Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

3404_EI

.pdf
Скачиваний:
375
Добавлен:
15.03.2016
Размер:
650.93 Кб
Скачать

3404

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

(СамГУПС)

Кафедра «Безопасность жизнедеятельности и экология»

ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ПЕРЕДВИЖНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ПРЕДПРИЯТИЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Методические указания к выполнению практических занятий и самостоятельных работ по курсу «Экология» для студентов всех специальностей и форм обучения

Составитель: О. А. Трошкина

Самара

2014

1

УДК 656.2:628.5

Загрязнение атмосферного воздуха передвижными источниками предприятий железнодорожного транспорта : методические указания к выполнению практических занятий и самостоятельных работ по курсу «Экология» для студентов всех специальностей и форм обучения / составитель О.А. Трошкина. – Самара : СамГУПС, 2014. – 18 с.

В методических указаниях рассмотрены передвижные источники загрязнения атмосферного воздуха на железнодорожном транспорте: магистральные и маневровые тепловозы, рефрижераторные составы, путевая дорожная техника и автотранспорт.

Утверждены на заседании кафедры 9 января 2014г., протокол № 5. Печатаются по решению редакционно-издательского совета института.

Составитель: Трошкина Ольга Александровна

Рецензенты: директор межрегионального центра «Охрана труда и промышленная экология» М.В. Смолев; доцент кафедры БЖДЭ, к.с.-х.н. Ю.А. Холопов

Под редакцией Б.А. Анфилофьева

Подписано в печать 23.04.2014. Формат 60х90 1/16. Усл. печ. л. 1,13. Заказ 79.

Самарский государственный университет путей сообщения, 2014

2

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Передвижными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются транспортные средства предприятия, которые в качестве топлива используют бензин, дизельное топливо, керосин, сжатый природный или сжиженный газ.

К передвижным источникам предприятий железнодорожного транспорта относятся магистральные и маневровые тепловозы, вагоны с пылящими, химическими и испаряющимися грузами, рефрижераторный подвижной состав, автотранспорт, печное отопление вагонов. Учет выбросов загрязняющих веществ от передвижных источников проводится только в части загрязнения от подвижного состава. Усилия по защите атмосферы от выбросов передвижных источников предусматривают два принципиально разных подхода: электрификация железных дорог и внедрение технических или эксплуатационных мероприятий, обеспечивающих уменьшение выброса вредных веществ от работы двигателей внутреннего сгорания.

Электрификация железных дорог позволяет полностью ликвидировать выбросы загрязняющих веществ от подвижного состава, кроме того, решается проблема ликвидации загрязнения атмосферы выбросами печного угольного отопления вагонов. На электрифицированных участках дорог работа по замене угольных печей отопления на электрические практически завершена.

Загрязнение атмосферы выбросами отработанных газов путевых и ремонтных машин, а также автотранспорта определяется расчетным путем на основании данных о количестве сожженного топлива и составляет порядка 0,2 % от общего объема выбросов передвижных источников. Испарение смазки подвижного состава происходит в результате ее нагрева при работе двигателей, что приводит к образованию картерных газов, общий объем которых достигает значительных величин.

При торможении подвижного состава происходит запыление приземного слоя атмосферы металлической пылью, образующейся в результате интенсивного стирания чугунных тормозных колодок. По приближенным данным, в целом по России в пыль переходит 210–245 тыс. т чугуна ежегодно. Кроме того, при торможении некоторое количество песка, используемого для усиления сцепления колеса с рельсом, истирается в мелкодисперсную пыль, образующее устойчивое мобильное загрязнение. Суммарное загрязнение приземного слоя воздуха пылевыми частицами достигает 14,6 % от общего объема загрязнений атмосферы передвижными источниками.

Таким образом, загрязнение атмосферы выбросами передвижных источников происходит как от подвижного состава, так и от воздействия

3

остальных вышеназванных источников, но реальный учет количественных и качественных характеристик выбрасываемых загрязняющих веществ производится лишь в отношении загрязнений от магистральных и маневровых локомотивов. В то же время учет таких загрязнений, как пыление сыпучих грузов, испарение перевозимых нефтепродуктов, пыль в результате истирания тормозных чугунных колодок, позволил бы принять меры не только к защите окружающей среды, но и к сокращению потерь народно-хозяйственной продукции.

Путевая техника и подвижной состав, в том числе тепловозы, относятся к передвижным источникам загрязнения атмосферы. Один тепловоз по вредным выбросам эквивалентен 10–15 грузовым автомобилям.

