Аналіз викидів пересувних джерел в місті Черкаси і перспективи впровадження енергозберігаючих технологій

курсовая работа

1 АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

1.1 Характеристика впливу автотранспорту на довкілля

Автотранспорт - важлива складова транспортної інфраструктури, покликана своєчасно та якісно задовольняти потреби господарства і населення в перевезеннях. Автомобільним транспортом перевозять понад 60% пасажирів і вантажів. Сучасне життя людини не можливо уявити без автомобіля. Автомобіль стає невідємною складовою діяльності людини.

Загальний світовий парк автомобілів нараховує 800 млн. одиниць, з яких 83-85% складають легкові автомобілі, а 15-17% - вантажні і автобуси. Якщо тенденції росту випуску автотранспортних засобів залишаться незмінними, то до 2015 р. кількість автомобілів може зрости до 1,5 млрд. одиниць [2].

Автомобілі поділяються на транспортні (вантажні і пасажирські), спеціальні і спортивні. Вантажні автомобілі призначені для перевезення вантажу і пасажирів, спеціальні - для виконання різних технічних функцій (підйомні крани, пересувні компресори), спортивні - переважно для досягнення певних рекордів швидкості та інших спортивних досягнень.

Вантажні поділяють на 3 категорії: пасажирські, до них відносять легкові автомобілі та автобуси; вантажні - для перевезення різного вантажу та тягачі, які призначені для буксировки напівпричепів і причепів.

За шляховими регламентаціями всі автомобілі поділяються на 3 основні групи. До першої групи “А” відносяться автомобілі шляхового типу, призначені для використання тільки на дорогах з досконалим капітальним покриттям і повною масою до 52т. до другої категорії “Б” належать автомобілі шляхового типу, які допускаються до експлуатації на всій мережі доріг загального використання з повною масою до 34 т.

Крім того, існують автомобілі, що не допускаються до експлуатації по дорогах загального використання, які мають капітальне покриття. Ці автомобілі призначені для роботи по спеціально побудованих для них карєрних, лісовозних або інших дорогах, а також поза мережею доріг.

Автомобілі розрізняють також за родом двигуна. В залежності від роду встановленого двигуна автомобілі бувають таких типів: автомобілі з бензиновим двигуном внутрішнього згорання, дизельні автомобілі, що працюють на дизельному паливі та автомобілі з газовими та комбінованими двигунами. За ознаками проходження автомобілі поділяють: на шляхові обмеженого проходження для руху по дорогах з ґрунтовим покриттям підвищеного і високого проходження, які можуть працювати у важких шляхових умовах та по бездоріжжю. Одним з негативних факторів є зростаючим шкідливий вплив їх на навколишнє середовище. Потрапляючи в атмосферу, водойми, ґрунт шкідливі речовини негативно впливають на біосферу.

1.1.1 Основні тенденції розвитку автомобільного транспорту України

Автомобільний транспорт має велике значення для перевезення на короткі відстані, хоча собівартість перевезень, порівняно із залізничним транспортом, більша. Обсяги перевезень автомобільним транспортом за останні роки помітнознизилися. Нині ним відправляється 62 % вантажів. Питома вага автомобільного транспорту у вантажообігу невисока (5 %). За пасажирообігом в Україні він посідає друге місце, після залізничного.

У нашій країні створено густу мережу автомобільних шляхів із твердим покриттям. Загальна довжина автомобільних шляхів -- 170 тис. км, із них 165 тис. км -- із твердим покриттям.

1.1.2 Вплив викидів пересувних джерел на довкілля

Велика кількість повітря від автомобільного вихлопу викликало европейський потоп в літку 2002 року: паводок в Німеччині, Чехословаччині, Франції, Італії, в Краснодарському краї. Засуха і смог в центральних областях европейської частини Росії, в Московській області. Потоп можно пояснити тим, що до атмосферних течій і флюктуаціям повітряних потоків додались потужні потоки гарячого повітря від автомобільного вихлопу CO2 і парів H2O відпрацьованих газів із Центральної і Південої Европи, де ріст кількості автомобілей перевищує всі допустимі норми. Число автомобілей на трасах і містах збільшилося в 5 разів від цього різко збільшилось теплове нагрівання повітря і його обєм від парів автомобільного вихлопу.

Якщо в 1970-х роках нагрів атмосфери автомобільним транспортом був значно меньший нагріву поверхні Землі від сонця, то в 2002 році кількість автотранспорту збільшилось в стільки разів, що нагрів атмосфери від автомобілів вже дорівнює з нагрівом від сонця і різко порушує клімат атмосфери. Нагріті CO2 і парів H2O від автомобільного вихлопу дає надлишок повітряної маси в центрі Росії, еквівалентний потокам повітря з Гольфстріму, і весь цей надлишкове нагріте повітря підвищує атмосферний тиск. І коли вітер дує в сторону Европи, тут зєднуюються два потоки з Атлантичного океану і із Росії, даючи таку надлишкову кількість опадів, которі ведуть до Европейского потопу.

Кількість шкідливих речовин, які надходять в атмосферу, в складі відпрацьованих газів, залежить від загального технічного стану автомобілей і особливо від двигуна - джерела найбільшого забруднення. Так, при порушенні регуліровки карбюратора викиди СО збільшуються в 4 - 5 раз.

Застосування етиленового бензину, який має в своєму складі зєднання свинцю, визиває забруднення атмосферного повітря токсичними зєднанями свинцю. Близько 70% свинцю, доданого до бензину є етиловою рідиною, попадає в атмосферу з відпрацьованими газами, із них 30% осідає на землю, а 40% залишається в атмосфері. Один грузовий автомобіль виділяє 2,5 - 3 кг свинцю в рік.

Концентрація свинцю в повітрі залежить від вмісту свинцю в бензині:

Вміст свинцю в бензині, г/л………… 0,15 0,20 0,25 0,50

Концентрація свинцю в повітрі, мкг/м3…..0,40 0,50 0,55 1,00

Доля участі автомобильного транспорту в забрудненні атмосферного повітря великих міст світу складають, %:

CO NOx Вуглеводи

Москва 96,3 32,6 64,4

Санкт-Петербург 88,1 31,7 79

Токіо 99 33 95

Нью-Йорк 97 31 63

В деяких містах концентрація СО на протязі деяких періодів досягають 200 мг/м3 і більше, при нормативних значеннях максимально допустимих разових концентраціях в 40 мг/м3 (США) і 10 мг/м3 (Росія).

