейтрализации (система SCR)

Опасность оксидов азота и наш способ ее нейтрализации (система SCR)

То, что отработавшие газы (ОГ) двигателей внутреннего сгорания (бензиновых, газовых, дизельных) как транспортных средств различного назначения, так и электрогенерирующих установок и спецтехники, содержат загрязняющие атмосферный воздух вещества, хорошо известно. Среди более чем 200 компонентов, содержащихся в отработавших газах ДВС, есть как вредные, так и токсичные. 

Известно и то, какой вред окружающей среде и человеку они наносят. Во многих случаях альтернативы использованию ДВС в качестве приводов для электрогенерирующих установок просто нет. Поэтому производителям двигателей и электростанций на их базе, проектировщикам систем энергоснабжения и эксплуатационщикам приходится предусматривать, разрабатывать и использовать различные технологии и оборудование для очистки ОГ, чтобы выполнять требования экологических нормативов.

Согласно «Методике расчёта выделений загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных дизельных установок» (НИИ АТМОСФЕРА, С-Пб, 2000 г.), используемой для оценки воздействия отработавших газов на окружающую среду и расчета величин выбросов загрязняющих веществ при сгорании дизельного топлива в двигателях ДГУ, в ОГ содержатся следующие загрязняющие вещества: оксид углерода; диоксид азота; оксид азота; керосин; черный углерод (сажа); диоксид серы; формальдегид; бенз(а)пирен.

Одними из наиболее значимых нормируемых компонентов в отработавших газах дизелей, например транспортных средств, «вклад» которых в целом составляет 80-90% вредных выбросов в атмосферу городов, являются сажа и оксиды азота (NOx). Образование NOx обусловлено взаимодействием при высокой температуре в цилиндрах ДВС азота с кислородом воздуха, при этом при температуре выше 1370 °C происходит его резкий рост. Поскольку дизель работает при высокой степени сжатия, то по определенным причинам горение «облака» впрыснутого топлива начинается по краям, там, где оно смешивается с воздухом. Далее уже начинает гореть и его середина, но все равно оно полностью не сгорает и остается немало воздуха, который вступает в реакцию с азотом. Из-за этого также остается и достаточное количество топлива, которому не хватило кислорода для полноценного сгорания, что приводит к появлению NOx, сажи и несгоревших углеводородов.

Оксид азота NO — бесцветный газ, плохо растворимый в воде и достаточно быстро окисляющийся до NO2. Диоксид азота NО2 — газ красновато-бурого цвета, который при больших концентрациях обладает удушливым запахом. По различным оценкам суммарное содержание NOx в ОГ дизельных ДВС доходит до 10%, бензиновых – до 9%, а газовых – до 8%. Оксиды азота представляют серьезную опасность для здоровья человека, причем токсикологический эффект воздействия NОх на человека примерно в десять раз выше, чем у монооксида углерода СО. Небольшие концентрации оксидов азота в атмосфере приводят к постепенному отравлению организма, причем каких-либо нейтрализующих его средств нет. Они воздействуют на слизистые оболочки глаз и носа (при концентрациях в воздухе более 0,0013% NОх действуют как острый раздражитель слизистых оболочек), а также на нервную и сердечно-сосудистую системы человека, кроветворные органы и печень. Оксиды азота, взаимодействуя с парами воды в воздухе, образуют азотистую HNО2 и азотную HNO3 кислоты, которые разрушают легочную ткань, вызывая хронические заболевания, а при концентрациях 0,004-0,008% — могут вызвать отек легких. Наибольшую опасность оксиды азота представляют в качестве активного компонента смога. Так, соединяясь с несгоревшими олефиновыми углеводородами, они образуют токсичные нитроолефины, вызывающие заболевания дыхательных путей и нервные расстройства.

Осознанная необходимость снижения негативного воздействия отработавших газов ДВС обусловила введение и постоянное ужесточение экологических нормативов, которые стимулировали производителей ДВС на совершенствование экологических характеристик создаваемых двигателей и разработку технологий и оборудования для очистки отработавших газов.

В таблице 1 приведены абсолютные нормативные значения, зафиксированные при введении очередных экологических нормативов, устанавливаемых Правилами ЕЭК ООН, для дизелей тяжёлых коммерческих грузовиков (категория транспортных средств N3, предназначенных для перевозки грузов, с максимальной массой более 12 т.).

Таблица 1

Экологический стандарт Год введения в ЕС Норматив (г/кВт×ч)
CO NOx CH PM
Euro-0 1988–1992 12.3 15.8 2.6
Euro-I 1992–1995 4.9 9.0 1.23 0.40
Euro-II 1995–1999 4.0 7.0 1.1 0.15
Euro-III 1999–2005 2.1 5.0 0.66 0.1
Euro-IV 2005–2008 1.5 3.5 0.46 0.02
Euro-V 2008–2012 1.5 2.0 0.46 0.02
Euro-VI 2014–2015 1.5 0.4 0.13 0.01

Данные, представленные в таблице 1 наглядно показывают, что имеется существенное ужесточение ограничений на выброс нормируемых компонентов в отработавших газах, в том числе и оксидов азота, при этом изменение норм на выбросы оксидов азота при переходе от уровня Euro-III к уровню Euro-IV составило 30%, при переходе от уровня Euro-IV к уровню Euro-V – 42%, а при переходе от уровня Euro-V к уровню Euro-VI – уже 80%.

