Выхлопные газы двигателей состоят в основном из тех же элементов, что и воздух: азот – 76%, кислород – 13%, углекислый газ – 5% и вода – 5%. В сумме это составляет 99% и примерно 1% приходится на окислы азота (NOx) и серы (SOx), углеводороды (СН) и частицы несгоревшего углерода (С – сажа).
Минимизация эмиссии NOx, SOx и СО сегодня является одним из основных задач дизелестроителей и эксплуатационников. Содержание СО прямо пропорционально количеству сжигаемого топлива, и снизить его можно только путем повышения экономичности двигателя.
Согласно современным требованиям конвенции МАРПОЛ, выделен специальный район, в котором допускается использование топлива с содержанием серы не более 1,5% (зона SECA – SOx Emission Control Area, (рис. 12).
Европарламентом принят закон о снижении содержания серы в топливе для судовых дизелей до 0,1%, которые эксплуатируются на территории портов Европейского Союза, начиная с 1 января 2012 года.
Содержание SO, находится в прямой зависимости от содержания серы в топливе, и самый простой путь ее снижения – сжигание в двигателях малосернистых топлив. Однако в настоящее время, когда существует тенденция к увеличению вязкости используемого топлива и, следовательно, содержания в нем серы, альтернативным средством существенного уменьшения содержания серы в выхлопных газах является применение системы водяного скруббинга, разработанной и внедряемой фирмой Wartsila.
Принцип действия такой системы заключается в следующем (рис. 13):
Еще одна схема установки (рис. 14) удаление серы из выхлопных газов при помощи скруббера системы Вяртсиля
Раствор для промывки прокачивается из резервуара (process tank) через охладитель (system cooler) к скрубберу, откуда возвращается обратно самотеком. Щелочь (NaOH) для нейтрализации, образующаяся в выхлопе серной кислоты, поступает в систему с помощью дозирующего насоса. Пополнение резервуара пресной водой необходимо в таком количестве, чтобы компенсировать испаренную или выброшенную влагу.
Небольшая часть отработанной воды, в основном протечки, отводится в нейтрализатор (water treatment), откуда чистая вода идет за борт или в чистый льяльный танк (holding tank).Отличительной чертой установки является то, что она может периодически работать без выброса воды за борт (Zero Discharging Mode). Отложения (sluge), удаленные из воды, поступают в шламовую цистерну и сдаются на берег.
Такой скруббер устанавливается на газовыпускном тракте главного двигателя.(рис. 15. и рис. 16. Скрубберная установка на судне Ро-Рах).
Примерные габариты скрубберной установки для двигателя мощностью 8400 кВт такие: высота – 8,0 м, диаметр – 2,9 м, вес в рабочем состоянии – 13,4 тонны.
Подобные установки нашли применение в промышленных установках в качестве опытных образцов на судах (паром «Victoria I», двигатель «Вяртсиля» WV16V32), но они еще довольно сложны, громоздки и дороги. Их использование сопряжено со значительными капитальными вложениями и большими эксплуатационными расходами, обусловленными усложнением техобслуживания и необходимостью систематического пополнения химических реагентов. Срок службы установки 3-5 лет.
Содержание NOx определяется количеством азота воздуха, окислившегося в процессе сгорания, и зависит, в основном, от температуры в камере сгорания.
По требованию Международной Морской Организации (IMO) содержание NOx не должно превышать:
- в малооборотных двигателях – 17 г/кВт.ч;
- в среднеоборотных двигателях (500-800 об/мин) –13-12 г/кВт.ч;
- в высокооборотных двигателях (1000-1500 об/мин) –11,5-10,5 г/кВт.ч.
Дальнейшее снижение окислов азота на 85-95% может быть достигнуто путем дополнительной очистки выхлопных газов в селективном катализаторе (рис. 17), в котором используется 40% водный раствор безвредной субстанции UREA (мочевина), применяемой в сельском хозяйстве. Она впрыскивается непосредственно в выхлопные газы за ГТН, где соединения азота разлагаются на аммоний и углекислый газ по следующей формуле:
Литература
Курс повышения квалификации судовых механиков - [Николаев 2009]
Авторы - В.С. Михайлов, А.Н. Носовский, А.В. Корниецкий, В.А. Пинчук, А.А. Чуйко
