Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Labs.docx
Скачиваний:
23
Добавлен:
20.05.2021
Размер:
136 Кб
Скачать

Практическая работа № 2 Расчет выбросов загрязняющих веществ автобусами при движении в населенных пунктах

Цель: изучить методику расчета выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) при движении механических транспортных средств (МТС) в населенных пунктах. Рассчитать выбросы ЗВ от городских автобусов при движении по населенному пункту.

Наибольшая доля химического загрязнения окружающей среды автомобильным транспортом приходится на отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания. Теоретически предполагается, что при полном сгорании топлива в результате взаимодействия углерода и водорода (входят в состав топлива) с кислородом воздуха образуется углекислый газ и водяной пар. Практически же вследствие физико-механических процессов в цилиндрах двигателя действительный состав отработавших газов очень сложный и включает более 200 компонентов, значительная часть которых токсична.

К токсичным компонентам отработавших газов относятся:

Углеводороды - многочисленные соединения различного типа (например, С6Н6 или C8H18) состоят из исходных или распавшихся молекул топлива, и их содержание объясняется повышенным количеством непрореагировавшего (несгоревшего) топлива из-за избытка воздуха и пропусков воспламенения в отдельных цилиндрах. Образование углеводородов происходит также из-за того, что у стенок камеры сгорания температура газов недостаточно высока для сгорания топлива, поэтому здесь пламя гасится и полного сгорания не происходит. Наиболее токсичны полициклические ароматические углеводороды.

В дизельных двигателях легкие газообразные углеводороды образуются при термическом распаде топлива в зоне срыва пламени, в ядре и в переднем фронте факела, на стенке на стенках камеры сгорания и в результате вторичного впрыскивания (подвпрыскивания).

Твердые частицы включают нерастворимые (твердый углерод, оксиды металлов, диоксид кремния, сульфаты, нитраты, асфальты, соединения свинца) и растворимые в органическом растворителе (смолы, фенолы, альдегиды, лак, нагар, тяжелые фракции, содержащиеся в топливе и масле) вещества. Твердые частицы в отработавших газах дизелей с наддувом состоят на 68-75 % из нерастворимых веществ, на 25-32 % - из растворимых. Сажа (твердый углерод) является основным компонентом нерастворимых твердых частиц. Образуется при объемном пиролизе (термическом разложении углеводородов в газовой или паровой фазе при недостатке кислорода). Образование сажи зависит от свойств топлива: чем больше отношение С/Н в топливе, тем выход сажи выше. В состав твердых частиц кроме сажи входят соединения серы, свинца.

Оксиды азота NOx представляют набор следующих соединений: N2О, NO, N2О3, NО2, N2О4 и N2О5. В отработавших газах автомобильных двигателей преобладает NО (99% в бензиновых двигателях и более 90 % в дизелях).

Рассмотрим подробнее воздействие токсичных соединений в составе выхлопных газов на здоровье человека.

Оксид углерода (СО) – бесцветный, не имеющий запаха газ. Плотность СО меньше, чем воздуха, и поэтому он легко может распространяться в атмосфере. Поступая в организм человека с вдыхаемым воздухом, СО снижает функцию кислородного питания, вытесняя кислород из крови. Даже при незначительной концентрации СО в воздухе (до 0,01 %) длительное его воздействие вызывает головную боль и приводит к снижению работоспособности. Более высокая концентрация СО (0,02-0,033 %) приводит к развитию атеросклероза, возникновению инфаркта миокарда и развитию хронических легочных заболеваний. При концентрации СО около 1 % наступает потеря сознания уже через несколько вздохов. Симптомы отравления СО – головная боль, сердцебиение, затрудненное дыхание и тошнота.

Оксид азота – бесцветный газ, а диоксид азота – газ красно-бурого цвета с характерным запахом. Оксиды азота при попадании в организм человека соединяются с водой. При этом они образуют в дыхательных путях соединения азотной и азотистой кислот, раздражающе действуя на слизистые оболочки глаз, носа и рта. Опасность их воздействия заключается в том, что отравление организма проявляется не сразу, а постепенно, причем нет каких-либо нейтрализующих средств.

