169234 (Транспорт и экология), страница 2

При испытании различных топлив с присадками на тепловых двигателях, как правило, основным показателем, характеризующим эффективность действия присадок, служит степень повышения цетанового и октанового чисел и количество вредных выбросов в атмосферу.

С увеличением процентного содержания присадки значительно уменьшается окись углерода. Следовательно, введение в топливо некоторых количеств нитросоединений улучшает их моторные качества, а именно, увеличивает воспламеняющиеся способности, выражающиеся в цетановых числах, снижает образование вредных примесей и значительно уменьшает вредные выбросы в атмосферу.

Санитарными нормами устанавливаются предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе, которые не оказывают прямого или вредного косвенного влияния на человека и окружающую среду. Величина ПДК зависит от химического состава вещества и времени его воздействия на человека и окружающую среду. Поэтому санитарными нормами устанавливаются предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны и предельно допустимые концентрации в атмосферном воздухе населенных пунктов. Значения ПДК в атмосферном воздухе населенных пунктов устанавливают максимально разовую и среднесуточную.

Первая является основной характеристикой опасности вредного вещества и характеризует его предельную концентрацию, которая при кратковременном воздействии (в течение 20-30 мин) не вызывает у человека отрицательных явлений, а вторая – допустимую степень загрязнения в течение длительного периода времени.

Окись углерода: класс опасности 4, ПДК рабочей зоны 20 мг/м³, максимально-разовая 5 мг/м³, среднесуточная 3 мг/м³.

Сажа

Сажа - представляет собой бесформенное тело без кристаллической решетки; в отработанных газах дизельного двигателя сажа состоит из неопределенных частиц с размерами 0,3... 100 мкм.

Содержание сажи в отработанных газах двигателей составляет: для карбюраторных двигателей 0,04 г/м³, что составляет на 1000 л топлива 1 кг; для дизелей 0,1-0,01 г/м³, или 3 кг на 1000 л топлива.

Причина образования сажи заключается в том, что энергетические условия в цилиндре дизельного двигателя оказываются достаточными, чтобы молекула топлива разрушилась полностью. Более легкие атомы водорода диффундируют в богатый кислородом слой, вступают с ним в реакцию и как бы изолируют углеводородные атомы от контакта с кислородом.

Образование сажи зависит от температуры, давления в камере сгорания, типа топлива, отношения топливо-воздух.

Содержание сажи в выхлопных газах уменьшается с увеличением угла опережения впрыска топлива, а при уменьшении угла опережения впрыска топлива, выделение сажи заметно возрастает.

Количество сажи зависит от температуры в зоне сгорания.

Существуют другие факторы образования сажи - зоны обогащенной смеси и зоны контакта топлива с холодной стенкой, а также неправильная турбуленция смеси.

Скорость сжигания сажи зависит от размера частиц, например, сажа сжигается полностью при размере частиц меньше 0,01 мкм.

Сажи выделяется из выхлопной трубы автомобиля в виде чёрного дыма, который отрицательно влияет на организм человека и окружающую среду.

В современных дизельных двигателях в масло попадает много сажи, которая сильно загрязняет двигатель и способствует его преждевременному износу.

Твердые частицы (сажа) – образуются в камере сгорания двигателя в результате пиролиза топлива при высоких температуре и давлении при недостатке кислорода; при вдыхании проникают в дыхательные пути, усиливая вредное действие других токсичных компонентов отработавших газов; при соединении с аллергенами многократно усиливает их действие, создает неприятное ощущение загрязнения воздуха. Попадая на растительность, она препятствует процессу опыления.

Для уменьшения содержания сажи применяются специальные масла и более частая их замена. Замены масла увеличиваются, а расход масла уменьшается, в связи с чем в меньшее количество масла будет попадать больше сажи. Свойство моторного масла расщеплять и связывать попадающие в него частицы сажи размером несколько микрон стало важнейшим показателем оценки масла. Если масло не обладает таким свойством, сажа может загустить его во много раз, после чего оно не будет выполнять своей главной задачи – уменьшать трение и износ.

