Очистка отработавших газов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Содержание задания

Таблица 1

Вариант	4
Тип двигателя	Д
Номинальная мощность, кВт	54
Расход топлива, кг/час	12

В таблице указан тип двигателя Д - дизельный, номинальная эффективная мощность N_еном и часовой расход топлива на этом режиме.

2. Расчет вредных выбросов при различных нагрузках двигателя

Расчет выброса вредных веществ производится для III режимов нагрузки:

номинальной N_е=N_еном кВт

средней N_е=0,5N_еном =0,5 54=27 кВт

малой нагрузки N_е=0,2N_еном =0,2 54=10,8 кВт

Расход топлива, соответствующий каждому режиму, определяется с учетом коэффициентов К_1, в соответствии с таблицей 2.

Таблица 2 - Коэффициенты расхода К₁ топлива при различных нагрузках

Нагрузка двигателя	Вариант
	4
Средняя 0, 5 Nеном	0,50
Малая 0, 2 Nеном	0,27

В соответствии с таблицей 3, для расчетных режимов указаны значения коэффициента избытка воздуха б, характеризующие состав топливо - воздушной смеси, и концентрация в отработавших газах основных токсичных компонентов - оксида углерода СО, оксида азота NO, углеводородов CH и сажи C.

Таблица 3 - Данные к расчету вредных выбросов

Нагрузка двигателя	Дизель
	б	CO, %	CH, мг/л	NO, ppm	C, мг/л
Номинальная Nеном	1,6	0,3	0,7	2800	0,9
Средняя 0,5 Nеном	2,8	0,1	0,4	1900	0,2
Малая 0,2 Nеном	4,2	0	0,5	600	0

Расчет выброса основных токсичных компонентов для каждого заданного режима:

- исходные данные по N_e, G_T (таблица 1) и (таблица 3)

- расчет выброса СО, СН, NО и сажи

Номинальная нагрузка

Количество отработавших газов за один час работы двигателя

М_{ОГ =} G _Т (1+ б l _о) кг/час

кг/час

G _т - расход топлива на данном режиме;

б - коэффициент избытка воздуха на данном режиме (таблица 3);

l _о - количество воздуха, теоретически необходимое для сгорания 1 кг топлива (для бензина l _о=14, 9 кг/кг, для дизтоплива l _о=14, 4 кг/кг).

Выброс токсичных компонентов

Оксид углерода СО

Общий часовой выброс:

M_co = (C_co/100) M_ог кг/час



кг/час

C_co - концентрация СО в ОГ, % (таблица 3).

Удельный выброс СО:

q_CO = M_CO 10³/N_e кг/(кВт час)

кг/(кВт час)

Углеводороды СН

Общий выброс СН при допущении, что плотность газов равна 1 кг/м³:

M_CHC_CH M_ОГ 10^-3 кг/час

кг/час

С_CH - концентрация СН в ОГ, мг/л.

Удельный выброс CH:

q_CH = M_CH 10³/ N_e г/(кВт*час)

г/(кВт час)

Оксид азота NO

Общий выброс NO:

M_NO = C_NO 10^-6 M_ОГ кг/час

кг/час

C_NO - концентрация NO в ОГ, ppm (части на млн.).

Удельный выброс NO:



q_NO = M_NO 10³/N_e г/(кВт час)

г/(кВт час)

Сажа С

Общий выброс сажи:

M_C = C_C 10^-3 M_ОГ кг/час

кг/час

С_С - содержание сажи в ОГ, мг/л.

Удельный выброс сажи:

q_C = M_C 10³/N_e г/(кВтчас)

г/(кВт час)

Средняя нагрузка

Количество отработавших газов за один час работы двигателя

- исходные данные по N_e, G_T (таблица 1) и (таблица 3)

- расчет выброса СО, СН, NО и сажи

кг/час - расход топлива при средней нагрузке

М_{ОГ =} G _Т (1+ б l _о), кг/час

кг/час

G _т - расход топлива на данном режиме;

б - коэффициент избытка воздуха на данном режиме (таблица 3);

l _о - количество воздуха, теоретически необходимое для сгорания 1 кг топлива для дизтоплива l _о=14, 4 кг/кг.