Сернистый ангидрид SО2 – бесцветный газ с острым запахом. Раздражающее действие на верхние дыхательные пути объясняется поглощением SО2 влажной поверхностью слизистых оболочек и образованием в них кислот. Он нарушает белковый обмен и ферментативные процессы, вызывает раздражение глаз, кашель.

Углеводородные соединения по их биологическому действию изучены пока еще недостаточно. Экспериментальные исследования показали, что полициклические ароматические соединения вызывали рак у животных. При наличии определенных атмосферных условий углеводороды служат исходными продуктами для образования чрезвычайно токсичных продуктов – фотооксидантов, обладающих сильными раздражающим и общетоксичным действием на органы человека, и образуют фотохимический смог. Наиболее изученным является многоядерный ароматический углеводород бенз(а)пирен, чрезвычайно токсичный и обладающий всеми возможными вредными воздействиями на организм.

Сажа при попадании в организм человека вызывает негативные последствия в дыхательных органах. Если относительно крупные частицы сажи размером 2-10 мкм легко выводятся из организма, то мелкие размером 0,5-2 мкм задерживаются в легких, дыхательных путях, вызывают аллергию. Как любая аэрозоль, сажа загрязняет воздух, ухудшает видимость на дорогах, но, самое главное, на ней адсорбируются тяжелые ароматические углеводороды, в том числе бенз(а)пирен.

Расчет выбросов ЗВ от МТС в населенных пунктах производится в соответствии с ТКП 17.08- 03-2006 (02120) Правила расчета выбросов механическими транспортными средствами в населенных пунктах. Требования ТКП применяют при расчете величин выбросов ЗВ, которые используются при:

  • оценке показателей экологического воздействия МТС на окружающую среду;

  • разработке проектной документации по строительству, реконструкции, расширении, модернизации дорог, паркингов, стоянок;

  • оптимизации управления транспортом и дорожным движением;

  • обосновании необходимости применения экологически ориентированных мероприятий по организации дорожного движения.

Выброс ЗВ – количество ЗВ, поступающего в атмосферный воздух за рассматриваемый период (секунда, час, месяц, квартал, год.

Удельные показатели выделения ЗВ – усредненные нормативы, которые определены на основании инструментальных замеров, материальных балансов, аналитических расчетов и отнесены к различным единицам: количеству расходуемого топлива, остановок, автомобилей.

Интенсивность движения – количество транспортных средств (ТС), пересекающих заданное сечение дорогив единицу времени.

Улично-дорожная сеть (УДС) – сеть улиц и дорог населенных пунктов, состоящая из магистральных улиц и дорог, улиц и дорог местного значения, а также мест остановки и стоянки ТС.

Для расчета выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) механическими транспортными средствами (МТС) при движении по всем элементам улично-дорожной сети населенных пунктов все ЗВ делятся на 4 группы:

Группа 1: вещества, выбросы которых определяются различными режимами движения МТС – оксид углерода, оксиды азота, твердые частицы, летучие органические соединения, включающие метан и не-метановые летучие органические соединения (НМЛОС).

Группа 2: вещества, выбросы которых зависят от потребления топлива МТС и определяются как доля потребления топлива – оксид углерода, диоксид серы, кадмий, хром, медь, никель, селен, цинк.

Группа 3: вещества, выбросы которых определяются в зависимости от пробега МТС – аммиак, закись азота, полиароматические углеводороды и стойкие органические соединения, полихлорированнные дибензо-диоксины и полихлорированные дибензо-фураны.

Группа 4: Детализированные НМЛОС, которые определяются как доля общего выброса НМЛОС – алканы, алкены, алкины, альдегиды, кетоны, циклоалканы, ароматические углеводороды.

Для расчетов выбросов ЗВ и парниковых газов (ПГ) используются следующие параметры дорожного движения:

  • объем движения МТС;

  • скорость движения транспортного потока;

  • длина участка УДС;

  • количество остановок транспортного потока;

  • количество задержек транспортного потока.

