CC BY
44
УДК 622.23.05 А.М. Сайкин
НОВЫЕ ОБСТОЯТЕЛЬСТВА, КОТОРЫЕ СЛЕДУЕТ УЧИТЫВАТЬ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ОКИСЛИТЕЛЬНЫХ КА ТАЛИТИЧЕСКИХ НЕЙТРАЛИЗА ТОРОВ НА ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВАХ В ГОРНО-РУДНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Предложена схема системы выпуска дизеля, позволяющая направлять отработанные газы минуя каталитические окислительные нейтрализатор при температурах отработанных газов ниже 340-400 °С. При реализации этой схемы достигается максимальная эффективность снижения токсичности отработанных газов дизеля путем очистки и от СО и СН.
Ключевые слова: месторождение, топливо, дизель, рудник, каталитическое окисление, температурный режим.
ІТЛаталитические окислительные
*- нейтрализаторы (КОН) с катализатором на основе платины и палладия нашли широкое применение для очистки отработавших газов (ОГ) дизелей от оксида углерода (СО) и продуктов неполного сгорания топлива — углеводородов (СН) в горно-рудной промышленности, на подвижном рельсовом оборудовании, на городском и коммунальном транспорте, в стационарных установках. Опытнопромышленное и серийное производство КОН для дизельного автотранспорта, впервые разработанных НИЛТД, было организовано на П/Я ЯО-100/3 (г. Сафо-ново, Смоленской обл.) в 1970-х годах, и в последующем — на Ред-кинском опытном заводе (г. Редкино, Московской обл.), в ФГУП УЭХК (г. Новоуралск)
и др. предприятиях. КОН считаются перспективными средствами очистки ОГ дизелей для обеспечения требований ЕВРО-4, Евро-5.
В КОН осуществляется беспламенное каталитическое окисление СО и СН до безвредных СО2 и Н2О. Характерная зависимость изменения степени очистки ОГ по СО от температуры ОГ приведена
Рис. 1. Обобщенная зависимость изменения степени очистки ОГ по СО (пСО) от температуры ОГ дизеля (tor)
на рис. 1.
рудниках и на большегрузных самосва-
лу- 1105
и-13
Рис. 2. Дизельные каталитические нейтрализаторы
Примеры конструктивного исполнения дизельных КОН представлены на рис. 2.
Технические характеристики ряда дизельных КОН даны в табл. 1.
В горнорудной промышленности наибольшее применение КОН имеет место на погрузочно-доставочных машинах, подземных самосвалах при работе в
лах в открытых карьерах.
Вместе с тем в последние годы выявлены новые обстоятельства, которые могут ограничить применение КОН, изменить оценку эффективности и целесообразности их применения для дизельного привода.
Первое — относительно невысокая доля КОН в снижении суммарной ток-
Характеристики некоторых окислительных каталитических нейтрализаторов для дизелей
Тип КОН Объем катализато- Масса, Мощность дви- Тип машины
ров, дм3 кг гателя, кВт, не
более
С катализатором ШПК-1 на гранулированном носителе
Н-13 1,8 5,8 35 Тракторы Т-25А; Т-30; Т-16М; СШ-28Т; автопогрузчики 1 т
Н-23-01 2,5 7,5 50 Т-40; автопогрузчики 5т
Н-23 3 9 60 МТЗ-80, автопогрузчики 5...6 т
Н-32 5 15 80 ТОРО-200; Т-75
Н-51 7 23 100 ТОРО-350
Н-46А2 9,5 28 135 Т-130; МАЗ-5549; МАЗ-5551
Н-46А3 9,5 30 135 Подземный автопоезд МоАЗ; МАЗ-52-221
НД-5256 12 37 160 ЛиАЗ-5256
НД-5914 12 40 160 «Икарус-280»
НД-31Б 14 49 170 30-тонный БелАЗ;КрАЗ
НД-38А 20 89 250 40-тонный БелАЗ
НД-5320 14 30 190 КамАЗ
НД-602 16 35 300 МАЗ
С блочным металлическим носителем
НД-11 0,46...1,36 5.6 20.60 Тракторы Т-16; Т-25;
(00, 01, 02) Т-40; МТЗ-80
НД-80Б-1,45Г 1,36 6 60 МТЗ-80
НД-530Б 9,6 15 390 Магистральный автопоезд,
автосамосвалы
