статья для колледжа. Анализ методов очистки газовых выбросов двигателями внутреннего сгорания
 Скачать 63.5 Kb.
|
|
анализ методов очистки газовых выбросов двигателями внутреннего сгорания Холева Е.А. Машиностроительный колледж ИРНИТУ E-mail: tala_e@mail.ru В настоящее время данная проблема тревожит каждого жителя города, в котором есть автотранспорт. Транспорт является важнейшим элементом сложной системы, обеспечивающей развитие человеческого общества. Необходимым элементом функционирования транспорта является наличие источников энергии [4]. Источники энергии подразделяются на возобновляемые и не возобновляемые. Основная часть потребляемой энергии в настоящее время приходится на не возобновляемые источники энергии, что и создает экологические проблемы. Отрицательные последствия развития транспортного комплекса проявляются в повышении загазованности атмосферы, изъятии сельскохозяйственных угодий для развития транспортной сети, в загрязнении почв и водоемов, повышении уровня шума и вибрации, что отражается на здоровье людей. Автомобильный транспорт, занимая одно из ведущих мест в транспортной системе, является одновременно источником повышенного загрязнения окружающей среды. Загрязнение идет по трем каналам: 1) отработавшими газами, выбрасываемыми через выхлопную трубу; 2) картерными газами; 3) углеводородами в результате испарения топлива из бака, карбюратора и трубопровода. В составе отработавших газов автомобиля наибольший удельный вес к объему имеют: окись углерода (0,5 – 10%), окислы азота (до 0,8%), несгоревшие углеводороды (0,2 – 3,0%), альдегиды (до 0,2%) и сажа, а также свинец и его соединения. Присутствие токсичных компонентов в отработавших газах обусловлено рядом конструктивных и регулировочных факторов, видом используемых топлив и масел, оно также зависит от протекания процесса сгорания, условий работы и технического состояния двигателей. Характеристика выбросов Всего в отработавших газах обнаружено около 280 компонентов. По своим химическим свойствам, характеру воздействия на организм человека вещества, содержащиеся в отработавших картерных газах, подразделяются на несколько групп. В группу нетоксичных веществ входят азот, кислород, водород, водяные пары, а также диоксид углерода. Группу токсичных веществ составляют: оксид углерода СО, оксиды азота NOх, многочисленная группа углеводородов СmНn, включающая парафины, олефины, ароматики и другие. Далее следуют альдегиды, сажа. При сгорании сернистых топлив образуются неорганические газы - диоксиды серы и сероводород. Особую группу составляют канцерогенные полициклические углеводороды (ПАУ), в том числе - наиболее активный бенз(а)пирен, являющийся индикатором присутствия канцерогенов в отработавших газах. Влияние отдельных компонентов на организм человека изучено довольно полно. Практически для каждого компонента установлена ПДК. Учитывая все это, необходимым является нахождение методов и способов, как уменьшения токсичности, так и полной нейтрализации выхлопов двигателей внутреннего сгорания. Способы уменьшения токсичности выбросов двигателями внутреннего сгорания За долгое время существования проблемы автомобильных выбросов и загрязнения ими атмосферного воздуха было разработано множество методов и способов, позволяющих уменьшить количества выхлопов или снизить их токсичность. В настоящее время разрабатываются и претворяются в жизнь мероприятия по снижению загрязнения атмосферы выбросами автомобильных двигателей, включающие в себя: повышение качества изготовления и усовершенствования конструкции двигателей; поиск новых видов топлива, применение различных присадок к нему; разработка устройств, снижающих содержание вредных компонентов в отработавших газах; жидкофазная нейтрализация выхлопов; термическое окисление; каталитическая нейтрализация. Создание энергосиловых установок для автомобилей, выбрасывающих меньшее количество вредных веществ. Первый подход базируется на создании новых конструкций уже существующих двигателей. Благодаря именно этому подходу были созданы семейства форкамерных двигателей, работающих на дизельном топливе. К сожалению, подход оказался неэффективным, поскольку при высоких затратах на переоборудование, разработку и обслуживание усовершенствованных двигателей, токсичность газовых выбросов оставалась по-прежнему высокой. Второй подход открыл нам этилированный бензин. До сих пор ведутся разработки топливной системы, работающей на водороде. В этом случае бы полностью отпала необходимость говорить, о какой бы то ни было токсичности выхлопных газов, поскольку продуктом был бы только водяной пар. Одним из возможных топлив могут быть использованы спиртовые топлива. К ним относятся метанол и этанол. По своим эксплуатационным свойствам они заметно уступают бензинам. Это означает, что при одинаковом запасе хода по топливу автомобили, работающие на спирте, должны иметь в 1,7 - 2,4 раза большие по объему топливные баки. Кроме того, у метанола большая теплота испарения, чем у бензина, а также более высокое давление насыщенных паров, что грозит неравномерным распределением смеси по цилиндрам. Хотя этанол обладает большей, чем метанол теплотворной способностью, он дороже в производстве, а объем производств ограничен. Производство их возможно путем каталитической конверсии окиси углерода и водяного пара при использовании в качестве сырья отбросных газов металлургических производств, продуктов газификации углей [1]. Кроме спиртовых возможно применение эфирных топлив. Они близки по физико-химическим свойствам к бензину. Однако высокая стоимость производства и ограниченность сырьевой базы не дают возможности использовать их как самостоятельное топливо. В связи с кризисом добычи нефти в последние годы широкое применение получили нефтяной и природный газы. Преимущества газовых топлив