Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Защита биосферы от воздействия автотранспорта






Основные способы уменьшения загазованности на улицах городов под­разделяются на технические, организационно-правовые и градостроительные. К техническим способам относятся:

• применение энергоносителей не нефтяного происхождения;

• разработка и производство эффективных антитоксических устройств, в том числе окислительных и компонентных систем нейтрализации отработанных газов, совершенствование двигателей с целью умень­шения их токсичности;

• создание двигателей с малотоксичными рабочими процессами;

• создание новых видов транспорта;

• контроль за техническим состоянием автотранспортных средств;

• оптимизация системы управления дорожным движением, улучше­ние состояния дорожного покрытия.

В качестве применения энергоносителей не нефтяного происхождения. Можно отметить увеличение применения метанола и газа в виде сжиженно­го, природного и синтез-газа. Эти альтернативные виды топлива использу­ются преимущественно для ДВС с искровым зажиганием. Их применение для дизельных двигателей также способствует существенному уменьшению выброса вредных веществ. Так, при применении природного газа можно ожидать примерно на 10 % меньший выброс окислов азота и на 90 % мень­ший выброс углеводородов по сравнению с работой двигателя на дизельном топливе при непосредственном впрыскивании. Метанольный двигатель вы­брасывает значительно меньшее количество сажи (фактически без выброса сажи) и меньшее количество (примерно на 30 %) выбросов азота. Сравни­тельная характеристика различных видов топлива по выбросам токсичных компонентов приведена в табл. 5.32.

Для снижения токсичности отработанных газов в выпускной системе дизелей устанавливают устройства, обеспечивающие их физико-химическую очистку. Наиболее часто используются термические, каталитические и жид­костные нейтрализаторы.

Таблица 5.32

Выбросы вредных веществ при использовании различных видов

топлива

 

Виды топлива Выбросы вредных веществ при испытании по циклу ОСТ, г/испытание
СО с„н, NOx
Бензин АИ-93 42, 0 8.5 9, 1
Метанол + бензин 32, 0 5, 4 7, 6
Метанол 28.0 4.6 4, 4
Сжиженный нефтяной газ 19, 0 4, 8 8, 7
Сжатый природный газ 8, 5 4, 5 8, 5
Водород 2, 5
Водород + бензин. 3, 0 2, 8 4, 6

Термические нейтрализаторы — окислительные устройства, в которых за счет избытка кислорода, имеющегося в отходящих газах двигателей, осу­ществляется дожигание продуктов неполного сгорания СО, СхНу до конеч­ных безвредных соединений НгО и СОг- Термическая нейтрализация газов осуществляется в реакционной камере при температуре 650^850 °С. Причем объем реактора определяет продолжительность реакции: чем больше объем камеры, тем эффективнее процесс окисления. Термические дожигатели сни­жают токсичность отходящих газов на 90 %. Термические реакторы отлича­ются большим сроком службы, и эффективность их работы по мере увеличе­ния пробега автомобиля не снижается. Еще одно немаловажное достоинство термических нейтрализаторов заключается в том, что они невосприимчивы к отходящим газам двигателя, работающего на этилированном бензине.

Недостатки — необходимость применения специальных жаропрочных материалов для изготовления реакционной камеры, некоторое уменьшение мощности двигателя и увеличение (до 16 %)удельного расхода топлива вслед­ствие возрастания сопротивления выпуска. Кроме того, установка терми­ческого нейтрализатора требует довольно много места в моторном отсеке в связи с необходимостью его расположения рядом с головкой блока цилинд­ров двигателя.

Каталитические нейтрализаторы — устройства, в которых отходящие газы проходят через слой катализатора (платина), на поверхности которого при температуре 250-300 °С происходит беспламенное каталитическое окис­ление СО и СхНу. Сущность процессов каталитической нейтрализации за­ключается во взаимодействии токсичных компонентов отходящих газов меж­ду собой или с избыточным кислородом в присутствии катализатора, уско­ряющего реакции окисления СО и СхНу до СОг и восстановления NOx до

NO2. Эффективность каталитических нейтрализаторов составляет 70-100 % [3]. Наиболее универсальными являются катализаторы на основе благород­ных металлов (рутений, родий, палладий, платина) и некоторых окислов металлов (оксиды меди, хрома, никеля).

