Cнижение токсичности отработанных газов
А.Н.Егоров, главный конструктор УГК БелАЗ
Н.Д.Волоцкий, начальник отдела УГК БелАЗ
Общеизвестно, что в рабочих зонах карьеров состав атмосферы нуждается в нормализации. Наряду с высоким уровнем запыленности имеет место загрязнение воздушного бассейна карьеров отработанными газами силовых установок карьерных самосвалов. Учитывая общие тенденции повышения производительности карьерного транспорта и, как следствие, увеличение мощности силовых установок, с уверенностью можно сказать, что проблема снижения токсичности отработанных газов становится все острее. В составе отработанных газов насчитывается около 280 компонентов, большинство из которых считаются безвредными. Однако одновременно в атмосферу выбрасывается большая группа токсичных веществ, из которых в настоящее время нормируются только окись углерода (СО), углеводороды (СnНm), окислы азота (NOx) и сажа, составляющие примерно 1% токсичности отработанных газов. 99% токсичности превносят полициклические ароматические углеводороды, вызывающие онкологические заболевания. Эта составляющая вредных выбросов сегодня не нормируется.
Какие же существуют пути снижения вредности отработанных газов?
Одним из возможных путей является применение нейтрализаторов, в первую очередь каталитических. Однако каталитические нейтрализаторы характеризуются низкой эффективностью (снижают содержание в отработанных газах только окиси углерода и углеводородов), работают только на прогретом двигателе при температуре отработанных газов 300°С и выше (примерно 40% времени работы самосвала), очень высокой стоимостью (в состав входит катализатор-платина) и малым ресурсом. К тому же установка нейтрализатора повышает гидравлическое сопротивление выпускного тракта и, как следствие, потерю мощности, а также приводит, что является парадоксом, к увеличению по некоторым параметрам токсичности отработанных газов.
Другим путем снижения токсичности отработанных газов является применение сажевых фильтров-дожигателей, однако при таком техническом решении увеличивается гидравлическое сопротивление выпускного тракта со всеми вытекающими последствиями, усложняется и удорожается, становится менее надежной конструкция самосвала. Фильтры-дожигатели также нельзя отнести к хорошо отработанным, широко применяемым конструкциям.
Еще один путь – применение газообразного топлива. Переход на газообразное топливо может дать снижение вредных выбросов СО в 2–3 раза, NOx в 1.3–1.4 раза, твердых частиц в 4–5 раз, дымности – на порядок.
Однако переход на газ ведет к усложнению конструкции самосвала (необходимо дооборудование бортовым модулем сжиженного природного газа), увеличению трудоемкости ТО и ТР (проведение ТО и ТР возможно только после демонтажа газового бортового модуля на специальном посту). К тому же газообразное топливо имеет повышенную пожаро- и взрывоопасность, что резко ограничивает его применение на самосвалах с электрической трансмиссией. В случае перехода на газообразное топливо, кроме соответствующей доработки самосвала, необходимо приобретение специализированного оборудования и обучение персонала для заправки, обслуживания и эксплуатации такого самосвала.
Наиболее перспективным путем снижения токсичности является применение на карьерных самосвалах малотоксичных дизелей, а также применение качественного дизельного топлива с низким содержанием серы (не более 0.05%).
Низкое содержание серы позволит резко снизить выброс твердых частиц. Кроме того, необходима глубокая очистка дизельного топлива от ароматических углеводородов, олефинов и гетероциклических углеводородов.
Основными конструктивными особенностями малотоксичного дизеля являются:
• повышенное давление впрыска (до 200 мПа);
• электронная система управления и диагностики;
• повышенная жесткость гильз цилиндров и блоков цилиндров;
• повышенное давление в цилиндре;
• охладитель наддувочного воздуха.
Есть разработки регулируемых турбокомпрессоров (подвижные поворотные лопатки).
Фирма МТU практикует забор части выхлопных газов обратно на впуск и дожигание их при последующем рабочем цикле.
В новой же редакции «Единых правил безопасности при разработке рудных и нерудных месторождений полезных ископаемых открытым способом», которую в настоящее время Горгостехнадзор России разработал и представил для согласования в Министерство юстиции Российской Федерации, требования по вопросу очистки выхлопных газов определяются в §564: «Если работа автомобилей, бульдозеров и других машин с двигателями внутреннего сгорания сопровождается образованием концентрации ядовитых примесей выхлопных газов в рабочей зоне карьера выше ПДК, то должны быть применены устройства (нейтрализаторы), обезвреживающие ядовитые примеси выхлопных газов. Организация должна проводить систематический контроль за содержанием вредных примесей в выхлопных газах».
Сегодня БелАЗ идет по пути использования на своих карьерных самосвалах малотоксичных дизелей. В основном – это моторы производства фирмы CUMMINS. Проводятся проработки по использованию на БелАЗ двигателей фирмы МТU.