Выброс токсичных компонентов

Оксид углерода СО

Общий часовой выброс:

M_co = (C_co/100) M_ог кг/час

кг/час

C_co - концентрация СО в ОГ, % (таблица 3).

Удельный выброс СО:

q_CO = M_CO 10³/N_e кг/(кВт час)

кг/(кВт час)

Углеводороды СН

Общий выброс СН при допущении, что плотность газов равна 1 кг/м³:

M_CHC_CH M_ОГ 10^-3 кг/час

кг/час

С_CH - концентрация СН в ОГ, мг/л.

Удельный выброс CH:

q_CH = M_CH 10³/ N_e г/(кВт час)

г/(кВт час)

Оксид азота NO

Общий выброс NO:



M_NO = C_NO 10^-6 M_ОГ кг/час

кг/час

C_NO - концентрация NO в ОГ, ppm (части на млн.).

Удельный выброс NO:

q_NO = M_NO 10³/N_e г/(кВт час)

г/(кВт час)

Сажа С

Общий выброс сажи:

M_C = C_C 10^-3 M_ОГ кг/час

кг/час

С_С - содержание сажи в ОГ, мг/л.

Удельный выброс сажи:

q_C = M_C 10³/N_e г/(кВтчас)

г/(кВт час)

Малая нагрузка

Количество отработавших газов за один час работы двигателя:

- исходные данные по N_e, G_T (таблица 1) и (таблица 3)

- расчет выброса СО, СН, NО и сажи

кг/час - расход топлива при малой нагрузке



М_{ОГ =} G _Т (1+ б l _о) кг/час

кг/час

G _т - расход топлива на данном режиме;

б - коэффициент избытка воздуха на данном режиме (таблица 3);

l _о - количество воздуха, теоретически необходимое для сгорания 1 кг топлива для дизтоплива l _о=14, 4 кг/кг.

Выброс токсичных компонентов

Оксид углерода СО

При данной нагрузке общий часовой выброс и удельный выброс СО не наблюдается.

Углеводороды СН

Общий выброс СН при допущении, что плотность газов равна 1 кг/м³:

M_CHC_CH M_ОГ 10^-3 кг/час

кг/час

С_CH - концентрация СН в ОГ, мг/л.

Удельный выброс CH:

q_CH = M_CH 10³/ N_e г/(кВт час)

г/(кВт час)

Оксид азота NO

Общий выброс NO:

M_NO = C_NO 10^-6 M_ОГ кг/час



кг/час

C_NO - концентрация NO в ОГ, ppm (части на млн.).

Удельный выброс NO:

q_NO = M_NO 10³/N_e г/(кВт час)

г/(кВт час)

При данной нагрузке общий выброс и удельный выброс сажи не наблюдается.

Таблица 4 - Результаты расчета вредных выбросов

Расчетный режим	Общий (кг/час) и удельный (г/кВтчас) выбросы токсичных веществ
	MCO	qCO	MCH	qCH	MNO	qNO	MC	qC
Номинальная нагрузка	0.864	16	0.2	3.7	0.8	15	0.3	5.6
Средняя нагрузка	0.248	9	0.08	3	0.5	19	0.04	1.5
Малая нагрузка	0	0	0.1	9	0.119	11	0	0

Анализ результатов расчета

По результатам расчетов при номинальной, средней и малой нагрузках было выявлено, что при номинальной нагрузке выброс токсичных веществ таких, как сажа и окись углерода больше, чем при других нагрузках. При малой нагрузке общий выброс углеводорода примерно составляет 0,15 кг/час и 0,7 кг/час оксида азота, выброс сажи и окиси углерода не наблюдается.

3. Расчет вредных выбросов в ездовом цикле

В упрощенном ездовом цикле, состоящем из 4 режимов движения, токсическая характеристика дизельного автомобиля определяется по выбросу NO, CO и сажи на единицу пути. Данные к расчету приведены в таблице 5.



