МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ
ВОСТОЧНОУКРАИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению раздела дипломного проекта "Экологические показатели локомотивов"
(для студентов специальности 1709
)
Проректор по
учебной работе Э.Н.Никитин
протокол № 6
от 2.06.94
Составители В.А. Звонов
Л.С. Заиграев
А.В. Козлов
ЛУГАНСК ВУГУ 1994
.
УДК 621.43.01
Методические указания к выполнению раздела дипломного проекта "Экологические показатели локомотивов" (для студентов специальности 1709) / Сост.: В.А. Звонов, Л.С. Заиграев, А.В. Козлов - Луганск: ВУГУ, 1994. - 33 с.
Приведены материалы, необходимые для выполнения раздела дипломного проекта "Экологические показатели локомотивов". Дана качественная и количественная оценка вредного воздействия тепловоза на окружающую среду, приведены нормативы по выбросам токсичных веществ и дымности тепловозных дизелей. Приведена методика расчета экономического ущерба от выброса вредных веществ. Описаны способы снижения вредного воздействия тепловоза на атмосферу. Приведены возможные темы для индивидуальных заданий.
Составители: Василий Алексеевич Звонов, д.т.н., проф.
Леонид Степанович Заиграев, к.т.н., доц.
Андрей Викторович Козлов, асп.
Ответственный за выпуск В.А.Звонов
.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы охраны окружающей среды от загрязнения сегодня ни у кого не вызывает сомнения. Ясно, что без радикального сокращения количества вредных выбросов невозможно надеяться на преодоление назревающего экологического кризиса. В связи с этим в дипломный проект введен раздел "Экологические показатели локомотивов". В дипломном проекте возможно выполнение либо специальной части экологического направления, либо только названного выше раздела. Данные методические указания предназначены для студентов, выполняющих проекты неэкологического профиля.
Тяговый подвижной состав железнодорожного транспорта включает тепловозы и электровозы. Как одни, так и другие оказывают вредное воздействие на окружающую среду. Данные методические указания относятся только к тепловозам.
Целью раздела "Экологические показатели локомотивов" дипломного проекта является оценка экологических показателей тепловоза, разработка мероприятий, направленных на их улучшение, и расчет экономического ущерба от выброса токсичных веществ в атмосферу.
В данном разделе дипломного проекта должны быть рассмотрены следующие вопросы:
1. Вредное воздействие локомотива на окружающую среду:
• направления вредного воздействия;
• количественная оценка вредного влияния базового локомотива на атмосферу.
2. Разработка мероприятий по снижению вредного воздействия проектного локомотива на окружающую среду:
• выбор способа снижения вредного воздействия;
• количественная оценка вредного влияния проектного локомотива на атмосферу.
3. Расчет экономического ущерба от выброса вредных веществ в атмосферу базовым и проектным локомотивами и их сравнение.
4. Индивидуальное задание.
В конце раздела должны содержаться выводы, которые включают:
• оценку экономической эффективности примененного метода снижения вредных выбросов, т.е. относительное снижение количества выбросов и относительное изменение затрат на эксплуатацию (изменение расхода топлива) тепловоза;
• анализ данных, полученных при выполнении индивидуального задания.
1. ВРЕДНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ТЕПЛОВОЗА НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
Железнодорожный транспорт оказывает неблагоприятное воздействие на все звенья биосферы. При этом имеются в виду воздействия на атмосферу, литосферу и гидросферу:
• выбросы в атмосферу токсичных веществ с отработавшими газами (ОГ) дизеля, картерными газами, котельными депо, испарения топлива;
• тепловое загрязнение атмосферы;
• выбросы диоксида углерода;
• электромагнитные поля;
• загрязнение окружающей среды при производстве, ремонте и обслуживании локомотивов и вагонов;
• шум и вибрация, создаваемые работающими двигателями, возникающие при качении колесных пар по рельсам, при колебаниях верхнего строения пути;
• загрязнение верхнего строения пути продуктами износа рельсов, бандажей, тормозных колодок;
• загрязнение железнодорожного полотна маслом, вытекающим из неплотностей соединений и смываемым поверхностными водами в водоемы;
• загрязнение железнодорожного пути перевозимыми грузами.
При использовании в качестве тяговых единиц тепловозов деятельность железнодорожного транспорта в наибольшей степени отражается на атмосфере. Содержание оксидов азота в отработавших газах дизелей тепловозов составляет 50…90 г/кг топлива, оксида углерода – 10…20 г/кг, несгоревших углеводородов около 10 г/кг, сернистого ангидрида около 4 г/кг, сажи 0,3…2 г/кг. В состав отработавших газов дизеля входит около 200 компонентов, большинство из которых токсичны.
Выбрасываемые в атмосферу вредные вещества оказывают вредное воздействие на природу и человека. Действие токсичных компонентов отработавших газов на человеческий организм разнообразно, от инициации незначительных неприятных ощущений до раковых заболеваний. Степень их воздействия зависит от их концентрации в атмосфере, состояния человека и его индивидуальных особенностей. Ниже приведена краткая характеристика некоторых токсичных компонентов, входящих в состав отработавших газов дизеля, по воздействию на организм человека.
Оксид углерода – снижает функцию кислородного питания, выполняемую кровью. В результате кислородного голодания нарушаются функции центральной нервной системы, возможна потеря сознания и летальный исход.
Оксиды азота – раздражающе действуют на слизистые оболочки глаз, носа, остаются в легких в виде азотной и азотистой кислот. Опасность воздействия заключается в том, что отравление организма проявляется не сразу, а постепенно, причем каких либо нейтрализующих средств нет.
Углеводородные соединения – вызывают раздражение глаз, горла, носа и заболевание этих органов человека. Наносят ущерб растительному и животному миру.
Альдегиды – раздражают глаза и верхние дыхательные пути, поражают центральную нервную систему, печень, почки.
Сажа – вызывает негативные изменения в системе дыхательных органов человека. Мелкие частицы сажи размером 0,5-2 мкм задерживаются в легких, дыхательных путях, вызывают аллергию. Сажа загрязняет воздух, ухудшает видимость, но самое опасное в том, что на саже адсорбируются тяжелые ароматические углеводороды, в том числе канцерогенный бенз(а)пирен.
Сернистый ангидрид – нарушает белковый обмен и ферментативные процессы, вызывает раздражение глаз, кашель.
