МІСЦЕ ФТЧ З РІДИННИМ РОБОЧИМ ТІЛОМ У КЛАСИФІКАЦІЇ ТЕХНОЛОГІЙ ЗАХИСТУ АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ ВІД КОМПЛЕКСНОГО НЕГАТИВНОГО ВПЛИВУ ЕНЕРГОУСТАНОВОК З ПОРШНЕВИМ ДВЗ

PDF(АНГЛІЙСЬКА)

 

Кондратенко Олександр Миколайович

Національний університет цивільного захисту України, Харків, Україна

https://orcid.org/0000-0001-9687-0454

 

Краснов Вячеслав Анатолійович

Національний університет цивільного захисту України, Харків, Україна

https://orcid.org/0000-0002-8445-6843

 

Семикін Віталій Максимович

Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України, Харків, Україна

 

DOI: 10.52363/2522-1892.2023.2.8

 

Ключові слова: технології захисту навколишнього середовища, екологічна безпека, електростанції, поршневі двигуни внутрішнього згоряння, дизельний фільтр твердих частинок, класифікація, тверді частки, оксиди азоту, незгорілі вуглеводні, чадний газ, шум, теплове забруднення

 

Анотація

У статті, яка відображає результати власного дослідження колективу авторів, метою якого було вдосконалення класифікації методів та засобів очищення потоку ВГ поршневого ДВЗ від полютантів як технологій захисту навколишнього середовища шляхом включення у неї виконавчих пристроїв для комплексного впливу на полютанти та чинники енергетичного забруднення атмосферного повітря як складової довкілля, зокрема ФТЧ з рідинним робочим тілом, послідовно вирішено наступні задачі щодо вдосконалення розробленого раніше, наведеного у відкритому друку та апробованого на низці науково-технічних конференцій міжнародного рівня конструкції виконавчого пристрою ТЗНС комплексної дії та вдосконалення наукового продукту упорядкування інформації – ряду взаємопов’язаних багаторівневих класифікацій – шляхом встановлення місця пристрою у цих класифікаціях, а саме: аналіз літературних даних щодо чинників екологічної небезпеки, джере­лом яких є поршневий ДВЗ в складі ЕУ; аналіз класифікації способів та засобів зниження токсичності ВГ дизельних поршневих ДВЗ; аналіз класифікації способів і засобів очищення ВГ дизельних поршневих ДВЗ від ТЧ; аналіз механічних пристроїв і систем очищення ВГ дизельних поршневих ДВЗ від ТЧ; аналіз хімічних пристроїв і систем очищення ВГ дизельних поршневих ДВЗ від ТЧ; аналіз гідродинамічних способів очищення ВГ дизельних поршневих ДВЗ від ТЧ та інших чинників екологічної небезпеки; аналіз способів регенерації ФТЧ з рідинним робочим тілом; аналіз експериментального визначення ефективності застосування ФТЧ з рідинним робочим тілом; аналіз нейтралізації оксидів азоту у ФТЧ з рідинним робочим тілом; аналіз озонного методу нейтралізації оксидів азоту у ВГ дизельних поршневих ДВЗ; аналіз області застосування рідинної нейтралізації полютантів у складі ВГ дизельного поршневого ДВЗ та вдосконалення конструкції дизельного рідинного нейтралізатора ВГ дизельного поршневого ДВЗ. Об’єктом дос­лідження є класифікація методів та засобів очищення потоку ВГ ПДВЗ від полютантів як технологій захисту навколишнього середовища. Предметом дослідження є місце виконавчих пристроїв для комплексного впливу на полютанти та чинники енергетичного забруднення атмосферного повітря як складової довкілля, зокрема ФТЧ з рідинним робочим тілом, у об’єкті дослідження. Наукова новизна результатів дослідження полягає в тому, що набула подальшого розвитку класифікація методів та засобів очищення потоку ВГ поршневого ДВЗ від полютантів як технологій захисту навколишнього середовища шляхом включення у неї виконавчих пристроїв для комплексного впливу на полютанти та чинники енергетичного забруднення атмосферного повітря як складової довкілля, зокрема ФТЧ з рідинним робочим тілом. Практичне значення результатів дослідження, полягає у тому, що вдосконалена і доповнена у дослідженні класифікація придатна для більш детального впорядкування інформації та обґрунтування актуальності розробки окремих комплексних інноваційних технологій захисту навколишнього середовища та встановлення вертикальних і горизонтальних структурно-логічних взаємозв’язків між об’єктами класифікації.

