«Чистые» вилочные погрузчики. Двигатели внутреннего сгорания становятся менее опасными для окружающей среды

«Склад и Техника» №6/2005

В последнее десятилетие наблюдается тенденция снижения концентрации вредных примесей в отработавших газах, которые выделяются при работе двигателей внутреннего сгорания (ДВС) автотранспорта. Современные европейские экологические нормативы предъявляют очень высокие требования к предельно допустимой концентрации опасных для человека и окружающей среды веществ. Предполагается, что не позднее 2010 года средства напольного транспорта с ДВС должны стать еще более экологичными. Однако это может произойти и раньше, поскольку соответствующие необходимые для этого технологии имеются и сегодня.

Уже сейчас работы по разгрузке автотранспорта на складе можно полностью (!) проводить без ущерба для окружающей среды. И достигается это благодаря применению электрических погрузчиков с асинхронным приводом, которые развивают почти такую же мощность, как и ДВС, но при этом не шумят и не выделяют отработавших газов, эксплуатационные расходы у них значительно меньше. Подобные заявления часто можно слышать от производителей автопогрузчиков, однако в них есть и доля неправды. Во всяком случае, целый ряд очень непростых проблем попросту замалчивают. Потребителю внушают, что для питания электродвигателя достаточно подключить зарядное устройство к сети и что современные аккумуляторы абсолютно безвредны для окружающей среды. Это не совсем справедливо: может быть, у самих потребителей аккумуляторов хлопот с ними не так много, зато их хватает у энергетиков, ведь электричество образуется не в розетке – его вырабатывают и распределяют довольно сложным путем, а отходы электростанций сильно загрязняют воздух, воду и землю и требуют специальных, сложных и дорогостоящих методов утилизации. Более того, аккумуляторы современных средств напольного транспорта (СНТ, кстати, довольно дорогие!) не только изготавливают с большими затратами энергии, но после исчерпания ресурса они должны быть переработаны как особо опасные отходы.

Средства напольного транспорта с ДВС, как правило, работают на газе или на дизельном топливе. Работы с применением дизельных вилочных погрузчиков проводят на открытых площадках. При этом эксплуатационники могут рассчитывать на то, что изготовители транспортных средств выполняют требования норм по составу отработавших газов (ОГ) в соответствии с рекомендациями 97/68/EG Европарламента. Эти рекомендации, касающиеся уровня токсичности ОГ дизельных двигателей мобильного оборудования, для моторостроителей были ужесточены с 1.01.2004 г., прежде всего в отношении содержания окисей азота (NОх) и частиц сажи. Новые нормы получили название 2004/26/ЕG. Особенно интересно, что определяемые этим документом величины предельно допустимой концентрации (ПДК) все еще выше действующих сегодня нормативов для грузового автотранспорта. Если грузовые автомашины в настоящее время могут выбрасывать в атмосферу максимум 5,0 г/кВт·ч NOх, то у мощных дизельных вилочных погрузчиков этот показатель составляет 6,0 г/кВт·ч, а у небольших дизельных моделей – и все 8,0 г/кВт·ч.

Современный четырехцилиндровый дизель W35 фирмы Hatz с низкой токсичностью отработавших газов

Такая же картина наблюдается в отношении ПДК частиц сажи, особенно опасных тем, что они вызывают раковые заболевания у людей. У грузовых автомашин в настоящее время предельно допустимым считается содержание сажи 0,1 г/кВт·ч, тогда как СНТ с мощными дизелями могут выбрасывать в три paзa, a с моторами поменьше – даже в восемь раз большее количество сажи. По статистике, мобильный внедорожный транспорт ответственен за 13% всех выбросов NOх и 20% всех выбросов сажи. Поскольку существующие в Европейском Сообществе нормативы ПДК довольно высоки, выпускаемые сегодня вилочные погрузчики с дизельными двигателями работают на открытом воздухе или в открытых помещениях без систем очистки отработавших газов. Фирмы – производители СНТ обычно ссылаются на то, что при конструировании используют агрегаты самых компетентных и надежных поставщиков двигателей, таких как Kubota и Тоуotа. Например, согласно заявлению ВТ Deutschland именно эти изготовители имеют большой опыт в изготовлении долговечных, надежных и щадящих окружающую среду двигателей для вилочных погрузчиков. Те, кто хочет сделать для защиты окружающей среды еще больше (а это относится и к изготовителям СНТ, и к эксплуатирующим организациям), обязательно должны ознакомиться с новой серией дизельных двигателей с водяным охлаждением типа W35 моторостроительного завода Hatz GmbH & Сo. KG (Pyхшторф, Ruhstorf), которые были показаны нa выставке Bauma 2004. Эти дизели смогли удовлетворить не только требования нормативов 97/68/EG, но и выполнили требования по ПДК еще более строгих норм США 40CFR-ART89 для строительно-дорожных машин, а также калифорнийских CARB-нормативов для внедорожного дизельного транспорта. Руководитель сервисной службы Hatz Йенс Бадаррек (Jens Badarrek) рассчитывает, что новые двигатели W35 будут удовлетворять и еще более жестким требованиям по ПДК без установки на машины дополнительных средств очистки отработавших газов; упомянутые нормы планируется ввести уже в недалеком будущем. Возможно, при определенных обстоятельствах двигатели станут дополнительно оснащать системой рециркуляции отработавших газов (ЕGR) для снижения эмиссии NOх.