Жидкостные нейтрализаторы представляют устройства (рис. 5.18) для поглощения сажи и бенз(а)пирена до 50-100 %, но не улавливающие окись углерода и углеводороды. Принцип работы жидкостных нейтрализаторов основан на растворении или химическом связывании токсичных компонен­тов при пропускании отходящих газов через жидкость соответствующего состава. Отходящие газы из выпускной трубы 1 поступают в коллектор 8 и через отверстия в нем выходят в нейтральную жидкость, в которой происхо­дит очистка газов от токсичных компонентов. Затем газы через фильтрую­щий слой (из брикетированной металлической стружки 6) и сепаратор 5, в которых задерживается влага, захваченная газом при проходе через жид­кость, поступает в атмосферу. Раствор в рабочий бак 7 заливается из допол­нительного бака.

Рис. 5.18. Схема жидкостного нейтрализатора НТЖ-2: 1 — выпускная труба; 2 — перепускной кран; 3 — дополнительный бак; 4 — залив­ная горловина; J — сепаратор; 6 — металлическая стружка; 7 — рабочий бак; 8 — коллектор; 9 — пробка сливного отверстия; 10 — перегородки

Различия в механизме образования и нейтрализации основных токси­ческих веществ, содержащихся в отходящих газах двигателей, приводят в большинстве случаев к тому, что воздействие на рабочий процесс и конст­рукцию двигателей и применение определенных систем нейтрализации вы­зывают уменьшение одних и увеличение других токсичных компонентов отходящих газов. Поэтому для существенного уменьшения выбросов по всем основным токсичным компонентам применяют комбинации различных си­стем нейтрализации. При этом могут сочетаться не только различные типы

систем нейтрализации, но и устройства для уменьшения токсичности воз­действием на рабочий процесс и конструкцию двигателей.

Одно из основных мероприятий снижения выбросов отходящих газов до величин, регламентированных существующими стандартами, — совер­шенствование конструкции современного ДВС с искровым зажиганием. Ток­сичность двигателя с искровым зажиганием можно уменьшить путем; со­вершенствования конструкции и формы камеры сгорания впускной и вы­пускной систем двигателя, введения оптимальных регулировок смеси и угла опережения зажигания, применения непосредственного впрыска топлива, организации послойного смесеобразования, перепуска отходящих газов в выпускную систему, впрыска воды, поддержания двигателя в должном тех­ническом состоянии, рациональной его эксплуатации.

Наибольшее влияние на токсичность отходящих газов оказывают изме­нения, вносимые в систему питания и зажигания, так как именно эти систе­мы во многом определяют процесс воспламенения и сгорания рабочей сме­си. Совершенствование системы питания ДВС, позволяющее добиться бо­лее равномерного распределения рабочей смеси по цилиндрам, обеспечить ее оптимальный состав для каждого режима работы и возможность работы на бедных смесях, влияет в основном на количество продуктов неполного сгорания в отходящих газах.

Основные направления усовершенствования системы питания:

• улучшение качества процесса смесеобразования во впускной системе;

• улучшение системы распыления в карбюраторе;

• применение регуляторов холостого хода;

• Обеспечение равномерного распределения смеси по цилиндрам. Большое влияние на выделение токсичных компонентов оказывает орга­низация процессов смесеобразование и сгорания. Установлено, что двухка­мерные (вихрекамерные и предкамерные) дизели выделяют 50 % оксидов азота от выбрасываемых однокамерными. Эффективным способом умень­шения выбросов оксидов азота в отходящих газах дизелей является приме­нение рециркуляции отходящих газов. Дымносгь отходящих газов двигате­лей может быть уменьшена применением специальных устройств, коррек­тирующих работу циркулятора.

На ближайшую перспективу поршневые ДВС останутся основным ти­пом автомобильных двигателей, причем большое развитие должны полу­чить дизельные ДВС. Дизельные ДВС стали применяться после второй мировой войны и по настоящее время используются в основном на грузо­вых автомобилях большой грузоподъемности. Но ввиду своего преимуще­ства меньшего удельного расхода топлива до 30-35 % и более низкой ток­сичности отходящих газов они привлекли внимание и стали использоваться не только на грузовых машинах средней и малой грузоподъемности и ак бусах, но и легковых автомобилях. У многих массовых зарубежных mq\ лей имеются модификации с дизельным двигателем. \ч

Недостатком дизельного ДВС является повышенное содержание сах х соединений серы, повышенная дымность и сильный неприятный запах Л ходящих газов. \"

