- Главная
- Окружающий мир
- Экологическая безопасность транспортных энергетических установок. (Тема 7)
Содержание
- 2. 1. Экологические проблемы, связанные с транспортными энергетическими установками 1. Экологические проблемы, связанные с транспортными энергетическими установками
- 3. К экологическим показателям тепловых двигателей следует отнести такие, которые характеризуют прямое и косвенное воздействие на окружающую
- 4. Воздействие на окружающую среду при производстве материалов для изготовления и обеспечения использования поршневого ДВС (выбросы приведены
- 5. В процессе работы тепловые двигатели также оказывают вредное воздействие на окружающую среду. Не будет грубой ошибкой
- 6. Выделение вредных веществ в атмосферу в результате деятельности транспорта (млн. т.) (в скобках приведено относительное содержание
- 7. Основные компоненты отработавших газов автомобильных поршневых ДВС Чёрным курсивом выделены нетоксичные компоненты. Однако, следует иметь в
- 8. Масштабы загрязнения окружающей среды можно хорошо представить, учитывая, что, например, только при сгорании одной тонны бензина
- 9. ОСТ 37.001.243-81 Охрана природы. Атмосфера. Дизели автомобильные. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Нормы и методы
- 10. Шум при работе поршневых ДВС Классификация источников шума поршневых ДВС по механизму образования Поршневой ДВС является
- 12. Рециркуляция отработавших газов в поршневых ДВС Схема системы рециркуляции на примере двигателя с газотурбинным наддувом Дизель
- 13. 3. ГАЗОТУРБИННЫЕ ДВИГАТЕЛИ И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА Газотурбинные двигатели, как и любые тепловые двигатели, для производства полезной
- 14. Способы уменьшения выбросов вредных веществ при работе ГТД Поскольку стандарты определяют допустимые уровни выбросов четырех основных
- 15. Шум при работе газотурбинных двигателей и методы его снижения Уровень и спектральный состав шума является одним
- 16. 4. ДВИГАТЕЛИ СТИРЛИНГА И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА Как отмечалось, нагрев рабочего тела в двигателях Стирлинга может осуществляться
- 17. 5. РЕАКТИВНЫЕ, РАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА Загрязнение воздушной среды транспортом с реактивными и ракетными двигательными
- 19. Скачать презентацию
1. Экологические проблемы, связанные
с транспортными энергетическими установками
1. Экологические проблемы, связанные
1. Экологические проблемы, связанные
с транспортными энергетическими установками
1. Экологические проблемы, связанные
Схема взаимодействия тепловых двигателей с окружающей средой
ПАУ – полициклические
ароматические углеводороды
К экологическим показателям тепловых двигателей следует отнести такие, которые характеризуют прямое
К экологическим показателям тепловых двигателей следует отнести такие, которые характеризуют прямое
Прежде всего, следует отметить техногенное воздействие на окружающую среду при создании двигателя. Начало его имеет место при разведке и добыче полезных ископаемых, идущих на изготовление конструкционных и эксплуатационных материалов, затем собственно производство двигателей. Технологические процессы изготовления также сопровождаются вредными выбросами, которые концентрируются главным образом в пределах заводских территорий. Оценка экологических качеств технологических процессов изготовления (литье, ковка, механическая обработка, сборка) и их сравнительный анализ - важная самостоятельная задача, здесь же ограничимся самой общей характеристикой, каковой является величина затрат энергии, которые имеют место при производстве единицы материала (чугуна, стали, бензина) или собственно двигателя. Материалы следующего слайда позволяют понять, какова мера воздействия на окружающую среду при производстве материалов для изготовления и обеспечения использования, например, поршневого двигателя внутреннего сгорания.
Воздействие на окружающую среду при производстве материалов
для изготовления и обеспечения
Воздействие на окружающую среду при производстве материалов
для изготовления и обеспечения
(выбросы приведены на единицу массы материалы)
В процессе работы тепловые двигатели также оказывают вредное воздействие на окружающую
В процессе работы тепловые двигатели также оказывают вредное воздействие на окружающую
Одновременно расходуется кислород воздуха, а также выбрасываются отработавшие газы, большую долю в которых составляют токсичные вещества.
Выделение токсичных веществ в атмосферу от различных источников (млн. т.)
(в скобках приведено относительное содержание каждого компонента
в % от его общего количества)
Выделение вредных веществ в атмосферу в результате деятельности транспорта (млн. т.)
Выделение вредных веществ в атмосферу в результате деятельности транспорта (млн. т.)
в % от его общего количества)
Доля автотранспорта в загрязнении атмосферы токсичными веществами (%)
Основным источником загрязнения окружающей среды в мире и в городах России является авто-мобильный транспорт, количество которого непрерывно растет. Причём негативной особенностью является то, что вредные выбросы происходят в поверхностном слое земной атмосферы.