Отработавшие газы дизелей становятся чище

Фильтр DPF с аддитивными присадками серии МА фирмы Нuss Umwelttechnik

Отметим, что, хотя с помощью системы ЕGR содержание NOх в ОГ может быть значительно снижено, количество частиц сажи при этом снова возрастает. Но поскольку будущие еще более жесткие нормы ПДК только обсуждаются, конкретный объем технических мероприятий по снижению уровня опасных составляющих в ОГ в настоящий момент точно пока не определен. По сравнению с ДВС, работающим на газе, дизель является абсолютным чистюлей. ДВС, использующие газ без дополнительных средств очистки отработавших газов, выделяют вдвое больше вредных веществ, а по углеводородам – даже в четыре раза больше. Для погрузчиков, работающих на газе на открытых площадках, в настоящее время нет законодательных предписаний, хотя, например, немецкий концерн Jungheinrich бо’льшую часть своих погрузчиков в диапазоне грузоподъемностей до 2,5 т оснащает газовыми двигателями, и эта доля постоянно увеличивается.

Пока законодатели закрывают глаза на работу оборудования с ДВС на открытом воздухе, но в случае использования оборудования с дизельными и газовыми моторами в частично или полностъю закрытых помещениях это делать уже невозможно. В конечном счете никто не может допустить, чтобы оператор машины или работающий рядом персонал отравился или даже погиб от отравления какими-либо компонентами ОГ. Каждый водитель знает, что высокотоксичная окись углерода (СО) особенно опасна тем, что не имеет запаха. Эксплуатационники и заказчики (а не изготовители!) СНТ должны учитывать, что содержание этого ядовитого газа ограничивается следующими нормативами и предписаниями:

• UVV VBG 36 "Средства напольного транспорта", §21 "Отработавшие газы";

• TRGS 900 (MAK-/TRK-Werte);

• TRGS 554 DME;

Фильтры DPF FS 50 ME и FS 80 MK c электронагревом фирмы Нuss Umwelttechnik на погрузчиках Yale и Still

• UVV VBG 21 "Применение сжиженного газа", §29 и §37 "Транспортные средства с ДВС".

Технические нормы для ядовитых веществ Technische Regel fуr Gefahrstoffe (TRGS) 900, максимальные значения концентрации на рабочих местах Maximal Arbeitsplatz-Konzentrationswerte (MAК) и значения нормальной технической концентрации Technische Richt-Konzentrationswerte (ТRК) в случае эмиссии разных газов (СО, НС, NO) составляют тысячные доли литра на 1 м3, или ppm. (При химико-аналитическом определении очень малых количеств элементов и соединений (менее 0,01%), находящихся в виде примесей к основным составным частям исследуемого объекта, их содержание выражается не в % по массе, как обычно в количественном анализе, а в частях на миллион (млн-1, или ppm). При эмиссии дизелей (DМE) ПДК углерода составляет максимум 0,1 мг/м3 (здесь учитывается только элементная часть массы углерода в общей массе частиц сажи, а не, например, доля частиц сажи, образующейся из серы). Разумеется, концентрация ядовитых веществ благодаря имеющимся в помещении объемам воздуха, достаточной вентиляции и т. п. может удерживаться в требуемых пределах. ТRGS 554 DME к тому же требует от эксплуатационников и работодателей предварительной оценки того, нужен ли им вообще погрузчик с дизелем. В конце концов, есть же много хороших и производительных вилочных погрузчиков и вилочных стеллажных штабелеров с электроприводом, есть и оборудование с газовыми двигателями (повторимся, что использование последних, конечно, вызывает много вопросов, так как газовый мотор без каталитического нейтрализатора небезопасен для окружающей среды и человека).