 

Посилання

1. Сучасні способи підвищення екологічної безпеки експлуатації енергетичних установок: монографія / Вамболь С. О., Строков О. П., Вамболь В. В., Кондратенко О. М.. Х.: Стиль-Издат (ФОП Бровін О.В.), 2015. 212 с.

2. Кондратенко О. М. Науково-методологічні основи захисту атмосферного повітря від техногенного впливу енергоустановок з поршневими двигунами внутрішнього згоряння: дис. д-ра техн. наук: спец 21.06.01 – екологічна безпека. Х: НУЦЗ України, 2021. 465 с.

3. The feasibility of research on the development of technology for protecting the environment from the complex physical and chemical effects of reciprocating internal combustion engines with varying degrees of wear / Kondratenko O., Babakin V., Krasnov V., Semykin V. The 2nd International scientific and practical conference “Science and technology: problems, prospects and innovations” (November 17–19, 2022). CPN Publishing Group, Osaka, Japan, 2022. Pp. 176–178.

4. Семикін В. М. Дизельний рідинний нейтралізатор відпрацьованих газів. Авіаційно-космічна техніка і технологія: Зб. наук. праць. 2001. Вип. 23. Двигуни та енергоустановки. С. 83–86.

5. Семикин В. М. Анализ области применения жидкостной нейтрализации отработавших газов дизелей. Автомобильный транспорт. 2008. Вып. 22. С. 128–130.

6. Criteria based assessment of the level of ecological safety of explo­itation of electric generating power plant that consumes bio­fuels / Kondratenko O. et al. 2018 IEEE 3rd International Conference on Intelligent Energy and Power Sys­tems (IEPS–2018): Book of Papers (10–14 September, 2018, NTU «KhPI», Kharkiv). 2018. Pp. 57-1–57-6. DOI: 10.1109/IEPS.2018.8559570.

7. Criteria based assessment of efficiency of conversion of reciprocating ICE of hybrid ve­hi­cle on con­sumption of biofuels / Kondratenko O. et al. 2020 IEEE KhPI Week on Advanced Technology, KhPI Week 2020: Conference Proceedings (05–10 October 2020, NTU «KhPI», Kharkiv). 2020. Pp. 177–182. DOI: 10.1109/KhPIWeek 51551.2020.9250118.

8. Development and Use of the Index of Particulate Matter Filter Efficiency in Environmental Protection Technology for Diesel-Generator with Consumption of Biofuels / Kondratenko O., Andronov V., Koloskov V., Strokov O. 2021 IEEE KhPI Week on Advanced Technology: Conference Proceedings (13–17 September 2021, NTU «KhPI», Kharkiv). 2021. Pp. 239–244. DOI: 10.1109/KhPI Week53812.2021.9570034.

9. Determination of Thermophysical Properties of Alternative Motor Fuels as an Environmental Aspect of Internal Combustion Engines / Umerenkova K. R., Borysenko V. G., Kondratenko O. M., Lievtierov A. M. Engineering Innovations. 2023. Vol. 7. Pp. 19–24. DOI: 10.4028/p-RwzP9p.

10. Research of Properties and Rational Composition of Ecosafe Building Materials with Ash-and-Slag Waste from Masute Fuel And Coal Combustion / Kondratenko O., Koloskov V., Koloskova H., Babakin V. Key Engineering Materials. 2023. Vol. 935. Pp. 85–97. DOI: 10.4028/p-RwzP9p. 

11. Research of Technical and Economic Properties of Material of Porous Fuel Briquettes from the Solid Combustible Waste Impregnated with Liquid Combustible Waste / Kondratenko O., Koloskov V., Kovalenko S., Derkach Y. Materials Science Forum. 2021. Vol. 1038. Pp. 303–314. DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.1038.303.

12. Зольне гранулювання насіння у пакуванні насіння з використанням небезпечних відходів тваринництва / Колосков В. Ю., Колоскова Г. М., Кондратенко O. М., Стороженко Є.В. Technogenic and ecological safety. 2022. № 12(2/2022). С. 65–71. DOI: 10.52363/2522-1892.2022.2.8.

13. Інструментальна похибка відомих формул перерахунку показників димності у показники токсичності відпрацьованих газів поршневих ДВЗ / Кондратенко O. М. та ін. Technogenic and ecological safety. 2022. № 12(2/2022). С. 3–18. DOI: 10.52363/2522-1892.2022.2.1.