Оценку значимости отдельных токсичных компонентов ОГ производят по относительной агрессивности (табл.1), ПДКсут
– среднесуточная предельно допустимая концентрация токсичного вещества, ПДКр.з
– предельно допустимая концентрация токсичного вещества в воздухе рабочей зоны.
Таблица 1
Предельно допустимые концентрации и показатели относительной агрессивности для различных токсичных веществ, содержащихся в отработавших газах дизелей
| Вещество |
ПДКсут
|
ПДКр.з
|
а |
λ |
α |
β |
δ |
А, усл.т/т |
| Оксид углерода |
3 |
20 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
| Сернистый ангидрид |
0,05 |
10 |
11 |
1 |
1 |
1 |
2 |
22 |
| Оксиды азота в пересчете по массе на NO2
|
0,04 |
2 |
27,4 |
1 |
1 |
1 |
1,5 |
41,1 |
| Летучие низкомолекулярные углеводороды (пары жидких топлив) по С |
1,5 |
100 |
0,63 |
1 |
1 |
2 |
1 |
1,26 |
| 3,4-бензпирен |
0,000001 |
0,00015 |
630000 |
1 |
2 |
1 |
1 |
1260000 |
| Твердые частицы ОГ дизелей |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
200 |
Показатель относительной агрессивности рассчитывается по формуле, усл. т/т:
A = a·α·δ·λ·β, (1)
где α – поправка, учитывающая вероятность накопления исходной примеси или вероятных загрязнений в компонентах окружающей среды и в цепях питания, а также поступление примеси в организм человека неингаляционным путем;
δ – поправка, учитывающая действие на различные реципиенты, помимо человека;
λ – поправка на вероятность вторичного заброса примесей в атмосферу после их оседания на поверхностях (вводится для пылей);
β – поправка на вероятность образования при участии исходных примесей, выброшенных в атмосферу, других (вторичных) загрязнителей, более опасных, чем исходные (вводится для легких углеводородов);
a – показатель относительной опасности присутствия примеси в воздухе, вдыхаемом человеком, рассчитывается по формуле:
. (2)
Основы образования вредных веществ в ДВС
Для питания тепловозных двигателей используют топлива, основными составляющими которых являются углеводороды. Теоретически, при расчете по стехиометрии, в результате сгорания образуются нетоксичные водяной пар и углекислый газ. Однако в действительности, как уже отмечалось выше, в состав ОГ входит большое количество разнообразных веществ, большинство из которых токсично. По способу образования вредные вещества, обнаруживаемые в ОГ, можно разделить на три группы:
• продукты неполного сгорания (основные из них: оксид углерода, углеводороды, сажа);
• вещества, являющиеся продуктами побочных реакций, протекающих при высокой температуре (например, оксиды азота);
• вещества, содержащиеся в топливе и при работе выбрасываемые в окружающую среду (соединения серы).
Рассмотрим кратко механизмы образования основных токсичных компонентов ОГ двигателя.
Оксид углерода и углеводороды
Образование оксида углерода (СО) в дизелях может происходить в ходе холоднопламенных реакций, а также вследствие диссоциации диоксида углерода (СО2
), происходящей при высокой температуре. При нормальной эксплуатации дизелей концентрация СО в ОГ невелика – 0,1–0,2 %. Также в ОГ дизелей содержится незначительное (0,04–0,06 %) количество углеводородов (СН), которые представляют собой часть несгоревшего топлива.
Сажа
Образование сажи в камере сгорания дизеля представляет собой объемный процесс термического разложения (пиролиза) углеводородов топлива в условиях большого недостатка кислорода. В зоне пламени состав смеси близок к стехиометрическому, причем локально, в зоне впрыскиваемой топливной струи, смесь может быть богатой, вплоть до случая, когда коэффициент избытка воздуха равен нулю (чистые пары топлива). Наиболее общая схема образования сажи включает гидрогенизацию, дегидрогенизацию, крекинг, полимеризацию, конденсацию. Выделение сажи в процессе сгорания может быть разделено на три основные фазы: образование зародышей, рост зародышей в частицы сажи, коагуляция первичных сажевых частиц. Сажа является основой, так называемых твердых частиц (ТЧ), в состав которых входят также адсорбированные на поверхности сажи тяжелые углеводороды, зольные частицы, некоторые продукты износа и т.п.
Образовавшиеся в начале процесса сгорания частицы углерода могут выгорать в процессе расширения. Таким образом, содержание сажи в ОГ двигателя является результатом процессов ее образования и выгорания в цилиндре. Количество образовавшейся сажи зависит от многих факторов, основными из которых являются концентрация окислителя, температура и давление в цилиндре, вид топлива, характеристики смесеобразования. Концентрационный предел начала образования сажи по коэффициенту избытка воздуха составляет 0,33-0,7 для гомогенных смесей. С ростом температуры в зоне пиролиза количество образовавшейся сажи резко увеличивается. Подобным образом влияет и увеличение давления. На образование сажи также влияет состав топлива: его молекулярный вес и отношение количества углерода к количеству водорода.
Оксиды азота
В процессе сгорания топлива оксиды азота (практически только NO) образуются в результате окисления азота кислородом воздуха. В реакции образования NO может участвовать как азот, содержащийся в топливе, так и азот атмосферного воздуха. Топливный азот легче вступает в реакцию окисления, чем атмосферный. Однако в дизельных топливах для тепловозных дизелей, как правило, азот практически не содержится. Образование оксида азота из атмосферного азота и кислорода в процессе сгорания протекает согласно термической теории, которую разработал Я.Б. Зельдович. Основные положения этой теории:
1. Окисление азота происходит за фронтом пламени в зоне продуктов сгорания.
2. Выход оксида азота определяется максимальной температурой горения, концентрациями азота и кислорода в продуктах сгорания и не зависит от химической природы топлива, участвующего в сгорании (при отсутствии в топливе азота).
3. Окисление азота происходит по цепному механизму:
N2
+ O = NO + N – 316 кДж/моль;
N + O2
= NO + O + 136 кДж/моль.
Определяющей является первая реакция, скорость которой зависит от концентрации атомарного кислорода.
4. Выход оксидов азота зависит от скорости охлаждения продуктов сгорания.
5. В бедных смесях (при малой подвижности реакции) выход NO определяется максимальной температурой сгорания, т.е. кинетикой его образования. В богатых смесях выход NO определяется кинетикой разложения, то есть "закалкой" образовавшегося оксида азота.
Установлено, что "закалка" происходит на уровне, близком к максимальной концентрации, в процессе расширения и выпуска концентрация NO не изменяется. Выход NO из двигателя главным образом зависит от температуры и концентрации кислорода в продуктах сгорания.