для автотранспорта очевидны. Одинаковое агрегатное состояние топлива и воздуха, узкий компонентный состав позволяют отказаться от переобогащения смеси на холостом ходу, исключает попадания в цилиндры жидкого топлива, более высокий КПД. Все это обеспечивает более низкий уровень выбросов. Выбросы оксидов углерода уменьшаются в 3 - 5 раза, углеводородов и оксидов азота - до 1,5 раз. В Иркутске уже появились специализированные станции по заправке газами в сжатом и сжиженном состоянии, а автопарк, использующий в качестве горючего газообразное топливо, увеличивается. Третий подход характеризуется созданием дополнительных устройств, без изменения конструкции существующей топливной системы, позволяющий уменьшать количества токсичных компонентов газа путем их дожигания или поглощения. Четвертый подход. В городах до 50% времени двигатель работает на токсичных нетяговых режимах, холостом ходу и в режиме торможения. Фирмой "Фольксваген" предложена система "старт - стоп", позволяющая полностью отключать двигатель на этих режимах [1]. Имеются много вариантов схем рекуперации энергии торможения, однако аккумуляторы такого рода обладают ограниченной энергоемкостью, сложны в изготовлении и управлении. Однако, на мой взгляд, особого внимания заслуживают методы нейтрализации выхлопов ДВС. В отличие от уже рассмотренных выше приемов уменьшения количества токсичных веществ в отработавших газах методы нейтрализации никак не связаны с изменением конструкций двигателя, усовершенствованием систем питания и зажигания в автомобиле. Суть их заключается в обезвреживании уже образовавшихся токсикантов различными способами. По способу обезвреживания методы делят на каталитические, термические и жидкостные. Все они применяются как дополнительное оборудование. Особенностями каталитической нейтрализации у дизелей является необходимость их регенерации, поскольку сажа забивает активную поверхность катализатора, а выделяющийся серный ангидрид, взаимодействуя с носителем оксида алюминия А12О3, образует сульфат алюминия А12 (SО4)3, который также забивает поры, тем самым снижает эффективность [2]. Метод каталитической нейтрализации получил широкое распространение. Пригодность данного метода для любого вида транспорта делает его одним из популярных методов нейтрализации в мировой практике. Термический нейтрализатор представляет собой теплоизолированный объем со специальной организацией течения отходящих газов, устанавливаемый в выпускной системе двигателя и осуществляющей термическое доокисление токсичных компонентов за счет собственного тепла отходящих газов [3]. Термическая нейтрализация не зависит от вида сжигаемого топлива, наличия присадок и позволяет использовать в двигателях этилированный бензин. Повысить температуру отработавших газов в нейтрализаторе можно, уменьшив теплопотери применением приставок-экранов, теплоизоляцией корпуса нейтрализатора, использованием тепла реакции окисления, а также кратковременным уменьшением угла опережения зажигания. Для двигателей, работающих на обогащенных смесях, дополнительный воздух перед подачей его в реакционную камеру нейтрализатора необходимо подогревать. Воздух, идущий на дополнительное окисление, предварительно нагревают горячими стенками двигателя. Жидкостная нейтрализация получила широкое применение, как простой физико-химический способ воздействия на выхлопные газы дизелей [3]. Процесс включает следующие стадии: улавливание мелкодисперсный частиц, адсорбцию, конденсацию и фильтрацию. Через слой жидкости пропускают отработавший газ, а газы охлаждаются до 40 - 80 0С. Водорастворимые компоненты очищаемых газов - альдегиды, оксиды серы, оксиды азота при этом нейтрализуются, сажевые и другие дисперсные частицы улавливаются жидкостью, ослабляется интенсивность запаха выхлопов. Оксиды углерода и оксиды азота не обезвреживаются. Для повышения эффективности применяют растворы Na2SO3, Na2CO3 и гидрохинона. При таких условиях легко улавливается даже бензапирен. Однако эксплуатация нейтрализатора дороже по сравнению с другими методами, так как требует каждосменного удаления и утилизацию растворов и шлама, промывки системы и заполнением свежей жидкостью. В результате проделанной работы установлено, что: содержание в атмосферном воздухе тех или иных элементов отражает существенное загрязнение окружающей среды, в основном атмосферного воздуха; в целом, в г. Иркутске, уровень загрязнения окружающей среды можно охарактеризовать как зону чрезвычайной экологической ситуации. Наибольшее влияние на загрязнение окружающей среды Иркутска и области, а, значит, и на здоровье населения оказывают выхлопные выбросы автотранспорта и производственная пыль, содержащие огромное количество вредных веществ. Особо загрязняющими из автотранспорта остаются ДВС, работающие на бензине, а наиболее чистые – на газу. Также в настоящее время приобретают популярность электромобили. Охрана окружающей среды от выхлопных газов автотранспорта еще долго будет одним из наболевших вопросов, которые требуют немедленного разрешения. Проделанная работа по исследованию выбросов выхлопных газов от автотранспорта требует дальнейших экспериментальных и теоретических исследований. Список использованной литературы: Васильковский В.Е. Жидкостные очистители отработавших газов карбюраторных двигателей. - В кн.: Механизация и автоматизация горных работ// Караганда. 1971. №7 – с. 15-17 Бучин В.Н. Обезвреживание дизельного выхлопа с помощью каталитических нейтрализаторов. - М.:Знание, 1969.- 247 с. Богдаевский О.А. Пламенные нейтрализаторы дизельного выхлопа. - В кн.: Токсичность двигателей внутреннего сгорания и пути ее снижения. - М.:Энергия, 1966. - 450 с. Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Промышленно - транспортная экология: Учеб. для вузов - М.: Высш.шк., 2001 - 295,[1]с.: ил. |