Основными токсическими веществами отработавших газов тепловозов являются оксиды серы, азота и углерода, углеводороды и альдегиды. В атмосферный воздух 97–98 % вредных веществ, образующихся при сжигании топлива, поступает с выхлопными газами, 2–3 % вредных веществ выделяется с картерными газами и при испарении топлива. Состав отработавших газов в значительной степени зависит от типа двигателя и режима его эксплуатации.

По разработанной ВНИИТИ методике расчёта выбросов загрязняющих веществ в атмосферу тепловоз рассматривается как одиночный точечный неподвижный низкий источник выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) в атмосферу, работающий на определенных режимах. Масса выбросов загрязняющих веществ определяется для магистральных и маневровых тепловозов. Магистральные тепловозы, в свою очередь, подразделяются на пассажирские и грузовые (с электропередачей), а маневровые – на тепловозы с электропередачей и гидропередачей.

Масса загрязняющих веществ определяется двумя способами: расчетным путем и по количеству сожженного тепловозом топлива. Для магистральных тепловозов содержание загрязняющих веществ в отходящих газах определяется для всех четырех компонентов, а для маневровых – для трех компонентов, а именно, оксидов азота, оксида углерода и сажи. При отсутствии контроля за выбросами загрязняющих веществ тепловозами расчет массы загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу, производится по количеству сожженного топлива.

В табл. 1 приведены объёмы выбросов вредных веществ дизельными двигателями тепловозов в режиме холостого хода и при максимальной нагрузке.

4

 

 

Таблица 1

Выбросы вредных веществ дизельными двигателями тепловозов

 

 

 

 

Наименование вещества

Выбросы вредных веществ, мг/м3

 

 

холостой ход

максимальная нагрузка

 

 

 

 

 

Оксиды азота

121–208

291–421

 

 

 

 

 

Оксид углерода

56–114

71–318

 

 

 

 

 

Сернистый ангидрид

1,7–3,5

2,6–82

 

 

 

 

 

Формальдегид

1,15

1,94

 

 

 

 

 

Ацетальдегид

1,0

0,92

 

Акролеин

1,73

3,41

 

 

 

 

 

Ароматические углеводороды

8,33

12,50

 

 

 

 

 

Сажа

120

84

 

 

 

 

 

Расчет выбросов вредных веществ в атмосферу проводят для грузовых, пассажирских и маневровых тепловозов, а также дизелей рефрижераторного подвижного состава и путевой техники. При этом определяется среднесуточные (с учетом изменяющихся режимов работы транспортного средства) и максимально разовые (с учетом работы на номинальном режиме) концентрации загрязняющих веществ в отработавших газах.

Магистральные тепловозы

Расчет выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от двигателя одной секции грузовых и пассажирских тепловозов для рассматриваемого участка обращения поездов за расчетный период (поездку, сутки, месяц, год) выполняется за единицу грузовой или пассажирской работы, приведенной к единому измерителю (кг вещества/1 тыс. ткм) для грузовых поездов и (кг вещества/1 тыс. пасс, км) для пассажирских поездов.

Удельный выброс конкретного загрязняющего вещества для грузовых поездов принимают, исходя из данных статистики с учетом серии тепловоза и массы поезда. Для пассажирских поездов значения удельных выбросов принимаются с учетом серии тепловоза. Также учитывается скорость движения поездов, техническое состояние тепловоза и влияние климатических условий. При использовании в перевозочном процессе двухсекционных тепловозов значение выбросов удваивается.

Маневровые тепловозы

Расчет величин выбросов загрязняющих веществ в отходящих газах (ОГ) производится с учетом типа дизеля, режима работы и доли времени работы на этом режиме, а также суммарного времени работы тепловоза (в сутки, месяц, год) в часах. Для тепловозов промышленного железнодорожного транспорта

расчет производится аналогично расчету для маневровых тепловозов.

5

Рефрижераторный подвижной состав

Специфическим передвижным объектом загрязнения атмосферы является рефрижераторный подвижной состав, для которого характерны два источника образования загрязняющих веществ: первый – образование отходящих газов при работе дизельных установок, используемых для циркуляции фреона или других реагентов в вагонах-рефрижераторах; вторым источником загрязнения является испарение охладительных реагентов, и прежде всего фреонов, оказывающих крайне отрицательное воздействие на воздушную среду, приводящее к истончению озонового слоя в атмосфере Земли. По экспертным оценкам специалистов, суммарный годовой объем загрязняющих веществ от дизельных установок рефрижераторных секций достигает порядка 70 тыс. т/год, что составляет 4 % от общего объема загрязнений.

