 |
Характеристика вредного воздействия ЗВ
|
|
|
|
ЭМИССИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
АВИАЦИОННЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ
(Тексты лекций)
МАИ, 2008г.
Календарно-тематический план
| № лекции | Содержание | Примечание |
| Введение. Основные задачи курса. Основные понятия и определения. Основы химической термодинамики. Закон действующих масс. Диссоциация. Химическая неполнота сгорания. | ||
| Особенности рабочего процесса в камерах сгорания ГТД. Характеристика процессов горения. Современные и перспективные авиационные топлива. | ||
| Характеристики вредных выбросов. Влияние атмосферных условий на выбросы ЗВ авиадвигателей. | ||
| Механизмы образования загрязняющих веществ. Механизм образования СО и СН. Влияние различных факторов на образование СО и СН. | ||
| Механизм образования NOx. Влияние различных факторов на образование NOx. Термический путь образования NO (образование NO по механизму Зельдовича Я.Б.). Быстрое образование NO (по механизму Фенимора). Образование NO из закиси азота. Превращение топливного азота в NO. | ||
| Нормирование выбросов. Действующие нормы ИКАО по вредным выбросам. Определение взлетно-посадочногоцикла (ВПЦ). Методические подходы к учету выбросов ЗВ авиадвигателями. Оценки концентраций ЗВ в районе аэропорта. Зонирование территорий (санитарно-защитных зон) аэропортов. | ||
| Методы и мероприятия по уменьшению выбросов загрязняющих веществ авиационными двигателями. Уменьшение выхода NO за счет модификации процесса горения. Каталитическое горение. Уменьшение выхода NO за счет процессов дожигания. | ||
| Перспективные конструктивные способы уменьшения выбросов ЗВ. Прогресс в разработке камер сгорания с низким уровнем выбросов. Прогнозирование характеристик выбросов ЗВ. | ||
| Измерения выбросов. Измерения уровня дымления. | ||
|
|
|
ВВЕДЕНИЕ
Одним из вредных воздействий воздушных судов гражданской авиации (ВС) на окружающую среду являются выбросы загрязняющих веществ (ЗВ) в атмосферу при работе маршевых газотурбинных двигателей ВС. В целом доля выбросов ЗВ от авиационных перевозок не превосходит 1% от общего объема выбросов транспортных средств. Однако в районе крупных аэропортов объем выбросов ЗВ при эксплуатации ВС может составить 50% и более. Поэтому аэропорт может рассматриваться как источник загрязнения окружающей среды в регионе.
Перечень загрязняющих веществ, допустимые нормы выбросов ЗВ и методики их определения регламентированы нормами ИКАО, отечественным ГОСТ и «Авиационными правилами - Часть 34. Охрана окружающей среды. Эмиссия загрязняющих веществ авиационными двигателями. Нормы и испытания. 2002г.”, основные положения которых соответствуют международным нормам.
ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
1.1. Двигатель - маршевый газотурбинный двигатель тягой больше 26,7 кН, установленный на воздушном судне гражданской авиации.
1.2. Относительная тяга `R=R/R взл – отношение тяги двигателя на данном режиме к взлетной тяге. Величина `R характеризует режим работы двигателя.
1.3. Стандартные атмосферные условия - САУ – атмосферные условия на уровне моря, характеризующиеся следующими значениями давления и температуры p 0=101325Па (760 мм рт ст), Т 0=288К (+15°С).
1.4. Стандартный взлетно-посадочный цикл ИКАО (ВПЦ) - цикл, который включает в себя все операции воздушного судна (ВС) с момента запуска двигателей до набора высоты 915 метров, а также с момента захода на посадку с высоты 915 метров до остановки двигателя после посадки самолета.
|
|
|
1.5 Загрязняющее вещество (ЗВ) – вещество, оказывающее негативное влияние на окружающую среду.
1.6. Валовой выброс ЗВ – масса загрязняющего вещества, поступившая в атмосферу за определенный (отчетный) период времени.
1.7. Индекс эмиссии EI - отношение количества граммов загрязняющего вещества на килограмм сгоревшего топлива (г/кг). Индексы эмиссии ЕIj определяются предприятием-разработчиком в процессе стендовых испытаний и являются характеристикой двигателя.
1.8. Контрольный (нормируемый) параметр эмиссии – уровень эмиссии, определяемый как отношение Мj / R взл, где Мj - масса загрязняющего вещества в граммах, выделившегося за стандартный взлетно-посадочный цикл (ВПЦ), R взл - взлетная тяга двигателя в килоньютонах (кН).
1.9. Число дымности (SN) – нормируемый параметр эмиссии твердых частиц (сажи), определяемый по результатам сравнения отражательной способности загрязненного и чистого фильтров.
1.10. Несгоревшие углеводороды (СН) – смесь содержащихся в пробе газа углеводородных соединений всех классов и молекулярных весов.