В Москві CO,CH, CnHm - створюють смог, і високий тиск приводить до того, що дим , не іде до гори, в результаті ПДК в сотні раз пернвишюють допустиму норму.

Це приводить до розвитку широкого спектру захворювань (бронхіти, пневмонії, бронхіальної астми, серцевої недостаточності, інсульти, язви шлунку.

У здорових людей організм справляється з отруєним повітрям, але на це уходить так багато фізичних сил, що в результаті всі ці люди втрачають працездатність, праця зменшується, а мозок працює зовсім погано.

Для зменшення ожеледиці при їзді автомобілей зимою вулиці посипають сілю, створюють при цьому багато грязі і калюж. Ця грязь і сирість переносяться в тролейбуси і автобуси, в метро и переходи, підїзди і квартири, взуття від цього псується, засоленість грунту і рік вбивають все живе, псують дерева і трави, риба і вся водяна живність - зникають природні екосистеми.

В Росії на 1 км автомобільних доріг приходиться від 2 до 7 га. При цьому не тільки виводяться сільськогосподарські, лісові і інші землі, але і порушується мешкання популяцій диких тварин.

Біля 2млр тон нафти використовує автомобильний і дизельний автомобілі, трактори, човни, комбайни танки, літаки. Тільки 2млрд тон нафти викидається на вітер і тільки 39млн тон використовується для транспортування вантажів. При цьому , наприклад, в США нафта закінчиться через 10 років, через 20 років залишиться військовий резерв через 30 років чорне золото буде коштувати дорожче жовтого.

Якщо не зміниться витрата нафти , то через 40 років вона просто зникне. Заходи, що приймаються зокрема в Росії для зменшення негативного впливу автотранспорту на навколишнє середовише :

Приймаються заходи для покращення якості вітчизняного автомобільного палива: росте випуск високооктанового палива російскими заводами. Але імпорт єтілірованних бензинів зберігається. В результаті в атмосферу від автотранспорту поступає меньше свинцю.

Законодавство не зменшити ввіз в країну старих автомобілів з низькими експлуатаційними характеристиками, і кількістю іномарок з великим терміном експлуатації, не відповідаючих нормам державних стандартів.

В цілях зниження забруднення навколишнього середовища проводиться перехід підприємств дорожнього господарства з рідкого палива на газ. Приймаються заходи для покращення екологічної ситуації в районах розміщення асфальтобетонних заводів і асфальтосмесительних установок модернізуються очисне обладнання, вдосконалюються мазутні горілки.

1.2 Проблеми контролю викидів автотранспорту

Відпрацьовані гази двигунів внутрішнього горіння має біля 200 складових. Період їх продовжується від кількох хвилин до 4-5 років. Автомобілі спалюють величезну кількість цінних нафтопродуктів, завдаючи одночасно відчутної шкоди навколишньому середовищу, головним чином атмосфері. Оскільки основна маса автомобілів сконцентрована в крупних і найбільших містах, повітря цих міст не тільки обідняється киснем, але і забруднюється шкідливими компонентами відпрацьованих газів. В автомобільних двигунах внутрішнього згорання у світі щорічно спалюється 2 млрд. тон нафтового палива. При цьому ККД складає 23% [6]. До головних токсичних викидів автомобіля відносяться: відпрацьовані гази, картерні гази і паливні випаровування.

Основна причина забруднення повітря полягає в неповному і нерівномірному згоранні палива. У відпрацьованих газах двигуна внутрішнього згорання міститься 170 шкідливих компонентів 160 - похідні вуглеводню - неповному згоранню палива у двигуні. Наявність у відпрацьованих газах шкідливих речовин обумовлена умовами згорання палива. Найбільш досліджуваними є викиди двигуна. До складу цих викидів входять оксид вуглецю, вуглеводні, оксиди азоту, сірки, тверді частки. В двигунах реакція горіння перетворює енергію палива в теплоту. В результаті реакції утворюється токсичні речовини. Вони викидаються двигунами в складі відпрацьованих газів. Відпрацьовані гази, які викидаються двигуном, містять оксид вуглецю СО, вуглеводні , оксиди азоту , бензапирен, альдегіди і кіптяву. Картерні гази - це суміш частини відпрацьованих газів, які проникають через нещільності поршневих кілець в картер двигуна, з парами моторного мастила. Паливні випаровування надходять в навколишнє середовище через систему живлення двигуна: стиків, шлангів і т.д. Розподіл головних компонентів викидів у карбюраторного двигуна наступне: відпрацьовані гази мають 95% СО, 55% і 98% , картерні гази по - 5% , 2% , а паливні випаровування - до 40% .

До токсичних відносяться оксид вуглецю, оксиди азоту, вуглеводні, альдегіди, оксид сірки, сажа, бензапирен.

Оксид азоту. Токсичний вплив оксиду азоту при його викидах проявляється в двох шарах атмосфери. Каталітичне руйнування озонового шару спричинює зростання біологічно активної радіації становить загрозу існування атмосфери. Азот потрапляє в стратосферу з тропосфери. Зберігається в оточуючій його атмосфері протягом 3 - 4 днів.

Вуглеводні. У відпрацьованих містяться кілька десятків різних вуглеводнів. Джерелом вуглеводневих сполук є шари паливної суміші, прилеглі до стінок камери згорання, де відбувається гасіння полумя, нерівномірний розподіл суміші виникає нестача кисню, а також циліндри що працюють з пропусками запалювання та згорання.

Альдегіди - органічні сполуки. Найхарактернішими для відпрацьованих газів двигунів внутрішнього згорання є акромін, формальдегід та ацетальдегід. Альдегідам властива висока токсичність.

