Автор: Пользователь скрыл имя, 27 Февраля 2013 в 00:32, курс лекций
Транспорт является одним из важнейших элементов материально-технической базы и необходимым условием функционирования общественного производства. Широкое развитие транспорта, в первую очередь автомобильного, является следствием научно-технического прогресса и в определённой мере может быть характеристикой последнего.
б) угол опережения зажигания: с уменьшением его tцикла уменьшается, что способствует снижению концентраций NOX.
в) угол перекрытия клапанов, с увеличением его больше ОГ попадает в КС, снижая тем самым tmax цикла и тоже выход NOX.
г) степень сжатия, повышение которой приводит к росту tmax цикла и NOX.
д) наличие отложений и повышение t охлаждающей жидкости также приводит к росту выхода NOX.
Концентрация NOX в зависимости от нагрузки определяется значениями a и tцикла (с увеличением нагрузки выход NOX возрастает).
В общем виде концентрации NOX, СО и СН в значительной мере определяются режимами работы двигателя.
Концентрации NO2 могут возникать в зоне горения с последующим превращением его обратно в NO в послепламенной зоне. Поэтому NO2 рассматривается обычно как продукт промежуточных реакций, происходящих в пламени.
Однако необходимо иметь в виду, что в конечном итоге в атмосфере NO трансформируется в NO2.
Образование твёрдых частиц. В соответствии с принятыми в западной Европе и США нормами, твёрдые частицы разделяются на растворимые (твёрдый углерод – сажа, оксиды металлов, S:О2, сульфаты, асфальты и др.) и растворимые в органических растворителях (смолы, фенолы, содержащиеся в топливе и масле). ТЧ с ОГ дизеля с наддувом на 68 – 75% состоят из нерастворимых частиц и на 25 – 32% – из растворимых.
Основным компонентом ТЧ является сажа. Различают несколько стадий формирования конгломерата сажи в процессе сгорания:
Основными физико-химическими процессами, приводящими к образованию ТЧ являются: пиролиз (крекинг), термическое разложение (расщепление) молекул УГ, гидрогенизация и дегидрогенизация (присоединение или отнятие водорода от промежуточных продуктов). Полимеризация (соединение мономеров в полимер), конденсация (присоединение двух и более молекул к первичной с образованием частиц третьего типа).
Основной причиной образования ТЧ является наличие обогащённых зон. В двигателях с искровым зажиганием в случае нормального сгорания гомогенной рабочей смеси вероятность появления таких зон незначительна. Появление таких зон и, следователь, повышенный выброс ТЧ возможен при детонационном сгорании топлива, когда механическое воздействие ударной волны прерывает слой топлива на стенках КС, приводит к неравномерному распределению топлива в КС и крекингу УГ при недостатке О2.
В дизельных двигателях локальные, полуобогащённые топливом зоны образуются чаще и в полной мере реализуются приведенные выше процессы образования сажи. Поэтому значения выбросов сажи с ОГ дизелей являются значительно большими, чем у двигателей с искровым зажиганием.
Важным процессом, определяющим уровень эмиссии ТЧ при горении топлива является выгорание сажи в высокотемпературном турбулентном газовом потоке.
Большое значение для процесса образования сажи имеет структура УГ, входящих в состав топлива. Склонность АУ к образованию сажи в 6 – 16 раз выше, чем у олефиновых и в 16 – 32 раза выше чем у парафиновых углеводородов.
Наличие ТЧ (сажи) в ОГ приводит к дымлению автомобиля. Поэтому одним из нормируемых показателей является дымность ОГ. Различают белый (холодный), голубой и чёрный дым.
Белый дым появляется непосредственно после пуска холодного двигателя и состоит из частичек несгоревшего или частично сгоревшего топлива и паров воды. Он исчезает сразу после прогрева двигателя и может быть следствием очень низкой температуры и большой задержки воспламенения.
Иногда появляется голубой дым. Его состав примерно тот же, что и у белого. Однако причиной голубого дыма может быть и сгоревшее и частично сгоревшее масло, попадающее в КС при чрезмерном износе двигателя.
Чёрный дым на 75 – 90% состоит из сажи и других твёрдых частиц продуктов сгорания.