14. Development of the combined reservoir of mixture of technical combustible liquids as component of environment protection technology / Kondratenko O. M. et al. Technogenic and Ecological Safety. 2021. Vol. 10(2/2021). Pp. 28–40. DOI: 10.52363/2522-1892.2021.2.5.

15. Determination of emissions of vapor of technic flammable liquids from enterprise for their storing and distribution and rational ajustments of their breathing valves / Kondratenko O. M. et al. Technogenic and Ecological Safety. 2020. Vol. 8(2/2020). Pp. 17–31. DOI: 10.5281/ zenodo.4300753.

16. Kondratenko O. M. Assessment of ecological and chemical efficiency of exploitation process of reciprocating ICE of vehicle with concideration of emission of sulphur oxides, benzo(a)py­rene and polycyclic aromatic hydrocarbones. Technogenic and Ecological Safety. 2020. Vol. 7(1/2020). Pp. 38–50. DOI: 10.5281/zenodo.3780076.

17. Kondratenko O. M. Taking into account the emissions of CO₂ as a toxic pollutant and as a greenhouse gas in fuel and ecological complex criteria-based assessment of diesel-generator ope­ration process. Technogenic and Ecological Safety. 2019. Vol. 6(2/2019). Pp. 12–23. DOI: 10.5281/zenodo.3558960.

18. Удосконалення математичного описання теплофізичних властивостей альтернативних моторних палив на основі модифікованої термодинамічної теорії збурень. Частина 1 / Кондратенко О. М. та ін. Двигуни внутрішнього згоряння. 2023. № 1. С. 25–32. DOI: 10.20998/0419-8719.2023.1.04.

19. Удосконалення математичного описання теплофізичних властивостей альтернативних моторних палив на основі модифікованої термодинамічної теорії збурень. Частина 2 / Кондратенко О. М. та ін. Двигуни внутрішнього згоряння. 2023. № 2. С. 54–63. DOI: 10.20998/0419-8719.2022.2.07.

20. Accounting the emissions of engine fuel vapors in the criteria-based assessment of the ecological safety level of power plants with reciprocating ICE exploitation process / Kondratenko O. M. et al. Двигуни внутрішнього згоряння. 2022. № 1. С. 40–50. DOI: 10.20998/0419-8719.2022.1.06.

21. Determination of reference values of complex fuel and ecological criterion as the separate independent factor of ecoloical safety / Kondratenko O. M. et al. Двигуни внутрішнього згоряння. 2021. № 1. Pр. 75–85. DOI: 10.20998/0419-8719.2021.1.10.

22. Criteria-based assessment of fuel and ecological efficiency of exploitation process of reciprocating ICE of power plants with consideration of emission of sulfur oxides / Kondratenko O. M., Koloskov V. Yu., Derkach Yu. F., Kovalenko S. A. Двигуни внутрішнього згоряння. 2020. № 2. Pр. 46–57. DOI: 10.20998/0419-8719.2020.2.07.

23. Features of determination of the efficiency of de­vi­ces for improvement of ecological sa­fety level of vehicles with reciprocating ICE exploitation / Kondratenko O. M., Chernobay G. O., Derkach Ju. F., Kovalenko S. A. Двигуни внутрішнього згоряння. 2019. № 2. Pр. 36–44. DOI: 10.20998/0419-8719.2019.2.07.

24. A comparative investigation between particle oxidation catalyst (POC) and diesel particulate filter (DPF) coupling aftertreatment system on emission reduction of a non-road diesel engine / Feng R. et al. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2022. Vol. 238. Art. 113576. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2022.113576.

25. Physical, chemical, and cell toxicity properties of mature/aged particulate matter (PM) trapped in a diesel particulate filter (DPF) along with the results from freshly produced PM of a diesel engine / Wong P. K. et al. Journal of Hazardous Materials. 2022. Vol. 434. Art. 128855. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2022.128855.

26. Evolution of particulate matter deposited in the DPF channel during low-temperature regeneration by non-thermal plasma / Shi Y. et al. Fuel. 2022. Vol. 318. Art. 123552. DOI: 10.1016/j.fuel.2022.123552.

27. Study of gas and particulate emission characteristics during the fast regeneration period of DPF / Meng Z. et al. Fuel. 2022. Vol. 317. Art. 123353. DOI: 10.1016/j.fuel.2022.123353.