Те системы очистки ОГ, что появились на автомобилях еще в 1980 году и применяются по сей день, разумеется, должны стоять и на СНТ с ДВС. Если эти системы не применяют до сих пор, на помощь следует призвать административно-законодательный "кнут". У ДВС к настоящему времени имеется достаточно хорошая система очистки, и стоимость ее не так уж выcока. Удивителен тот факт, что изготовители СНТ и автомобилестроители даже не общаются между собой на эту тему. Создается впечатление, что у поставщиков систем очистки ОГ, которые снабжают своей продукцией обе стороны, как будто есть на их предприятиях высокая стена между отделениями, работающими на автомобилестроителей и производителей погрузчиков. Все еще производят СНТ с системами очистки ОГ, оснащенными фильтрами для улавливания частиц сажи от дизелей, которые для проведения регенерации после определенного периода работы надо останавливать на 3...30 мин (!).

Если перенести эту ситуацию на автомобиль, это означало бы, что водитель после каждых 400...500 км пробега должен притормозить на полчаса, что нереально. По этой причине все больше поставщиков систем очистки ОГ предлагают постоянно регенерируемые сажевые фильтры дизелей. Фирма GfA Gesellschaft fуr Abgasentgiftungsanlagen mbН (Хадесхайм) уже поставляет фильтр очистки от твердых частиц DPF (Diesel Particulate Filter) с подключенным передним каталитическим нейтрализатором окислительного типа и регенеративным дожигом для оборудования, например, той же фирмы ВТ. Каталитический нейтрализатор окислительного типа превращает такие составляющие отработавших газов, как СО, НС и в меньшей степени NOх, в менее опасные газы, тогда как DPF может снизить содержание частиц сажи на 99%. Так как процесс регенерации поддерживается аддитивными присадками (они снижают температуру выжигания сажи с 550 до примерно 250 °С), нет необходимости прерывать работу такого вилочного погрузчика каждые полчаса.

Системы с аддитивными присадками

Фирма ВТ, по собственному заявлению, делает ставку на комбинацию самых современных двигателей и DPF с непрерывным дожигом сажи с помощью аддитивной системы, как это уже делает в автомобильной промышленности, например, компания Peugeot. Система DPF к тому же должна быть достаточно недорогой в установке на выпущенные ранее и уже находящиеся в эксплуатации машины. Поскольку дожиг сажи происходит во время обычной работы вилочного погрузчика, погрузочной технике ВТ не нужно выезжать на отдельную площадку и оставаться там для проведения регенерации. Процесс регенерации с выездом на отдельную площадку прерывает рабочий процесс и оплачивается драгоценным рабочим временем. В системах со сменными картриджами для DPF требуется приобретать дорогостоящее дополнительное оборудование для выжигания картриджей. Процесс их замены сложен и может осуществляться только в камере дожига, что опять-таки означает простой техники. Фирма Нuss Umwelttechnik GmbH из Нюрнберга на Международном мотор-шоу коммерческого транспорта IAA (Ганновер) в прошлом году показала такую систему с подводом аддитивных присадок.

По мнению изготовителя, этот продукт дополняет существующую производственную программу, так как с ее помощью возможна не только активная регенерация при низких температурах, но и пассивная регенерация при средних температурах. В результате в будущем с помощью новой аддитивной системы может быть охвачен больший сектор DPF, выпускаемых нюрнбергской фирмой. При этом предполагается, что температура отработавших газов будет достаточной для регенерации. При использовании DPF основной акцент следует делать на фильтрацию. Керамический DPF всегда представляет собой закрытую, периодически работающую систему. Это означает, что DРF, несмотря на постоянную регенерацию, из-за отложений золы моторного масла и аддитивной золы с течением времени забивается и, следовательно, должна регулярно очищаться. Еще одним негативным моментом является повышение давления в системе выпуска ОГ, в результате чего снижается мощность двигателя.

Динамическое тестирование дизельного двигателя с SCR-нейтрализатором фирмы Oberland Mangold

Установлено, что на легковой автомашине с применением такого фильтра расход топлива увеличивается на 1 л на каждые 100 км пробега. Разработчики фирмы Ореl доказали, что DPF может вырабатывать полициклические ароматические углеводороды (РАН) в очень большой концентрации. Эти осажденные на частицах сажи РАН при регенерации освобождаются. Чтобы удалить их, в особенности бензопирены, по критическому замечанию руководителя исследованиями фирмы Ореl, нужно было бы после сажевого фильтра поставить еще один каталитический нейтрализатор. Отметим и то, что при сгорании РАН – а это бензолы, толуолы и т. д. – при низких температурах (температура регенерации 250...
...500 °С), как установила швейцарская служба BUWAL, образуются еще диоксины и фураны.