2. ПОРШНЕВЫЕ ДВС И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
Основные компоненты отработавших газов автомобильных поршневых ДВС
Чёрным курсивом выделены нетоксичные
Основные компоненты отработавших газов автомобильных поршневых ДВС
Чёрным курсивом выделены нетоксичные
Красным выделены токсичные компоненты.
Масштабы загрязнения окружающей среды можно хорошо представить, учитывая, что, например, только
Масштабы загрязнения окружающей среды можно хорошо представить, учитывая, что, например, только
Значимость отдельных компонентов(в порядке убывания) для общей токсичности отработавших газовс учётом действующих норм на предельно допустимве концентрации следующая: соединения свинца, оксиды азота, предельные анроматическте углеводороды, оксид углерода и углеводороды. В соответствии с действующими в России нормами на предельно допустимые концентрации (ПДК) относительная токсичность ряда составляющих отработавшие газы располагается следующим образом: СО; NOx; CH; PbCH; С6Н12 (бенз-α-пирен) = 1 : 40 : 1,25 : 22000 : 1250000.
Оксид углерода (СО). Образование оксида углерода является следствием неполного окисления углерода, происходящего из-за недостатка кислорода, т.е. часть углерода окисляется в соответствии с реакцией
2С + О2 → 2СО. Оксид углерода поступая в организм человека, снижает функцию кислородного питания, выполняемую кровью, так как поглощаемость СО кровью в 240 раз выше поглощаемости кислорода.
Углеводороды (СН) в отработавших газах содержатся в виде продуктов неполного разложения и окис-ления топлива, а также в парах топлива. Международным Агентством исследований по канцерогенезу (International Agency Research on Cancer) 16 углеводородов классифицированы как возможно канцерогенные для человека, а такие полициклические ароматические углеводороды, как бенз(а)пирен, бенз(а)антрацен и дибенз(а)антрацен определены как безусловно канцерогены.
Оксиды азота (NOx). В обычных атмосферных условиях азот практически представляет собой инертный газ. Однако при высоких температурах он вступает в реакцию с кислородом, образуя оксид азота (NО) и небольшое количество диоксида азота (NО2). Оксиды азота раздражающе действуют на слизистые оболочки глаз, носа, остаются в легких в виде азотной и азотистых кислот, образующихся в результате взаимодействия NO2 и N2O4 с влагой верхних дыхательных путей. В результате фотохимических реакций на солнечном свету из оксида азота образуется диоксид азота, который вместе с углеводородами является причиной образования токсических туманов.
Твердые частицы в основном составляет сажа, частицы нагара и несгоревшего масла. В двигателях с искровым зажи-ганием сажа в отработавших газах присутствует только при нарушении нормального технического состояния системы топ-ливопитания – при чрезмерном переобогащении горючей смеси. Дизели обладают повышенной склонностью к образованию сажи, что обусловлено применением в них способа внутреннего смесеобразования. Сама по себе саже не токсична, но на ней осаждаются углеводороды, являющиеся концирогенами.
Природа образования токсичных веществ в отработавших газах тепловых двигателей
и их воздействие на организм человека
ОСТ 37.001.243-81 Охрана природы. Атмосфера. Дизели автомобильные. Выбросы вредных веществ с
ОСТ 37.001.243-81 Охрана природы. Атмосфера. Дизели автомобильные. Выбросы вредных веществ с
ГОСТ Р 41.49-2011 (Правила ЕЭК ООН № 49) Единообразные предписания, касающиеся сертификации двигателей с воспламенением от сжатия и двигателей, работающих на природном газе, а также двигателей с принудительным зажиганием, работающих на сжиженном нефтяном газе, и транспортных средств, оснащенных двигателями с воспламенением от сжатия, двигателями, работающими на природном газе, и двигателями с принудительным зажиганием, работающими на сжиженном нефтяном газе, в отношении выбросов вредных веществ.
ГОСТ Р 41.83-2004 (Правила ЕЭК ООН № 83) Единообразные предписания, касающиеся сертификации транспортных средств в отношении выбросов вредных веществ в зависимости от топлива, необходимого для двигателей.
ГОСТ Р 41.24-2003 (Правила ЕЭК ООН № 24) Единообразные предписания, касающиеся: I. Сертификации двигателей с воспламенением от сжатия в отношении дымности; II. Сертификации автотранспортных средств в отношении установки на них двигателей с воспламенением от сжатия, сертифицированных по типу конструкции; III. Сертификации автотранспортных средств с двигателями с воспламенением от сжатия в отношении дымности; IV. Измерения мощности двигателей.