Объем движения МТС Oj [авт/год] определяется как количество МТС j-гo типа, прошедших заданный участок УДС за расчетный период и рассчитывается по формуле 2.1:

, (2.1)

где – доля МТС j-гo типа в составе транспортного потока;

Q – средняя расчетная интенсивность движения (часовая), авт./ч;

Т – расчетный фонд времени, ч., определяемый как количество часов за расчетный период с условиями транспортной нагрузки, соответствующими средней расчетной интенсивности движения.

Определение выбросов ЗВ Группы 1

Суммарные выбросы Группы 1 , т/год, определяются как сумма выбросов при движении транспортного потока, при остановке (торможении-разгоне) и задержке (работе на холостом ходу), и рассчитываются по формуле 2.2:

, (2.2)

где – выбросыi-го вещества в атмосферный воздух при движении транспортного потока, г;

– выбросыi-го вещества в атмосферный воздух при остановке (торможении-разгоне), г;

– выбросыi-го вещества в атмосферный воздух при задержке движения (работе на холостом ходу), г;

– поправочный коэффициент, учитывающий долю в транспортном потоке МТС расчетных моделей легковых автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями. В остальных случаях .

– поправочный коэффициент, учитывающий продольный уклон проезжей части, определяется по таблице 2.1;

– поправочный коэффициент, учитывающий состояние покрытия проезжей части (1 – хорошее, 1,05 – удовлетворительное, 1,1 – неудовлетворительное).

Таблица 2.1– Поправочные коэффициенты, учитывающие зависимость выбросов от продольного уклона проезжей части

ЗВ

Продольный уклон проезжей части, %

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

NOx

0,74

0,8

0,88

1,0

1,18

1,43

1,77

2,21

2,78

Другие вещества Группы 1 и потребление топлива

0,85

0,88

0,93

1,0

1,09

1,21

1,35

1,53

1,74

Выбросы i-го вещества в атмосферный воздух при движении транспортного потока , г, рассчитываются по формуле 2.3:

, (2.3)

где – удельные выбросы i-го вещества при движении j-го типа МТС в зависимости от скорости движения, г/авт.км, определяется по таблице 2.2;

Lдлина участка УДС, км;

Oj – объем движения j-го типа МТС, авт., определяемый по формуле 2.1;

Таблица 2.2– Удельные выбросы веществ Группы 1 и потребление топлива в зависимости от скорости движения МТС, г/авт.км

ЗВ и потребление топлива

Скорость, км/ч

10

20

30

40

СО

10,62

6,34

4,69

3,78

NOx

27,02

18,86

15,29

13,17

VOC (ЛОС)

4,07

1,99

1,31

0,98

CH4

0,18

0,18

0,18

0,18

РМ

1,44

0,87

0,64

0,52

Потребление топлива

507,5

376,2

315,8

278,9

Выбросы i-го вещества в атмосферный воздух при остановке (торможении-разгоне) , г, рассчитываются по формуле 2.4:

, (2.4)

где – удельные выбросы i-го вещества при остановке (торможении-разгоне) j-го типа МТС, г/ост., определяются по таблице 2.3;

– удельное количество остановок транспортного потока, ост./авт.;

К – коэффициент коррекции выбросов в зависимости от скорости движения транспортного потока, определяется по таблице 2.4;

Oj объем движения j-го типа МТС, авт., определяемый по формуле 2.1;

Таблица 2.3 – Удельные выбросы ЗВ при остановке (торможении-разгоне) ТС, г/ост.

Вид ТС

СО

NOx

ЛОС (VOC)

РМ

Топливо

Городские автобусы

3,6

3,9

1,5

0,3

80

Таблица 2.4– Поправочный коэффициент, учитывающий зависимость выбросов ЗВ при остановке МТС от скорости движения

Поправочный коэффициент

Изменение скорости движения при торможении-разгоне, км/ч

10

20

30

40

К

0,21

0,43

0,64

0,85

Выбросы i-го вещества в атмосферный воздух при задержке движения (работе на холостом ходу) [г], рассчитываются по формуле 2.5:

, (2.5)

где – удельные выбросы i-го вещества при задержке j-го типа МТС, г/мин, определяется по таблице 2.5;