Универсального решения, обеспечивающего максимальную эффективность очистки ОГ от всех  содержащихся в них вредных и токсичных веществ, в силу особенностей физико-химических процессов их образования при сгорании углеводородного топлива, не существует, поэтому, как правило, используются комбинированные системы очистки.

Основными способами, используемыми для снижения выбросов оксидов азота с отработавшими газами ДВС в настоящее время являются: рециркуляция отработавших газов (EGR - Exhaust Gas Recirculation) и селективная каталитическая нейтрализация (SCR - Selective Catalytic Reduction).

Система EGR, суть работы которой заключается в подаче некоторой части отработанных газов из выпускного коллектора во впускной, хорошо зарекомендовала себя в режиме частичных нагрузок ДВС, однако при этом происходит ухудшение параметров рабочего процесса (снижается удельная мощность и приемистость двигателя), повышение выброса частиц и дымности отработавших газов вследствие чего падает ресурс сажевого фильтра, сильнее загрязняется моторное масло, повышается требовательность к качеству топлива (опасность перехода серы из топлива в коррозийную серную кислоту), как правило, более интенсивная работа системы охлаждения и повышение расхода топлива в среднем на 3–6%.

Принцип работы системы селективной каталитической нейтрализации основан на химических реакциях взаимодействия оксидов азота и аммиака.

Из бака, предназначенного для содержания восстановителя оксидов азота - водного раствора мочевины, жидкость направляется в форсунку, через которую она впрыскивается в горячий поток отработавших газов. Под воздействием высокой температуре водный раствор мочевины преобразуется: вода переходит из жидкого состояния в газообразное, а мочевина распадается на аммиак NH3 и углекислый газ CO2. Данные преобразования происходят в две стадии и описываются следующими химическими формулами:

(NH2)2CO → NH3 + HNCO

HNCO + H2O → NH3 + CO2

Далее все продукты реакций вместе с потоком отработавших газов попадают в катализатор, где токсичные оксиды азота взаимодействуют с аммиаком, в результате чего в атмосферу уносятся безвредные вещества, являющиеся её естественными компонентами: углекислый газ, азот и пары воды.

4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O (протекает при температуре более 250°С)

NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O (протекает при температуре от 170°С до 300°С)

 Техническая реализация принципа действия SCR обеспечивается специальным образом создаваемой системой очистки ОГ.

К основным компонентам системы очистки ОГ, реализующей селективную каталитическую нейтрализацию, относятся:

  • Бак мочевины
  • Управляющий модуль (включает в себя блок управления, насос и фильтр)
  • Трубопровод мочевины
  • Подогрев бака мочевины
  • Форсунка впрыска мочевины
  • Датчики температуры ОГ и мочевины, 2NOx
  • Окислительный и восстановительный катализатор

Преимущество системы SCR, которая в последнее время получает всё большее распространение, связано с тем, что она не только позволяет добиваться соблюдения требований экологических стандартов Euro-IV и Euro-V, но и сохранить при этом традиционную концепцию двигателей без серьезных изменений в конструкции, т.е. с меньшими затратами. Система SCR, в отличие от EGR, гораздо меньше вмешивается в работу двигателя и имеет срок эксплуатации, сопоставимый со сроком его службы. Фактически все что нужно — это вовремя восполнять расход водного раствора мочевины, что впрочем, составляет дополнительные расходы на эксплуатацию ДВС.

Напоминаем, что ГК "ЭКОЭНЕРГОТЕХ" готова изготовить систему SCR в соответствии с Вашими требованиями.

Другие статьи

Из чего состоит и как работает система SCR?

Подробнее

Тепловое загрязнение атмосферы

Тепловое загрязнение атмосферы – изменение температуры окружающей среды, нарушающее естественные процессы экосистемы, превышающее естественный диапазон ее температурной изменчивости.

Подробнее

Сильфонный компенсатор – правила выбора сильфонных компенсаторов

Сильфонный компенсатор – вид запорной трубопроводной арматуры, предназначенный для сглаживания движения труб в системе водо-, газо-, масло- и нефтепроводов.

Подробнее

Шум – источники промышленных шумов, характеристики и виды. Классификация шумов

Промышленный шум – звук, возникающий в процессе осуществления производственных процессов.

Подробнее

Нововведения в природоохранном законодательстве: минимизация выбросов промышленных газов

В статье 18 Федерального конституционного закона от 17.12.1997 N 2-ФКЗ определены полномочия в сфере природопользования и охраны окружающей среды Правительства Российской Федерации, которое не только обеспечивает проведение единой государственной политики

Подробнее
Задать вопрос

Заполняя форму, Вы даете согласие на обработку своих персональных данных

задать
вопрос