Методические указания к выполнению задания по дисциплине экология (стр. 4 )

Неспециалисты часто полагают, что все они появляются в отработавших газах вследствие неполного сгорания топлива. Это справедливо лишь в отношении оки­си углерода и углеводородов. Первые - продукт неполного окисления содержав­шегося в топливе углерода, вторые - остатки несгоревшего бензина.

Образование же окислов азота в ци­линдре двигателя не связано непосредственно с горением топлива. Они - про­дукт химических реакций азота, содержа­щегося в атмосферном воздухе, для кото­рых необходимы только свободный кисло­род и высокая температура. Вследствие этого почти все мероприятия по повы­шению полноты и эффективности сгора­ния, сопровождающиеся ростом темпера­туры в цилиндре (увеличение степени сжатия, установка оптимального для топ­ливной экономичности угла опережения зажигания и т. п.) при работе на умеренно обедненных смесях дают не только сни­жение расхода топлива, но одновремен­но - значительное повышение выброса окислов азота.

Получается, что для сокращения доли окислов азота надо сознательно ухуд­шать эффективность сгорания, а значит, топливную экономичность. Своего рода заколдованный круг? Выход из него вот уже два десятилетия ищут ученые и ин­женеры во всем мире. Положение ослож­няется тем, что окислы азота более вред­ны для организма человека, чем СО и СnНm. В воздушной среде они могут обра­зовывать так называемый фотохимический смог, время от времени застилающий удушливой пеленой города с бесконтроль­но разросшимся парком автомобилей. Поэтому санитарные нормы содержания окислов азота в воздухе в 25 раз жестче, чем окиси углерода.

Чтобы уменьшить выброс окислов азота с отработавшими нужно либо понижать температуру в цилиндре, либо убавлять количество свободного кисло­рода в рабочей смеси.

Чтобы достигнуть цели с минималь­ным ухудшением топливной экономично­сти, стараются добиться устойчивой рабо­ты двигателя на предельно обедненной смеси, когда температура сгорания невы­сока. Здесь необходимы специальные конструктивные меры, чтобы обеспечить требуемую скорость распространения пламени по объему камеры сгорания.

Другой, простейший способ снизить выброс окислов азота - устанавливать на основных рабочих режимах более позд­нее зажигание. К этой мере особенно часто прибегали в США в первые годы после введения норм на токсичность. Дошло до того, что распределители зажи­гания оснащали «обратным» вакуум-ре­гулятором, не увеличивающим, как обыч­но, угол опережения на малых нагруз­ках, а, наоборот, уменьшающим его по сравнению с опережением на полном дросселе. С уменьшением температуры сгорания заметно снижался выброс окис­лов азота, но существенно увеличивался расход топлива.

Наиболее результативный, но и самый дорогостоящий метод борьбы с окислами азота - их химическая нейтрализация в специальных устройствах - каталити­ческих нейтрализаторах. Его суть в том, что отработавшие газы пропускают через резервуар, внешне напоминающий глуши­тель, с наполнителем в виде гранул или сот, покрытых тончайшим слоем катали­затора (рис. 1). В качестве последнего могут служить несколько веществ. Наилуч­шее каталитическое действие, но и самая высокая стоимость - у платиновых катализаторов. Они позволяют обезвредить 96—98% токсичных веществ, превратив их в азот, углекислый газ и воду.

Для эффективной работы устройства необходимо, чтобы в цилиндрах сгорала слегка обогащенная смесь вместо обед­ненной, что приводит к ухудшению эконо­мичности на 5-10%. Нейтрализатор окис­лов азота не может одновременно обез­вреживать окись углерода и углеводоро­ды: для этого потребуется еще одно устройство, в котором путем впуска до­полнительного воздуха поддерживается обедненный состав смеси. Поэтому катали­тическую нейтрализацию отработавших газов применяют лишь в районах или странах, где надо добиться столь низкого уровня токсичности выбросов, который оправдал бы значительные затраты на его достижение.

Применение платиновых катализаторов требует перехода на более доро­гой, неэтилированный бензин, так как соединения свинца в отработавших газах быстро разрушают катализатор.

Наконец, еще один способ снизить выб­рос окислов азота - частичная рецирку­ляция отработавших газов. В этом случае часть газов из выпускной системы посту­пает во впускной трубопровод и, сме­шиваясь со свежей горючей смесью, вновь попадает в цилиндр. Инертные (негорю­чие) отработавшие газы выполняют роль балласта и снижают максимальную тем­пературу в цилиндре.

Правда, повышенное их содержание отрицательно влияет на процесс сгора­ния и в итоге увеличивает расход топлива. Но одновременно снижаются так называе­мые насосные потери, связанные с запол­нением цилиндра свежим зарядом, по­скольку разрежение во впускной трубе в течение такта впуска становится меньше. В результате общее увеличение расхода топлива, даже при рециркуляции 10-15% отработавших газов, не превышает нескольких процентов, зато выброс окис­лов азота снижается минимум в два раза. В этом преимущество рециркуляции по сравнению с переходом на позднее за­жигание, с которым связаны более суще­ственные потери мощности и увеличение расхода бензина. Если же степень рецир­куляции не превышает 3-5%, расход топлива может даже несколько умень­шиться вследствие подогрева смеси.

Система рециркуляции, о которой шла речь, проста, надежна и достаточно эф­фективна. Но в последнее время, отме­ченное широким развитием электронной техники, все чаще стали применять комп­лексные системы для управления как подачей топлива и углом опережения зажигания, так и клапаном рециркуля­ции. Они обеспечивают оптимальное дозирование перепускаемых газов на характерных режимах в сочетании с самыми выгодными для топливной экономич­ности углами опережения зажигания и отключение рециркуляции на других ре­жимах. Тем самым удается обеспечить не только нормы на выброс токсичных веществ, но и хорошие показатели топ­ливной экономичности.