Кіптява - представляє собою безформене тіло без кристалічної решітки в дизельному двигуні кіптява складається з невизначених частин з розмірами 0,3...10. Причина утворення сажі полягає в тому, що енергетичні умови в циліндрі дизельного двигуна опиняються достатніми, щоб молекула палива руйнувалася повністю. Більш легкі атоми водню дифузують в багатий киснем шар, вступають з ним в реакцію. Утворюється при неповному згоранні палива з відпрацьованими газами викидається кіптява. Вона утворюється в камерах згорання двигунів внаслідок піролізу палива при високих температурах і тиску. Особливе багато сажі утворюється в дизелі. Вплів небезпечних речовин може викликати незворотні зміни загибель флори [1].

Вуглеводні зєднання - етан, метан, бензол, ацетилен і інші токсичні речовини. У відпрацьованих газах містяться вуглеводні різних гомологічних рядів: парафінові алкани, нафтові циклани і ароматичні (бензолові), всього близько 160 компонентів. Вони утворюються в результаті неповного згорання палива в двигуні незгорілі вуглеводні є однією з причин появи білого або голубого диму. Це відбувається при запізнюванні запалювання робочої суміші в двигуні або при понижених температурах в камері згорання.

Сполуки свинцю. Наявність сполук свинцю у відпрацьованих газах є наслідком додавання тетераетилсвинцю в бензини для підвищення октанового числа. Свинець неповністю потрапляє в атмосферу після згорання палива від 70 - 75% загальної його кількості, що міститься у бензинах Певна кількість сполук свинцю потрапляє в повітря при безпосередньому випаровуванні бензинів з паливного баку. Сполуки можуть знаходитися протягом 1 - 4 тижнів.

Оксид вуглецю. Він утворюється переважно в бензинових двигунах при роботі багатьох паливо-повітряних сумішах. Причиною виникнення оксиду вуглецю в цьому випадку є нестача кисню для повного окислення вуглецю, який входить до складу палива. Незначна кількість оксиду вуглецю, утворюється підчас роботи на бідних сумішах на дизелях, є продуктом проміжного окислення вуглецю. Оксид вуглецю - високотоксична сполука. Оксид вуглецю інертний і зберігається в повітрі до 5 років.

Оксиди азоту NO і NO2 - діоксид азоту. Ці гази, виникають в камері згорання двигуна при температурі 2800°С і тиску біля 1 МПа. Оксид азоту - безколірний газ, Легко окислюється киснем. При звичайних атмосферних умовах NO повністю перетворюється в NO2 - газ бурого кольору з характерним запахом. Він важче за повітря і має потенційну небезпеку.

1.2.1 Методи контролю та нормування викидів забруднюючих речовин

Основні заходи, щодо зниження викидів автотранспорту добре відомі: це зниження викидів від кожного автотранспортного засобу і зниженні кількості автотранспортних засобів, робота яких супроводжується шкідливими викидами. Реалізація названих заходів може здійснюватися по наступних напрямах: припинення виробництва бензину із змістом свинцю, перехід на інші види палива, принципове поліпшення екологічних характеристик двигунів за рахунок переходу на більш жорсткі стандарти або навіть на нові види двигунів. Екологічні проблеми, звязані з використанням традиційного моторного палива в двигунах транспортних засобів, актуальні не тільки для України, але і для всіх країн світу. В багатьох країнах світу прийняті жорсткі вимоги по екологізації автотранспорту. В результаті з 2000 року по 2007 рік кількість шкідливих речовин у відпрацьованих газах автомобілів знизилася приблизно в 2 рази, а всього за останні 40 років зміст токсичних компонентів зменшився на 70%.

В даний час багато моторобудівних фірм узяли курс на рішення задачі досягнення нульової токсичності відпрацьованих газів. Їх багаторічний досвід показує, що добитися цього можна тільки у разі використовування альтернативних видів моторного палива. Саме тому, практично всі перспективні екологічно-чисті автомобілі, проектуються під альтернативні види палива. Безумовно, значні матеріальні витрати на створення екологічно чистих машин, повязані не з благородністю і альтруїзмом моторобудівних компаній, а визначаються тиском державних законів. Пріоритетність природного газу, як найперспективнішого екологічно чистого моторного палива, очевидна для багатьох країн світу. Розробка альтернативних енергоджерел спалювання і очищення органічного палива, створення (модифікація) двигунів, що використовують альтернативні палива, захист від шуму. Поліпшення містобудування і оптимізацію міського руху транспорту взаємно повязано і націлено на краще планування доріг і вулиць, будівлю транспортних розвязок, поліпшення дорожнього покриття, контроль швидкісного руху.

Впровадження альтернативного транспорту - це електромобілі, застосування альтернативного палива, будування ліній для швидкого трамвая, метро.

1.2.2 Законодавча база, щодо регламентування впливу пересувних джерел

Згідно закону України “Про охорону атмосферного повітря” Нормативи гранично допустимих викидів забруднюючих речовин стаціонарних джерел стаття 7). Нормативи гранично допустимих викидів забруднюючих речовин та їх сукупності, які містяться у складі пилогазоповітряних сумішей, що відводяться від окремих типів обладнання, споруд і надходять в атмосферне повітря від стаціонарних джерел, встановлюються з метою забезпечення дотримання нормативів екологічної безпеки атмосферного повітря з урахуванням економічної доцільності, рівня технологічних процесів, технічного стану обладнання, газоочисних установок.

Для діючих і тих, що проектуються, окремих типів обладнання і споруд залежно від часу розроблення та введення у дію, наявності наукових і технічних розробок, економічної доцільності встановлюються:

норматив гранично допустимого викиду забруднюючої речовини стаціонарного джерела;

технологічні нормативи допустимих викидів забруднюючих речовин або їх суміші, які визначаються у місці їх виходу з устаткування.

До технологічних нормативів допустимих викидів забруднюючих речовин належать:

поточні технологічні нормативи - для діючих окремих типів обладнання, споруд на рівні підприємств з найкращою існуючою технологією виробництва аналогічних за потужністю технологічних процесів;

перспективні технологічні нормативи - для нових і таких, що проектуються, будуються або модернізуються, окремих типів обладнання, споруд з урахуванням досягнень на рівні передових вітчизняних і світових технологій та обладнання. Статтею 8 цього закону Нормативи гранично допустимого впливу фізичних та біологічних факторів стаціонарних джерел.

Нормативи гранично допустимих рівнів впливу на атмосферне повітря встановлюються для кожного стаціонарного джерела по всіх створюваних ним видах фізичних і біологічних факторів.