Оксиды серы
Оксиды серы относятся к веществам, образующимся из входящих в топливо примесей. Сернистые соединения входят в состав нефтяных топлив. В дизельных топливах, применяемых для тепловозов, массовое содержание серы не должно превышать 0,2% для малосернистых и 0,5% для сернистых топлив (по ГОСТ 305-82). В процессе сгорания сера окисляется и выбрасывается в окружающую среду. Таким образом, выброс оксидов серы зависит от ее содержания в топливе и расхода топлива. Удельный выброс оксидов серы в пересчете на SO2
может быть вычислен, г/кг топлива:
e`SOx
= 20·S, (3)
где S – массовое содержание серы в топливе, %.
2. ВЫБРОСЫ ТОКСИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ И САЖИ ТЕПЛОВОЗНЫМИ ДИЗЕЛЯМИ. НОРМИРОВАНИЕ ВЫБРОСОВ И ДЫМНОСТИ
Уровень вредных выбросов и дымности тепловозных дизелей оценивается различными показателями. Согласно действующим ГОСТам уровень вредных выбросов измеряется в г/кВтч или г/кг топлива, а уровень дымности нормируется по значению натурального показателя ослабления светового потока К, 1/м или по дымности ОГ N, %.
Уровни выбросов вредных веществ и сажи нормируются по режимам работы дизеля, однако более полной является оценка по цикловым показателям. Испытательные циклы при этом выбирают максимально приближенными к условиям реальной эксплуатации тепловозного дизеля.
Определение цикловых показателей
Для тепловозных дизелей выбран четырехступенчатый испытательный цикл, первый режим которого является холостым ходом, второй и третий режимы частичных нагрузок, четвертый - номинальной мощности. Номинальные показатели некоторых тепловозных дизелей приведены в табл. 2. Схема испытательного цикла приведена на рис. 1, а его характеристика в табл. 3.
Таблица 2
Номинальные показатели тепловозных дизелей
| Тепловоз |
Тип дизеля |
Обозначение |
Номинальные показатели |
|||
| Ne
кВт |
nн
|
ge
|
Рен
МПа |
|||
| ТЭ127 |
251Д |
12ЧН21/21 |
1756 |
1500 |
0,211 |
1,61 |
| ТЭМ2 |
ПД1М |
6ЧН31,8/33 |
880 |
750 |
0,214 |
0,96 |
| ТЭМ2М |
3А-6Д49 |
8ЧН26/26 |
882 |
1000 |
0,224 |
0,9 |
| ТЭМ7 |
2-2Д49 |
12ЧН26/26 |
1670 |
1000 |
0,204 |
1,21 |
| 2ТЭ116 |
1А-5Д49 |
16ЧН26/26 |
2200 |
1000 |
0,211 |
1,205 |
| 2ТЭ121 |
2В-5Д49 |
16ЧН26/26 |
2940 |
1000 |
0,211 |
1,6 |
| М62 |
14Д40 |
12ДН23/30 |
1470 |
750 |
0,218 |
0,795 |
| 2ТЭ10В |
10Д100 |
10ДН20,7/2х25,4 |
2200 |
850 |
0,228 |
0,91 |
Рис. 1. График, характеризующий относительное время работы тепловозного дизеля (F) на различных нагрузочных режимах (Ne
/Neн
) испытательного цикла
Таблица 3
Характеристика испытательного цикла
| Параметры испытательного цикла |
Эксплуатационные характеристики |
||
| № реж. |
Ne
|
F |
|
| 1 |
0,05 |
0,6 |
Тепловозная Промежуточная частота вращения выбирается для соответствующего значения мощности |
| 2 |
0,50 |
0,1 |
|
| 3 |
0,75 |
0,1 |
|
| 4 |
1,00 |
0,2 |
|
| Средняя эффективная мощность за цикл – 0,355Ne
|
|||
Расчет цикловых показателей выбросов для каждого токсичного компонента отработавших газов производится по формуле, г/кВтч
, (4)
где еi
k
– удельный выброс вредного компонента на режиме, г/кВтч;
k – номер режима в испытательном цикле;
i – индекс вредного компонента;
Nek
– эффективная мощность на данном режиме;
F – весовой коэффициент режима испытательного цикла.
В табл.4 приведены номинальные и цикловые показатели уровня токсичности отработавших газов для дизелей отечественных тепловозов.
Таблица 4
Токсические характеристики тепловозных дизелей
| Тепловоз |
Номинальные показатели |
Цикловые показатели |
||||
| eNOx
|
eС
|
ηе н
|
eNOx
|
eС
|
ηе ц
|
|
| ТЭ127 |
14,3 |
1,73 |
0,419 |
14,26 |
2,85 |
0,352 |
| ТЭМ2М |
15,47 |
2,53 |
0,378 |
18,28 |
3,28 |
0,352 |
| ТЭМ7 |
15,3 |
2,46 |
0,4 |
19,18 |
4,47 |
0,388 |
| 2ТЭ116 |
12,28 |
1,34 |
0,375 |
18,28 |
2,25 |
0,339 |
| 2ТЭ121 |
18,06 |
1,16 |
0,374 |
19,45 |
2,15│ |
0,365 |
| М62 |
10,18 |
5,08 |
0,351 |
14,26 |
5,92 |
0,315 |
| 2ТЭ10В |
20,2 |
3,49 |
0,376 |
21,34 |
4,71 |
0,337 |
На основании приведенных в табл. 4 данных были получены формулы для определения удельных выбросов тепловозных дизелей за испытательный цикл, г/кг топлива:
e'NOx ц
= 456,11·ηе ц
– 88,78; (5)
e'CO ц
= 12,672 / ηе ц
– 19,14 , (6)
где ηе ц
– средний эффективный КПД дизеля за испытательный цикл.
Величина ηе ц
для новых (проектируемых) тепловозов может быть рассчитана по формуле:
, (7)
где ηе ц пр
– средний эффективный КПД дизеля тепловоза, выбранного в качестве прототипа (то есть тепловоза с дизелем близким по мощности и размерности к дизелю проектируемого тепловоза, см. табл. 4);
gе н пр
– средний эффективный расход топлива дизелем тепловоза-прототипа на номинальном режиме, г/кВтч;
gе н
– средний эффективный расход топлива дизелем проектируемого тепловоза на номинальном режиме, г/кВтч.
