Modelarea matematică a formării poluanților în sistemele energetice navale

Controlul emisiilor poluante la motoarele diesel în doi timpi

1.1. Introducere

Producãtorii de motoare diesel au fost primii implicaţi in problemele privind emisia de gaze de evacuare în domeniul aplicaţiilor staţionare. Un studiu asupra emisiilor de gaze de evacuare de la un motor diesel reprezintã o provocare atât pentru proiectanţi cât şi pentru producãtorii echipamentelor de tratare a gazelor. Este, de asemenea, un mijloc de înţelegere profundã a procesului de ardere. O astfel de înţelegere a condus la tratarea mai serioasã a problemelor de mediu în domeniul naval. Anticipând aceastã dezvoltare, MAN B&V a iniţiat studii asupra nivelului emisiilor motoarelor în urmã cu 15 ani. Aceste studii au încercat sã gãseascã tehnici pentru reducerea emisiilor de gaze de evacuare, tehnici care sã fie în conformitate atât cu normele actuale, cât şi cu cele viitoare. Principala preocupare a fost, până acum, reducerea emisiilor de oxid de azot. Prin urmare, deja s-au alocat unui numãr de nave echipamente pentru controlul emisiilor. În cadrul IMO au loc acum dezbateri asupra limitãrii nivelului poluant al aerului atmosferic de cãtre emisiile conţinute în gazele de evacuare şi al apelor. În diferite pãrţi ale lumii autoritãţile fac paşi similari. Un exemplu sunt regulile propuse de Agenţia pentru Protecţia Mediului Înconjurãtor (EPA-Environmental Protection Agency), reguli ce în prezent sunt dezbătute. Propunerile Agenţiei de Protecţia Mediului sunt luate în consideraţie pentru a fi reglementate în documentaţii avizate şi aprobate, iar tehnologiile de aplicare a acestor propuneri se impun a fi proiectate.

1.2. Compoziţia gazelor de evacuare

Compoziţia poluanţilor principali din gazul evacuat, dupã cum aratã figura 1.1 şi tabelul 1.1 este un rezultat al procesului din motor, al combustibilului şi al mijloacelor implicate în controlarea emisiilor. În cele de mai jos va fi descris fiecare component al gazelor de evacuare.

Fig. 1.1

Tab. 1.1. Compozitia gazelor evacuate de un motor 10K60MC

Concentratii Emisii

Ele-

mente Ppm%

(wet) Ppm%

(dry) Ppm% Ppm% Ppm% Ppm% G/Nm3 g/ghph g/kWh g/MJ

input g/kg

fuel kg/h

(15%O2) (13%O2) (5%O2) (0%O2)

NOx 1570 1660 1362 1820 3652 4767 3,41 13,7 18,63 2,49 99,9 352,1

CO 57 60 49 66 132 172 0,08 0,3 0,41 0,05 2,2 7,7

HC 284 300 246 329 660 861 0,22 0,86 1,17 0,16 6,3 22,2

SOx 516 545 447 598 1199 1565 1,56 6,26 8,52 1,14 45,7 161

O2 13 13,7 15 13 5 0 196 790 1070 142,9 5740 20225

O2 13 13,7 15 13 5 0 196 790 1070 142,9 5740 20225

CO2 5,2 5,6 4,6 6,1 12,3 16 108 440 590 78,9 3170 11188

H2O 5,4 0 0 0 0 0 0 180 250 33,6 1350 4747

particule - - - - - - 0,12 0,48 0,66 0,09 3,52 12,1

Temperatura ambiantã 25°C, umiditate 50%

Oxigenul. Motoarele lente în doi timpi cu cap de cruce funcţioneazã cu exces de aer . Mai mult de jumãtate din cantitatea de aer este folosită în procesul de ardere, iar partea care mai rãmâne este eliminatã din cilindru. Prin urmare, gazele de evacuare contin cam 13-16% oxygen şi aceastã parte trebuie luatã în considerare când se calculeazã concentraţia diferitelor componente ale gazelor. Unele reglementãri privind emisia de gaze de evacuare indicã o concentraţie de 15% oxigen; deci, dacã actuala concentraţie este diferitã, rezultatul va trebui corectat conform celor mai sus menţionate.

Azotul ocupã aproape 80% din atmosferã. Fiind dat raportul de exces de aer mai sus menţionat, este clar cã azotul constitue o mare parte din gazele de evacuare. Cum azotul e practic inactiv, doar o micã dar importantã parte este implicatã în reacţiile chimice ce au loc în motor.

Dioxidul de carbon, vaporii de apa. Fundamental, arderea completã a hidrocarburilor va produce dioxid de carbon şi vapori de apã, iar cantitatea relativã a acestora va fi în funcţie de compoziţia hidrocarburilor. Dioxidului de carbon, deşi nu e toxic, i s-a acordat recent mai multã atenţie datoritã aşa-numitului efect de serã. Folosirea mecanismelor cu un randament termic mare şi a combustibililor cu conţinut de carbon relativ mic sunt singurele metode viabile pentru a reduce emisiile de dioxid de carbon.