Таблица 5 - Данные к расчету вредных выбросов в ездовом цикле

Режим движения	Коэфф. расхода топлива К	Относит. Время режима ф	Дизельный автомобиль
			б	CO, %	NO, ppm	C, мг
Холостой ход	0,15	0,20	5,5	0	0	0
Разгон	0,75	0,35	2,3	0,5	2200	1,5
Установившийся режим движения	0,60	0,20	2,9	0,2	1800	0,2
Замедление	0,20	0,25	6,5	0	0	0
Средняя скорость за цикл, км/час	40

Расчет для каждого заданного режима выполняется в следующей последовательности:

Количество отработавших газов

кг

Холостой ход:

кг

Разгон:

кг

Установившийся режим движения:

кг

Замедление:

кг

Выброс токсических компонентов

г

г

г

Холостой ход

Выброс токсических компонентов

г

г

г

Разгон

Выброс токсических компонентов

г

г

г

Установившийся режим движения

Выброс токсических компонентов

г

г

г

Замедление

Выброс токсических компонентов

г

г

г

Общий выброс токсических компонентов за цикл (час)

Таблица 6 - Выброс токсических веществ за цикл

Режим движения	, г	, г	, г
Холостой ход	0	0	0
Разгон	144,5	236,5	92,4
Установившийся режим движения	57,8	193,5	12,32
Замедление	0	0	0
Всего:	202,3	430	104,72



Удельный выброс токсических компонентов на единицу пути

г/км

г/км

г/км

г/км

г/км

= 2.6 г./км



Заключение

По результатам расчетов выброс токсических компонентов таких, как сажа, оксид углерода и оксида азота больше на режиме разгона.

Загрязнение воздуха вредными выбросами автомобилей в конце ХХ века стало одной из глобальных экологических проблем. Путь ее решения только один - автомобиль должен стать экологически чистым. Важное место здесь принадлежит системам нейтрализации, способным в несколько раз снизить токсичность выхлопных газов.

Таблица 7 - Нормы вредных выбросов новых автомобилей в европейских странах

Ступень	Год введения	Дизели
		СО	NO	Сажа
EURO - 1	1993	2,27	0,97	0,14
EURO - 2	1996	1,0	0,67	0,08
EURO - 3	2000	0,6	0,5	0,05
EURO	2005	0,47	0,25	0,025

токсичный выброс вредный двигатель

Всего в отработавших газах обнаружено около 280 компонентов. По своим химическим свойствам, характеру воздействия на организм чело­века вещества, содержащиеся в отработавших газах, подразделяются на несколько групп:

1) нетоксичные: азот, кислород, водород, водяные пары, а также диоксид углерода;

2) токсичные: оксид углерода, оксиды азота, многочисленная группа углеводородов, альдегиды, сажа. Причем сажа сама по себе нетоксична, но она адсорбирует на поверхности частиц канцерогенные полициклические углеводороды, в том числе наиболее вредный и ток­сичный бенз(а) пирен. При сгорании сернистых топлив образуются неорганические газы - диоксиды серы и сероводород. Токсичные компоненты составляют 0,2-5% от объема отработавших газов, в зависимости от типа двигателя и режима его работы.

За долгое время существования проблемы автомобильных выбросов и загрязнениями атмосферного воздуха было разработано множество методов и способов, позволяющих уменьшить количества выхлопов или снизить их токсичность. В настоящее время разрабатываются и претворяются в жизнь мероприятия по снижению загрязнения атмосферы выбросами автомобильных двигателей, включающие в себя:

1) усовершенствование конструкций двигателей и повышение качеств изготовления;

2) поиск новых видов топлива, применение различных присадок к нему;

3) создание энергосиловых установок для автомобилей, выбрасывающих меньшее количество вредных веществ;

4) разработка устройств, снижающих содержание вредных компонентов в отработавших газах.

Практика показала, что при этом достичь уровня токсичности отработавших газов, требуемого законодательством развитых стран, первыми тремя способами нельзя. Поэтому получила широкое распространение нейтрализация отработавших газов в системе выпуска. В этом случае токсичные пары, вышедшие из цилиндров двигателя, нейтрализуются до выброса их в атмосферу.

Размещено на Allbest.ru

...