Данные по дымности и выбросам твердых частиц, определенные по описанному выше испытательному циклу приведены в табл.5.
Таблица 5
Характеристики тепловозных дизелей по дымности и выбросам твердых частиц
| Тепловоз |
Номинальные показатели |
Цикловые показатели |
||
| Nн
|
еС
|
Nц
|
еС
|
|
| ТЭМ2 |
2 |
0,053 |
3,2 |
0,108 |
| 2ТЭ116 |
4 |
0,088 |
6,2 |
0,147 |
| 2ТЭ121 |
5 |
0,087 |
6,3 |
0,073 |
| 2ТЭ10В |
18 |
0,488 |
10,1 |
0,474 |
По приведенным в табл. 5 данным была получена формула для определения удельных выбросов твердых частиц для четырехтактных тепловозных дизелей за испытательный цикл, г/кг топлива:
e'Сц
= –1,64·Pен
2
+ 4,29·Pен
– 2,07, (8)
где Pен
– среднее эффективное давление в номинальном режиме, МПа.
Нормирование выбросов и дымности
В настоящее время действуют два стандарта: ГОСТ 24585-81 "Выбросы вредных веществ с отработавшими газами" и ГОСТ 24028-80 "Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Дымность отработавших газов". Нормы по выбросам вредных веществ приведены в табл. 6.
Таблица 6
Предельно допустимые значения выделений вредных веществ отработавшими газами дизелей тепловозов на любом установившемся режиме тепловозной характеристики с Pе
> 0,3 МПа по ГОСТ 24585-81
| Удельный расход топлива на номинальном режиме, г/кВтч |
Предельно допустимые значения выделений |
|
| еСО
|
еN
|
|
| до 214 |
10 |
29 |
| св. 214 до 226 |
10 |
25 |
| св. 226 до 238 |
10 |
21 |
| св. 238 до 252 |
10 |
17 |
| св. 252 до 268 |
10 |
14 |
| свыше 268 |
10 |
11 |
На холостом ходу и режимах с Pе
≤ 0,3 МПа нормы удельных выбросов оксидов азота и оксида углерода составляют е`NOх
= 120 г/кг топлива и е`CO
= 50 г/кг топлива соответственно.
Дымность нормируется в зависимости от условного расхода отработавших газов по коэффициенту ослабления светового потока, приведенному к шкале дымомера с длиной эффективной базы 0,43 м. Предельно допускаемые значения параметров дымности отработавших газов по ГОСТ 24028-80 приведены в табл. 7.
Таблица 7
Предельно допустимые значения параметров дымности отработавших газов по ГОСТ 24028-80
| Условный расход отработавших газов, л/с |
Дымность N, % |
Условный расход отработавших газов, л/с |
Дымность N, % |
| до 290 |
34 |
св. 700 до 900 |
22 |
| св. 290 до 350 |
32 |
св. 900 до 1150 |
20 |
| св. 350 до 400 |
30 |
св. 1150 до 1500 |
18 |
| св. 400 до 500 |
28 |
св. 1500 до 2000 |
16 |
| св. 500 до 600 |
26 |
св. 2000 до 3000 |
14 |
| св. 600 до 700 |
24 |
свыше 3000 |
12 |
Условный расход отработавших газов вычисляется по формуле, л/с:
, (9)
где Vh
– рабочий объем цилиндров дизеля, л;
n – частота вращения коленчатого вала, об/мин;
τ – тактность дизеля.
Действующие ГОСТы устарели, поэтому в 1990 году ВНИТИ разработал предложения по нормированию выбросов вредных веществ и дымности отработавших газов дизелей (проект стандарта СЭВ). Эти нормы более жесткие и разработаны с учетом накопленного мирового опыта. Предложенные нормы по выбросам вредных веществ приведены в табл. 8.
Таблица 8
Предельно допустимые значения выделений вредных веществ отработавшими газами дизелей тепловозов за цикл испытаний (проект стандарта СЭВ)
| ηц
|
Предельно допустимые значения выделений |
|
| еСО ц
|
еN
|
|
| до 0,33 |
7 |
10 |
| св. 0,33 до 0,35 |
6 |
12 |
| св. 0,35 до 0,37 |
5 |
14 |
| св. 0,37 до 0,39 |
4 |
16 |
| св. 0,39 до 0,41 |
3 |
18 |
| свыше 0,41 |
2 |
20 |
На холостом ходу нормы удельных выбросов оксидов азота и оксида углерода составляют е`NO
x
= 65 г/кг топлива и е`CO
= 35 г/кг топлива соответственно.
Предложения по нормированию дымности приведены в табл. 9.
Таблица 9
Предельно допустимые значения параметров дымности отработавших газов (проект стандарта СЭВ)
| Условный расход отработавших газов, л/с |
Дымность N, % |
Условный расход отработавших газов, л/с |
Дымность N, % |
| до 300 |
23 |
св. 1500 до 2000 |
11 |
| св. 300 до 500 |
21 |
св. 2000 до 2500
p>
|
10 |
| св. 500 до 700 |
19 |
св. 2500 до 3000 |
9 |
| св. 700 до 900 |
17 |
св. 3000 до 3500 |
8 |
| св. 900 до 1200 |
15 |
свыше 3500 |
7 |
| св. 1200 до 1500 |
13 |
Для сравнения нормы по ГОСТам и предлагаемые ВНИТИ изображены в виде графиков на рис. 2 и 3.
Рис. 2. Предельно допустимые значения выделения вредных веществ с отработавшими газами тепловозов:
ГОСТ 34383-81
Проект стандарта СЭВ
Рис .3. Предельно допустимые значения параметров дымности отработавших газов тепловозных дизелей:
VH
– условный расход отработавших газов
3. РАСЧЕТ УЩЕРБА ОТ ВЫБРОСА ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ
Ущерб от выброса вредных веществ в атмосферу от отдельного источника находится по формуле, грн/год:
У = γ·σ·f·M, (10)
где γ = 14,4 грн/т – размерная константа, переводящая условную оценку выброса в денежную, в ценах 2000 г.;
σ – показатель опасности загрязнения атмосферы над различными территориями (табл. 10);
f – поправка, учитывающая характер рассеяния примесей в атмосфере, для тепловозов f = 10;
M – приведенная годовая масса выброса от источника, усл. т/год.
