Эффективность ограничения выбросов оксидов азота системами рециркуляции отработавших газов судовых ДВС

Предметом настоящего исследования являются системы обеспечения экологической безопасности судовых двигателей внутреннего сгорания, в частности, технологии ограничения выбросов оксидов азота (NOx ). В работе приведены нормативные требования по сокращению выбросов и рассмотрены основные теоретические аспекты проблемы образования оксидов азота в процессе сгорания в дизельном двигателе, на основании которых произведена оценка эффективности применения различных способов достижения требований к допустимому уровню концентрации NOx в составе отработавших газов. В качестве основных технологий рассмотрены системы рециркуляции отработавших газов (EGR) и системы селективного каталитического восстановления (SCR) как технологии, позволяющие добиться достижения наивысших показателей ограничения выбросов оксидов азота в соответствии с требованиями стандарта Tier третьего уровня. Учитывая особенности требований к конструкции и компоновке систем в составе судовой энергетической установки, а также эксплуатационные и инвестиционные затраты, основное внимание в работе уделено системам опосредованного влияние на внутрицилиндровые процессы двигателя, к которым относятся системы рециркуляции отработавших газов. На основании сопоставления EGR высокого и низкого давления определены преимущества и недостатки конструкций. Отмечается, что системы рециркуляции отработавших газов высокого давления имеют ряд преимуществ, к которым в первую очередь следует отнести компактность и высокую скорость реагирования системы на изменение эксплуатационных режимов. На примере разработок ведущих производителей продемонстрированы потенциальные возможности системы EGR высокого давления и характеристики двигателя, подтверждающие эффективность ее использования. На основе результатов работы сделано заключение о высокой эффективности и целесообразности использования систем рециркуляции отработавших газов для соблюдения требований действующих стандартов экологической безопасности судовых энергетических установок.

1. Живлюк Г. Е. Техническое обеспечение для соответствия судовых энергетических установок новым требованиям 2021 г. по выбросам оксидов азота / Г. Е. Живлюк, А. П. Петров // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2020. — Т. 12. — № 1. — С. 122–138. DOI: 10.21821/2309-5180-2020-12-1-122-138.

2. Петров А. П. Технологии достижения новых требований по выбросам оксидов азота судовыми энергетическими установками / А. П. Петров, Г. Е. Живлюк // Труды Крыловского государственного научного центра. — 2021. — № S1. — С. 83–85. DOI: 10.24937/2542-2324-2021-1-S-I-83-85.

3. Вибе И. И. Новое о рабочем цикле двигателей / И. И. Вибе. — М.: Машгиз, 1962. — 173 с.

4. Лашко В. А. Образование выбросов отработавших газов и управление процессом сгорания в поршневом двигателе / В. А. Лашко, И. Ю. Привальцев // Ученые заметки ТОГУ. — 2014. — Т. 5. — № 1. — С. 324–337.

5. Зельдович Я. Б. Окисление азота при горении / Я. Б. Зельдович, П. Я. Садовников, Д. А. Франк-Каменецкий. — М.: Изд-во АН СССР, 1947. — 145 с.

6. Зельдович Я. Б. Математическая теория горения и взрыва / Я. Б. Зельдович, Г. И. Баренблатт, В. Б. Либрович, Г. М. Махвиладзе. — М.: Наука, 1980. — 479 с.

7. Fenimore C. P. Formation of nitric oxide in premixed hydrocarbon flames / C. P. Fenimore // Symposium (international) on combustion. — Elsevier, 1971. — Vol. 13. — Is. 1. — Pp. 373–380. DOI: 10.1016/S0082-0784(71)80040-1.

8. Семенов Н. Н. Тепловая теория горения и взрыва / Н. Н. Семенов // Успехи физических наук. — 1940. — Т. 24. — Вып. 4. — С. 433–486. DOI: 10.3367/UFNr.0024.194008a.0433.

9. Варнатц Ю. Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ / Ю. Варнатц, У. Маас, Р. Диббл. — М.: ФИЗМАТ-ЛИТ, 2003. — 352 с.

10. Шаулов Ю. Х. Горение в жидкостных ракетных двигателях / Ю. Х. Шаулов, М. О. Лернер. — М.: Оборонгиз, 1961. — 195 с.

11. Гришанов П. А. Физико-химические процессы образования окислов азота в дизельном двигателе (обзор состояния вопроса) / П. А. Гришанов // Символ науки. — 2023. — № 5–2. — С. 27–33.

12. Мельник Г. В. Технологии для достижения требований ИМО Tier III (по материалам конгресса CIMAK) / Г. В. Мельник // Двигателестроение. — 2020. — № 4 (282). — С. 41–57.

13. Живлюк Г. Е. Особенности развития экологически безопасных современных дизельных энергетических установок / Г. Е. Живлюк, А. П. Петров // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2017. — Т. 9. — № 3. — С. 581–596. DOI: 10.21821/2309-5180-2017-9-3-581-596.

14. Emission project guide. MAN B&W Two-stroke Marine Engines. — Copenhagen SV, Denmark: MAN Energy Solutions, 2019. — 110 p.