Оксиды серы. Их образование связано с интенсивным окислением серы, содержащейся в топливе во время процесса горения. При этом в начальный период происходит окисление серы до SO2 и далее с существенно меньшей скоростью в SO3.
SO2 + 0,5O2 Õ SO3
Дальнейшее преобразование происходит уже в атмосфере.
Соединения свинца. Свинец в составе твердых частиц (при использовании этилированных бензинов) присутствует в виде галогенидов свинца и соединений галогенидов аммония и свинца.
Тетраэтил- или тетраметилсвинец в составе этиловой жидкости, содержащей до 50% ТЭС или ТМС добавляют к бензинам с целью увеличения их ОЧ, ТЭС препятствует процессу возникновения перекисей, сдерживает предпламенные реакции и детонационное сгорание. Однако при этом может происходить отложение соединений свинца на стенках к.с. и электродах свечей. Поэтому в этиловую жидкость добавляют так называемые выносители свинца до 30 – 35% – бромэтил и др. Доказано, что 70 – 90% Pb добавленного к топливу составе ЭЖ попадает в атмосферу. Выбросы соединений свинца с ОГ двигателей составляют 90 – 98% от общего их поступления в атмосферу.
Лекция № 4
Образование загрязняющих веществ в процессах ЖЦ АТЭУ.
В разных элементах ЖЦ ЭУ образование загрязняющих веществ происходит преимущественно в процессах горения при получении вторичных ЭР, необходимых для реализации технологических процессов ЖЦ. Объем выделения вредных веществ в этих процессах напрямую зависит от содержания примесей в твердых, жидких и газообразных горючих материалах, используемых для получения вторичных Энергоресурсов.
Непосредственно в технологических процессах ЖЦ ЭУ по предварительным оценкам наиболее значительными являются оксиды серы, особенно при плавлении черных металлов, меди, свинца из сульфидных руд и в процессах очистки нефтепродуктов при получении моторного топлива. Так при плавке сульфидных руд источником образования SO2 являются процессы:
Cu2S + O2 Õ 2Cu +SO2
2FeS + 3O2 Õ 2FeO + 2SO2
Хотя образующиеся в этих процессах газы, содержащие SO2 идут на получение S и H2SO4, утечек избежать не удается.
Выбросы SO2 происходят также при регенерации катализаторов крекинга на НПЗ.
Основным источником выбросов летучей золы являются процессы горения твердого топлива.
Образование NOx, не связанное с процессами горения, происходит при производстве НNO3, используемой при выполнении операций ТО и ТР ЭУ.
Образование СО и СО2 связано с преимущественно с процессами горения, но не с технологическими процессами ЖЦ.
Источниками выделения УГ, несвязанных с процессом горения являются в основном утечки и испарения в технологических процессах переработки, металлургии, эластомеров, лакокрасочных материалов.
Процессы испарения играют заметную роль в выделении газообразных веществ при нанесении покрытий электрохимическими способами, мойке, окраске, сушке заготовок деталей в производств и ремонте ЭУ, в процессах регулирования т/аппаратуры в АТП и в АРЗ.
Наиболее существенным в технологических процессах ЖЦ ЭУ является образование и выброс аэрозольных загрязнителей. Источником и их являются процессы адсорбции, измельчения, распыления материалов.
К стадиям жизненного цикла АТС, помимо технических процессов изготовления, следует также отнести:
– транспортную работу;
– проведение технического обслуживания и текущего ремонта;
– проведение капитального ремонта ЭУ
При выполнения транспортной работы
выделение вредных веществ связ
Помимо этого происходит параметрическое загрязнение ОС: шум, вибрация, электромагнитное излучение, тепловое излучение.
Проведение ТО и ТР связано с выполнением ряда работ, сопровождающихся образованием и выбросом вредных веществ.
К ним относятся:
Капитальный ремонт ЭУ как правило производится на специализированных предприятиях, имеющих практически те же источники выбросов, что и АТП, только в более крупных объемах.