Таблица 10
Показатель загрязнения для различных территорий
| № |
Тип загрязняемой территории |
σ |
| 1 |
Курорты, санатории, заповедники (их территории) |
8 |
| 2 |
Жилые районы с высотной застройкой (9 и более этажей) |
6 |
| 3 |
Жилые районы городов с преимущественно высотной застройкой, включая улицы, магистрали, парки |
4 |
| 4 |
То же с 5-этажной застройкой |
3 |
| 5 |
То же с 2-этажной застройкой |
1,5 |
| 6 |
Плотная одноэтажная застройка (поселки, пригородные зоны) |
1 |
| 7 |
Сельская территория |
0,8 |
Приведенная годовая масса выбросов определяется по формуле, усл.т/год:
, (11)
где Ai
– показатель относительной агрессивности i-го компонента, усл.т/т (см. табл. 1);
n – количество вредных компонентов в ОГ;
mi
– выброс i-го компонента, т/год.
Расчет годового выброса для каждого токсичного компонента производится по формуле, т/год:
mi
= e'i
ц
·Gт год
/1000. (12)
где Gт год
– годовой расход топлива тепловозом, т/год.
Удельные выбросы токсичных компонентов e'i ц
(г/кг топл.) различными дизелями при наличии информации в табл. 4 и 5 рассчитываются по формуле:
, (13)
где ge ц
– удельный эффективный расход топлива за испытательный цикл, г/кВтч; ge ц
= 3600/(ηе ц
·Hu
);
Hu
– низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг.
В случае, если информация о токсичности и дымности тепловоза в табл. 4 и 5 не представлена, удельные выбросы токсичных компонентов рассчитывают по формулам (5), (6) и (7). Пример расчета ущерба от выброса вредных веществ представлен в прил. 1.
4. МЕРОПРИЯТИЯ ПО СНИЖЕНИЮ УРОВНЯ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ
Методы снижения токсичности можно разделить на три направления:
• воздействие на рабочий процесс;
• нейтрализация отработавших газов;
• применение присадок и альтернативных топлив.
Ниже приведена краткая характеристика наиболее эффективных методов снижения уровня выбросов.
Уменьшение угла опережения впрыска топлива
Снижение выброса NOx
до 50% может быть получено за счет уменьшения опережения впрыска, хотя при этом несколько увеличиваются выбросы СО, СН и сажи, а также удельный расход топлива. Наиболее эффективно уменьшение угла на первые 4-6 град. от оптимального по расходу топлива. Из-за более позднего начала сгорания увеличивается энергия ОГ, что приводит к увеличению температуры выпускного клапана и его седла. Этот способ наиболее простой для реализации.
Рециркуляция отработавших газов
Для уменьшения выделения оксидов азота возможно применение рециркуляции части отработавших газов на впуск дизеля, при этом уменьшается максимальная температура цикла. Уменьшение температуры происходит главным образом, из-за большей удельной теплоемкости продуктов сгорания по сравнению с воздухом. Кроме того наличие продуктов сгорания оказывает влияние на процесс сгорания в цилиндре. Уменьшение температуры влияет также на концентрацию атомарного кислорода, что, в свою очередь, снижает скорость реакции образования NO. Применение рециркуляции вызывает существенное увеличение дымности, а также содержания продуктов неполного сгорания в отработавших газах. На эффективность рециркуляции влияют: режим работы двигателя, количество перепускаемого газа и его температура, угол опережения впрыска топлива, способ смесеобразования и др. Использование рециркуляции наиболее эффективно на режимах холостого хода, малых и средних нагрузок. На номинальном режиме резко возрастает дымность отработавших газов и расход топлива. Для тепловозных дизелей, которые наибольшее количество оксидов азота выбрасывают на режимах 30-50% номинальной нагрузки, рециркуляцию целесообразно применять при нагрузке до 50% от номинальной.
Регулирование температуры воздуха во впускном коллекторе
Снижение температуры воздуха во впускном коллекторе приводит к уменьшению выброса NOx
. При этом снижается расход топлива и температура газа в цикле. Снижение температуры с 55 до 40 С вызывает уменьшение удельного расхода топлива на 1,5 %; выброса СН на 4 %; выброса СО на 9 %; выброса NOx
на 15 % (для тепловозного дизеля). Реализация этого способа связана со значительным увеличением размеров холодильной камеры тепловоза, и, соответственно, увеличением затрат на вспомогательные нужды.
Впрыск воды и водотопливные эмульсии
Добавление воды к топливовоздушному заряду приводит к снижению максимальной температуры сгорания, что обусловлено затратами на испарение воды и нагрев ее паров (удельная теплоемкость водяного пара выше теплоемкости воздуха). Присадку воды к воздуху можно осуществить впрыском как во впускной трубопровод, так и в цилиндр. При впрыске воды во впускной трубопровод происходит также повышение коэффициента наполнения за счет снижения температуры воздуха. Преимуществом добавки воды является то, что при снижении выбросов оксидов азота в 2 раза мощность и экономичность дизеля практически не изменяются. Однако добавка воды приводит к увеличению концентрации несгоревших углеводородов и сокращению срока службы цилиндро-поршневой группы. Кроме того для реализации этого способа необходимо создание специальной системы подачи и дозирования воды, причем должна подаваться только дистиллированная вода.
Вода может быть добавлена к топливу с образованием водо-топливных эмульсий. При работе на эмульсиях несколько (на 4…7 %) уменьшается расход топлива. Капли эмульгированного топлива, впрыснутого в цилиндр, состоят из частиц топлива, внутри которого содержится большое количество хаотически движущихся включений воды. Размеры этих включений колеблются от 1 до 3 мкм и практически не зависят от условий распыливания. При нагреве частиц воды и превращении их в пар такие включения "взрываются", подвергая окружающие их частицы топлива дополнительному дроблению, что ускоряет и улучшает процесс смесеобразования. Наиболее применимая присадка воды к дизтопливу составляет 15…17 %. Замечено положительное влияние присадки воды на снижение сажеобразования. Недостатками данного метода являются увеличение износа деталей топливной аппаратуры, а также свойство эмульсий расслаиваться с течением времени, особенно при высоких температурах.
Обогащение воздуха на входе жидким и парообразным топливом
Осуществляется подачей части топлива во впускной трубопровод путем распыливания или подачей заранее испаренного топлива. Такая раздельная подача способствует гомогенизации смеси и более полному ее сгоранию. Недостатком способа является необходимость оборудования дизеля специальной системой подачи топлива и сложность регулирования его подачи (с учетом подачи основного топлива через форсунку).