НД-110Б 16 50 500 Автосамосвал БелАЗ-7519
сичности ОГ с учетом эксплуатационных температурных режимов системы выпуска ОГ дизеля. Для режимов работы дизеля с температурами ОГ более 300—350°С при средней эффективности очистки ОГ от СО в 85 %, от углеводородов, включая акролеин, формальдегид — в 75 %, от сажи — в 15 %, доля КОН в снижении токсичности ОГ дизелей не превышает 20— 22 % применительно к требованиям ГОСГОРТЕХНАДЗОРа, а в отношении вредных веществ, нормируемых Пра-
вилами № 49 ЕЭК ООН, доля КОН в снижении суммарной токсичности ОГ не превышает 10 %. Для режимов работы дизеля с температурой ОГ ниже 300°С доля КОН в снижении суммарной токсичности ОГ дизеля не превышает 2—5 %. При оценке по 13-ти ступенчатому циклу (Правила № 49) эффективность КОН в снижении суммарной токсичности ОГ не превышает 9 %. Эти оценки сделаны для двигателя КАМАЗ-740, соответ-
Рис. 3. Изменение основных параметров самосвалов КАТ-785 (оборотов двигателя (п), скорости движения (V), расхода топлива (О.т), температур ОГ (О) и охлаждающей жидкости ^ож) в течение ездового цикла.
ствующего требованиям ЕВРО-2, по методике [1].
Изучение условий эксплуатации большегрузных карьерных самосвалов КАТ785С в Ковдорском карьере глубиной 352 метра на 6 машинах в течение 3х месяцев работы (всего 13966 рейсов), у которых поддерживается наиболее длительная и высокая температура ОГ за ездовой цикл, показало следующее. Усредненная доля времени движения са-
мосвала с грузом составила 40 %, движения самосвала без груза — 23 %, время погрузки составило 16 %, время простоя порожнего самосвала -18 % и время простоя груженого самосвала — 3 %. Установлено, что время эффективной работы КОН (температура ОГ более 300°С) составляет от 60 % до 85 % времени ездового цикла (рейса) самосвала — см. рис. 3.
Однако эта величина не отражает величину фактического вредного воздействия ОГ на рабочий персонал. Дело заключается в том, что очищенные от СО и СН с помощью КОН ОГ выбрасываются в атмосферу карьера при движении самосвалов. При этом ОГ разбавляются не менее, чем в 300-800 раз прежде, чем они попадают в кабину водителя движущегося следом второго самосвала. По этой причине содержание вредных веществ в кабине второго самосвала, как правило, не превышает нормативных значений (в случае небольшого фонового загрязнения атмосферы карьера).
Значительно большее вредное воздействие на персонал (водителей самосвалов и машинистов экскаваторов) мало очищенных и менее разбавленных (в среднем от 100 до 300 раз) ОГ в карьере в результате превышения ПДКр3 происходит в местах разгрузки, погрузки и простоев самосвалов, в которых температура ОГ в основном ниже 300°С, а количество техники (в т.ч. экскаватор) и работающего персонала относительно большее, чем на карьерных дорогах.
Второе обстоятельство. В КОН с платиновым катализатором наряду с окислением СО и СН до безвредных СО2 и Н2О при температурах ниже 350°С оксид азота (N0), содержание которого в ОГ от общего содержания N0x без КОН превышает 90 %, окисляется до диоксида азота (^О2). Последний в 4,75 раза токсичнее N0 [2]. Т.е., наряду с очисткой ОГ от СО и СН, в КОН происходит увеличение содержания в ОГ NО2 и, тем самым, это приводит к увеличению суммарной токсичности ОГ и прямому вредному воздействию мало разбавленных и более токсичных ОГ на рабочий персонал карьера (водителей рядом находящихся самосвалов). Без КОН окисление N0 до NО2 в атмосфере происходит в течение нескольких суток.