Негативное воздействие выбросов рефрижераторного подвижного состава многократно усиливается в местах его погрузки и выгрузки в связи с увеличением локальных концентраций загрязнений за счет долгосрочного значительного скопления рефрижераторных секций, обусловленного неравномерностью сезонных поступлений перевозимой сельскохозяйственной продукции.

Расчет величин выбросов загрязняющих веществ с отработавшими газами дизелей рефрижераторного подвижного состава производится с учетом количества вагонов в секции, типа дизеля, режима его работы, времени работы на каждом режиме, суммарного времени работы дизеля (в сутки, месяц, год) в часах, а также технического состояния дизеля.

Путевая дорожная техника

Величины выбросов загрязняющих веществ с отработавшими газами дизелей путевой железнодорожной техники зависят от многих факторов. В том числе: от типа дизеля, удельного выброса загрязняющего вещества на холостом ходу, времени работы на холостом ходу, эффективной мощности и средней эксплуатационной нагрузки дизеля, суммарного времени работы данной машины (в сутки, месяц, год) в часах, технического состояния дизеля и климатических условий.

Автотранспорт

Автотранспорт относится к передвижным источникам загрязнения. Применение этилированного бензина, имеющего в своем составе соединения свинца, вызывает загрязнение атмосферного воздуха его токсичными соединениями. Свинец, входящий в состав тетраэтилсвинца, добавляемого к бензину в качестве антидетонатора, выбрасывается в окружающую среду в виде аэрозолей неорганических солей и окислов. Около 70 % свинца, добавляемого к

6

бензину, с выхлопными газами попадает в атмосферу. Из них 30 % оседают на земле сразу за срезом выпускной трубы автомобиля, а 40 % остается в атмосфере. Один грузовой автомобиль средней грузоподъемности при использовании этилированного бензина выделяет 2,5–3 кг свинца в год.

Кроме того, токсичными выбросами двигателей внутреннего сгорания (ДВС) являются и отработавшие картерные газы, пары топлива из карбюратора и топливного бака.

Основная часть токсичных примесей поступает в атмосферу с отработавшими газами. С картерными газами и парами топлива в атмосферу поступают углеводороды в количестве до 45 % от общего выброса. В табл. 2 приведен состав отработавших газов двигателей внутреннего сгорания.

 

 

Таблица 2

Состав отработавших газов двигателей внутреннего сгорания (ДВС)

 

 

 

Компоненты

Объемная доля, %

 

 

карбюраторные ДВС

дизельные ДВС

 

 

 

 

Нетоксичные:

 

 

N2

74–77

76–78

О2

0,3–8

2–18

Н20 (пары)

3,0–5,5

0,5–4,0

 

СО 2

5,0–12

1,0–10

 

 

 

Токсичные:

 

 

СО

0,5–12,0

0,01–0,50 0,

NOx в пересчёте на N205

до 0,8

0,0002–0,5

Углеводороды

0,2–3,0

0,009–0,5

Альдегиды

до 0,2 мг/л

0,001–0,09 мг/л

Сажа

0–0,4 г/м3

0,01–1,1 г/м3

Бенз(а)пирен

10–20мкг/м3

до 10 мкг/м 3

Наибольшей токсичностью обладает выхлоп карбюраторного двигателя за счёт большого выброса СО и NOx и углеводородов. Дизельные двигатели выбрасывают сажу, частицы которой могут содержать адсорбированные токсичные вещества, в том числе канцерогенные.

Для автомобилей с бензиновыми двигателями рассчитывается выброс оксида углерода – СО, углеводородов – СН, оксидов азота – NOx, в пересчёте на диоксид азота N02, твердых частиц – С, соединений серы в пересчете на диоксид серы S02 и соединений свинца – Рb. Выброс свинца рассчитывается только для тех регионов, где используется этилированный бензин.

7

Для автомобилей с дизельными двигателями рассчитываются выбросы СО, СН, NOx, С, S02, а для автомобилей, работающих на газовом топливе, определяются только СО, СН, N0x.

Выбросы загрязняющих веществ зависят от типа ДВС (карбюраторный или дизельный), класса автомобиля (малый, средний, большой) и условий хранения. На величину выбросов влияют время прогрева и работы на холостом ходу, пробег по территории при въезде и выезде, периоды года (холодный, переходный и теплый), а также частота выезда автомобилей со стоянки за час.

Для определения общего валового выброса одинаковых загрязняющих веществ они суммируются по всем периодам года.

Уменьшение выбросов загрязняющих веществ от автомобилей возможно при переходе с карбюраторных двигателей на дизельные. В перспективе автотранспорт должен перейти на альтернативное топливо и новые виды транспортных средств.