ГОСТ 17.2.2.01-84 Охрана природы. Атмосфера. Дизели автомобильные. Дымность отработавших газов. Нормы и методы измерений.
ГОСТ 17.2.2.02-98 Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы измерения дымности отработавших газов дизелей, тракторов и самоходных сельскохозяйственных машин.
ГОСТ 17.2.2.05-97 Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы определения выбросов вредных веществ с отработавшими газами дизелей, тракторов и самоходных сельскохозяйственных машин.
Стандарты РФ, регламентирующие вредные выбросы
с отработавшими газами поршневых ДВС
Шум при работе поршневых ДВС
Классификация источников шума поршневых ДВС по механизму
Шум при работе поршневых ДВС
Классификация источников шума поршневых ДВС по механизму
Поршневой ДВС является сложным источником шума (акустического излучения). Его звуковое поле подразделяют на аэродинамический (шум, образующийся при течении газа или обтекании тел потоком газа) и структурный (шумы, которые возникают в результате механического взаимодействия).
Рециркуляция отработавших газов в поршневых ДВС
Схема системы рециркуляции
на примере двигателя
Рециркуляция отработавших газов в поршневых ДВС
Схема системы рециркуляции
на примере двигателя
газотурбинным наддувом
Дизель Scania 270 с системой
рециркуляции отработавших газов
Перепуск отработавших газов
из выпускного трубопровода
во впускной
3. ГАЗОТУРБИННЫЕ ДВИГАТЕЛИ
И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
Газотурбинные двигатели, как и любые
И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
Газотурбинные двигатели, как и любые
Нормирование выбросов вредных веществ при работе газотурбинных двигателей
Поскольку ГТД используются в наземных условиях (наземные транспортные машины, водный транспорт, трубо-проводный транспорт) и в авиации, то стандарты на вредные выбросы различны для различных условий эксплу-атации.Для наземных транспортных машин, судовых силовых установок и силовых установок, предназначенных для привода компрессоров в трубопроводном транспорте они соответствуют стандартам для поршневых ДВС, экс-плуатируемых в этих условиях. Нормирование выбросов вредных веществ от авиационных ГТД базируется на эксплуатационных режимах, характерных для зоны аэропорта и определяемых условно как стандартный цикл взлётно-посадочных режимов. Этот цикл включает все операции, совершаемые самолётом от момента, когда он при заходе на посадку пересечет контрольную отметку высота до момента пересечения этой же отметки при наборе высоты после взлета. Стандарты определяют для различных классов двигателей максимально допустимые уровни выбросов CO, CH, NOx и твёрдых частиц (дыма).
Способы уменьшения выбросов вредных веществ при работе ГТД
Поскольку стандарты определяют допустимые
Способы уменьшения выбросов вредных веществ при работе ГТД
Поскольку стандарты определяют допустимые
Меры, обеспечивающие снижение выхода оксида углерода, сводятся к следующему:
1. Улучшение распыливания топлива с целью ускорения процесса испарения топлива и способствование созданию гомогенной горючей смеси.
2. Перераспределение воздуха по камере сгорания с тем, чтобы сделать величину коэффициента избытка воздуха ближе к оптимальной.
3. Увеличение объёма зоны горения и времени пребывания в ней.
4. Уменьшение расхода воздуха на плёночное охлаждение жаровой трубы.
5. Перепуск воздуха из компрессора на режимах малой мощности. При этом выход СО снижается благодаря увеличению соотношения топливо-воздух и температуры в зоне горения.
6. Переключение подвода топлива на меньшее число форсунок. Это снижает выход СО благодаря улучшению распыливания топлива и увеличению коэффициента избытка воздуха в зонах горения (за оставшимися форсунками).
Выброс несгоревших углеводородов определяют те же факторы, что и выброс СО. Проблема уменьшения выброса СН может быть решена теми же способами, что и проблема СО.
Для уменьшения выхода оксидов азота необходимо снизить температуру в зоне реакции. Рекомендуются следующие практические приёмы для снижения выбросов NOх из камер сгорания ГТД:
1. Добавление воздуха в зону горения для снижения температуры пламени
2. Организация «богатой» смеси в зоне горения. Избыток топлива, так же как и избыток воздуха снижает температуру пламени и, следовательно, выход NOх.
3. Уменьшение время пребывания продуктов сгорания в двигателе . Выброс NOх может быть снижен, если уменьшить время, в течение которого газ находится при высокой температуре.
4. Впрыск воды. Так как образование NOх сильно зависит от температуры, то разбавление топливовоздушной смеси инертным или негорючим веществом должно снижать выход оксидов азота.
5. Рециркуляция продуктов сгорания. Но для того чтобы эффективно снижать выход NOх, они должны возвращаться в первичную зону охлаждёнными.
