Документ анализирует воздействие дизельных тепловозов на окружающую среду в Санкт-Петербурге, выявляя значительные выбросы вредных веществ и факторы, влияющие на их уровень. Обсуждаются методы уменьшения токсичности и улучшения конструкции двигателей, а также правильно подобранные эксплуатационные режимы и использование альтернативных видов топлива. Включены предложения по экологическому контролю и нормированию выбросов на сети железных дорог.

1. Анализ воздействия ТПС с дизельным двигателем на
окружающую среду
Санкт-Петербург
1.04.2013

2. 2

3. 3

4. ЭПС Тепловозы
Грузовые
Пассажирские
Маневровые –
Промышленные
По роду службы
4

5. SOх
и др.
Ежегодно дизельный ТПС потребляет 12 млн. т. топлива
и выбрасывает в атмосферу 2 млн. т. вредных веществ
NOх
СхНу
СО2
СО С (сажа)
5

6. Средние выбросы основных токсичных компонентов отработавших
газов двигателями разных типов
Силовые установки
Удельный выброс,
г / (кВт∙ч)
CO CxHy NOx
Двигатель с принудительным воспламенением,
работающий на бензине 38,1 2,72 21,8
Двигатель с принудительным воспламенением,
работающий на сжиженном газе 35,4 4,1 17,7
Дизельный двигатель с непосредственным
впрыском топлива 4,9 3,0 11,7
Дизельный двигатель с предкамерным
смесеобразованием 2,3 0,27 7,9
Паровая машина 5,7 0,34 4,1
Газотурбинная установка 6,0 1,22 2,72
Двигатель Стирлинга 3,8 0,2 2,45
6

7. Компонент
Концентрация в отработавших газах
Карбюратор Дизель
N2 74 – 75% 74 – 78%
O2 0,3 – 8% 2 – 18%
HOH 3 – 5,5% 0,5 – 9%
CO2 5 – 12% 1 – 12%
NOx
В т.ч. NO
NO2
0,01 – 0,8%
-
-
-
0,004 – 0,5%
0,00013 – 0,013%
CO 0,5 – 12% 0,005 – 0,4%
CxHy 0,2 – 3% 0,009 – 0,3%
C20H10 0 – 20 мкг/ 0,05 – 1 мкг/нм
C 0 – 0,04 г/ 0,01 – 1,1 г/нм
SO2 – 0,0018 – 0,02%
Альдегиды RCHO 0 – 0,2% 0,002%
Состав отработавших газов ДВС
7

8. На объём выбросов оказывают влияние
• Состав топлива
• Конструкция ДВС
• Эксплуатационные факторы
8

9. Источники токсичности выбросов
Топливо
Масло
П
р
и
с
а
д
к
и
режимы работы
Т
е
х.
с
о
с
т
о
я
н
и
е
NOx CO CxHy RCHO С SO2
CxHy
условия работы
Fe
Ni
Cu
Zn
Параметры окружающей среды
Тип ДВС
Эксплуатационные факторы
CO
NO2
CxHyC
9

10. SO2
Образование
обусловлено
содержанием в
топливе S, H2S, RSH
- Cостав топлива,
присадок к нему
Образование коррозионно-активных
веществ (кислот, сульфидов)
10

11. CxHy
Образуются при
термическом распаде
топлива
-подвпрыск
-«холодные» стенки
цилиндра
-поздний впрыск
-разряженное
пространство вокруг
ядра факела
Белый дым
11

12. RCHO
Образуются на
ранней стадии
окисления топлива
- неполное сгорание
12

13. С (сажа)
Черный дым
Обусловлено ранним
выгоранием кислорода
- Избыток топлива
- Низкий наддув
- сорт топлива
13

14. Влияние режимом работы дизеля
Тепловоз ТЭМ2
14

15. Распределение удельного количества выбросов CO и C по п.к.м.
(расчёт)
15

16. Распределение удельного количества выбросов NO и NO2 по п.к.м.
(расчёт)
16

17. Процесс горения
17

18. Модель факела
1 – сопло форсунки;
2 – дискретные сгустки капель;
3 – пульсирующие струи;
4 – уплотнённое осевое ядро;
5 – разряженная оболочка факела;
6 – передний фронт.
18

19. Сравнение методов расчёта продуктов сгорания
на примере дизеля 10Д100 (15 п.к.м.)
Методы расчёта вредных выбросов
1 – по условию полного сгорания при α ≥1;
2 – по условию полного сгорания при α ≥1;
3 – с учётом допустимых («временных») норм выбросов
4 – с учётом удельных норм выбросов
5 – по нормативной документации ПЭК лок. депо 19

20. Нормирование и контроль выбросов вредных веществ
На сети РЖД созданы пункты экологического контроля (ПЭК) по
проекту ООО «Экология транспорта» НИИМиПМРГУ,
осуществляющие работу в соответствии с
«Временной инструкцией по организации и осуществлению
государственного контроля за соблюдением законодательства
по охране атмосферного воздуха на предприятиях
железнодорожного транспорта»
20

21. Мероприятия по снижению токсичности выхлопов
Совершенствование конструкции дизеля
Учёт эксплуатационных
факторов
Альтернативные виды
топлива, присадки
21

22. Совершенствование конструкции ДВС
• Оптимизация формы и размеров камеры сгорания
• Подбор степени сжатия и рабочего объёма
• Оптимизация степени форсирования дизеля
• Оптимизация системы охлаждения дизеля
• Совершенствование топливной аппаратуры
• Совершенствование систем газораспределения
• Применение систем очистки отработавших газов
22

23. Учёт эксплуатационных факторов
• Оптимизация режимов работы дизеля
• Учет маневровых работ
• Поддержание технического состояния
• Учёт факторов окружающей среды
• Повышение качества моторного масла
• Повышение качества топлива
23

24. «Экологические» присадки
• антидымные
топливорастворимые соединения бария, железа и кальция
• антисажевые
соединения меди, редкоземельных элементов
24

25. Выводы