Нормативи гранично допустимого впливу фізичних та біологічних факторів встановлюються на рівні, за якого фізичний та біологічний вплив усіх джерел у цьому районі, з урахуванням перспектив його розвитку, в період терміну дії встановленого нормативу не призведе до перевищення нормативів екологічної безпеки атмосферного повітря (за найбільш суворим нормативом).

Статтею 9 Нормативи вмісту забруднюючих речовин у відпрацьованих газах та впливу фізичних факторів пересувних джерел. Для кожного типу пересувних джерел, що експлуатуються на території України, встановлюються нормативи вмісту забруднюючих речовин у відпрацьованих газах та впливу фізичних факторів цих джерел, які розробляються з урахуванням сучасних технічних рішень щодо зменшення утворення забруднюючих речовин, зниження рівнів впливу фізичних факторів, очищення відпрацьованих газів та економічної доцільності.

1.2.3 Проблеми екологізації автомобільного транспорту України

Екологічні проблеми, звязані з використанням традиційного моторного палива в двигунах транспортних засобів, актуальні не тільки для України, але і для всіх країн світу. В багатьох країнах світу прийняті жорсткі вимоги по екологізації автотранспорту. В результаті з 2000 року по 2007 рік кількість шкідливих речовин у відпрацьованих газах автомобілів за рубежем знизилася приблизно в 2 рази, а всього за останні 40 років зміст токсичних компонентів зменшився на 70%. В даний час багато моторобудівних фірм узяли курс на рішення задачі досягнення нульової токсичності відпрацьованих газів. Їх багаторічний досвід показує, що добитися цього можна тільки у разі використовування альтернативних видів моторного палива. Саме тому, практично всі перспективні екологічно чисті автомобілі, проектуються під альтернативні види палива.

Значні матеріальні витрати на створення екологічно чистих машин, повязані не з благородністю і альтруїзмом західних моторобудівних компаній, а визначаються тиском державних законів. Побічно ці закони торкнулися і України - до нас хлинув потік зарубіжних автомобілів, які в розвинених країнах були визнані екологічно не безпечними, тим самим поповнивши вітчизняний автопарк автомобілів, що завдають колосального збитку екології наших міст. Справедливості ради необхідно визнати, що вироблені в Україні автомобілі відстають на 8-10 років по всіх показниках у тому числі і по екології від автомобілів, що випускаються в даний час в промислово розвинених країнах.

В 1992 році був прийнятий Закон України про охорону атмосферного повітря. Законом встановлені єдині для України нормативи екологічної безпеки атмосферного повітря, до яких відносяться гранично допустимі концентрації ГДК забруднюючих речовин від автомобілів в атмосферному повітрі. Для транспортних засобів встановлюються нормативи змісту забруднюючих речовин в відпрацьованих газах автотранспорту.

Передбачаються заходи по зниженню токсичності і знешкодженню відпрацьованих газів автомобілів і других транспортних засобів переходу транспорту на менш шкідливі види енергії і палива, обмеженню в їзду автотранспорту в житлові зони. Заборонено виробництво і експлуатацію транспортних засобів, в яких перевищує встановлені норми вмісту забруднюючих речовин у відпрацьованих газах автотранспорту. Поліпшення конструкцій транспортних засобів і умов їх експлуатації. Організація в межах міста режимів руху всіх видів транспорту.

Введення на території України з січня 2001 року норми Євро-2 поки є чисто декларативним актом, оскільки, нераціональна структура вітчизняної нафтопереробки, недостатні потужності вторинних процесів визначає низьку якість вироблюваних бензинів і дизельного палива, не відповідного сучасним вимогам.

Якість вітчизняних автомобільних двигунів повинні бути кращими, в більшості поступаються зарубіжним по таких показниках, як питома потужність, економічність, експлуатаційна технологічність, екологічність.

Тому, в даний час єдиним шляхом підвищення екологічності автотранспорту є його перехід на природний газ, що забезпечить скорочення шкідливих викидів в оточуючу середовище двигунами автомобілів до рівня, що відповідає жорстким європейським нормам. Норми токсичності вихлопних газів автомобілів представлені в таблиці 1.4.

Таблиця 1.4 - Норми токсичності вихлопу автомобілів для розвинених європейських країн

Найменування стандартів

Рік введення

Вміст у вихлопі токсичних речовин

CO

Тверді частинки

Євро - 0

1988

14,4

11,2

2,5

-----

Євро - 1

1993

8,0

4,5

1,1

0,36

Євро - 2

1996

7,0

4,0

1,1

0,15

Євро - 3

1999

5,0

2,0

0,6

0,1

Євро - 4

2005

3,5

1,5

-----

0,02

Євро - 5

2008

2,0

1,5

-----

0,02

Проблема переводу автотранспорту на природний газ є рішенням комплексу складних задач, серед яких найзначущішими є: серійне виробництво газобалонних автомобілів, створення інфраструктури (мережі) заправних комплексів; розробка і виробництво надійного газобалонного устаткування; створення сервісної мережі для переобладнання автотранспортних засобів; підготовка кадрів; праве і рекламно-інформаційне забезпечення і т.д. У звязку з чим, програми газифікації автотранспорту і поліпшення екологічної обстановки можуть бути реалізовані не тільки по указу зверху, але і при підтримці і безпосереднім участь регіональних властей.

1.2.4 Використання систем очищення викидів автотранспорту

Рішення проблеми зниження токсичності відпрацьованих газів двигунів внутрішнього згорання (ДВЗ) є однією з найскладніших і найактуальніших задач захисту навколишнього середовища від забруднення СО, CnHm, NOx та іншими токсичними речовинами. За оцінками фахівців, автотранспортні засоби є постачальниками 50 - 80% від загальної кількості оксиду вуглецю (II) та оксидів азоту, що надходить в атмосферу великих міст. Забруднення повітря відпрацьованими газами двигунів внутрішнього згорання - проблема глобального масштабу, особливо для густонаселених промислових центрів. За останні 60 років кількість транспортних засобів збільшилась від 40 до більш як 700 мільйонів. За прогнозами до 2010 року ця цифра досягне 920 мільйонів [1]. Вимоги по обмеженню токсичності відпрацьованих газів двигунів внутрішнього згорання почали застосовувати у 70-х роках минулого століття в США і Японії, а потім і в інших країнах. У зв`язку зі збільшенням кількості автомобілів і їх негативним впливом на навколишнє середовище ці вимоги стають все жорсткішими.

