Инфракрасная система контроля газовых выбросов вредных веществ судовыми энергетическими установками

Сжиженный природный газ (СПГ) не только способен оптимизировать глобальный энергетический состав, но и стал наиболее широко используемым альтернативным топливом для судовых энергетических установок из-за своих преимуществ, таких как низкие выбросы вредных веществ, техническая отработанность и высокая экономичность. По сравнению с обычным мазутом использование сжиженного природного газа в качестве судового топлива может сократить выбросы NOx до 90%, выбросы SOx и твёрдых частиц почти на 100% и выбросы СО2почти на 30%, что может соответствовать все более строгим правилам ИМО по выбросам с судов, а также глобальной цели устойчивого развития. Недостатком СПГ является выброс остатков газового топлива, не полностью сгоревшего в двигателях. Для мониторинга выбросов вредных веществ предлагается использовать измерение их концентрации в газо-воздушной среде по поглощению ими инфракрасного (ИК) излучения в средней части инфракрасного диапазона. Приведены результаты калибровки инфракрасной системы по одному гомологу предельных углеводородов. Экспериментальная проверка допустимости такого подхода проверена по интегральному сечению поглощения молекулы н-гексана. Показано, что предложенный метод градуировки инфракрасной системы по одному компоненту является допустимым для измерения остатков газового топлива, не полностью сгоревшего в двигателях, в пределах установленной погрешности 25 %. Предлагаемая инфракрасная система, в отличие от описанной авторами ранее системы лазерного мониторинга молекул метана лидаром комбинационного рассеяния света, предпочтительней, так как используемые в ней инфракрасные светодиоды дешевле лазеров, имеет небольшие массу и габариты и ее можно встраивать в существующее оборудование при погрешности измерений того же порядка. Liquefied natural gas (LNG) not only has the potential to optimize the global energy mix but has also become the most widely used alternative fuel for marine propulsion systems due to its advantages, such as low emissions, technical maturity, and high cost-effectiveness. Compared to conventional fuel oil, the use of LNG as a marine fuel can reduce NOx emissions by up to 90%, SOx and particulate matter emissions by nearly 100%, and CO2 emissions by nearly 30%, thereby meeting increasingly stringent IMO regulations on ship emissions and global sustainable development goals. A disadvantage of LNG is the emission of residual gas fuel, incompletely burned in engines. To monitor emissions of harmful substances, it is proposed to measure their concentration in the gas-air environment based on their absorption of infrared (IR) radiation in the mid-infrared range. The results of calibration of the infrared system for one homologue of saturated hydrocarbons are presented. An experimental verification of the admissibility of this approach was performed using the integrated absorption cross-section of the n-hexane molecule. It has been shown that the proposed method of calibrating an infrared system for one component is acceptable for measuring the residues of gas fuel not completely burned in engines, within the established error of 25%. The proposed infrared system, in contrast to the previously described system of laser monitoring of methane molecules using Raman lidar, is preferable because the infrared LEDs used in it are cheaper than lasers, have a small weight and dimensions, and can be integrated into existing equipment with a measurement error of the same order of magnitude.