Это приводит к меньшему вредному воздействию токсичных компонентов ОГ на рабочий персонал через их фоновое содержание в атмосфере карьера. Увеличение содержания NО2 в ОГ при оценке эффективности работы КОН ранее не учитывалось и не учитывается по методике испытаний Правил № 49 ЕЭК ООН. Вместе с тем этот эффект промышленно используется для очистки ОГ с помощью КОН с платиновым и палладиевым катализаторами от оксидов азота по технологии, получившей название SCR [3] и хорошо известен из научной литературы [3—5].
Расчет суммарной токсичности ОГ дизеля КАМАЗ-740 с учетом окисления в КОН NО до NО2 при учете выброса не суммарных NОx , а NО и NО2 по Правилу № 49 показывает, токсичность ОГ дизеля не уменьшается в результате очистки ОГ от CО и C^ а увеличивается до 14 % из-за увеличения содержания в ОГ NО2.
Таким образом, при применении КОН для очистки ОГ дизелей, необходимо исключить режимы работы КОН, приводящие к окислению NO до NО2, которое осуществляется при температурах ОГ до 340-400°C (величина температуры зависит от типа применяемого катализатора). Это достигается путем байпасной установки КОН в системе выпуска дизеля. Такая схема системы выпуска дизеля позволяет направлять ОГ минуя КОН при температурах ОГ ниже указанных. При реализации этой схемы достигается максимальная эффективность снижения токсичности ОГ дизеля путем очистки ОГ от ТО и ОТ, исключения окисления оксида азота до диоксида азота и способствует увеличению ресурса эффективной работы КОН вследствие снижения темпов отравления катализатора при эксплуатации из-за за-коксовывания и отравления катализато-
ра на режимах работы двигателя с тем- пературами ОГ ниже 300°C.
1. Временная методика определения предотвращенного экологического ущерба. /Л.В.Вершков и др. — М.,1999. — 68 с.
2. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны. ГН.2.2.5.686-98. — М.: Минздрав РФ.,1998. — 207 с.
3. Корнилов Г.С. Теоретическое и экспериментальное обоснование способов улучшения экологических показателей экономичности ав-
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
томобильных дизелей. Докторская диссертация. М.; ФГУП «НАМИ», 2005 г., — 423 с.
4. История НАМИ. 1918-2008: Книга 3/ А.А. Ипатов, Ю.К. Есеновский-Лашков, О.И. Гируцкий и др. — М.: Изд-во ООО «Недра-Бизнесцентр», 2008. — 287 с.
5.Промышленная экология: Инженерная
защита биосферы от воздействия воздушного транспорта: Учеб. пособие/Н.Е. Николайкина Н.И. Николайкин А.М. Матягина. — М.: ИКЦ «Академкнига», 2006. — 239 с. Н5ГД=1
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ ---------------------
Сайкин А.М. — кандидат технических наук, ФГУП «НАМИ».
------------------------------------------ ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ
(ПРЕПРИНТ)
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ УДАРНЫХ
ВОЗДУШНЫХ ВОЛНЫ ПРИ ВЗРЫВАХ НА ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Ганопольский Михаил Исаакович — кандидат технических наук, технический директор ООО «Центральная производственно-экспериментальная специализированная строительная лаборатория по инженерному обеспечению буровзрывных работ» (ООО «ЦПЭССЛ БВР»), e-mail: [email protected].
Отдельные статьи Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнала). — 2011. — № 5. — 40 с.— М.: Издательство «Горная книга».
Приведены результаты исследований параметров ударных воздушных волн (УВВ) при взрывах наружных, скважинных и шпуровых зарядов, зарядов выброса и сброса на земной поверхности, а также при подводных взрывах. Предложены формулы для расчета безопасных расстояний по действию УВВ на земной поверхности на основе определения массы эквивалентного заряда при взрывах различного назначения.
Ganopolskiy M.I. RESULTS OF EXPERIMENTAL STUDIES OF BLAST SHOCK AIR WAVES ON EARTH'S SURFACE
The results of studies of shock air waves (SA W) affer explosives of open charges, charges in different holes, burst explosions and underwater explosions. The formulas for calculating SA W safe distances on earth surface give on the basis of determining of the equivalent mass charges for different purposes.
Key words: shock air waves, the equivalent charge, a safe distance.