28. The role of the driving dynamics beyond RDE limits and DPF regeneration events on pollutant emissions of a Euro 6d-temp passenger vehicle / Toumasatos Z. et al. Journal of Aerosol Science. 2022. Vol. 161. Art. 105947. DOI: 10.1016/j.jaerosci.2021.105947.

29. Full course evolution characteristics of DPF active regeneration under different inlet HC concentrations / Wang D.-y. et al. Fuel. 2022. Vol. 310, Part C. Art. 122452. DOI: 10.1016/j.fuel.2021.122452.

30. Exhaust emission characteristics of stoichiometric combustion applying to diesel particulate filter (DPF) and three-way catalytic converter (TWC) / Jo S., Cha J., Park S. Energy. 2022. Vol. 254, Part B. Art. 124196. DOI: 10.1016/j.energy.2022.124196.

31. Temperature, particulate emission characteristics, and emission reduction performance for SCR coated on DPF under drop to idle regeneration / Chen Y.-j. et al. Energy. 2023. Vol. 268. Art. 126764. DOI: 10.1016/j.energy.2023.126764.

32. Experimental investigation on the variation characteristics of soot layer thickness and pressure drop during DPF/CDPF active regeneration / Ou J., Meng Z., Hu Y., Du Y. Chemical Engineering Science. 2021. Vol. 241. Art. 116682. DOI: 10.1016/j.ces.2021.116682.

33. Particle emission characteristics of DPF regeneration from DPF regeneration bench and diesel engine bench measurements / Meng Z. et al. Fuel. 2020. Vol. 262. Art. 116589. DOI: 10.1016/j.fuel.2019.116589.

34. Energy flow behavior and emission reduction of a turbo-charging and EGR non-road diesel engine equipped with DOC and DPF under NRTC (non-road transient cycle) / Hu S., Deng B., Wu D., Hou K. Fuel. 2021. Vol. 305. Art. 121571. DOI: 10.1016/j.fuel.2021.121571.

35. Experimental characterization of ultrafine particle emissions from a light-duty diesel engine equipped with a standard DPF / Rossomando B. et al. Proceedings of the Combustion Institute. 2021. Vol. 38, Issue 4. Pp. 5695–5702. DOI: 10.1016/j.proci.2020.09.011.

36. Experimental study of emission characteristics and performance of SCR coated on DPF with different catalyst washcoat loadings / Tan P.-q. et al. Fuel. 2023. Vol. 346. Art. 128288. DOI: 10.1016/j.fuel.2023.128288.

37. Experimental study on regeneration performance and particle emission characteristics of DPF with different inlet transition sections lengths / Meng Z. et al. Fuel. 2020. Vol. 262. Art. 116487. DOI: 10.1016/j.fuel.2019.116487.

38. Martyr A. J., Plint M. A. Chapter 16 – Engine Exhaust Emissions: The Design, Building, Modification and Use of Powertrain Test Facilities. Engine Testing (Fourth Edition). Elsevier Ltd., Butterworth-Heinemann, 2012. Pp. 407–450. DOI: 10.1016/B978-0-08-096949-7.00016-9.

39. He J., Chen K., Xu J. Urban Air Pollution and Control. Encyclopedia of Sustainable Technologies. Elsevier, 2017. Pp. 243–257. DOI: 10.1016/B978-0-12-409548-9.10182-4.

40. A Framework for Modular Modeling of the Diesel Engine Exhaust Gas Cleaning System / Åberg A. et al. Computer Aided Chemical Engineering. 2015. Volume 37. Pp. 455–460. DOI: 10.1016/B978-0-444-63578-5.50071-2.

41. Chapter 16 – Advances in Cleaning Mobile Emissions: NOx-Assisted Soot Oxidation in Light-Duty Diesel Engine Vehicle Application / Andana T. et al. Studies in Surface Science and Catalysis. 2019. Vol. 178. Pp. 329–352. DOI: 10.1016/B978-0-444-64127-4.00016-1.

42. Xin Q. Diesel aftertreatment integration and matching. Diesel Engine System Design. Woodhead Publishing, 2013. Pp. 503–525. DOI: 10.1533/9780857090836.2.503.

43. Using 3D CFD to model exhaust fuel dosing device (fuel vaporizer) and oxidation of hydrocarbon / Leong W. U. A., Savci I. H., Hatton A., Scott J. Internal Combustion Engines: Improving Performance, Fuel Economy and Emission. Woodhead Publishing, 2011. Pp. 245–259. DOI: 10.1533/9780857095060.6.245.