Применение присадок к топливу также уменьшает содержание сажи. Снижение окислов азота и сажи в выхлопных газах автомобилей легко достигается за счет рециркуляции отработавших газов (EGR – exaust gas recirculation) и установкой сажевых фильтров. Эти системы уже давно и успешно работают на легковых и грузовых автомобилях, и претензий к ним нет, кроме увеличения цены. Смысл рециркуляции в том, что часть выхлопных газов возвращается обратно в цилиндры, где и происходит «дожигание». Чтобы уменьшить количество сажи, надо повысить температуру сгорания и увеличить давление впрыска, однако, чем больше температура, тем больше и оксидов азота выделяется при сгорании.

Предельно допустимая концентрация сажи в воздухе составляет: ПДК максимальная разовая 0,15 мг/м³, среднесуточная 0,05 мг/м³.

Задание 3

3.1 Расчёт выбросов загрязняющих веществ на территории автотранспортного предприятия

Основными нетоксичными компонентами отработавших газов автотранспортных средств являются азот, кислород, пары воды и углекислый газ. Всего насчитывается около 200 вредных веществ, многие из которых опасны для здоровья человека. К токсичным элементам относятся: оксиды углерода, оксиды азота, альдегиды, углеводороды, сернистый газ, сажа, бенз(а)пирен и др.

В общем перечне вредных веществ учитываем только три ингредиента: оксид углерода (СО), несгоревшие (неканцерогенные) углеводороды (СnHm) и оксиды азота (NOx).

Данные для расчёта выбираем из таблиц приложения методички.

Выброс i-ого вещества в граммах одним автомобилем k-ой группы в день при выезде с территории АТП и возврате равен:

, г (1)

, г (2)

где - удельный выброс i-го вещества при прогреве двигателя автомобиля k-ой группы, г/мин;

- удельный выброс i-го вещества при работе двигателя на холостом ходу, г/мин;

- удельный выброс i-го вещества при движении автомобиля по территории АТП, г/км;

- время прогрева двигателя, мин;

L1,L2 – пробег по территории АТП одного автомобиля в день при выезде (возврате), км;

, - время работы двигателя на холостом ходу при выезде (возврате) на территорию АТП, мин.

Представляем расчёт выбросов СО, СnHm, NOx для автомобиля первой группы (грузовые и специальные грузовые с бензиновыми двигателями). Для автомобилей других групп данные сведены в таблицу 1.

Согласно шифру 03 выбираем величины, входящие в формулы (1) и (2) для каждого из выбросов. Расчёт ведём согласно варианту для периода «лето-осень», когда среднемесячная температура больше +5⁰С. Время прогрева двигателя составляет , L1=0.4 км, L2=0.5 км, .

- СО ( , , ) ;

- СnHm ( , , ) ;

- NOx ( , , )

Подставляем значения:

Рассчитаем теперь валовые выбросы всех веществ, т.е. выброс всеми автомобилями АТП за определённый период года по формуле:

(3)

где - валовой выброс, кг;

- коэффициент выпуска, который обозначает долю автомобилей k-ой группы, выезжавшей с территории АТП;

- количество автомобилей k-ой группы в АТП, ед.;

- количество рабочих дней в расчётном периоде года, дн.

- суммирование по всем группам автомобилей, имеющихся в АТП.

Для автомобилей первой группы =0,8, , . Подставляем значения:

Выброс соединений свинца в граммах одним автомобиле k-ой группы при выезде с территории АТП и возврате равен:

(4)

(5)

где - содержание свинца в 1 литре бензина, г/л;

, - расход бензина при прогреве двигателя и работе на холостом ходу, л/мин;

- расход бензина при движении автомобиля по территории АТП, л/км.

Расчёт выброса соединений свинца проводится только для автомобилей с карбюраторными двигателями.

Валовый выброс свинца в килограммах проводится по формуле (3).

Для автомобилей первой группы =0,17 г/л, =0,045 л/мин, =0,041 л/мин, =0,33 л/км.

Выполняем расчёты для других групп автомобилей по формулам (1 - 5), результаты заносим в таблицу 1.

Таблица 1. Результаты расчётов выбросов вредных веществ автомобилями с определёнными двигателями.

3.2 Расчёт годового выброса вредных веществ автомобильным парком