Хороший опыт лучше поучений

Нейтрализаторы — не лучшее решение экологической проблемы эксплуатации карьерного транспорта


2017 год в России указом президента определен Годом экологии — смотром достижений и одновременно стартом новых проектов, позволяющих уменьшить негативное воздействие на окружающую среду.

В этой связи вспомнилась ситуация уже далекого 1992 года, когда пункт 487 новых Единых правил безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом (ПБ 06-07-92) (утв. постановлением Госгортехнадзора РФ от 21.07.1992 №20) потребовал применения в карьерах автомобилей, бульдозеров, тракторов и других машин с двигателями внутреннего сгорания только при наличии приспособлений, обезвреживающих ядовитые примеси выхлопных газов.

Это требование привело тогда к появлению в адрес компаний, карьеров и разрезов множества коммерческих предложений по поставке, а также по организации совместного производства нейтрализаторов для двигателей внутреннего сгорания, устанавливаемых на карьерном оборудовании.

Концерн «Кузбассразрезуголь» также решил освоить на своем заводе «Первый КАРЗ» выпуск нейтрализаторов и предложил нам для этого разработать собственную конструкцию с использованием новых технических методов, защищенных патентом на изобретение. Наш ответ, что это тупиковый вариант борьбы с опасными выбросами дизелей мощного карьерного оборудования удивил тогда руководство концерна. Но концерн и ОАО «УК «Южный Кузбасс» поверили нам и согласились помочь в проведении предложенных нами экспериментов.

Авторы настоящей статьи к тому времени уже имели опыт работ по оценке эффективности действия различных нейтрализаторов для автомобилей и автобусов малого класса, кроме того, дополнительный детальный анализ международного патентного поиска показал, что установка нейтрализаторов на двигатели карьерных самосвалов, бульдозеров, погрузчиков и экскаваторов с дизельным приводом не способна решить благородную задачу улучшения экологической обстановки на открытых горных работах.

Анализ показал, что одним из самых эффективных решений по нейтрализации отработавших газов двигателей внутреннего сгорания по-прежнему являются устройства, в которых отработавшие газы, отводимые из камеры сгорания топлива в двигателе, проходят через блоки-носители, изготавливаемые из специальной огнеупорной керамики и состоящие из множества продольных сот-ячеек, которые значительно увеличивают площадь соприкосновения с отработавшими газами. На поверхность сот-ячеек тонким слоем наносятся вещества-катализаторы. В качестве таких веществ многие годы используются окислительные катализаторы: платина и палладий, которые способствуют окислению несгоревших углеводородов (СН) в водяной пар, а оксида углерода (угарный газ, СО) в углекислый газ.

При малой мощности двигателей, особенно карбюраторных, такое решение действительно позволяет, при хорошем состоянии двигателей и топливной аппаратуры, уменьшить выбросы СО в атмосферу и тем самым улучшить экологическую обстановку на улицах мегаполисов.

В случае же установки нейтрализаторов на дизелях, в отработавших газах которых содержание СО, в сравнении с бензиновыми двигателями, чрезвычайно мало и значительно большие проблемы создают оксиды азота (NOx), технические решения по восстановлению оксидов азота в безвредный азот с помощью восстановительного катализатора с использованием родия, как показал анализ, имеют низкий срок службы и при неисправных топливной аппаратуре и двигателе практически мгновенно, в течение нескольких часов работы (менее одной смены), выходят из строя, при этом высокая температура блока носителя приводит к переходу NOx в более высокие окислы, а значит, еще большей опасности для человека и окружающей среды при выбросе таких газов в атмосферу. Кроме того, нейтрализаторы создают повышенное сопротивление движению отработавших газов, снижают мощность двигателя, поэтому водителю часто приходится форсировать обороты дизеля, увеличивая тем самым потребление дизтоплива, а значит, и выбросы опасных веществ в атмосферу.

Эти выводы были получены нами на основании комплекса проведенных экспериментальных исследований по контролю уровня выделяемых выхлопных газов автомобилей БелАЗ на разрезах угольных компаний Кузбасса (Кедровский, Бачатский, Листвянский, Ольжерасский и Томусинский). Измерения величины дымности отработавших газов карьерных самосвалов при проведении транспортных работ по перевозке угля и вскрышных пород показали тогда, что около 40% обследованного транспорта работало с превышением уровня токсичности отработавших газов относительно требований ГОСТ 17.2.2.01-84 «Охрана природы. Атмосфера. Дизели автомобильные. Дымность отработавших газов. Нормы и методы измерений». Подача топлива при этом превышала норму, так как на большинстве двигателей не была выполнена в полном объеме регулировка топливной аппаратуры и значительное обогащение смеси топливом приводило к неполному сгоранию поступающего топлива, в результате возрастала доля токсичных выбросов.

Проведенные нами исследования показали, что установка нейтрализаторов на такие двигатели только усугубляет экологические показатели работы дизелей. При этом нейтрализаторы быстро выходят из строя и увеличивают расход топлива двигателем, а значит, и выбросы ядовитых газов в атмосферу.