Каталитическая нейтрализация
В системе выпуска отработавших газов происходят реакции окисления оксида углерода и углеводородов с избыточным кислородом. Эти процессы проходят при относительно низкой температуре и протекают с малой скоростью. Для ускорения протекания реакции применяются катализаторы. Нейтрализаторы дизелей имеют большие габаритные размеры, чтобы уменьшить их противодавление выпуску отработавших газов. Температура, которую необходимо поддерживать в реакторе, должна быть выше 200...250 С. На катализаторе происходит процесс полного окисления СО, СН и альдегидов, также происходит самоочистка катализатора от смолистых отложений и сажи. Основной недостаток дизельных каталитических нейтрализаторов заключается в их неэффективности по отношению к оксидам азота. Один из путей устранения этого недостатка – избирательное восстановление оксидов азота аммиаком на меднохромоокисных катализаторах. Эффективность их нейтрализации достигает 80 % при температуре 350…400 С. Недостатки этого способа – влияние температуры отработавших газов на эффективность нейтрализации и необходимость применения аммиака, который сам по себе является токсичным веществом, а также необходимость дозирования его подачи.
Сажевые фильтры
Существует большое количество различных конструкций сажевых фильтров. Основные типы фильтров приведены ниже:
• центробежные уловители;
• механические фильтры;
• электрические фильтры;
• комбинированные фильтры.
Центробежные фильтры наиболее простые по конструкции. Принцип их действия заключается в закручивании потока газов и отбрасывании твердых частиц за счет центробежных сил на периферию. Однако этот тип фильтра имеет низкую по отношению к твердым частицам отработавших газов дизелей эффективность – до 30%, что объясняется мелкодисперсностью частиц.
В механических фильтрах отделение твердых частиц происходит при пропускании потока газа через фильтрующий материал. В качестве фильтрующего материала может применяться керамика, проволочные и волокнистые материалы. При достаточно высокой (до 90 %) степени улавливания механические фильтры имеют большие недостатки – они создают противодавление на выпуске двигателя, быстро забиваются и требуют регенерации. Системы регенерации очень сложны, и это ограничивает применение механических фильтров.
Действие электрических фильтров основано на пропускании газа в электрическом поле, в результате чего на поверхности осадительных электродов осаждаются твердые частицы. Основное преимущество электрических фильтров – высокая степень улавливания сажи (до 99,9 %) при незначительном противодавлении. Недостатки этого фильтра – быстрое загрязнение изолятора электрода сажей, приводящее к резкому снижению эффективности очистки, а также зависимость степени очистки от режима работы дизеля.
Антидымные присадки
Для уменьшения выделения сажи в процессе сгорания к топливу добавляют антидымные присадки, которые представляют собой металлосодержащие органические соединения. Механизм действия присадок изучен недостаточно. Полагают, что присадки оказывают каталитическое воздействие на выгорание сажи. Возможно так же, что присадки уменьшают образование твердых частиц в процессе сгорания. Наиболее эффективны присадки на основе бария, кальция, марганца, железа и других металлов. Недостатки этого способа - высокая стоимость присадок, а также загрязнение атмосферы продуктами сгорания самих присадок.
Использование природного газа в качестве топлива
Природный газ является одной из альтернатив дизельному топливу, кроме того его применение снижает выбросы вредных веществ. Газ подается в цилиндры двигателя в смеси с воздухом и воспламеняется либо запальной порцией дизельного топлива (10…15% номинальной подачи), либо специальной искровой системой зажигания. Хранение запаса газа для питания дизеля тепловоза может осуществляться в сжатом или сжиженном виде. Возможно хранение сжиженного природного газа в специальных криогенных емкостях, которые устанавливаются в отдельной криогенной секции тепловоза. Недостатками, которые препятствуют широкому внедрению этого способа, являются сложность перевозки запаса сжиженного газа на тепловозе, взрывоопасность и сложность сжижения газа перед заправкой, кроме того использование газа существенно увеличивает стоимость тепловоза и делает более дорогой его эксплуатацию.
Добавление испаренного метанола на впуск дизеля
Метанол так же считают одним из возможных заменителей дизельного топлива в будущем. Данный способ позволяет заменять часть (до 40 %) дизельного топлива и уменьшать на 30...50% выбросы оксидов азота и твердых частиц с отработавшими газами. Метанол, являющийся жидкостью при нормальных условиях, испаряется в специальном устройстве – испарителе и подается во впускной трубопровод дизеля. Возможно испарение метанола в потоке горячего наддувочного воздуха, при этом снижается его температура, что приводит к увеличению коэффициента наполнения и снижению температуры цикла. Использование данного способа требует установки на тепловозе отдельной топливной системы, которая обеспечивает хранение, очистку, подачу, испарение и дозирование метанола. Являясь химически агрессивным веществом, метанол способствует увеличению износа деталей цилиндро-поршневой группы.
В табл.11 приведены приближенные (на основе экспертных оценок) характеристики эффективности различных методов снижения вредных выбросов. Эти данные необходимо будет использовать для проведения оценки эффективности выбранного метода.
Таблица 11
Сравнительная оценка эффективности различных методов снижения выбросов вредных веществ (за 100 % принят исходный дизель)
| № |
Метод снижения выбросов токсичных веществ |
Изменение уровня выбросов, % |
Изменение расхода топлива, % |
|||
| СО |
СН |
NOx
|
Сажа |
|||
| 1 |
Уменьшение угла опережения впрыска топлива на 5…10° |
110… 120 |
105… 110 |
75…50 |
140… 190 |
102…110 |
| 2 |
Рециркуляция отработавших газов |
120… 210 |
95… 120 |
75…20 |
100… 150 |
103…110 |
| 3 |
Уменьшение температуры воздуха во впускном коллекторе |
90 |
95 |
85 |
90…95 |
98…99 |
| 4 |
а) Впрыск воды б) Водотопливные эмульсии |
70…100 80…100 |
100…110 100…105 |
50…80 45…75 |
80…90 70…100 |
100…105 97…100 |
| 5 |
Обогащение воздуха на впуске топливом |
60…70 |
60…70 |
90…95 |
50…70 |
95…97 |
| 6 |
Каталитическая нейтрализация |
10…35 |
10…35 |
100 |
60…90 |
100 |
| 7 |
Сажевые фильтры |
100 |
100 |
100…95 |
50…5 |
100…105 |
| 8 |
Антидымные присадки |
100 |
100 |
100 |
35…80 |
100 |
| 9 |
Использование природного газа |
110… 120 |
100 |
90 |
50…55 |
20/70 |
| 10 |
Добавление испаренного метанола на впуск 50+50 % (ДТ+М) |
150… 200 |
200… 300 |
60…70 |
50…60 |
60…75/ 80…50 |
| Примечания: к п. 6: Каталитическая нейтрализация без аммиака. к пп. 9 и 10: В числителе – относительный расход дизтоплива, в знаменателе – альтернативного топлива (за 100 % принят расход ДТ исходным дизелем). |
||||||
Экономическая эффективность выбранного метода снижения уровня выбросов вредных веществ рассчитывается по формуле (кроме пп. 9 и 10 табл 11), грн/год:
Э = У1
– У2
+ lт
·(Gт1
– Gт2
), (14)
где У1
и У2
– ущерб от выброса вредных веществ до и после применения на тепловозе какого-либо способа снижения уровня вредных выбросов, соответственно, грн/год;
lт
– цена дизтоплива, грн/т;
Gт1
и Gт2
– годовой расход дизельного топлива тепловозами, т/год.