Образование сажи в большей степени определяется физическими процессами распыливания топлива и смешения его с воздухом, чем кинетикой химических реакций. Устранение дымности отработавших газов на практике достигается путём предотвращения возникновения локальных областей в пламени, богатых топливом. Увеличение расхода воздуха в зоне горения способствует достижению этой цели.
Шум при работе газотурбинных двигателей
и методы его снижения
Уровень и
Шум при работе газотурбинных двигателей
и методы его снижения
Уровень и
Появление шума камеры сгорания обусловлено колебаниями газа в ней. При определённых условиях она может служить мощным источником шума в связи с появлением, так называемого, вибрационного горения. При горении в трубе происходит самовозбуждение акустических колебаний самим горением (теплоподводом), колебания в свою очередь воздействуют определённым образом (обратная связь) на фронт пламени, вызывая усиление его вибрации. Основная частота шума при этом соответствует частоте продольных колебаний столба газа в камере, причем, чем короче длина пламенной трубы, тем выше возбуждаемая частота. Частотный состав шума камеры сгорания расширяется при наличии вихреобразования в потоке поступающего воздуха. Одновременно возрастает и уровень шума Вихреобразование может быть вызвано различными неровностями внутренних поверхностей трубопровода, подводящего воздух в камере сгорания, рёбрами тепловых компенсаторов и т.д. Возникновение вихрей в потоке и влияет на образование вибрационного горения в камере. Вибрационное горение имеет автоколебательный характер, когда акустические колебания возбуждаются самим горением, в свою очередь, воздействуя на фронт пламени и усиливая его вибрацию.
Газовая турбина не является основным источником шума в ГТД. Она имеет, как правило, хорошую звукоизоляцию корпуса и закрытые вход и выход газа, и хорошую звукоизоляцию. Поэтому её шум играет второстепенную роль.
Газодинамические возмущения в выпускном тракте тяжелых транспортных и стационарных ГТД практически полностью заглушаются при прохождении потока газов через регенератор. Поэтому шум в выпускном тракте определяется в основном вихреобразованием и турбулентностями, возникающими при прохождении потока по самому трубопроводу. При отсутствии в ГТД регенератора или утилизационного котла необходимо устанавливать глушители в выпускном патрубке.
4. ДВИГАТЕЛИ СТИРЛИНГА
И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
Как отмечалось, нагрев рабочего
И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
Как отмечалось, нагрев рабочего
В ДС можно использовать любое дешевое топливо: газ, уголь, дрова и даже торф. При этом, в отличие от ДВС, топливо сжигается непрерывно при низком давлении и оптимальном избытке воздуха в камере сгорания, расположенной вне рабочего объема. Горелка ДС обеспечивает практически полное сгорание топлива Содержание вредных веществ в продуктах сгорания при таких условиях уменьшается до минимума. Характеристики ДС по токсичным компонентам в выхлопных газах весьма благоприятны в сравнении с соответствующими показателями других тепловых двигателей. В частности, при полной нагрузке при сжигании в ДС жидкого углеводородного топлива содержание СО оказывается в 14 и 9 раз меньше чем в отработавших газах одинаковых по мощности поршневых ДВС и ГТД соответственно, СН – в 200 и 8, NOх – в 13 и 120 раз.
Практическое отсутствие оксида углерода и различных несгоревших углеводородов в выхлопных газах ДС объясняется тем фактом, что процесс горения осуществляется в камере с высоконагретыми стенками непрерывно, а воздух может подводиться в любом избыточном количестве; это исключает возможность наличия части несгоревшего топлива в выхлопных газах.
Неясно, однако, почему, несмотря на относительно высокую температуру в камере сгорания снижается образование закиси (N20) и оксида азота (N0); но даже эти низкие значения окислов азота могут быть снижены не менее чем на 60 % путем относительно простой, но целесообразной рециркуляции выхлопных газов в зону горения.
В дополнение к этим уникальным достоинствам ДС в плане токсичности выбросов ДС практически бесшумен, так как он работает без периодических вспышек топлива, вызывающих резкое повышение давления в цилиндрах поршневых ДВС, и клапанного механизма газораспределения, при достаточно плавном протекании рабочего цикла, относительно равномерном крутящем моменте и не имеет резкого пульсирующего выхлопа. По этим причинам уровень шума от ДС ниже по сравнению с шумами, например, в дизелях той же мощности на 20–40 дБ.ДВС.
5. РЕАКТИВНЫЕ, РАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
Загрязнение воздушной среды
И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
Загрязнение воздушной среды
Продукт сгорания топлива по мере удаления корабля от Земли проникают в различные слои атмосферы, но большей частью в тропосферу.
Выбросы продуктов сгорания топлива из ракетных двигателей по мере удаления корабля от Земли