4.1. Распространение автомобильных выбросов в атмосфере
Стремительное увеличение АП, дальнейшее развитее транспортной инфраструктуры, особенно в крупных городах, приводит к росту объема выбросов вредных веществ в ОС, которые распространяются и трансформируются в атмосфере по определенным законам.
Распространение в атмосфере различных ВВ происходит разными путями.
Твердые частицы размером более 0,1мм оседают на подстилающих поверхностях в основном из-за действия сил гравитации. Частицы размером менее 0,1мм и газовые примеси в виде CO, CH, NOx, Sox распространяются в атмосфере под действием процессов диффузии. Они вступают в процессы физико-химического взаимодействия между собой и с компонентами атмосферы и их действие проявляется на локальных территориях.
В этом случае рассеивание примесей в атмосфере является неотъемлемой частью в процессе загрязнения и зависит от ряда факторов.
Специфика рассеивания автомобильных выбросов заключается прежде всего в том, что источником загрязнения является совокупность автомобильных ЭУ (например 40 – 80 тыс. шт. для Москвы, 30 – 50 тыс. шт. для Киева), которые одновременно находятся на дороге, т.е. неравномерно распределены по площади территории и выделяющие вредные вещества неравномерно во времени в зависимости от режимов работы АТС, движения, других факторов.
Кроме того на рассеивание вредных веществ влияют погодные условия (скорость, направление ветра, температура, влажность, давление), особенности ландшафта, время суток и т.д.
Вредные вещества выбрасываемые в атмосферу активно вступают в химические реакции и участвуют в физических процессах, которые существенно влияют на уровень их рассеивания.
Газы вступают в фотохимические, химические или каталитические реакции с другими загрязнителями. Они могут объединяться с естественными компонентом АВ или образовывать другие газы или частицы.
Частицы могут вступать в химические реакции с газами или другими частицами под действием радиации, определенной температуры, а также претерпевать физические изменения.
Указанные процессы являются быстротечными по времени (до нескольких суток) и происходят на локальных территориях при условии, что перенос примесей воздушным потоком осуществляется в пределах региона.
Реализация системы
Имеется определенная специфика и в тактике принятия управляющих решений в проблеме мониторинга в периоды неблагоприятных метеоусловий, связанных с предотвращением роста концентраций примесей в данные периоды.
Это прежде всего остановка некоторых производств, регулирование интенсивности выбросов стационарными источниками, движение АТС на улично-дорожной сети (запрещение въезда транзитного транспорта, движение на определенных магистралях отдельных видов транспорта и т.д.).
В конце цепи событий – эффекты воздействия на людей, животных, растения, материалы и свойства атмосферы. Иные механизмы распространения и воздействия на ОС у парниковообразующих газов, прежде всего СО2, который поглощает часть потока инфракрасного излучения от поверхности земли, возникающего из-за отражения падающей солнечной радиации, а также наличия определенного потока внутренней энергии, выходящей из земных недр.
Поглощая инфракрасное излучение содержащийся в атмосфере СО2 нагревается, способствуя повышению температуры воздуха.
4.2. Физико-химические процессы взаимодействия загрязняющих веществ с компонентами атмосферы.
Компоненты ОГ, имеющие повышенную реакционную способность, попадая в атмосферу, взаимодействуют между собой и компонентами атмосферного воздуха. При этом различают химическое, физическое и физико-химическое взаимодействия.
Пример физического
Некоторые процессы химических превращений начинаются непосредственно с момента поступления выбросов в атмосферу, другие – при появления для этого благоприятных условий (необходимых реагентов, солнечного излучения...).
При реализации жизненного цикла АЭУ наиболее существенным является выброс соединений углерода СО, углеводородов СН и оксидов азота NOx. CO в атмосфере быстро диффундирует и обычно не создает высокой концентрации. Его интенсивно поглощает почвенные микроорганизмы, в атмосфере он может окислятся до СО2 при наличии сильных окислителей: О, О3.
УГ в атмосфере подвергается различным превращениям (окислению, поляризации), взаимодействуя с другими атмосферными загрязнителями прежде всего под действием солнечной радиации. В результате этих реакций образуются перекиси, свободные радикалы, соединения с оксидами азота и серы. Наиболее изучены реакции УГ с О3 при фотодиссоциации NOx.