Част 2. Мониторинг, контрол и управление на замърсяването от мобилниизточници

14. Мониторинг на емисиите от мобилни източници. Източници на замърсяване навъздуха от превозните средства. Видове топлинни двигатели и екологичната имкласификация. Класификация на горивата за топлинни двигатели. Моторни масла.

Антропогенните мобилни източници на замърсяване включват всички видове транспорт –наземен и подземен, воден и подводен, въздушен и др.)

14.1. Замърсяване от наземния транспорт.При наземния транспорт общото замърсяване е с горивни емисии, емисии на ЛОС, шум, течове,

разливи, убити животни и др. (фиг. 1). В тази част от лекциите ще бъдат разгледани подробно самозамърсяването с горивни емисии и емисии на ЛОС.

Фигура 1. Замърсяване от наземен транспорт.Легенда: 1. Емисии от охлаждащите агенти от климатичните инсталации. 2. Емисии от ауспусите и различнитеизпарения. 3. Шумови емисии. 4. Разпръснати (леки) прахове. 5. Разпръснати опасни материали. 6. Убитиживотни.

Ако горивото на автомобила съдържа ЛОС, те ще са фугитивни и от изпаряването насъхраняваното в захранващата система гориво. Ако в автомобила има и климатична инсталация, отнея ще се изпаряват съответните парникови газове (например, фреони), а горивните емисии ще бъдатповече, защото за работата на инсталацията също се разходва гориво. В настоящата лекция приавтомобилите се разглеждат само емисиите от изпарение на ЛОС и горивните емисии (фиг.2).

Фигура 2. Емисии от бензинов двигател.Легенда: 1. Емисии от изпаряване. 2. Емисии при зареждане на резервоара с гориво. 3. Газове, изпускани отауспуха.

14.2. Класификация на двигателите.Класификация на двигателите може да се прави по различни признаци. Те обикновено първо

се разделят на две големи групи:– Двигатели с външно горене – например, парните машини. При тях работното тяло е вода,

която в серпентина, поставена в горивната камера, се изпарява и парите се прегряват. Прегретитеводни пари извършват механична работа (задвижват бутало, например на парен локомотив).

- Двигатели с вътрешно горене. Това са най-разпространените съвременни двигатели. При тяхмеханичната работа се извършва от газовете, които се получават при горенето. В табл. 1 епредставена екологична класификация на двигателите с вътрешно горене.

Таблица 1

Според вида на горивната камера двигателите с вътрешно горене биват:- С периодично изгаряне в камера с променлив обем, който във всеки момент се определя от

положението на буталото. В зависимост от типа на окислителя и начина на запалване, те се разделятна: 1) двигатели с окислител въздух и принудително запалване, при тях подаването на горивото можеда бъде от карбуратор или инжекцион, а горивото при запалване се състои от предварителносмесените му пари с въздух; 2) двигатели с окислител въздух и самозапалване, при тях горивото сеподава или директно, или индиректно чрез впръскване, а състоянието на горивото е – несмесеникапки на горивото подавани във въздуха с висока температура и налягане.

- С непрекъснато изгаряне ракетни и реактивни (с големи камери, при тях непрекъснато се подавагориво и въздух ). В зависимост от типа на окислителя и начина на запалване, те се разделят на: 1)въздушнореактивни двигатели- въздух, факел, при тях състоянието на горивото при запалване епредварително смесени му с въздуха капки; 2) реактивни двигатели – химичен окислител, при тяхкапчици или частици на горивото при запалване са смесени предварително с парите на окислител. Ипри двата вида подаването на гориво е непрекъснато.

Фигура 2. Схеми на двигатели с вътрешно горене.Легенда: а) Бутален двигател; б) Въздушен турбореактивен двигател; в) Течностен реактивен (ракетен)двигател. Елементи: 1. картер; 2. цилиндър; 3. всмукателен клапан; 4. изпускателен клапан; 5. глава нацилиндъра; 6. бутало; 7. мотовилка; 8. колянов вал; 9, 16 - помпи; 10. горивна камера; направляващ апарат;11. ускорител; 12. турбина; 13. компресор; 14, 15 – резервоари; 17 – сопло.

Някои от основните особености на работата на двигателите от гледна точка на образуването назамърсители са систематизирани по-долу.

Двигатели с принудително запалване (бензинови двигатели).Горивото се подава в парообразно състояние, предварително смесено с окислителя (въздух).

Поради това, частиците в горивните емисии са само сажди. По-ниско кипящото гориво предполага иповече ЛОС.