В таблиці 1.2.4 наведено склад викидних газівдизельних і бензинових двигунів[2]. Як видно з таблиці до складу викидних газів входять чотири типи компонентів: вуглеводні, оксиди азоту, оксиди сірки та оксид вуглецю (ІІ).

Таблиця 1.1.2.4 ? Склад викидних газів двигунів

Компоненти викидних газів

Вміст у викидних газах дизельного двигуна

Вміст у викидних газах бензинового двигуна

NOx

350-1000 ppm

1200 ppm

CnНm

50-330 ppm

1300 ppm

CO

300-1200 ppm

1300 ppm

O2

10 - 15%

4 - 12%

H2O

1,4 -7%

12%

CO2

7%

11%

SOx

10-100 ppm

20 ppm

Сажа

65 мг/м3

--

При повному згоранні вуглеводневого палива утворюється лише вода і вуглекислий газ, однак, через недосконалість процесу горіння і високі температури в камері згорання, автомобільні викиди містять значні

кількості токсичних компонентів, що є серйозною загрозою навколишньому середовищу.

Всі відомі способи зменшення кількості шкідливих викидів за рахунок регулювання або зміни конструкції двигуна не дають очікуваного ефекту.

Каталітичні системи очищення токсичних компонентів відпрацьованих газів з використанням хімічних реакцій окислення і відновлення наразі є найефективнішим способом зниження токсичності викидів. Для цього у випускну систему двигуна встановлюють спеціальний термічний реактор.

За відсутності каталізаторів повне перетворення оксиду вуглецю і незгорівших вуглеводнів відбувається в діапазоні температур від 700 до 850 градусів за умови надлишку кисню. Знешкоджити оксиди азоту при цьому неможливо, оскільки обов`язковою умовою їх відновлення є відсутність вільного кисню.

За присутності каталізаторів температура процесу знижується і забезпечується перетворення всіх токсичних компонентів. Знешкодження токсичних компонентів газових викидів автомобільних двигунів відбувається за наступними основними реакціями

CO 2 + O2 > 2 CO2 (1)

HC+ O2 > CO2 + H2О (2)

CO2 + 2 NO > 2 CO2 + N2 (3)

HC + NO > CO2 + H2О+ N2 (4)

2+ 2 NO> 2 Н2О+ N2 (5)

Тобто, за реакціями 1 і 2 очистка відбувається в окиснювальному режимі, який забезпечує вилучення оксиду вуглецю (II) і вуглеводнів, а при низьких концентраціях кисню (тобто при коефіціенту надлишку повітря меньше 1,1) відновлення оксидів азоту здійснюється за реакціями 3 - 5. Застосування відповідних каталізаторів забезпечує одночасне окиснення оксиду вуглецю (II) і вуглеводнів, а також відновлення оксидів азоту. Сучасні каталітичні системи очищення достатньо довговічні, їх застосування не призводить до суттєвого збільшення витрат палива і зниження потужності двигуна. При оптимальному управлінні процесом згорання можуть бути виконані найжорсткіші екологічні вимоги, що висуваються до автомобілів.

Розробка методів комплексної очистки газів, що відходять від автотранспорту шляхом пригнічення утворення токсичних сполук.

Каталітична нейтралізація виконується шляхом пропускання потоку відпрацьованих газів через два комплекти електродів, кожний з яких складається з сіток з голками і без голок. Процес базується на відновно-окиснювальних процесах, що протікають в зоні розряду на 150 - 200 градусів нижче, ніж при звичайному термічному каталізі.

Основною різницею електрокаталітичного процесу від термічного є те, що при будь - яких режимах роботи двигуна через протікання радикальних реакцій в зоні розряду спостерігається високий ступінь відновлення і окиснення токсичних сполук, а також повне згорання сажі і смоли. Це можливо за рахунок зниження енергетичних бар`єрних процесів.

Потік газу від двигуна направляється в каталітичний реактор. В нейтралізаторі змонтовані два комплекти сіток з голками 2 з високолегованих сталей.

На кожну голку нанесено діелектрик і каталізатор. Між комплектами сіток через штуцер 3 підводять повітря. Після нейтралізації потік газу викидається в атмосферу. В якості джерела струму використовується катушка запалення 4. Кількість сіток у відновній і окиснювальній зонах повинна бути парною ( рисунок 1.1.2.4).

Рисунок 1.1.2.4 ? Схема нейтралізації газів

Процес проведено на сітках при різних напругах і режимах роботи двигуна. Введення повітря в газовий потік суттєво впливає на процес знешкодження токсичних компонентів( рисунок 1.1.2.4, 2.1.2.4).

Рисунок 2.1.2.4 ? Залежність ступеню очистки від напруги для холостого ходу без введення повітря

Існуючі системи каталітичного очищення знижують потужність до 20% оскільки підвищується гідродинамічний опір вихлопної системи. Використання електрокаталітичної системи не створює такої проблеми, а завдяки електронному вітру, який створюється в нейтралізаторі підвищується швидкість газового потоку, що в свою чергу збільшує потужність двигуна (рисунок 3.1.2.4).

Рисунок 3.1.2.4 ? Залежність ступеню очистки від напруги для ходу під навантаженням без введення повітря

З введенням повітря ступінь очистки від оксидів азоту знижується, а для вуглеводів і оксидів вуглецю (ІІ) збільшується незалежно від того чи холостий хід, чи двигун під навантаженням. Для всіх випадків, як з введенням повітря, так і без введення його ступінь очистки збільшується зі збільшенням напруги (рисунок 4.1.2.4).

Рисунок 4.1.2.4? Залежність ступеню очистки від напруги для ходу під навантаженням із введенням повітря

За цими даними можна зробити висновок, що цим методом можна очистити гази, що відходять від автотранспорту.