Рис. 1. Трехкомпонентный катализатор для нейтрализации окиси углерода (СО) и углеводородов (СnНm).

Проведенные исследова­ния показывают, что, например, на киевских улицах уровень бензопирена в воздухе превышает ПДК в среднем в 1,6 раза (на московских - в 20 раз!), двуокиси азо­та в 1,3 раза. Как утвер­ждают эксперты, именно транспорт является ос­новным (более 70%) ис­точником ухудшения эко­логической обстановки, остальные же вредные вы­бросы приходятся на про­мышленные предприятия.

РАСЧЁТ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ ОТ АВТОТРАНСПОРТА

Данная методика предусматривает два расчёта:

· Полные выбросы загрязняющих веществ, при работе автотранспорта на линии

· Выбросы загрязняющих веществ на территории предприятия

Полные выбросы загрязняющих веществ, при работе автотранспорта на линии

При работе двигателей внутреннего сгорания в атмосферу с выхлопными газами выбрасываются десятки вредных веществ, однако, наиболее массовыми являются диоксид азота, оксид углерода и большая гамма органических веществ называемая углеводородами. Количественный и качественный состав выхлопных газов автомобилей зависит от вида топлива, устройства двигателя (бензиновый или дизельный), от мощности двигателя и других факторов.

Выброс одноимённых загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспорта определяют по формуле:

, (40)

где П - пробег автомобиля определённого типа, км/год;

Уд - удельные выбросы вредных веществ с выхлопными газами, г/км;

n - количество однотипных автомобилей;

N - количество типов автомобилей.

Пример расчёта

На предприятии в эксплуатации находятся 92 автомобиля, в том числе 73 грузовые и 19 легковые. Из 73 грузовых машин 55 бензиновые и 18 дизельные. Легковые автомобили все бензиновые.

В таблице 7 приведёно количество и годовой пробег автомобилей.

Таблица 7

Тип автомобиля	Количество автомобилей	Пробег одного авто-ля тыс. км/год	Общий пробег тыс. км/год
1	2	3	4
Грузовые бензиновые Грузовые дизельные Грузовые газо-баллонные Автобусы бензиновые Легковые бензиновые	55 18 - - 19	10,774 10,602 - - 17,190	592,55 190,83 - - 326,6

Удельные выбросы от различных видов автотранспорта приведены в таблице 8.

Таблица 8

Удельные выбросы от автотранспорта

Тип автомобиля	Удельные выбросы, г/км
СО	СnHm	NO2
1	2	3	4
Грузовые бензиновые Грузовые дизельные Грузовые газо-баллонные Автобусы бензиновые Легковые бензиновые	124.32 35.85 120.00 114.84 34.32	27.76 15.36 25.00 21.5 3.42	5.4 8.5 5.2 5.1 1.89

Подставив полученные значения в формулу (40) определим выбросы вредных веществ в атмосферу для каждого типа автомобиля.

Грузовые бензиновые

ВСО = 10774 × 55 × 124,32 ×10-6 = 73,668 т/год

ВСnHm = 10774 × 55 ×26,76 × 10-6 = 15,857 т/год

= 10774 × 55 × 5,4 × 10-6 = 3,2 т/год

Грузовые дизельные

ВСО = 10602 × 18 × 35,85 ×10-6 = 6,841 т/год

ВСnHm = 10602 × 18 ×15,36 × 10-6 = 2,931 т/год

= 10602 × 18 × 8,5 × 10-6 = 1,622 т/год

Легковые бензиновые

ВСО = 17190 × 19 × 34,32 ×10-6 = 11,209 т/год

ВСnHm = 17190 × 19 ×3,42 × 10-6 = 1,117 т/год

= 17190 × 19 × 1,89 × 10-6 = 0,617 т/год

Результаты расчётов сводятся в таблицу 9.

Таблица 9

Выброс вредных веществ от автотранспорта

Тип автомобиля	Выбросы, т/год
СО	СnHm	NO2
1	2	3	4
Грузовые бензиновые Грузовые дизельные Легковые бензиновые	73,668 6,841 11,209	15,857 2,931 1,117	3,2 1,622 0,617

Итого S 91,718 19,923 5,439

Расчёт выбросов загрязняющих веществ на территории предприятия

Принимаем приближённо, что время работы автотранспорта на территории предприятия составляет 1% от времени работы на линии. В соответствии с этим пропорционально снижаются и выбросы вредных веществ на территории предприятия. А именно:

СО = 0,92 т/год

СnHm = 0,199 т/год

NO2 = 0,054 т/год

ЛИТЕРАТУРА

1. Закон Украины “Об охране окружающей природной среды”, 1993 г.

2. Закон Украины “Об экологической экспертизе. Постановление Верховно­го Совета Украины от 09.02.95 №45/95-ВР.

3. ГОСТ 17.2.3.02-78 Правила установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями.

4. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ содержащихся в выбросах предприятий ОНД-86 Госкомгидромет. Л. 1987.

5. Методика эколого-экономической оценки проектов, , К - 1980.

6. Временная типовая методика определения экономической эффективности осуществления природоохранных мероприятий, Экономика, 1986. АНССР.

7. Программа автоматизированного расчета рассеивания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе “ОТО” Херсон, 1997 г.

8.  Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий СН 245-71, М. 1972.

9.  , , Кузнецов Оборудование для санитарной очистки газов (монография) // Техника – Киев