Самостоятельная работа

Задача №1. Определить валовый выброс загрязнителей с k тепловозов заданного типа, работающих на территории депо в среднем t часов в сутки, n дней в году, из них: а) % времени при 25 % режиме работы двигателя, b) при 50 % режиме работы двигателя и с) % на холостом ходу. Исходные данные для расчета приведены в таблице.

Исходные

 

 

 

 

Варианты

 

 

 

 

данные

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тип

2ТЭ10В

ТЭМ2

2ТЭ10Л

2ТЭ116

ЧМЭ3

2ТЭ10В

2М62

ТЭМ2

ЧМЭ3

2ТЭ10Л

тепловозов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кол-во

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тепловозов, k

2

3

2

4

3

2

3

4

3

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кол-во дней в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

году, n

350

340

330

320

310

350

340

330

320

310

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а, % времени

50

60

70

55

50

55

65

50

60

50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b, % времени

20

20

20

25

30

20

20

20

30

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с, % времени

30

20

10

20

20

25

15

30

10

30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Время работы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тепловозов в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сутки, t, ч

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

Методические указания

1. Валовый выброс загрязнений с работающих тепловозов Mi, кг/год, рассчитывается отдельно для каждого режима по формуле :

 

Mi=gi tр k n,

где

gi – удельный выброс загрязнителей, кг/час, (по приложению 1);

n –

количество дней работы двигателя в году; k – количество тепловозов;

tр – время работы двигателя в день в соответствующем режиме, ч:

t p

 

t a; b или c

.

 

 

100

 

2. Определить суммарный валовый выброс на всех режимах отдельно по каждому загрязнителю.

3.Установить класс опасности каждого загрязнителя (приложение 2). 4.Сделать выводы.

Задача 2. Рефрижераторный подвижной состав сформирован в секции, состоящие из различного количества вагонов. Силовыми установками секций являются дизели различной мощности. Определить выбросы сажи от дизелей рефрижераторов. Исходные данные для расчета приведены в таблице.

Исходные

данные

Тип секции

Суммарное

время работы в часах за год

Техническое

состояние

дизеля

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

5БМ3

ZA-5

ZB-5

12 вагонов

21 вагон

23 вагона

APB

5БМ3

ZA-5

ZB-5

3600

4000

4300

4800

5100

5500

5800

6200

6700

7500

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Срок эксплуатации

 

 

Срок эксплуатации

 

 

менее двух лет

 

 

более двух лет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

Методические указания

1. Валовый выброс сажи (кг) на одном из пяти режимов определяется по формуле:

Gk qk k T K ,

где qk – удельный выброс сажи при работе дизеля на k-м режиме, кг/ч.

Данные для основных типов дизеля, установленных на рефрижераторных секциях, приведены в таблице 1; k – доля времени работы двигателя на k

режиме (ориентировочные статические данные в % приведены в таблице 2); T – суммарное время работы дизеля рефрижераторной секции за год в часах; К – коэффициент влияния технического состояния дизелей, равный 1,2 для дизелей со сроком службы более двух лет и 1,0 для дизелей со сроком эксплуатации менее двух лет.

Таблица 1

Значения удельных выбросов сажи (qk, кг/ч) с отработавшими газами дизелей рефрижераторного подвижного состава

 

Марка

 

Режим работы двигателя

Тип секции

 

 

 

 

 

холостой

 

 

 

максимальная

дизеля

25%

50%

75%

 

ход

мощность

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5БМ3

КЧ51М-1

0,0004

0,0009

0,0059

0,0176

0,094

 

 

 

 

 

 

 

ZA-5

4NVD-21

0,0003

0,0008

0,0068

0,0135

0,072

 

 

 

 

 

 

 

ZB-5

4NVD

0,0004

0,001

0,006

0,018

0,096

21/15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12-вагонная

4NVD-21

0,0003

0,0008

0,0068

0,0135

0,072

секция

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21-вагонная

6NVD-21

0,0005

0,0012

0,0072

0,021

0,112

секция

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23-вагонная

4DV-224

0,0004

0,0008

0,0053

0,159

0,085

секция

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Автономный

 

 

 

 

 

 

рефрижераторный

4NVD-21,5

0,0001

0,0002

0,0014

0,0041

0,0219

вагон АРВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Определить суммарный валовый выброс сажи на всех пяти режимах.

3.Значение удельных выбросов сажи и распределения времени работы дизелей на разных режимах приведены в таблице 2.

10

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]