Дизельное топливо - свойства, нормы, методы повышения экологичности

1.8 Склонность  к нагарообразованию (степень  чистоты топлива)

     Этот  показатель определяет эффективность  и надежность работы двигателя, особенно топливной аппаратуры. Для плунжеров и гильз топливных насосов зазоры составляют 1,5—4,0 мкм. Частицы загрязнений, размер которых более 4,0 мкм, вызывают повышенный износ деталей топливной аппаратуры, что предопределяет и соответствующие требования к очистке топлива.

     Чистоту топлива оценивают коэффициентом  фильтруемости по ГОСТ 19006—73, который  представляет собой отношение времени  фильтрования через фильтр из бумага БФДТ при атмосферном давлении десятой  порции фильтруемого топлива к первой. На фильтруемость топлива влияет наличие воды, механических примесей, смолистых веществ, мыл нафтеновых кислот. В товарных дизельных топливах содержится, в основном, растворенная вода от 0,002 до 0,008 % (гидрид-кальциевый метод определения), которая не влияет на коэффициент фильтруемости. Нерастворенная в топливе вода — 0,01 % и более — приводит к повышению коэффициента фильтруемости. Однако влияние этого фактора неоднозначно. Присутствие в топливе поверхностно-активных веществ мыл нафтеновых кислот, смолистых соединений усугубляет отрицательное влияние эмульсионной воды на фильтруемость топлив. Достаточно (15—20)-10-4 % мыл нафтеновых кислот, образующихся при защелачивании топлив, чтобы коэффициент фильтруемости повысился с 2 до 5.

     Содержание  механических примесей в товарных дизельных топливах, выпускаемых нефтеперерабатывающими предприятиями, составляет 0,002-0,004 % (отсутствие по ГОСТ 6370-83). Это количество не отражается на коэффициенте фильтруемости при исключении других отрицательных факторов. Коэффициент фильтруемости дизельных топлив, отправляемых с предприятий, находится в пределах 1,5—2,5. [3] 

2. Современные требования к дизельным топливам

     В таблице 3 приведены требования к качеству дизельных топлив по стандарту EN 590. Приведена тенденция снижения серы, увеличения ЦЧ с 1993 по 2000 гг. 

Таблица 3 — Требования к качеству дизельных топлив по EN 590

Таблица 4 — Требования к качеству дизельного топлива за рубежом 

В таблице  5 приведены требования к качеству дизельных топлив.

Таблица 5 — Требования ТУ 38.401-58-296-01 к качеству дизельных топлив

3. Методы повышения экологичности 

     Анализ  методов оценки и путей снижения отрицательного экологического воздействия  дизелей на окружающую среду показывает, что в настоящее время основными  направлениями являются усовершенствование конструкции отдельных узлов  дизеля, рециркуляция газов, применение нейтрализаторов и катализаторов, электрофизических методов очистки выхлопных газов, использование альтернативных топлив. Кроме того, представляет интерес применение различных присадок к топливу, а также использование различных методов обработки топлива перед впрыском в камеру сгорания.

     Уменьшением угла опережения впрыска топлива  на 4-5 от штатного, снижается максимальная температура цикла, что приводит к снижению концентрации оксида азота (NOx) в среднем на 30-35%. Увеличение угла опережения повышает концентрацию (NOx) на 15-17%. Иное влияние изменение угла опережения впрыска топлива оказывает на содержание продуктов неполного сгорания топлива. Так, уменьшение угла приводит к снижению концентрации СО при работе дизеля в диапазоне малых нагрузок и, наоборот, к увеличению- при работе дизеля в области средних и максимальных нагрузок. При угле впрыска больше штатного концентрация СО увеличивается в области малых нагрузок и снижается в области нагрузок, превышающих среднюю. Результаты эксперимента показывают, что уменьшение угла опережения впрыска топлива вызывает рост содержания продуктов неполного сгорания топлива, но общая токсичность дизеля не увеличивается, так как выход наиболее токсичного и трудно обезвреживаемого оксида азота снижается. Применение такого способа требует разработки и установки на дизеле специальной муфты, позволяющей автоматически менять угол опережения впрыска топлива в зависимости от нагрузки.

     Положительные результаты дает и рециркуляция отработавших газов на линии всасывания. В этом случае в свежем заряде цилиндра снижается доля свободного кислорода, что, в свою очередь, приводит к снижению скорости и температуры сгорания топлива а, следовательно, к ухудшению условий образования оксида азота. Кроме того, уменьшается выбрасываемая масса газов - на величину перепускаемых.

