Методы и устройства снижения токсичности отработавших газов


В процессе эксплуатации двигатели выбрасывают в атмосферу множество веществ, отрицательно воздействующих на состояние атмосферы, организм человека, животный и растительный мир и на окружающие сооружения и машины, источниками вредных выбросов двигателя являются отработавшие газы (ОГ), картерные газы (КГ), испарения из системы питания и утечки топлива, масла и других эксплуатационных жидкостей.
Все выбрасываемые двигателем вредные вещества* можно разделить на три группы:
экологически нейтральные, не нарушающие физические свойства атмосферы;
неядовитые, экологически активные, оказывающие воздействие на физические свойства атмосферы;
ядовитые (токсичные) вещества, отрицательно влияющие на организм человека, животный и растительный мир.
Как правило, токсичные вещества в силу своей химической активности отрицательно влияют и на окружающие нас предметы и " сооружения.
Следует помнить, что само сгорание топливовоздушной смеси уже нарушает экологический баланс атмосферы, так как для сжигания 1 кг моторного топлива требуется около 15 кг воздуха или 3,5 кг кислорода. В настоящее время в мире расходуется более 1 млрд. т моторного топлива в год для двигателей транспортных средств, значит, ежегодно только ДВС расходуют почти 4 млрд. т атмосферного кислорода. К этому следует прибавить работу тепловых станций, других теплоэнергетических установок/ технологические процессы, связанные с расходом кислорода. Восстановитель кислорода — зеленый покров планеты —уже не справляется с задачей поддержания кислородного равновесия, тем более, что площадь лесов в результате хозяйственной деятельности человека постоянно сокращается.
К экологически нейтральным веществам в ОГ относится прежде всего азот. Количество его, отбираемое из атмосферы и возвращаемое в нее после завершения рабочего цикла, практически не изменяется. ОГ содержат, кроме того, незначительное количество водорода, а также кислород, по тем или иным причинам не участвовавший в реакции.
К веществам, нарушающим физические свойства атмосферы, относятся все трехатомные и более сложные газы, а также двухатомные, состоящие из разных атомов, которые поглощают тепловое излучение Солнца. А основными продуктами сгорания топлива как -раз в являются прехатомные и пары воды (Н20), количество которых составляет почти 4,5 кг на килограмм сожженного топлива. Огромные количества выбрасываемых в атмосферу СО и Н20 уже заметно влияют на ее состояние и климатические условия на земном шаре. Кроме того, СОг активизирует токсикологическое воздействие ядовитых компонентов ОГ. Основные токсичные вещества можно разделить на три J группы:
1. Углерод содержащие продукты неполного сгорания топлива: угарный газ (СО);
частично окислившиеся углеводородные соединения (альдегиды и им подобные) с условным обозначением СНО; Щ
углеводороды топлива, не принявшего по тем или иным причи-' нам участия в сгорании, и углеводороды — продукты термического воздействия на топливо (СН); сажа (С).
Все вещества этой группы — следствие несовершенства процессов смесеобразования и сгораеия — свидетельствуют о возможности улучшения топливной экономичности двигателя.
2.            Азотсодержащие вещества, прежде всего низшие оксиды азота, содержатся преимущественно высокотоксичные (N0 и N02), которые образуются в условиях высоких температур при активно протекающем процессе сгорания. К числу азотсодержащих ТВ относятся и его соединения с водородом — аммиак (NH3), f-идра-зин (NH/,) и др.
Таким образом, в истоках образования двух основных групп токсичных веществ — углеродсодержащих и оксидов азота — заложены противоречивые начала, существенно ограничивающие возможности снижения токсичности ОГ. Любые мероприятия, направление на совершенствование процесса сгорания и уменьшение содержания GO, СН, СНО, в той или иной мере связаны с увеличением выброса оксида азота. Кроме "прямого отравляющего воздействия на живые организмы оксиды азота, попадая в верхние слои атмосферы, разрушают озонный слой, защищающий нас от жесткой солнечной радиации.
3.            Продукты окисления примесей и присадок к топливу и маслу. В этой группе существенную роль играют оксиды серы, образующиеся при использовании топлива с ее повышенным содержанием; оксиды свинца, выбрасываемые при сжигании этилированного бензина; оксиды других антидетонаторов и антидымных присадок и им подобные.
Токсиологическое воздействие перечисленных выше веществ, как правило активных оксидов, связано с разрушением красных кровяных телец, клеток нервных окончаний и тканей организма. При малых концентрациях ТВ наблюдается раздражение слизистых оболочек, тошнота, головокружение, при больших концентрациях возможны серьезные нарушения функций организма вплоть до смертельного исхода. После ограниченного по времени и интенсивности воздействия большинства токсичных веществ организм способен восстановить свои функции. Исключение составляют соединения свинца и высокомолекулярные полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), которые накапливаются в организме. -Многие ПАУ являются канцерогенными веществами, симулирующими развитие злокачественных опухолей.
О степени токсикологического воздействия ТВ на организм человека можно судить по предельно допустимым концентрациям - (ПДК) этих веществ в атмосфере. Например, ПДК СО доставляет 1 мг/м3. Оксиды азота N0 и N02 имеют ПДК соответственно 0,08 и 0,16 мг/м3. Это значит, что они токсичнее СОв 12 ив 6 раз соответственно. Альдегидные соединения в зависимости от состава токсичнее СО в 10—30 раз, сажа — в 20 раз, канцерогенные ПАУ — в 105 раз.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14