17.7. Визначення концентрації токсичних речовин в газах
Відпрацьовані гази теплових двигунів і котлів вміщують токсичні компоненти: оксид вуглецю, оксиди азоту, канцерогенні речовини, вуглеводень і продукти проміжного окислення його з групи альдегідів, сірчистий газ і сажа. Токсичність газів залежить від типу двигунів, режимів роботи, якості палива і повноти його згоряння, температурного рівня тощо. Наявність оксиду вуглецю в газах пояснюється неповнотою згоряння палива внаслідок недосконалості процесу сумішеутворення палива з повітрям, грубим розпилюванням палива, наявності зон, бідних окислювачем тощо. Вміст оксидів азоту в газах визначається температурним рівнем процесу горіння.
По впливу забруднень на життєдіяльність людей вони поділяються на отрутні (оксид вуглецю, сполуки свинцю), канцерогенні (3,4-бензпирен), подразнюючі (оксид азоту, сірчані сполуки), докучливі (сажа, альдегіди).
Вміст більшості шкідливих компонентів визначають за результатами газового аналізу за допомогою газоаналізаторів, хроматографів то- що. Найбільш складним є визначення концентрації канцерогенних речовин.
Відпрацьовані гази двигунів внутрішнього згоряння містять поліциклічні ароматичні вуглеводні і в тому числі найбільш токсичний бенз-а-пірен (БАП) С20Н12. Характерною негативною властивістю канцерогенних речовин є їх накопичення в організмі людини і стимулювання злоякісних утворень.
Бенз-а-пірен – це тверді кристали жовтого кольору з температурою плавлення 179 оС; в рідинній фазі БАП кипить при температурі 312 оС. У відпрацьованих газах двигунів БАП може бути в твердому, рідинному і газоподібному станах. Це істотно ускладнює відбір проб для аналізу і забезпечення їх представництва.
Концентрацію канцерогенних речовин визначають шляхом аналізу рідини, здатної вбирати ці речовини, після прокачування через неї проби газу. Задовільні властивості вбирача-рідини при визначенні концентрації бенз-а-пірену має бензол, який вбирає БАП в усіх його фазових станах.
Схема визначення концентрації бенз-а-пірену показана на рис. 17.17. Відібрана з газоходу 1 проба газу послідовно проходить через посудини 2 з рідиною-вбирачем і об’ємний лічильник кількості 3. Прокачування газу здійснюється за допомогою нагнітача 4. Поглинальні посудини 2 розміщені у ванні 5, яка прокачується холодною водою. Газовідбірний трубопровід повинен бути якомога коротшим, щоб зменшити осадження речовини на його стінках. Наступним аналізом визначається кількість канцерогенних речовин, поглинених бензолом за певний проміжок часу. За цей же час газовим лічильником 3 визначається кількість газу, який пройшов через поглинальні посудини.
17.8. Вимірювання димності відпрацьованих газів
Відпрацьовані
гази- це дисперсна система, яка складається
з дрібних твердих частинок розміром
від
до
м,
що знаходяться в газі в завислому стані.
Концентрація частинок визначає ступінь
за-димленості газів. Відпрацьовані гази
містять частинки сажі, які придають
газам чорну окраску.
Темний дим, що виходить з димової труби свідчить про те, що горіння палива відбувається при недостачі повітря або при неякісному розпилюванні палива і сумішеутворенні. При великому надлишку повітря внаслідок неповного згоряння палива утворюється білий дим. Наявність у відпрацьованих газах масла і палива придає газам блакитно-синій відтінок. Таким чином, втрата відпрацьованими газами прозорості є свідоцтвом незадовільного згоряння палива. Велика задимленість відпрацьованих газів недопустима, оскільки забруднюється навколишнє середовище, знижується економічність роботи суднових двигунів і котлів.
Задимленість випускних газів суднових і стаціонарних котлів визначається за умовно прийнятою димомірною шкалою (рис. 17.11), яка являє собою шість занумерованих від 0 до V квадратів, що мають різну ступінь зачорнення поверхні. Шляхом порівняння цієї шкали з окраскою димових газів за допомогою димомірів визначають задимленість газу в інтервалі від повної його прозорості (0 %) до повної непрозорості (170 %). Чотири середніх квадратів шкали – це рівномірні сітки, утворені перетином ліній різної товщини.
Дія димомірів грунтується на оцінюванні оптичної густини відпрацьованих газів. Принципова схема електричного димоміра показана на рис. 17.12. Димомір складається з джерела світла 2 з оптичною системою 3. З протилежного боку газоходу 7 розміщений фоторезистор 5 з оптичною системою 4. Сигнал фоторезистора вимірюється електровимірювальним приладом 6.
При вимірюванні димності світловий потік від джерела світла (лампи) 2, яке живиться від феррорезонансного стабілізатора 1, через шар відпрацьованих газів діє на фоторезистор 5. В залежності від задимленості газів змінюється ступінь освітленості фоторезистора. Це фіксується приладом 6. Надійна робота приладу залежить від постійності світлового потоку і чистоти оптичної системи. Для захисту оптичної системи в стінках газоходу розміщуються скляні і металеві заслінки.
Порівнянням результатів вимірювання димоміром з умовною димомірною шкалою визначають задимленість потоку.
Існують димоміри з двома каналами: основним і порівняльним. В основному каналі світловий потік проходить через шар аналізуємого газу, а в порівняльному – через шар чистого повітря. Порівнянням освітленості фотоелементів основного і порівняльного каналів оцінюють задимленість газу.