Електрокаталітичний метод не знижує потужності двигуна, а на деяких режимах навіть підвищує її.(таблиця 2.1.2.4)

Таблиця 2.1.2.4 ? Дані експериментів по нейтралізації токсичних сполук для холостого ходу

При використанні даного способу нейтралізації газів, що відходять від автотранспорту, досягається значно більший ступінь нейтралізації токсичних сполук, ніж при інших методах. Відсутність зниження потужності двигуна призводить до економії палива і більш тривалої експлуатації двигуна. Даний спосіб можна використовувати для будь - якого автотранспорту (таблиця 3.1.2.4) [4].

Таблиця 3.1.2.4. ? Дані експериментів по нейтралізації токсичних сполук для ходу з навантаженням

Отже, для досягнення нормативів (США, 2009р.) електрокаталітичний метод зниження токсичності відпрацьованих газів є недостатнім.

Пригнічення утворення NOx та СО виконувалось шляхом випаровування легких фракцій рідкого палива та електрокаталітичною обробкою паровї фази безпосередньо перед дозуванням в централізовану паливо-повітряну систему.

Технологія електрокаталітичної обробки паливного наддуву разом з технологією електрокаталітичного очищення дає можливість знизити вміст практично всіх компонентів відпрацьованих газів ДВЗ до необхідних норм.

викиди автомобільний альтернативний пальне

1.2.5 Перспективи впровадження екологічно чистого пального та інших джерел енергії

Водень. Перші дослідження стосовно використання водню, як палива для двигунів були проведені в 20 - х роках. Характеристики водню як моторного палива такі: нижча теплота згорання, що перевищує згорання рідкого палива в 2,7-2,9 разів. Під час згорання водневоповітряної суміші утворюється водяна пара, виключається можливість утворення шкідливих продуктів. Таким чином, водень як паливо має низку переваг перед вуглеводним паливом. Отримують водень, в основному при переробці природного газу і нафти, отримують моторне паливо. Тому проводять інтенсивні пошуки інших ефективних методів отримання водню. Під час роботи двигуна гідрид нагрівається і водень вивільняється. Потужність такого двигуна зменшується на 20 - 30% внаслідок малої густини водню. При згоранні водневоповітряної суміші не відбувається утворення продуктів неповного згорання, хоча у незначній кількості міститься СО і СН, які утворилися в результаті згорання оливи, що потрапляє в камеру згорання.

Ацетилен. В останні роки вивчається можливість використання ацетилену, як палива. Ацетилен має високі енергетичні показники і його виробляють з нафтової сировини. Проводилися поодинокі експериментальні дослідження поршневих ДВЗ на ацетилені. Токсичність двигуна, який живиться ацетиленом, покращується завдяки переважно зниженню вмісту оксиду вуглецю. Так в режимах максимальної потужності викиди СО зменшуються в 2 - 2,5 рази, а в 2 - 3,5 рази. Порівняно з мінімальними значеннями викидів цих компонентів у бензиновому двигуні. За однакового складу паливних сумішей перехід з бензину на ацетилен підвищує вміст NO майже в тричі. Проте з подальшим збільшенням ацетиленоповітряної суміші викиди оксидів азоту зменшилися. Основним недоліком ацетилену і ацетиленоповітряної суміші їх висока вибухонебезпечність. Це єдиний газ, що використовується у промисловості, горіння і вибух якого можливі без присутності окислювача.

Азотовмісні палива. Азотовмісні паливо складається з водню й азоту. Основними видами азотоводневого палива є гідрозин й аміаку. Аміак характеризується простотою виробництва, з низькою вартістю, як паливо. Характерними властивостями аміаку стехіометричний коефіцієнт - необхідна кількість повітря. Внаслідок незадовільних моторних якостей аміаку для роботи двигуна необхідно суттєво підвищити енергетичний рівень запалювання. Ідентифікувати займання і згорання аміаку впорскуванням запальної дози палива, додаванням активуючих присадок, оптимізацією форми камери. За термохімічними розрахунками, в продуктах згорання аміаку присутній тільки один хімічний елемент оксид азоту. Кількість його мінімальна через низькі температури і швидкості згорання аміачно повітряних сумішей. На одиницю транспортної роботи викиди для аміаку нижчі в 1,5-2 рази порівняно з воднем і в 2,5-3 рази - порівняно з бензином. В експериментах отримано значно нижчі рівні викидів NO у разі спалювання аміачного палива. Це повязано з перебігом реакції взаємодії оксиду азоту, у результаті чого відбувається відновлювання азоту з аміаком, який не згорів, у результаті чого відбувається відновлювання азоту. Недоліком аміаку, як моторного палива є його корозійна агресивність та отруйність. Швидкість згорання гідрозину в повітрі вища за швидкість згорання аміаку і вуглеводнів. За повного згорання і після видалення оксидів азоту, що мають утворюватися, азотоводневе паливо не буде забруднювати навколишнє середовище. Гідрозин має не лише властивість згорати, як бензин, але і розкладатися в регульованому режимі, що розширює можливість його використання. Температурні межі рідкого стану гідрозину дуже близькі до меж рідкого стану води. Температура замерзання гідрозину дорівнює 17 градусів, що виключає обмеження в різних географічних зонах. Через високу температуру замерзання гідрозину та інші його експлуатаційні властивості до нього додають антифриз. Це необхідно для того, щоб використовувати гідрозин, як автомобільне паливо. Зараз гідрозин отримують з аміаку, який добувають з вуглеводневої сировини.

Метанол - ефективне паливо для двигунів внутрішнього згорання. Використання 100% метанолу не можливо тому що, він токсичний. В бензині знаходиться більше 0,1.

Етанол - використовується як добавка до палива, розчиняється в вуглекислоті. Використання 20% етанолу.

Прості ефіри як паливо мають перевагу. Використовується як добавка до палива. Ефіри додається в автомобільні бензини диметиловий і диетиловий ефір. Діметил добавляється в камеру горіння до рідкого газу метанолу, або стандартному дизельному паливі. Збільшується емісія оксидів азоту.

Біодизель це паливо вироблене з рослинних олій або тваринних жирів. В залежності від сировини, фізичні властивості біодизелю можуть змінюватись в ту чи іншу сторону, виробляється з рапсової олії. Біодизель є економічно вигідним.