Предложенная нами тогда система периодической регулировки топливной аппаратуры в ходе ее ремонта и замены на автопредприятии, а также в ходе периодического технического обслуживания карьерного оборудования с дизельными приводами позволила уже на том этапе исследований показать, что за счет таких регулировок эксплуатация карьерного оборудования с дизельными двигателями вполне может отвечать требованиям экологических нормативных документов.

Результаты наших исследований того времени прошли несколько экспертиз (в частности в МАДИ) и позволили разработать Инструкцию по проверке, регулировке и ремонту топливной аппаратуры дизелей большегрузных автомобилей, которая была согласована с основными производителями дизельных двигателей и топливной аппаратуры (ООО «Турбомоторный завод», ОАО «Коломенский завод», ОАО «Ярославский моторный завод»), ПО «БелАЗ», угольными компаниями «Кузбассразрезуголь», «Южный Кузбасс», Кузнецким управлением Госгортехнадзора России и одобрена Госгортехнадзором России (письмо от 12.03.1998 №04-35/142).

Опыт внедрения системы регулярного контроля технического состояния двигателя, уровня дымности отработавших газов дизелей и правильности регулировки топливной аппаратуры согласно разработанной инструкции показал, что карьерные машины, оборудованные дизелем, можно успешно эксплуатировать без дополнительных устройств для нейтрализации отработавших газов, так как поддержание двигателей и топливной аппаратуры в исправном состоянии, своевременная ее регулировка способны обеспечивать уровень дымности отработавших газов соответствующим требованиям нормативных документов, в частности ГОСТ и даже европейских стандартов (уже в те годы достигая соответствия Евро-3).

Положительный опыт снижения в Кузбассе экологической нагрузки при эксплуатации мощных карьерных самосвалов за счет внедрения инструкции способствовал тому, что в 2002 году Госгортехнадзор России принял разработанную нами Инструкцию о порядке организации и ведения контроля за обеспечением безопасных уровней выбросов отработавших газов горных машин с дизельным приводом на открытых горных работах в качестве нормативного документа (утверждена постановлением Госгортехнадзора России от 26.01.2001 №53. Введена в действие постановлением Госгортехнадзора России от 17.06.2002 №25 с 01.09.2002).

Требования инструкции (РД 03-433-02) учитываются при создании и эксплуатации горнотранспортных машин с дизельным приводом на открытых горных работах Российской Федерации и предназначены для всех организаций, эксплуатирующих горные машины с дизельным приводом на открытых горных работах, а также для организаций, проектирующих или осуществляющих ремонт и регулировку топливной аппаратуры дизелей.

Методические рекомендации этой инструкции обеспечивают безопасность и эффективность труда обслуживающего персонала автотранспортных подразделений, позволяют улучшить экологическую обстановку на горнодобывающих предприятиях и вблизи расположенных населенных пунктах.

Кстати, в результате введения инструкции принятые вскоре Госгортехнадзором России (в 2002 году) новые редакции правил безопасности при открытой разработке месторождений рудных и строительных полезных ископаемых, а также угольных месторождений уже не содержали требований по обязательному наличию на двигателях карьерных машин дополнительных устройств в виде нейтрализаторов.

Таким образом, выполненные нами почти 25 лет назад исследования позволили сформулировать наиболее эффективное и рациональное направление для дальнейших научных и конструкторских разработок для снижения негативного воздействия работающих двигателей мощного карьерного оборудования на человека и окружающую природную среду.

Приятно отметить, что за прошедшие годы многое в этом направлении сделано разработчиками и производителями карьерной техники с дизельными приводами, которая поступает на разрезы и карьеры нашей страны. Так, сегодня на разрезах Кузбасса эксплуатируются самосвалы, на которых установлены двигатели с топливной аппаратурой типа Common Rail, а также двигатели Cummins QSK 60-C и 12ДМ-185Т с топливной аппаратурой Common Rail, имеющие высокое давление впрыска, микропроцессорную систему управления впрыском топлива и другие технические решения по подаче топлива, которые обеспечивают выполнение требований экологического стандарта Евро-3.

При этом разработанная система контроля и регулировки топливной аппаратуры по-прежнему необходима и продолжает успешно применяться. Кстати 1, сентября 2017 года исполняется 15 лет со дня ввода инструкции в действие!

Таким образом, результаты исследований, выполненных четверть века назад, и сегодня актуальны, и продолжают решать экологическую проблему улучшения условий труда на открытых горных работах в условиях использования все более мощного карьерного оборудования с дизельным приводом. Кроме того, горнодобывающие предприятия страны сэкономили колоссальные (многомиллиардные) средства на приобретение нейтрализаторов отработавших газов для карьерной техники, требующих регулярной (чаще 2-3 раз в месяц) замены этих дорогостоящих (содержащих платину, палладий и родий) устройств из-за их быстрого выхода из строя.

Сергей Протасов, к. т. н.,
директор новационной фирмы «КУЗБАСС-НИИОГР»,
Александр Березин,
доцент КузГТУ,
Александр Подгорный,
к. т. н., доцент КузГТУ,
Владимир Билибин,
к. т. н., ветеран Ростехнадзора


СГИ Тимофеева