В случае применения на тепловозе альтернативных топлив, например, природного газа или метанола для расчета экономической эффективности необходимо пользоваться формулой, грн/год:
Э = У1
– У2
+ lт
·(Gт1
– Gт2
) – lат
·Gат
, (15)
где lат
– цена альтернативного топлива, грн/т;
Gат
– годовой расход альтернативного топлива, т/год.
5. ВОЗМОЖНЫЕ ТЕМЫ ДЛЯ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ
В зависимости от специальной части дипломного проекта в разделе "Экологические показатели локомотивов" необходимо выполнить оценку вредного воздействия на окружающую среду по одному из следующих направлений:
• тепловое загрязнение атмосферы;
• выбросы диоксида углерода;
• расходование атмосферного кислорода;
• выбросы вредных веществ на единицу перевозочной работы при движении тепловоза с составом по перегону;
• загрязнение верхнего строения пути продуктами износа рельсов, бандажей, тормозных колодок.
Оценка вредного воздействия может быть проведена для следующих условий:
• работа тепловоза в номинальном режиме при движении по расчетному подъему с составом;
• работа тепловоза по испытательному циклу (см. разд. 2);
• движение тепловоза с составом максимальной либо унифицированной
• массы по перегону.
Тепловое загрязнение атмосферы
Теплота, выделяемая при сжигании топлива, расходуется по нескольким направлениям – рис.4. При этом энергия, затрачиваемая на преодоление подъема накапливается при движении на подъем, а затем переводится в тепловую при торможении.
При расчете необходимо определить: теплоту, выделяемую при сгорании топлива, теплоту преобразуемую дизелем в механическую работу, теплоту рассеиваемую холодильной камерой и теплоту отводимую с отработавшими газами; абсолютные и относительные показатели по каждой статье энергетического баланса. Пример расчета приведен в прил. 2.
Рис. 4 Энергетический баланс тепловоза
Выбросы диоксида углерода
При сгорании 1 кг топлива в атмосферу выбрасывается кг диоксида углерода:
е`СО
2
= 11/3·С, (16)
где С – массовая доля углерода в топливе.
Расчет выбросов производится для нескольких топлив, с учетом различной теплоты сгорания этих топлив, т.е. на единицу производимой работы кг/кВтч, для чего рассчитывается расход альтернативного топлива по формуле:
, (17)
где Gдт
– расход дизтоплива на данном режиме работы;
Huдт
, Huат
– теплота сгорания дизельного и альтернативного топлива, соответственно, кДж/кг.
Состав и теплота сгорания для различных топлив приведен в табл. 12.
Таблица 12
Характеристики различных топлив
| Вид топлива |
С |
Н |
О |
Hu
|
| Дизельное топливо |
0,87 |
0,126 |
0,004 |
42500 |
| Сжатый природный газ |
0,75 |
0,25 |
0 |
50150 |
| Метанол |
0,375 |
0,125 |
0,50 |
19980 |
Пример расчета приведен в прил. 3.
Расходование кислорода
Для сгорания топлива необходим кислород, который берется из атмосферы. Для окисления 1 кг топлива необходимо кг кислорода:
(18)
Расчет производится таким же образом, как и для выбросов СО2
(см. прил. 2).
Выбросы вредных веществ при движении тепловоза с составом по перегону
При движении тепловоза с составом по перегону в атмосферу выбрасываются вредные вещества. Удельный выброс на единицу перевозочной работы (10000 ткм) каждого компонента рассчитывается по формуле, г/измер.:
, (19)
где Gпер
– расход топлива тепловозом при движении по перегону, кг
LS
– перевозочная работа, ткм.
Пример расчета приведен в прил.4.
Загрязнение верхнего строения пути продуктами износа рельсов, бандажей, тормозных колодок
В процессе работы механической части тепловоза происходит износ деталей, в результате чего на верхнее строение пути оседает металлическая пыль. При выполнении данного расчета необходимо определить массу пыли в г/1000 км пробега (расчет проводить по износу тормозных колодок и бандажей колес).
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Тепловозные двигатели внутреннего сгорания /А.Э.Симсон и др. – М.: Транспорт, 1987. – 536 с.
2. Аксенов И.Я., Аксенов В.И. Транспорт и охрана окружающей среды. - М.: Транспорт, 1986. – 176 с.
3. Жегалин О.И., Лупачев П.Д. Снижение токсичности автомобильных двигателей. - М.: Транспорт, 1985. – 120 с.
4. Предложения по разработке нормативно-технической документации связанной с введением экологической экспертизы тепловозов по дымности и вредным выбросам отработавших газов. / Справка ВНИТИ, № 12-90-07, Коломна: ВНИТИ, 1990. – 22 с.
5. Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. – М.: Машиностроение, 1981. – 160 с.
6. Моторные топлива из альтернативных сырьевых ресурсов / Г.А.Терентьев, В.М.Тюков, Ф.В. Смаль. - М.: Химия , 1989. – 272 с.
7. Новиков Л.А., Смайлис В.И. Уровень и перспективы снижения токсичности и дымности судовых, тепловозных и промышленных дизелей: Обзор. - М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1990. – 28 с.
.