2 АНАЛІЗ ВИКИДІВ ПЕРЕСУВНИХ ДЖЕРЕЛ В МІСТІ ЧЕРКАС ПЕРСПЕКТИВИ ВПРОВАДЖЕННЯ ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧИХ ТЕХНОЛОГІЙ

2.1 Кліматичні та геоморфологічні особливості міста Черкаси

Місто Черкаси розміщено в області північно-східного схилу гірського утворення - Українського кристалічного щита, який поступово опускається в напрямку річки Дніпро.

Кристалічний фундамент міста залягає на глибині 400 - 600 метрів і складений найдавнішими докембрійськими породами. Кристалічний масив у межах міста розсічений двома поперечними розломами: в районі Соснівки - Соснівський і в південно-західній частині - Черкаський.

Давні докембрійські утворення, покриті відкладаннями осадового чохла, які залягають на еродованій поверхні кристалічного фундаменту. Потужність їх у районі розташування міста досягає 200 метрів.

За географічним районуванням територія відноситься до Ірдинсько-Тясминської ерозійної акумулятивної терасової рівнини на палеогеновій основі.

Для центральної частини міста в геологічному розрізі характерні утворення бучатої свити-вуглисті піски й глини. Наявність залишків мікрофітопланктону підтверджує прибережно-морський характер їх седиментації.

У терасовому комплексі річки Дніпро в межах міста виділені друга та третя надзаплавні тераси. Переважна частина площі міста розміщена в межах надзаплавної тераси. Враховуючи те, що в основі тераси залягає потужна товща алювіально-флювіогляціальних відкладень, вік її можна віднести до верхньочетвертинного.

Безпосередньо до третьої тераси примикає друга надзаплавна тераса абсолютні відмітки якої становлять 90-93 метри. Відкладання цієї тераси виходять на денну поверхню у вигляді прибережної смуги річки Дніпро шириною до 150 метрів.

Виявлені в межах міста юрські відкладення, представлені породами континентальної і морської фауни. Максимальна потужність утворень юрських досягає 52,8 метрів. Серед континентальних у складі юрської товщі представлені руслові та озерно-болотні відкладення.

Для юрських нашарувань характерний значний вміст спор деревовидних папоротей, у вугличних пісках цього періоду знайдені рідкісні фауністичні залишки молюсків[12].

На формування термічного режиму, крім залежності від географічної широти, впливають особливості атмосферної циркуляції та підстилаючої поверхні. Вплив кожного з цих факторів на протязі року неоднаковий.

Так узимку на температурний режим істотно впливає атмосферна циркуляція повітря. У теплий період року термічний режим визначається радіаційними, поряд із якими значну роль відіграє підстилаюча поверхня. Основною з характеристик, що відображає фізико-географічні особливості міста є середня місячна температура повітря.

Середньорічна температура повітря складає 7,2 °С, найнижча вона в січні мінус 5,8 °С, найвища - в липні 20 °С. Інтенсивне підвищення температури відзначається від березня до квітня і від квітня до травня. Абсолютний мінімум температури має негативне значення з вересня до травня. Найбільш низька температура мінус 37°С спостерігається у лютому. Найбільш високі значення місячного абсолютного мінімуму 4°С можуть бути у липні місяці. Сума річних опадів 450-480 мм, за рік випадає в середньому 490-500мм, але бувають роки, коли опадів випадає менше.

Початок весни в Черкасах наступає 15-20 березня. Бувають пізні і рані весни. За початок літа вважається дата переходу середньодобової температури повітря через плюс 15°С. Середня температура за літо складається плюс 19°С. Вологі західні вітри приносять значну кількість опадів. Характерною особливістю літнього періоду є громові зливи. В окремі роки влітку спостерігаються посушливі періоди. Осінь Черкасах настає з переходом добової температури плюс 10°С і більш низьких. На протязі осені спостерігається загальне зниження температури.

Прямий вплив на характер забрудненості повітря у місті чинить напрям вітру. Протягом року у місті мають перевагу вітри північного, північно-західного і східного напрямків. У річному русі найменша швидкість вітру припадає на літній період близько 3,2 м/с. Взимку швидкість вітру досягає 4,6 м/с. Середня швидкість вітру за липень січень і протягом року у місті Черкас представлено в (таблиці 1.2.1)

Таблиця 1.2.1 - Середня швидкість вітру за липень, січень, рік у місті Черкас

Місяць

Пн

ПнСх

Сх

ПдСх

Пд

ПдЗх

Зх

ПнЗх

Січень

5,6

3,9

4,9

4,2

4,2

4,4

5,3

6,0

Липень

4,4

3,7

3,4

2,7

3,5

3,5

4,5

4,5

Рік

4,7

4,0

4,1

3,8

4,2

4,1

4,7

5,1

Рисунок 1.2.1 - Січнева роза вітрів

Рисунок 2.2.1 - Липнева роза вітрів.

Рисунок 3.2.1-Роза вітрів за рік

2.2 Динаміка розвитку автомобільної галузі Черкащини та міста Черкас

Сьогодні в галузі автомобілебудування України працює близько 60 підприємств (разом з організаціями автосервісу). Основними напрямами виробництва є легкові і вантажні автомобілі, автобуси, тролейбуси, мото- і велотехніка, агрегати для автомобілів, причепи і напівпричепи, запасні частини.

До отримання Україною незалежності легкові автомобілі виробляв «Запорізький автомобільний завод» (ЗАЗ; Запоріжжя); спеціалізовані легкові автомобілі (автомобілі підвищеної прохідності) виробляв «Луцький автомобільний завод» (ЛуАЗ; Луцьк); автобуси - «Львівський автобусний завод» (ЛАЗ; Львів); вантажівки - «Кременчуцький автомобільний завод» (КрАЗ; Кременчук). Виробництво автомобільної продукції в Україні за 2003-2008 роки представлено в таблиці 2.2.2.