Роторно-поршневые ДВС имеют ряд преимуществ по сравнению с пор невыми: меньший вес и размеры; компактность, что особенно важно i)\ создании малолитражных автомобилей; способность работы на бензинА низким октановым числом; относительная простота конструкции; прак^, ь ческое отсутствие вибраций при работе; большая удельная мощность. > дч РПД уступает поршневому ДВС с искровым зажиганием по токсичноЛ отходящих газов. В то же время особенности конструкции позволяют боЛ эффективно применять устройства для уменьшения выделения СхНу. тЛ высокая температура сгорания и небольшие размеры двигателя дают в^ч можность использовать термический и окислительный каталитические н^Х трализаторы, эффект от которых выше, чем у поршневых ДВС. \

Газотурбинная силовая установка при равной мощности легче и ко\ пактней ДВС, хорошо уравновешена и обладает меньшей токсичностью < Л ходящих газов. Но она обладает более низкими значениями экономичное^ и КПД, а также отличается дороговизной производства. \

Двигатели внешнего сгорания. Среди достоинств паровых машин, npv менявшихся вплоть до 1931 г., долговечность, высокая плавность работах хорошие тяговые характеристики. Главные недостатки — низкий КПД и знЛ чительная масса. Опытные разработки позволили создать установки с поЛ ной конденсацией воды (замкнутый цикл), найти рецепты парообразуюшцЛ жидкостей с более выгодными показателями, по сравнению с водой, \

Электромобиль — наиболее эффективное средство уменьшения загряч нения атмосферного воздуха городов, так как он совсем не выбрасывает а\ч мосферных газов. Кроме того, он обладает более простой конструкцией»4 Пробег автомобиля между подзарядками составляет 200 км. А автомобиль > двигателем, сочетающим бензиновый двигатель и электромотор, может пр< ^ ходить до 1000 км. В настоящее время в Японии уже эксплуатируется 30 ты^х таких автомобилей, при этом электробатареи составляют 0, 1 % от их нал^' чия в электромобилях, что существенно снижает их массу и стоимость автс\ч мобиля. ч

Кроме того, с помощью мероприятий по оперативной организации да рожного движения (не требующих капитального переустройства улично-до рожной сети и строительства новых дорог) можно снизить расход топливу автомобилей, а значит, и количество отходящих газов (табл. 5.33).

Таблица 5.33

Снижение расходов топлива при проведении мероприятий по оперативной организации дорожного движения

Мероприятие Среднее снижение расхода топлива, %
Сокращение одного пересечения транспортных и пешеходных потоков 5-20
Снижение уровня загрузки на 10 % при групповом и колонном режимах движения 3-10
Оптимизация скоростного режима 8-12
Оптимизация состава транспортного потока 7-8
Оптимизация цикла регулирования по минимуму расхода топлива 5-7

Снижение уровня загрузки автомобильных магистралей можно достиг­нуть рациональной организацией автомобильных перевозок, а также рассре­доточением транспортных потоков в пространстве и во времени, увеличени­ем пропускной способности магистралей. Наличие в транспортном потоке автомобилей с различными эксплуатационными свойствами приводит к воз­растанию неравномерности движения и расхода топлива. Создание одно­родных потоков возможно дифференцированием полос движения для транс­портных средств различного назначения (легковой, грузовой, пассажирский и т.д.), специализацией полос при подходе к пересечению дальнейшего на­правления движения, а также запрещением грузового движения в централь­ной части городов. Ограничение скорости движения в городах до 50 км/ч позволяет снизить расход топлива на 8-12 %, снижение скорости ниже 40 км/ ч приводит к увеличению расхода топлива.

Организационно-правовые мероприятия — это прежде всего нормирова­ние выбросов токсичных веществ с отработавшими газами автотранспорта. В различных странах мира действует более 90 нормативно-технических до­кументов, нормирующих токсичность выхлопных газов автомобилей. В ев­ропейских странах сейчас действуют нормы правил Европейской экономи­ческой комиссии ООН. Согласно правилам ЕЭК ООН №83 для бензиновых двигателей при испытании автомобилей по европейскому циклу, выбросы не должны превышать: по окиси углерода — 2, 93 г/км, сумма углеводоро­дов и оксидов азота — 0, 97 г/км; согласно правилу ЕЭК ООН №49 для ди­зельных двигателей при испытаниях по 13-ступенчатому циклу с пуском подогретого двигателя: ПДК окиси азота— 4, 5 г/кВт-ч, углеводородов — 1, 1 г/кВт-ч, оксидов азота— 8г/кВт-ч. Введенные в 1992 году нормативы, были ужесточены по сравнению с предыдущими на 45-60 %. Так, предель­но допустимая концентрация сажи составляет 0, 63 г/кВт-ч для двигателей мощностью до 85 и 0, 36 г/кВт-ч для двигателей большей мощности