D–удельная задержка транспортного потока, мин/авт.;

; – объем движения j-ro типа МТС, авт., определяемый по формуле 2.1;

Таблица 2.5– Удельные выбросы ЗВ при задержке движения (работе на холостом ходу), г/мин

Вид ТС

СО

NOx

VOC

РМ

Топливо

Городские автобусы

4,6

0,6

0,5

0,03

70

Выбросы НМЛОС (NMVOC) , т/год, определяются как разница между ЛОС (VOC) и выбросами метана по формуле:

(2.6)

Определение выбросов ЗВ Группы 2

Выбросы ЗВ Группы 2 , т/год, определяются как доля от потребленного топлива при движении транспортного потока, при остановке (торможении-разгоне) и задержке (работе на холостом ходу) и рассчитываются по формуле 2.7:

, (2.7)

где – удельное содержание i-го вещества Группы 2 в продуктах сгорания топлива, г/кг, определяется по таблице 2.6;

Fj– потребленное топливо МТС j-го типа в зависимости от скорости движения, г;

n –количество типов МТС.

Таблица 2.6– Удельное содержание веществ Группы 2 в продуктах сгорания топлива

Наименование ЗВ

Удельное содержание, г/кг

СO2 (диоксид углерода)

3130

SO2(диоксид серы)

0,7

Cd (кадмий)

0,01* 10-3

Сr (хром)

0,05* 10-3

Сu (медь)

0,0017

Ni (никель)

0,07* 10 -3

Se (селен)

0,01 *10-3

Zn (цинк)

0,001

Потребленное топливо МТС j-го типа Fj, г, рассчитывается по формуле 2.8:

(2.8)

где потребленное топливо при движении транспортного потока, г;

– потребленное топливо при остановке (торможении-разгоне) транспортного потока, г;

– потребленное топливо при задержке (работе на холостом ходу) транспортного потока, г;

– поправочный коэффициент, учитывающий долю в транспортном потоке МТС расчетных моделей легковых автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями. В остальных случаях

– поправочный коэффициент, учитывающий продольный уклон проезжей части, определяется по таблице 2.1;

–поправочный коэффициент, учитывающий состояние покрытия проезжей части (1 – хорошее, 1,05 – удовлетворительное, 1,1 – неудовлетворительное).

Потребленное топливо при движении транспортного потока , г, рассчитывается по формуле 2.9:

, (2.9)

где – удельное потребление топлива при движении j-го типа МТС в зависимости от скорости движения, г/авт.км, определяется по таблице2.2;

Lдлина участка УДС, км;

– объем движенияj-го типа МТС, авт., определяемый по формуле 2.1;

Потребленное топливо при остановке (торможении-разгоне) транспортного потока , г, рассчитывается по формуле 2.10:

, (2.10)

где удельное потребление топлива при остановке (торможении-разгоне) j-го типа МТС, г/ост., определяются по таблице 2.3;

S –удельное количество остановок транспортного потока, ост./авт.;

К –коэффициент коррекции выбросов в зависимости от скорости движения транспортного потока, определяется по таблице2.4;

–объем движения j-го типа МТС, авт., определяемый по формуле 2.1;

Потребленное топливо при задержке (работе на холостом ходу) транспортного потока, , г, рассчитывается по формуле 2.11:

, (2.11)

где - удельное потребление топлива при задержке j-го типа МТС, г/мин, определяется по таблице 2.5;

D - удельная задержка транспортного потока, мин/авт.;

Oj- объем движения j-го типа МТС, авт., определяемый по формуле 2.1;

Соседние файлы в предмете Экология и ресурсосбережение на автомобильном транспорте
  • #
    20.05.202114.01 Кб2HELP to last lab.docx
  • #
    20.05.2021136 Кб23Labs.docx
  • #
    20.05.202177.63 Кб21Практическая работа 1.xlsx
  • #
    20.05.202141.04 Кб11Практическая работа 2.xlsx
  • #
    20.05.202169.16 Кб7Практическая работа 3.xlsx
  • #
    20.05.202165.78 Кб6Практическая работа 4.xlsx