Таблиця 2.2.2-- Виробництво автомобільної продукції за 2003-2008 р., тис.шт

Продукція

2003

2004

2005

2006

2007

2008

Автомобілі легкові

98,3

174

192

267

380

402

Автобуси

2,6

2,6

4,7

7,7

9,1

10,2

Автомобілі вантажні

4,7

10,9

14,0

12,1

11,4

11,8

У період з 2003 по 2008 р. автомобілебудування має вкрай позитивну динаміку розвитку, але починаючи в 2009 році під впливом кризи показники випуску продукції значно погіршилися, зокрема виробництво легкових автомобілів в Україні в січні-липні скоротилося на 83,9% порівняно з аналогічним періодом 2008 року - до 43,012 тис штук. За даними УкрАвтоПрому, виробництво автобусів в Україні в січні-липні 2009 р. скоротилося на 92,3% порівняно з аналогічним періодом 2008 року - до 513 штук. Виробництво вантажівок - на 85,9% порівняно з аналогічним періодом 2008 року - до 1226 штук.

В 1999 році був заснований “ВАТ Богдан” по виготовленю автобусів на минулому автобусному заводі Черкаський авторемонтний завод (ЧАРЗ), який спеціалізувався на ремонті автобусів ПАЗ, пізніше збирав причепи та мікроавтобуси «Газель». яке увійшло до складу корпорації «Богдан» і розпочало самостійний випуск автобусів. З того часу завод став лідером галузі в Україні, а міські автобуси Богдан користуються великим попитом як в Україні, так і за кордоном. На даний момент завод виготовляє різноманітні автобуси на платформі Isuzu, зокрема Богдан А 092 -- один із популярних міських автобусів середнього розміру в Україні, Виробничі потужності корпорації «Богдан», дозволяють сьогодні виготовляти 120-150 тисяч легковиків, до 9 тисяч автобусів та тролейбусів у всіх класах, а також біля 15 тисяч вантажівок та спеціалізованої техніки. Заводи компанії розташовано у Луцьку, Черкасах та Криму. В корпорацію входить також Черкамський автомобімльний завомд «Богдан» -- автомобілебудівне підприємство з виробництва легковиків, розташоване в місті Черкаси, Україна.

Завод було урочисто відкрито 20 червня 2008 року Інвестиції корпорації «Богдан» у проект будівництва заводу склали 330 млн доларів. З конвеєрів повного виробничого циклу сходять 2 моделі автомобілів «Лада» (2110 та 2111) та 3 моделі «Hyundai» (Tucson, Elantra та Accent). Потужність заводу -- 120--150 тисяч машин за рік. Підприємство збирає автівки дрібновузловим способом -- зварювання кузова, фарбування, складання. На заводі розташовано 2 цехи складання автомобілів, 2 цехи зварювання, цехи лакофарбування, тестування й логістики. Загальна площа всіх виробничих приміщень становить 120 тисяч мІ. Повну екологічність заводу забезпечують німецькі очисні споруди -- лінія очистки стічних вод та викидів у повітря.

2.3 Характеристика впливу валових викидів автотранспорту за 2005 2009 роки та шкода довкіллю

Забруднення атмосфери впливає на клімат, процеси поглинання випромінювання Сонця і довгохвильового (теплового) випромінювання земної поверхні, а також на транскордонне перенесення забруднюючих речовин із сусідніх країн. Над Україною переважає західне перенесення повітряних мас. Тому в атмосферному повітрі країни, крім «власних» забруднень, наявна частка центрально- і західноєвропейських. Забруднення атмосферного повітря несприятливо впливає не тільки на стан навколишнього природного середовища, але й на здоровя населення. Хімічно активні викиди зумовлюють силікоз, бронхіт, астму, рак легенів, запалення слизових оболонок, різні хвороби очей, шкіри, психологічні реакці]/

За 2005-2007 рр. викиди від пересувних джерел: сірчистого ангідриду, оксидів азоту, оксиду вуглецю, речовин у вигляді суспендованих твердих частинок (сажа) збільшилися, а вуглеводнів, летких органічних сполук - залишилися стабільними. В загальній кількості викидів забруднюючих речовин в атмосферне повітря на долю автотранспорту припадає до 70 % викидів. Динаміка викидів в атмосферне повітря представлено в таблиці 3.2.3.

Таблиця 3.2.3-- Динаміка викидів в атмосферне повітря (кількісний склад) від пересувних джерел

Показники

2005 рік

2006 рік

2007 рік

2008 рік

2009 рік

Викиди забруднюючих речовин в атмосферне повітря

від пересувних джерел, тис. тонн

63,1

65,1

80,5

80,8

77,8

у тому числі від автомобільного транспорту, тис. тонн

60,4

62,2

70,4

71,2

68,8

Найбільше антропогенне навантаження завдають викиди від індивідуального автотранспорту. Від них надійшло більше половини (54 %) забруднюючих речовин. Та з кодним роком збільшується.

Від пересувних джерел протягом 2009 р. по області в повітря викинуто 77,8 тис. т забруднюючих хімічних речовин (2005 р. - 63,1 т, 2006 р. - 65,1 т, 2007 р.-80,5 т, 2008р-80,8т).

В середньому за рік один автомобіль викидає у повітря до 1 кг свинцю. Розсіяний впродовж автошляхів свинець включається в біологічний колообіг, що сприяє свинцевому навантаженню на людину, спричиняє зменшення тваринного та рослинного різноманіття. Крім того, відпрацьовані гази містять чадний газ, який також, в свою чергу, негативно впливає на стан довкілля.

2.4 Преспектива впровадження альтернативного пального та видів енергії у місті Черкаси (газ, електротранс, сонячна енергія, біопаливо - корисне чи ні)

Одним із перспективних напрямків є використання біомаси. На сьогодні використання біомаси як палива в Україні дорівнює 988 тис. т у.п./рік, що становить 0,5% споживання первинних енергоресурсів. При цьому значна кількість біомаси, придатної для виробництва енергії, знищується або вивозиться на звалища.

В Україні вже давно назріла проблема створення енергетичних плантацій, наприклад кукурудзи, яка є одним з найбільш ефективних накопичувачів сонячної енергії у вигляді біомаси та дозволяє отримати в енергетичному еквіваленті приблизно 15 т у.п./рік з 1 га. Можуть також використовуватись посіви рапсу та інші. З 1 тонни рапсу можна отримати близько 300 кг (30%) рапсового масла, а з нього - 270 кг біодизельного пального. У 2005 році рапсом було засіяно 234 тис. га.

Делись добром ;)