Практика показывает, что реальным путем быстрого и эффективного снижения негативного влияния транспортных средств на биосферу является внедрение системы управления природоохранной деятельностью предприя­тий транспортного комплекса. В основе этой системы должны быть поло­жены следующие положения:

• система государственного управления охраной окружающей среды на транспорте должна строиться на основе сочетания административных и экономических методов регулирования деятельности объектов транспорта;

• все технические элементы транспортного комплекса, связанные с по­тенциальной опасностью загрязнения биосферы, должны быть сер­тифицированы в соответствии с действующими экологическими тре­бованиями. Предприятия — производители продукции для транспор­тного комплекса должны быть аккредитованы на право поставки про­дукции с учетом уровня ее экологической безопасности;

• деятельность предприятий и объектов транспорта должна быть рег­ламентирована путем выдачи лицензий, при этом в качестве обяза­тельных требований для получения лицензий должны выступать эко­логические;

• разработка и введение в действие эффективной системы экономичес­кого стимулирования и механизма финансирования природоохранной деятельности;

• создание единой программы научного обеспечения природоохранной деятельности и решение проблемы специальной экологической под­готовки персонала предприятий транспортного комплекса.

Градостроительные мероприятия направлены в основном на предотвра­щение распределения загрязнения от источника непосредственно в среду оби­тания человека. Эти мероприятия включают оптимальную планировку улиц и дорог, использование территориальных разрывов, зонирование застройки, сооружение магистралей-дублеров, кольцевых дорог, развязок на разных уровнях, использование естественных и создание искусственных экранов, защитное озеленение. Так, при одинаковой интенсивности движения наи­большее загрязнение воздуха фиксируется в районах плотной застройки с высокими зданиями. Увеличение расстояния между транспортной магистралью и жилой застройкой дает резкое снижение концентрации загрязняю­щих веществ.

Транспортная планировка, определяющая режим движения автомоби^ лей, позволяет снизить уровень загрязнения атмосферы. К мероприятиям транспортной планировки относятся: транспортные развязки на разных уров­нях, подземные тоннели и пешеходные переходы, магистрали-дублеры, коль­цевые магистрали. Мероприятия транспортной планировки способствуют пе­рераспределению транспортных потоков, уменьшают неравномерность дви­жения. Так, например, после постройки в Москве на площади Маяковского автомобильного тоннеля концентрация СО в воздухе снизилась в 2, 5 раза, углеводородов — в 3 раза.

Эффективность зеленых насаждений зависит от способа озеленения, по­род деревьев, кустарников и времени года. Помимо роли защитного экрана, зеленые насаждения способствуют биологической очистке воздуха, погло­щая углекислый газ. Однородная древесная посадка оказывает малое газо­защитное действие. При такой посадке снижение концентраций отходящих газов составляет всего лишь 7-10 %. Более хорошие результаты (до 25 %) дает древесно-кустарниковая посадка. Однако в зимний период эффектив­ность посадки снижается в 3-4 раза. Для снижения концентрации окиси уг­лерода, более эффективной является трехрядная посадка деревьев. При этом концентрация сразу за посадкой снижается на 40 % (рис. 5.19).

При создании защитного экрана из зеленых насаждений должны выбираться породы деревьев и кустарников, наиболее устойчивые к дей­ствию токсичных компонентов отходящих газов. Менее всего пригодны для

этих целей хвойные деревья. Тополь хорошо поглощает канцерогенные ве­щества, особенно бенз(а)пирен.

Для защиты от пыли больше подходят хвойные деревья (ель канадская, туя складчатая, сосна горная и канадская), лиственные (клен остролистый, ясень американский и пенсильванский, бук, береза киргизская и бородавча­тая, вяз мелколистый и шершавый, дуб красный крупноплодный и череш-чатый, тополь бальзамический и белый), кустарники (боярышник, жимо­лость/калина, сирень, роза собачья и морщинистая), травянистые растения. Обязательный элемент лесополос — ограждения из металлической сетки по всей длине проезжей части. Деревья необходимо располагать в шахматном порядке. Высота деревьев — 7-8 м, кустарников — 1, 5-2 м. Поперечная форма сечения имеет форму треугольника, причем более пологая сторона находит­ся со стороны дороги.






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.