     Правда, количественное изменение свежего  заряда может негативно отразиться на технико-экономические показатели двигателя. В частности, при чрезмерном перепуске отработавших газов может  увеличиться расход топлива с одновременным падением развиваемой дизелем мощности. Поэтому количество перепускаемых газов для каждого двигателя подбирается индивидуально, исходя из условий минимального ухудшения технико-экономических показателей дизелей и режимов его работы. Как правило, в этом случае за основу берется топливная характеристика. Следовательно, экономические показатели дизеля должны увязываться с указанными ограничениями. Так же при применении рециркуляции газов возникает дополнительная проблема - отложение сажи на внутренних поверхностях дизеля - воздухоподводящем канале, впускных окнах, форсунках. Эту проблему можно решить с помощью использования специальных сажевых фильтров. В настоящее время ряд отечественных и зарубежных исследователей ведут работы по созданию керамических фильтров (пористые сотовые структуры на основе кордиерита), фильтров на основе металлических сеток и войлока (волокна из нержавеющей стали), а также электрофильтров. Такие фильтры способны задерживать до 80 – 95 % твердых частиц, содержащихся в отработавших газах. Однако в процессе работы первые два из указанных типов фильтров вскоре забиваются сажей, что приводит к резкому росту противодавления в выхлопном трате. Поэтому требуется их регенерация - либо огневая (за счет выжигания сажи специальными горелками), либо за счет противотока, встряхивания. В целом рециркуляцию предпочтительно применять на тех тепловозах у которых, в общем времени эксплуатации преобладают режимы холостого хода и малых нагрузок.

     Одним из направлении в очистке отработавших газов от вредных выбросов (NOх, СО, СО2, SO2 и др.) является применение нейтрализаторов с катализаторами дожигания углеводородов. Из других методов очистки отработавших газов от оксида азота следует отметить каталитическое его восстановление с помощью платинованадиевого катализатора в присутствии аммиака. Использование аммиака наиболее приемлемо для применения в кислородосодержащей среде. Несмотря на сложность и относительно большую стоимость, этот метод может найти применение на железнодорожном транспорте, в первую очередь на станциях реостатных испытаний дизелей. Известны также случаи применения для восстановления оксида азота мочевины, метана, природного газа. Перечисленные способы снижения токсичности тепловозного дизеля могут быть  мокрыми и сухими. Применение на тепловозах жидкостных нейтрализаторов нереально ввиду их громоздкости, сложности эксплуатации и обслуживания.

     В настоящее время во многих странах  ведутся исследования по применению электрофизических методов очистки  газов от экологически вредных составляющих. Одним из способов является использование импульсной стримерной короны для очистки отработавших газов. По сравнению с другими способами очистки, очистка с помощью стримерной короны не сопряжена с решением сложных инженерных задач обеспечения высокого ресурса источника энергии - ускорителя электронов в агрессивной среде выхлопных газов. Выхлопные газы проходят через реакционную камеру, к которой прикладываются импульсы высокого напряжения столь малой длительности, что пробоя камеры не происходит. При этом в камере возникает интенсивный импульсный коронный разряд представляющий собой одновременное развитие большого числа тонких светящихся каналов разряда - стримеров. Во время прорастания стримеров в межэлектродном промежутке, за счет высокой напряженности электрического поля на головках стримеров нарабатывается большое количество электронов имеющих сравнительно высокую энергию. Взаимодействие этих электронов с молекулами газа приводит к образованию химически активных частиц таких как О, О3, ОН-, Н2O2 и т.д. которые, взаимодействуя в свою очередь с молекулами примесей, окисляют и доокисляют их с образованием безвредных малоактивных соединений. При этом привлекательными являются как простота технологий очистки, позволяющая совмещать реакционную камеру с существующими технологическими схемами, так и относительно невысокие затраты энергии на процесс очистки. Наличие в газах только коронирующего электрода является несомненным преимуществом этого способа очистки по сравнению с другими способами, что не исключает их комплексного применения. Энергия, требуемая на очистку 1 м3 газа меняется в зависимости от концентраций и вида загрязняющего компонента. Так по экспериментальным данным очистка воздуха от окиси азота NO2 на 80% требует затрат энергии около 15Вт·час/м3, от окиси серы SO2 на 90% - 10 Вт · час/м3.