1.11. Окислы азота (NOx) – смесь окиси и двуокиси азота, содержащихся в пробе газа.
1.12. Окись углерода (СО) – загрязняющее вещество, образующееся в результате неполного сгорания топлива.
1.13. Двуокись серы (SO2) - загрязняющее вещество, образующееся в результате реакции окисления серы, содержащейся в топливе.
ПЕРЕЧЕНЬ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
2.1. Продукты полного сгорания топлива:
- двуокись углерода СО2
- водяные пары Н2О
- оксиды серы SOX
2.2. В перечень нормируемых ИКАО загрязняющих атмосферу веществ, характеризующих экологическое совершенство двигателя, входят:
- окись углерода СО;
- несгоревшие углеводороды СН;
- оксиды азота NОх (NO, NO2);
- дым (твердые частицы, или сажа). SN
2.3. В Приложении «А» к «Киотскому Протоколу» указана группа «парниковых» газов:
- двуокись углерода СО2;
- метан СН4;
- закись азота N2О;
- гидрофторуглероды (ГФУ);
- перфторуглероды (ПФУ);
- гексафторид серы SF6.
Такие соединения как ГФУ, ПФУ, SF6 в выхлопных газах авиационных двигателей отсутствуют. Отсутствует и закись азота N2О ввиду того, что это соединение термически не стабильно, и при рабочих температурах в камере сгорания оно полностью разлагается. Метан СН4, наряду с более сложными углеводородными соединениями, является частью несгоревших углеводородов СН. Таким образом, из всего списка «парниковых» газов остаются только метан СН4 и двуокись углерода СО2, которые содержатся в выхлопных газах авиационных двигателей и масса выбросов которых подлежит определению.
|
|
|
ХАРАКТЕРИСТИКА ВРЕДНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ЗВ
К токсичным продуктам горения керосина относятся, в основном, вещества, образующиеся при неполном окислении углеводородного топлива. Это - оксид углерода, алифатические и ароматические углеводороды (метан, этан, этилен, бензол и др.), альдегиды (формальдегид, акролеин, ацетальдегид), сажа, исходное топливо. Большое значение имеют также неуглеродные ингредиенты: окислы азота и серы (NO, NO2, SO2), образующиеся при окислении молекулярного азота и серы, присутствующей в топливе.
Характер вредного воздействия токсичных выбросов авиационных двигателей.
Оксид углерода, СО, угарный газ.
Газ без цвета и запаха. Сильно токсичен: кровяной яд, блокирует гемоглобин, препятствует переносу кислорода в организме (головокружение, одышка, судороги).
ПДК м.р.* = 5 мг/м3, ПЛКс.с.** = 3 мг/м3, класс опасности IV.
Оксид азота, NO.
Бесцветный газ. Токсичен, оказывает общетоксическое действие (слабость, головокружение, онемение конечностей).
ПДК м.р. = 0,4 мг/м3, ПДКс.с. = 0,06 мг/м3. Класс опасности III.
Диоксид азота NO2
Бурый газ с характерным резким запахом. Сильно токсичен: оказывает общетоксическое, раздражающее и аллергенное действие (головокружение, бронхопневмония, судороги, раздражение слизистых оболочек, астма).
ПДКм.р. = 0,2 мг/м3, ПДКс.с. = 0,04 мг/м3. Класс опасности II.
Диоксид серы, SO2 (сернистый ангидрид, сернистый газ).
Бесцветный газ с резким запахом. Токсичен: общетоксическое, раздражающее, эмбриотоксическое. Раздражает глаза, дыхательные пути, вызывает слезотечение, головную боль, подавляет функцию кроветворных органов; вредно действует на растения, металлы, краску и др.
|
|
|
ПДКм.р. = 0,5 мг/м3, ПДКс.с. = 0,05 мг/м3. Класс опасности III.
Углеводороды, СnHm.
Вступают в фотохимические реакции с окислами азота, образуя широкий спектр токсичных, коррозионно-активных, “смогообразующих” соединений.
В атмосферном воздухе нормируются углеводороды алифатические С12 - С19. ПДКм.р. = 1,0 мг/м3, ПДКс.с. не регламентирована. Класс опасности IV.
Керосин, пары, аэрозоль. Раздражающее действие на слизистые оболочки и кожу. ПДКм.р. = 1,2 мг/м3.
Дым (сажа). Высокодисперсные частицы, 30 - 40 мкм. Воздействие на слизистые оболочки глаз, верхних дыхательных путей (конъюктивиты, бронхиты).
ПДКм.р. = 0,15 мг/м3, ПДКс.с. = 0,05 мг/м3. Класс опасности III.
Примечание: * - допустимая максимальная разовая концентрация;
** - допустимая среднесуточная концентрация.
|
|
|