Приложение 1
ПРИМЕР РАСЧЕТА ЭКОНОМИЧЕСКОГО УЩЕРБА ОТ ВЫБРОСА ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ ДИЗЕЛЕМ ТЕПЛОВОЗА 2ТЭ10В
Исходные данные
Номинальная мощность дизеля, кВт Neн
= 2200
Удельные выбросы вредных веществ, г/кВтч:
оксидов азота eNOx
= 21,34
оксида углерода eCO
= 4,71
сажи eC
= 0,474
Средний эффективный КПД за цикл испытаний ηец
= 0,337
Расчет
1. Средняя эффективная мощность за цикл испытаний:
Nец
= 0,355·Nен
= 0,355·2200 = 781 кВт.
2. Часовой расход топлива за цикл испытаний, кг/ч:
где Hu
= 42500 кДж/кг – низшая теплота сгорания дизельного топлива.
3. Удельный эффективный расход топлива за испытательный цикл, кг/кВтч:
.
4. Удельные показатели выбросов на кг сожженного топлива, г/кг:
оксидов азота
;
оксида углерода
сажи
;
5. Годовой выброс, т/год:
оксидов азота
;
оксида углерода
;
сажи
,
где Gт год
= 1620 т/год – годовой расход топлива, по данным ПО "Лугансктепловоз".
6. Приведенная годовая масса выбросов определяется по формуле, усл.т/год:
М == 137,5·41,1 + 30,4·1 + 3,06·200 = 6294.
Относительный вклад каждого компонента в общий приведенный выброс вредных веществ (относительный ущерб):
оксидов азота МNOx
/ М·100 % = 137,5·41,1/6294·100 = 89,8 %;
оксида углерода МСO
/ М·100 % = 30,4·1 / 6294·100 = 0,5 %;
сажи МС
/ М·100 % = 3,06·200 / 6294·100 = 9,7 %.
7. Экономический ущерб от выбросов вредных веществ в атмосферу тепловозом, тыс. грн/год:
У = γ·σ·f·M = 14,4·0,8·10·6294 = 725070.
Приложение 2
ПРИМЕР РАСЧЕТА ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ТЕПЛОВОЗА МОЩНОСТЬЮ 3000 КВТ
Исходные данные
Номинальная мощность дизеля, кВт, Ne
= 3000
Удельный эффективный расход топлива, кг/кВтч, ge
= 0,210
Низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг, Hu
= 42500
Теплота, отводимая охлаждающей водой, кДж/с:
от дизеля Qдиз
= 1070
от наддувочного воздуха Qнв
= 535
от масла Qм
= 582
Расчет
1. Теплота, выделяемая при сгорании топлива, кДж/с, Составляющие, %
100
2. Теплота, преобразованная в механическую работу, кДж/с,
Qe
= Ne
= 3000 40,3
3. Теплота, отводимая в холодильной камере, кДж/с,
Qхк
= Qдиз
+ Qнв
+ Qм
= 1070 + 535 + 582 = 2187 29,4
4. Теплота, отводимая с отработавшими газами, кДж/с,
Qог
= Qт
– Qе
– Qхк
= 7438 – 3000 – 2187 = 2251 30,3
Приложение 3
ПРИМЕР РАСЧЕТА ВЫБРОСОВ СО2
В АТМОСФЕРУ
Исходные данные
| Номинальный режим |
Цикловые показатели |
Показатели при движении по перегону |
| Neн
geн
|
Neц
ηец
|
Gпер
Ls
|
Расчет
1. Часовой расход дизельного топлива
| Gчн
|
gец
Gчц
= 0,251·781 = 196 кг/ч |
2. Удельные выбросы СО2
.
e`CO2
= 11/3 C.
Дизельное топливо e`CO2
= 11/3·0,87 = 3,2 кг/кг топлива.
Сжатый природный газ e`CO2
= 11/3·0,75 = 2,75 кг/кг топлива.
Метанол e`CO2
= 11/3·0,375 = 1,38 кг/кг топлива.
3. Часовой расход альтернативных топлив
,
где Gч дт
– расход дизтоплива на данном режиме работы;
Hu дт
, Hu ат
– теплота сгорания дизельного и альтернативного топлива.
Дизельное топливо
| Gч дт
|
Gч дт
|
Gпер дт
|
Природный газ
| Gч газ
|
Gч газ
|
Gпер газ
|
Метанол
| Gч м
|
Gч м
|
Gпер м
|
4. Выбросы СО2
в атмосферу
| ЕСО
|
|
Дизельное топливо
| ЕСО
|
ЕСО
|
ЕСО
|
Природный газ
| ЕСО
|
ЕСО
|
ЕСО
|
Метанол
| ЕСО
|
ЕСО
|
ЕСО
|
Результаты расчета заносятся в таблицу
(пример для номинального режима)
| Топливо |
е′СО2
|
Gч
|
ЕСО2
|
| Дизельное |
3,2 |
524 |
1677 |
| Природный газ |
2,75 |
444 |
1221 |
| Метанол |
1,38 |
1115 |
1539 |
Примечание. Расчет расходования атмосферного кислорода выполняется аналогично описанному выше. Количество кислорода необходимое для сжигания 1 кг топлива рассчитывается по формуле:
,
напрмер для дизельного топлива:
кг/кг топлива
Приложение 4
ПРИМЕР РАСЧЕТА УРОВНЯ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ ПРИ ДВИЖЕНИИ ТЕПЛОВОЗА ПО ПЕРЕГОНУ
Исходные данные
Удельный эффективный расход топлива на
номинальном режиме, кг/кВтч gен
= 0,238
Расход топлива при движении по перегону, кг Gпер
= 6000
Перевозочная работа, ткм LS
= 2081253
Удельные выбросы вредных веществ, г/кВтч
(на номинальном режиме): оксидов азота eNOx
= 20,2
оксида углерода eCO
= 3,5
сажи eC
= 0,488
Расчет
1. Пересчет удельных показателей в выбросы г/кг топлива:
e'i
= ei
/ge
,
e'NOx
= 20,2/0,238 = 85
e'CO
= 3,5/0,238 = 14,7
e'C
= 0,488/0,238 = 2,0
2. Расчет выбросов на измеритель перевозочной работы, г/измер.:
;
ENOx
= 85·6000·10000/2081253 = 2450;
ECO
= 14,7·6000·10000/2081253 = 424;
EC
= 2,0·6000·10000/2081253 = 58.
Расчет проводится для тепловоза, ведущего составы максимальной и унифицированной массы. По результатам расчета заполняется таблица.
| Масса состава |
Расход топлива на перегоне, кг |
Перевозочная работа, ткм |
Выбросы вредных веществ, г/изм. |
||
| NOx
|
CO |
Сажа |
|||
| Максимальная |
6000 |
2081253 |
2450 |
424 |
58 |