Двигатели със самозапалване (дизелови двигатели).Горивото се подава на капчици, няма предварително смесване на гориво и окислител, няма

принудително запалване, става самозапалване на парите от капчиците. Замърсяването с масло нагоривните емисии е по-голямо, отколкото при бензиновите двигатели. Както и при бензиновитедвигатели, в картера, където се намира маслото, преминават различни съединения от горивнитеемисии. Частиците в горивните емисии на дизеловите двигатели са два вида: коксови частици исажди, а въпреки че се използва по-бедна смес, отколкото при бензиновите двигатели, поради лошотосмесване се наблюдават и замърсители типични за стехиометрични и богати смеси.

Турбореактивни двигатели (самолетни двигатели).Горивото е реактивно и се подава на капчици в горивната камера, където се подава и въздух.

Първоначално се запалват с искра и от там нататък към образувалия се факел непрекъснато се подавагориво и окислител. Принципът на движение е на базата на реактивната тяга. Такива двигатели могатда се използват до определена височина, поради липсата на достатъчно количество окислител - въввисочина кислородът във въздуха намалява. Допълнителна мощност може да се получи чрезподаване на допълнително количество гориво, нарича се форсиране. Прави се при излитане, кацане ирязка промяна на посоката на движение на самолетите. Тъй като съчетават в някаква степенособеностите на другите два вида двигатели, имат аналогични замърсители, концентрациите на коитоса различни при форсиране и крейсерски (с постоянна скорост) полет.

14.3. Класификация на горивата.Горивата се произвеждат така, че да отговарят на изискванията на съответните двигатели. По-

долу е представена класификация, която свързва горивата с двигателите и транспорта, в които те сеизползват.

Бензини. Произвеждат се от нефтени фракции, кипящи между 30 и 200 oC, смес от няколкостотинвъглеводорода, основно C5 – C12. алифатни алкани и алкени, циклоалкани и циклоалкени,моноциклични арени. Кислородните присадки може да бъдат до 15 %v. Други присадки: миещи - N-съдържащи полиетерполиамини. Съдържание на сяра – под 10 ррм.

Дизелови горива. Произвеждат се от нефтени фракции, кипящи между 150 and 380 oC, С11 до С20въглеводороди от всички основни групи. Сярата е под 10 ррм. Присадките са азотни, кислородни,някои – полимерни съединения. ДГ може да съдържат и метали, но като цяло хетероелементите сасравнително малко и се контролират.

Авиационни реактивни горива. Нефтени фракции, кипящи между 140 и 280 oC (до 315 oC) – смесиот бензинови и дизелови въглеводороди, типично изоалкани и алкилциклоалкани. Метали не седопускат за да не се износват лопатките на турбините. Типични присадки: Етери на нискомолекулнигликоли, циклични и алифатни амини, препречени феноли, производни на димерни киселини.

Газотурбинни горива (речни и крайбрежни кораби, мотриси и др.): Сравнително по-тежки и по-евтини фракции с край на кипене над 360 oC.

Остатъчни котелни горива (за презокеански кораби): Начало на кипене над 360 oC.

Ракетни горива и специални горива Керосини, алкохолни, амонячни, металсъдържащи и др. горива,течен водород (космос). Окислители: течен кислород, водороден пероксид, азотна киселина и др.

14.4. Моторни масла.Нефтените масла са специално рафинирани и смесени нефтени фракции, кипящи в интервала

350 – 500 oC и повече. Въглеводородите са типично изоалкани и хибридни с 20 –до 60 атома C.Сярата е 0 до 3 %.

Използват се и полусинтетични (нефтени масла със синтетични компоненти) или изцялосинтетични масла. При всички масла функционалните свойства се гарантират като в тях се включватспециално синтезирани съединения - присадки. Синтетичните масла и компоненти са синтезиранивъглеводороди и естери (типични за самолетите).

Моторните масла може да съдържат повече от 20 % присадки, които допринасят замърсяване съссяра, азор, фосфор, бор, различни метали. Техният състав влияе върху състава на горивните емисии,защото винаги някакви количества масло преминават от картера в горивната каера и изгарят заедно сгоривото.

Основното предназначение на маслата е да намаляват загубата на енергия от триене ивлошаването на работата на превозното средство, в резултат на износване на механизмите му (дасмазват). При влошаване на смазването е необходимо да се изразходва повече гориво за една и същаработа и следователно - повече се замърсява околната среда, не само от съответния автомобил, но иза производството на още гориво и масло от нефт.