44. Okubo M., Kuwahara T. Chapter 4 – Operation examples of emission control systems New Technologies for Emission Control in Marine Diesel Engines. Butterworth-Heinemann, 2020. Pp. 145-210. DOI: 10.1016/B978-0-12-812307-2.00004-3.

45. Matsumoto S. Advances in Automobile Exhaust Catalyst. Studies in Surface Science and Catalysis. 2007. Volume 172. Pp. 27–34. DOI: 10.1016/B978-0-444-53202-2.50004-X.

46. Okubo M., Kuwahara T. Chapter 3 – Principle and design of emission control systems. New Technologies for Emission Control in Marine Diesel Engines. Butterworth-Heinemann, 2020. Pp. 53–143. DOI: 10.1016/B978-0-12-812307-2.00003-1.

47. Sachs R., Asal W. Compressor for exhaust treatment of non-road vehicles. 8th International Conference on Compressors and their Systems. Woodhead Publishing, 2013. Pp. 103–112. DOI: 10.1533/9781782421702.2.103.

48. Metal oxides for emission control / Yuan X., Wu X., Wu Y., van Ree T. // Metal Oxides in Energy Technologies. 2018. Pp. 391–414. DOI: 10.1016/B978-0-12-811167-3.00015-8.

49. Insight into the penalty of exhaust emissions and fuel consumption by DPF regeneration of a diesel passenger car / Huang J. et al. Chemosphere. 2022. Vol. 309, Part 1. Art. 136629. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2022.136629.

50. Preparation and characterization of diesel particle filter (DPF) with hierarchical microstructure for catalytic combustion of soot / Ai C. et al. Ceramics International. 2022. Vol. 48, Issue 7. Pp. 9304–9312. DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.12.119.

51. Multiscale characterization of exhaust and crankcase soot extracted from heavy-duty diesel engine and implications for DPF ash / Bagi S., Kamp C. J., Sharma V., Aswath P. B. Fuel. 2020. Vol. 282. Art. 118878. DOI: 10.1016/j.fuel.2020.118878.

52. Yusuf A. A., Inambao F. L., Ampah J. D. Evaluation of biodiesel on speciated PM2.5, organic compound, ultrafine particle and gaseous emissions from a low-speed EPA Tier II marine diesel engine coupled with DPF, DEP and SCR filter at various loads. Energy. 2022. Vol. 239, Part A. Art. 121837. DOI: 10.1016/j.energy.2021.121837.

53. Effect of Biodiesel impurities (K, Na, P) on non-catalytic and catalytic activities of Diesel soot in model DPF regeneration conditions / Zhang H. et al. Fuel Processing Technology. 2020. Vol. 199. Art. 106293. DOI: 10.1016/j.fuproc.2019.106293.

54. Performance analysis of diesel particulate filter thermoelectric conversion mobile energy storage system under engine conditions of low-speed and light-load / Zhao X., Jiang J., Zuo H., Mao Z. // Energy. 2023. Vol. 282. Art. 128411. DOI: 10.1016/j.energy.2023.128411.

55. Zhao X., Jiang J., Mao Z. Effect of filter material and porosity on the energy storage capacity characteristics of diesel particulate filter thermoelectric conversion mobile energy storage system. Energy. 2023. Vol. 283. Art. 129068. DOI: 10.1016/j.energy.2023.129068.

56. In situ growth of ZnO nanorods on monolithic diesel particulate filters and supporting potassium for catalytic soot combustion / Zhang Z. et al. Chemical Physics Impact. 2023. Vol. 6. Art. 100174. DOI: 10.1016/j.chphi.2023.100174.

57. Thirumalini S., Malemutt P. Investigations on anti-Tampering of diesel particulate filter. Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 46, Part 10. Pp. 4988–4992. DOI:://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.10.390.

58. Study of the influence of methanol/F-T diesel combustion particle materiality parameters on the deposition process in diesel particulate filter trap units / Zhu X. et al. Journal of the Energy Institute. 2023. Vol. 107. Art. 101184. DOI: 10.1016/j.joei.2023.101184.

59. Experimental study on the effect of loading and regeneration for an optimized management of the DPF / Cavallo D. M., et al. Results in Engineering. 2023. Vol. 18. Art. 101048. DOI: 10.1016/j.rineng.2023.101048.

60. Experimental study on the pressure drop and thickness variation of carbon black particle layer during oxidation on DPF channels / Deng M.et al. Fuel. 2023. Vol. 354.Art. 129290. DOI: 10.1016/j.fuel.2023.129290.