Способы нейтрализации вредных веществ выпускных газов

Перечень чертежей:

1. Способы нейтрализации выхлопных газов на формате А1:

• Ионизационные нейтрализаторы.

Недостатком способа является значительные затраты электроэнергии на разряд и недостаточная эффективность нейтрализации.

• Каталитические нейтрализаторы.

Эффективность очистки от 70 до 100%.

• Термические нейтрализаторы.

Достаточно долговечны, однако особенности конструкции ограничивают их применение. Установка в системе выпуска двигателя приводит к 3...5% потери мощности двигателя.

• Жидкостные нейтрализаторы.

Невысокие показатели эффективности очистки, однако просты по

конструкции и имеют умеренные размеры.

Комбинированные нейтрализаторы.

2. Технологические методы очистки выхлопных газов дизельных двигателей А1:

• Аэродинамический метод:

1-камера вращения; 2-камера разделения; 3-конфузор; 4-выпускний патрубок; 5-впускной патрубок; 6-шлакозаборник; 7-выпускные отверстия; 8-патрубки; 9-труба для удаления шлака; 10-отбойник частиц.

• Плазменный метод:

1-корпус; 2-камера сгорания; 3-каналы; 4-топливные форсунки; 5-электроды.

• С помощью фильтров:

1-корпус; 2-впускное отверстие; 3-выпускное отверстие; 4-передняя торцевая стенка; 5-задняя торцевая стенка; 6-откидные болты; 7-направляющие; 8-сменный фильтр; 9,10-плоские перфорированные поверхности; 11-фильтрующий материал; 12-направляющий патрубок; 13-дополнительный фильтрующий слой; 14-сетка; 15-набивка; 16-стенка; 17-перфорированная пластина.

• С использованием каталитического нейтрализатора:

1-выходной патрубок; 2-корпус; 3-слой катализатора; 4-выходной патрубок.

• С использованием жидкостного нейтрализатора:

1-входной патрубок; 2-выходной патрубок; 3-корпус; 4-каплеотстойник; 5-газораспределитель; 6-очищающая жидкость; 7-газовый трубопровод.

• С использованием жидкостного нейтрализатора с теплообменником:

1-двигатель внутреннего сгорания; 2-система жидкостного охлаждения; 3-теплообменник; 4-очиститель; 5-входной патрубок; 6-выходный патрубок; 7-корпус; 8-очищающая жидкость; 9-газораспределитель; 10-газовый трубопровод.

• Комбинированный метод:

1-каталитический нейтрализатор; 2-катализатор; 3-впускной трубопровод; 4-выпускной трубопровод; 5-жидкостный нейтрализатор; 6 нейтрализующая жидкость; 7-трубка с жидкостью.

1-входной трубопровод; 2-нейтрализатор с СО-катализатором; 3-нейтрализатор с NOx-катализатором 4-сажевий фильтр; 5-выходной трубопровод.

Дополнительные материалы: Пояснительная записка на 11 стр.

В пояснительной записке был проведен анализ способов нейтрализации вредных веществ выпускных газов.

Существует несколько методов нейтрализации отработавших газов дизельного двигателя, к ним относятся:

• Аэродинамический метод;
• Плазменный метод;
• Метод очистки с помощью сажевых фильтров;
• Метод очистки с помощью нейтрализаторов (каталитических и жидкостных);
• Комбинированный метод.

Аэродинамический метод основан на закручивании потоков выхлопных газов и отделения от них сажи и других твердых частиц.

Поток выхлопных газов вместе с искрами и частицами шлака, отделившиеся от трубопроводов поступает через впускной патрубок в камеру вращения, где этот поток закручивается и, вращаясь, перемещается в конфузор, где закручивается еще больше, перемещаясь далее в камеру разделения. Под действием центробежных сил частицы шлака отбрасываются к стенкам камеры вращения и конфузора, перемещаясь по ним, поступают в камеру разделения, - где по инерции влетают и отсасываются вместе с газом через отверстия в патрубки и в полость шлакозборника. Очищенный поток газа выбрасывается через выпускной патрубок в атмосферу.

Этот метод является относительно простым, он не требует использования специальных фильтрующих материалов, но недостатком его является то, что он позволяет очистить выхлопные газы только от тяжелых частиц, сажи, шлака.

Плазменный метод заключается в ионизации потока отработанных газов, подачи в них воздуха и топлива с образованием плазменно-топливной струи, с последующим догоранием газов в смеси низкотемпературной плазмы с топливом.

Поток отработанных газов проходит через суженный участок, при этом его скорость возрастает за счет уменьшения площади поперечного сечения.

После прохождения сужения происходит его турбулизация. Турбулизированный поток отработанных газов попадает в струю низкотемпературной воздушной плазмы, генерируемой электродами. В эту же зону дополнительно подается топливо через форсунку и воздух через воздухо-подводные каналы. Форсунки с электродами и воздух подводными каналами размещены по периметру камеры сгорания.

В результате многостадийных химических реакций оксиды азота, серы и углерода разлагаются на нетоксичные молекулы кислорода, азота, серы и углерода. Одновременно происходит конверсия (превращение) оксида азота в его диоксид, который связывается радикалом ОН в азотную кислоту в виде аэрозоля. Аналогичные реакции протекают с диоксидом серы и оксидом водорода, приводят к образованию аэрозолей. Аэрозоли в свою очередь улавливаются в достаточно простых электрофильтрах, обеспечивающих степень очистки до 98-99 %.

Главным минусом этого метода является дополнительные затраты топлива и электропитания реактора, достигающие 4-5 % и более от мощности дизеля.

Метод очистки отработанных газов с помощью фильтров базируется на использовании фильтрующих материалов, задерживающих микрочастицы.

Отработанные газы поступают через впускное отверстие, находящееся на боковой цилиндрической стенке корпуса, в направляющий патрубок, который отражает и закручивает газовый поток так, что он сначала проходит через нижний фильтрующий слой, где предварительно очищается от твердых частиц. Затем газ проходит через фильтр снизу вверх, равномерно распределяясь по всему объему фильтрующего материала, и очищается от сажи. Очищенный газ выходит наружу через выпускное отверстие, находящиеся на торцевой стенке фильтра.

Недостатком сажевых фильтров является их быстрое забивание, что приводит к увеличению давления в выпускной системе. Возникает необходимость замены фильтрующего материала или его очистки (регенерации).

Метод очистки с помощью нейтрализаторов основан на пропускании отработанных газов через катализатор (каталитический нейтрализатор) или жидкость (жидкостный нейтрализатор).

Каталитический нейтрализатор в отличие от фильтров не задерживает частицы, а превращает токсичные газы в нетоксичные.

В корпусе располагается блок носителя с многочисленными продольными порами, покрытыми тончайшим слоем вещества катализатора.

Чтобы увеличить площадь контакта каталитического слоя с выхлопными газами, на поверхность сот наносится подложка толщиной 20-60 микрон с развитым микрорельефом.

Комбинированный метод включает в себя сочетание двух и более различных методов очистки отработавших газов: каталитический жидкостный, аэродинамический жидкостный, плазменный, каталитический и т.п.

Так, например, применяют схему, по которой газы проходят сначала каталитический нейтрализатор, а затем жидкий. Возможно и оборудование выпускной системы несколькими катализаторами, каждый из которых отвечает за нейтрализацию тех или иных вредных веществ, или сочетание катализаторов с фильтрами, которые могут иметь как общий корпус, так и быть отдельно друг от друга.

В программе: Компас 3D v