AGR плюс РМ-нейтрализатор

Свое техническое решение этих проблем представила на IAA в Ганновере компания MAN из Нюрнберга. Поскольку речь идет не столько о количестве частиц сажи, а в значительно большей степени об их размере, инженеры фирмы дополнили систему ЕGR РМ-нейтрализатором (РМ означает Partiсulare Matter) фирмы Emitec Gesellschaft fur Emissionstechnologie mbH (Ломар). РМ-нейтрализатор представляет собой комбинацию нейтрализатора окислительного типа с желатиновым катализатором и последовательно подключенного отделителя частиц сажи (не фильтра!), который в состоянии удалить в зависимости от условий применения до 90% особо опасных мельчайших частиц размером от 20 до 100 нм.

При его использовании число частиц снижается на 80%, а общая их масса – на 30...80%. Таким образом, новый дизель фирмы MAN выдерживает будущие строгие значения норм Euro 4 даже без системы SCR (Selective Catalytic Reduction – избирательная каталитическая нейтрализация). По методу SCR в качестве средства разложения вредных составляющих в качестве носителя вместо вредного для здоровья аммиака используют значительно менее опасную аммиачную селитру (мочевину). Каждые 3000 км водитель автомашины с дизельным двигателем должен добавлять около 5 л мочевины. Кроме того, Emitec поставляет нейтрализаторы с металлическими катализаторами типов LS и РВ, которые имеют очень большую производительность и хорошо подходят для газовых ДВС; благодаря этому объем каталитического нейтрализатора может быть уменьшен вдвое. Однако следует иметь в виду, что размещение устройств очистки ОГ требует довольно значительного места, и эту особенность все конструкторы СНТ должны заранее учитывать. Для обеспечения возможности замера уровня NOх непосредственно в системе очистки в металлические каталитические нейтрализаторы встроены специальные датчики.

При необходимости можно установить и адсорберы NOх на базе металлических нейтрализаторов. Twin-Тес GmbH (Кёнигсвинтер) предлагает так называемые открытые устройства для улавливания частиц сажи на базе металлических нейтрализаторов, а фирма Oberland Mangold GmbH (Гармиш-Партенкирхен) – отдельные металлические каталитические нейтрализаторы и фильтры частиц. Компания Nissan устанавливает на трехкомпонентных каталитических нейтрализаторах системы с так называемым ULE (управлением работой двигателя).

Такие системы входят в комплектацию автомобилей. Снабженные ими погрузчики серий F05 и LX с газовыми моторами превосходят даже жесткие нормы FY 2004 службы по защите окружающей среды США для транспортного оборудования на общественных шоссе: благодаря им содержание СО, NOх и НС снижено на 94...98%. Помимо того, что машины этих серий менее опасны для окружающей среды, они на 26% меньше расходуют топлива, чем аналогичные модели при одинаковой мощности, а их отработавшие газы значительно меньше пахнут. Естественно, что использование такого оборудования позволяет намного повысить производительность работ и снизить эксплуатационные расходы.

Эксплуатационники, работающие с оборудованием с дизелями и газовыми двигателями, должны проводить измерения в изолированных или частично изолированных помещениях. Учитывая это, компания IMR, которая является отделением фирмы Т und T Ingenieurgesellschaft (Некарсулм), выпустила комбинированный измерительный прибор IMR1400diga, способный определять уровень выбросов частиц сажи и окиси углерода на погрузчиках обоих типов. Тем самым могут быть выполнены необходимые контрольные измерения в соответствии с нормами TRGS 554 и UVV (§33 и 37).



Трехступенчатый каталитический нейтрализатор Nissan

Компания Nissan широко известна своими технологическими достижениями в области охраны окружающей среды. На сегодняшний день она является первым и единственным производителем газовых погрузчиков, который предлагает систему с трехступенчатым каталитическим нейтрализатором ОГ в стандартной комплектации. Сложная система электроники "замкнутого цикла" интегрирована с монитором и воздушно-топливной системой, поэтому всякий раз, когда включается двигатель машины, расход топлива остается оптимальным, а уровень выхлопов – минимальным, что делает погрузчики Nissan серий DO1 и DO2 самыми экологически чистыми в этом сегменте рынка.

Дизель TD-27 на дизельных моделях погрузчиков Nissan также отличается чрезвычайно низким уровнем выхлопов. Компания Nissan разработала особый фильтр для дизельного топлива (систему DPF), который устраняет даже невидимые посторонние частицы. Регенерация фильтра Nissan в отличие от других систем производится здесь же, в машине, путем нажатия кнопки и длится несколько минут.





ДРУГИЕ СТАТЬИ НА ЭТУ ТЕМУ: