Экологические проблемы двигателей внутреннего сгорания и пути их решения. Экологические проблемы использования теплоты

21.09.2019Рубрика: Тесты на беременность

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Саратовский государственный технический университет им.Ю.А.Гагарина»

Профессионально-педагогический колледж.

Реферат на тему: «Проблемы экологии, связанные с использованием тепловых машин»

Работу выполнила

студентка группы ЗЧС-912

Петрова Олеся

Введение

5. Охрана окружающей среды от тепловых выбросов

Заключение

выброс тепловой атмосфера топливо

Введение

Существует неразрывная взаимосвязь и взаимозависимость условий обеспечения теплоэнергопотребления и загрязнения окружающей среды. Взаимодействие этих двух факторов жизнедеятельности человека и развитие производственных сил привлекает постепенное внимание к проблеме взаимодействия теплоэнергетики и окружающей среды.

На ранней стадии развития теплоэнергетики основным проявлением этого внимания был поиск в окружающей среде ресурсов, необходимых для обеспечения теплоэнергопотребления и стабильного теплоэнергоснабжения предприятий и жилых зданий. В дальнейшем границы проблемы охватили возможности более полного использования природных ресурсов путём изыскания и рационализации процессов и технологии, добычи и обогащения, переработки и сжигания топлива, а также совершенствования теплоэнергетических установок.

С ростом единичных мощностей блоков, теплоэнергетических станций и теплоэнергетических систем, удельных и суммарных уровней теплоэнергопотребления, возникла задача ограничения загрязняющих выбросов в воздушный бассейн, а также более полного использования их естественной рассеивающей способности.

На современном этапе проблема взаимодействия теплоэнергетики и окружающей среды приобрела новые черты, распространяя своё влияние на громадные объемы атмосферы Земли.

Ещё более значительные масштабы развития теплоэнергопотребления в обозримом будущем предопределяют дальнейший интенсивный рост разнообразных воздействий на атмосферу.

Принципиально новые стороны проблемы взаимодействия теплоэнергетики и окружающей среды возникли в связи с развитием ядерной теплоэнергетики.

Важнейшей стороной проблемы взаимодействия теплоэнергетики и окружающей среды в новых условиях является всё более возрастающее обратное влияниеопределяющая роль условий окружающей среды в решении практических задач теплоэнергетики (выбор типа теплоэнергетических установок, дислокация предприятий, выбор единичных мощностей энергетического оборудования и многое другое).

1. Общая характеристика теплоэнергетики и её выбросов

Теплоэнергетика является одной из основных составляющих энергетики и включает в себя процесс производства тепловой энергии, транспортировки, рассматривает основные условия производства энергии и побочные влияния отрасли на окружающую среду, организм человека и животных.

Как отмечает Ю.В. Новиков, по суммарным выбросам вредных веществ в атмосферу теплоэнергетика занимает первое место среди отраслей промышленности.

Если паровой котёл - «сердце» электростанции, то вода и водяной пар - её «кровь». Они циркулируют внутри установок, крутят лопатки турбин. Так вот эту «кровь» удалось сделать суперкритической, в несколько раз увеличив её температуру и давление. Благодаря этому КПД электростанций существенно вырос. В таких экстремальных условиях обычные металлы выжить не могли. Потребовалось создать принципиально новые, так называемые конструкционные материалы для сверхкритических температур.

Львиная доля электроэнергии вырабатывается в мире на тепловых и атомных станциях, где рабочим телом служит водяной пар. Переход на его сверхкритические параметры (температуру и давление) позволил повысить КПД с 25 до 40%, что дало огромную экономию первичных энергоресурсов - нефти, угля, газа - и в короткий срок многократно повысило энерговооружённость нашей страны. Это стало реальным во многом благодаря основополагающим исследованиям А.Е. Шейндлина теплофизических свойств водяного пара в сверхкритических состояниях. Параллельно с ним многие учёные мира вели разработки в этом направлении, но решение удалось найти отечественному энергетику. Им разработаны не имевшие аналогов в мире методики и экспериментальные установки. Результаты расчётов А.Е. Шейндлина стали основой для строительства электростанций во многих странах. В 1961 г. Шейндлин создал Институт высоких температур, который стал одним из ведущих научных центров РАН.

Международный комитет по присуждению премии «Глобальная энергия» определил трёх лауреатов. Премиальный фонд 2004 г. в размере 900 тыс. долларов был поделен между ними. Премия «За разработку физико-технических основ и создание энергетических реакторов на быстрых нейтронах» присуждена академику РАН Федору Нитенкову и профессору Леонарду Дж. Коху (США). Премии «За фундаментальные исследования теплофизических свойств веществ при предельно высоких температур для энергетики» удостоен академик РАН Александр Шейндлин.

2. Воздействие на атмосферу при использовании твердого топлива

Предприятия угольной промышленности оказывают существенное отрицательное влияние на водные и земельные ресурсы. Основные источники выброса вредных веществ в атмосферу - промышленные, вентиляционные и аспирационные системы шахт и обогатительных фабрик и др.

Загрязнение воздушного бассейна в процессе открытой и подземной добычи угля, транспортировки и обогащения каменного угля вызвано буровзрывными работами, работой двигателей внутреннего сгорания и котельных, пылением угольных складов и породных отвалов и другими источниками.

В 2002 году объём выбросов вредных веществ в атмосферу от предприятий отрасли возрос относительно 1995 года на 30 процентов, главным образом, из-за вновь учитываемых выбросов метана от вентиляционных и дегазационных установок на шахтах.

По объёму выбросов вредных веществ угольная отрасль занимает шестое место в промышленности Российской Федерации (вклад на уровне 5%). Степень улавливания и обезвреживания загрязняющих веществ крайне низка (9,1%), при этом не улавливаются углеводороды и ЛОС.

В 2002 году выросли выбросы углеводородов (на 45,5 тыс. т), метана (на 40,6 тыс. т.), сажи (на 1,7 тыс. т), ряда других веществ; отмечено снижение выбросов ЛОС (на 5,2 тыс. т), диоксида серы (на 2,8 тыс. т), твёрдых веществ (на 2,2 тыс. т).

Зональность угля, поступающего от отдельных поставщиков на ТЭС, превышает 79% (в Великобритании она в соответствии с законодательством - 22%, в США - 9%). И увеличение выброса летучей золы в атмосферу продолжается. Между тем электрофильтры для золоулавливания производит лишь один Семибратовский завод, удовлетворяя ежегодные потребности в них не более чем на 5%.

ТЭС, работающие на твёрдом топливе, интенсивно выбрасывают в атмосферу продукты угля и сланцев, содержащих до 50% негорючей массы и вредных примесей. Удельный вес ТЭС в электробалансе страны составляет 79%. Они потребляют до 25% добываемого твёрдого топлива и сбрасывают в среду обитания человека более 15 млн. т золы, шлаков и газообразных веществ.

В США каменный уголь продолжает оставаться основным видом топлива для электростанций. К концу столетия все электростанции там должны стать экологически чистыми, предстоит повысить КПД до 50% и более (сейчас 35%). Чтобы ускорить внедрение технологий очистки угля, ряд угольных, энергетических и машиностроительных компаний при поддержке федерального правительства разработал программу, на реализацию которой потребуется 3,2 млрд. долларов. В течение 20 лет только в США новые технологии будут внедрены на существующих электростанциях общей мощностью 140 тыс. МВт и на новых переоборудуемых электростанциях общей мощностью 170 тыс. кВт.

Экологические технологии сжигания топлива . Традиционный диффузионный способ сжигания даже высококачественных углеводородных топлив приводит к загрязнению окружающей атмосферы главным образом оксидами азота и канцерогенными веществами. В связи с этим необходимы экологически чистые технологии сжигания этих видов топлива: с высоким качеством распыления и смешения с воздухом до зоны горения и интенсивным сжиганием обедненной, предварительно перемешанной, топливно-воздушной смеси, оптимальная с термохимической точки зрения камера сжигания (КС) должна обеспечивать предварительное испарение топлива, полное и равномерное перемешивание его паров с воздухом и устойчивое сжигание обедненной горючей смеси при минимальном времени её пребывания в зоне горения.

В этом плане гораздо эффективнее традиционного диффузного гибридный способ сжигания, представляющий комбинацию диффузной зоны с каналом для предварительного испарения и перемешивания топлива с воздухом.

Разработаны технологии сжигания угля в котлах с циркулирующим кипящим слоем, где достигается эффект связывания экологически опасных примесей серы. Эта технология внедрена при реконструкции Шатурской, Черепетской и Интинской ГРЭС. В Улан-Удэ строится ТЭЦ с современными котлами. Институтом «Теплоэлектропроект» разработана технология газификации угля: сжигается не сам уголь, а выделенный из него газ. Это экологически чистый процесс, но пока он, как и любая новая технология, дорог. В будущем будут внедрены технологии газификации даже нефтяного кокса.

При сжигании угля в псевдосжиженном слое выброс в атмосферу соединений серы уменьшается на 95%, а окислов азота - на 70%.

Очистка дымовых газов. Для очистки дымовых газов применяется известково-каталитический двухступенчатый метод с получением гипса, основанный на поглощении диоксида серы известняковой суспензией в две ступени контакта. Подобная технология, как свидетельствует мировой опыт, наиболее распространена на тепловых электростанциях, сжигающих жидкое и твёрдое топливо с различным содержанием серы в нём, и обеспечивает степень очистки газов от окислов серы не ниже 90-95%. Большое количество отечественных электростанций работают на топливе со средним и высоким содержанием серы в нем, поэтому этот метод должен получить широкое распространение в отечественной энергетике. У нас в стране практически отсутствовал опыт очистки дымовых газов от сернистого ангидрида мокрым известняковым способом.

На долю ТЭС приходится около 70% выбросов оксидов азота в атмосферу. В США и Японии методы очистки дымовых газов от оксидов азота нашли широкое применение, в этих странах работает более 100 установок, в которых используется метод селективного каталитического восстановления оксидов азота аммиаком на платино-ванадиевом катализаторе, правда, стоимость этих установок очень высока, а срок службы катализатора - незначителен.

В последние годы в США фирмой «Genesis Research of Arizona» разработана технология получения так называемого самоочищающегося угля. Такой уголь лучше горит, и при его использовании в дымовых газах оказывается на 80% меньше диоксида серы, дополнительны же расходы составляют лишь часть затрат на установку скрубберов. Технология получения самоочищающегося угля включает две стадии. Первоначально от угля посредством флотации отделяются примеси, затем уголь размалывается в порошок и добавляется в шлам, при этом уголь всплывает и примеси тонут. На первой стадии удаляется почти вся неорганическая сера, а органическая остается. На второй стадии порошкообразный уголь соединяется с химическими веществами, название которых является коммерческой тайной, а затем уплотняется в комки величиной с виноградину. При сгорании эти химические вещества вступают в реакцию с органической серой, причем сера надежно изолирована, что исключает ее попадание в атмосферу. Комки такого модифицированного угля можно транспортировать, хранить и применять как обычный уголь.

Парогазовые системы. Эффективная комплексная система, обеспечивающая не только улавливание вредных примесей из дымовых газов ТЭС, но и одновременно снижающих примерно на 20% удельный расход топлива на производство электроэнергии, разработана в Энергетическом институте Г.Н. Кржижановского. Суть ее в том, что перед сжиганием в топке паровых котлов ТЭС уголь газифицируют, очищают от твердых (содержащих вредные вещества) примесей и направляют в газовые турбины, где продукты сгорания с температурой 400-500 градусов Цельсия сбрасываются в обычные паровые котлы. Подобные парогазовые системы широко используют энергетики ряда стран для уменьшения выброса в атмосферу.

Глубокая комплексная переработка угля. За рубежом интенсивно ведутся работы по отработке технологий и оборудования газификации угля для полного обеспечения промышленности в горючих газах, синтез-газе и водороде. В Нидерландах введена в действие демонстрационная установка кислородной газификации угля для энергоблока мощностью 250 МВт. Намечен ввод четырех подобных установок от 175 до 330 МВт в Европе, десяти установок от 100 до 500 МВт в США и одной установки мощностью 400 МВт в Японии. Процессы газификации при высоких температурах и давлениях дают возможность перерабатывать угли широкого ассортимента. Известны исследования по высокоскоростному пиролизу и каталитической газификации, реализация которых сулит огромные выгоды.

Необходимость углубления переработки угля продиктована предшествующим ходом развития тепло- и электроэнергетики: наилучшие результаты достигаются при комбинированной переработке угля в электричество и тепло. Качественный скачок в использовании угля связан с его комплексной переработкой в рамках гибких технологий. Решение этой сложной проблемы потребует новых технологических установок для энергохимических комплексов, которые обеспечат повышение экономичности ТЭС, снижение капитальных удельных затрат и кардинальное решение вопросов экологии.

3. Влияние на атмосферу при использовании жидкого топлива

В своё время нефть потеснила уголь и вышла на первое место в мировом энергетическом балансе. Однако это чревато определёнными экологическими проблемами.

Так, в 2002 году российские предприятия отрасли выбросили в атмосферу 621 тыс. т загрязняющих веществ (твёрдые вещества, диоксид серы, оксид углерода, оксиды азота и др.). Сточные воды в объёме до 1302.6 млн мі сбрасываются в поверхностные водные объекты и на рельеф.

При сжигании жидких топлив (мазута) с дымовыми газами в атмосферный воздух поступают сернистый и серный ангидриды, оксиды азота, газообразные и твёрдые продукты неполного сгорания топлива, соединения ванадия, солей натрия, а также вещества, удаляемые с поверхности котлов при чистке. С экологических позиций жидкое топливо обладает более «гигиеническими» свойствами: отпадает проблема золоотвалов, которые занимает значительные территории, исключают их полезное использование и являются источником постоянных загрязнений атмосферы и районе станции из-за уноса золы с ветрами. В продуктах сгорания жидких видов топлива отсутствует летучая зола. Применение двухтопливных гибридных камер сгорания вместо традиционных однозонных диффузионных КС с использованием частичного замещения части углеводородного топлива водородом (6% от массы углеводородного топлива) снижает расход нефтяного топлива на 17-20%, уровни выброса частиц сажи - на порядок, бензопирена - в 10-15 раз, оксидов азота - в 5 раз).

В большинстве стран запрещено сжигание нефтяного топлива с сернистостью выше 0,5%, в России же половина солярки не укладывается в этот норматив, а сернистость котельного топлива достигает 3%.

Сжигать нефть, говоря словами Д.И. Менделеева, все равно, что топить печь ассигнациями. Поэтому доля использования жидкого топлива в энергетике за последние годы существенно снижается. Зарождающаяся тенденция будет в дальнейшем усиливаться в связи с существенным расширением использования жидкого топлива в других областях народного хозяйства: на транспорте, в химической промышленности, в том числе в производстве пластмасс, смазочных материалов, предметов бытовой химии и т.д. К сожалению, используется нефть не лучшим образом. В 1984 году при мировом производстве нефтепродуктов 2750 млн. т бензина получено 600 млн. т керосина и реактивного топлива - 210, дизельного топлива - 600, мазута - 600 млн. т. Хороший пример ресурсосбережения показала Япония, которая стремится максимально снизить зависимость страны от импорта нефти. Для решения этой важной экономической задачи на протяжении последних 20 лет прилагались просто гигантские усилия. Приоритетное внимание получила энергосберегающая технология. И как итог проделанной работы - для производства того же объёма валового национального продукта Японии сегодня требуется в два раза меньше нефти, чем в 1974 году. Несомненно, нововведения благоприятно сказались на улучшении экологической обстановки.

4. Влияние на атмосферу при использовании природного газа

По экологическим критериям природный газ - наиболее оптимальное топливо. В продуктах сгорания отсутствуют зола, копоть и такие канцерогены, как бензопирен.

При сжигании газа единственным существенным загрязнителем атмосферы остаются окислы азота. Однако выброс окислов азота при сжигании на ТЭС природного газа в среднем на 20 процентов ниже, чем при сжигании угля. Это объясняется не свойствам самого топлива, а особенностями процессов их сжигания. Коэффициент избытка воздуха при сжигании угля ниже, чем при сжигании природного газа. Таким образом, природный газ - наиболее экологически чистый вид энергетического топлива и по выделению оксидов азота в процессе горения.

Изменения в окружающей среде при транспортировке газа. Современный магистральный трубопровод представляет собой сложное инженерное оборудование, которое помимо линейной части (собственно трубопровода) включает в себя установки для подготовки нефти или газа к перекачке, насосные и компрессорные станции, резервуарные парки, линии связи, систему электрохимической защиты, дороги, идущие вдоль трассы, и подъезды к ним, а также временные жилые посёлки эксплуатационников.

Например, общая протяженность газопроводов в России составляет примерно 140 тыс. км. Например, на территории Удмуртской Республики проходят 13 магистральных трубопроводов, доля выбросов которых составляет более 30% от соответствующего объёма по республике. Выбросы, главным образом метана, распределены по длине газопроводов, в основном вне пределов населённых пунктов.

Существенному загрязнению подвергается атмосферный воздух вследствие потерь от больших и малых «дыханий» резервуаров, утечек газа и т.д.

Загрязнение атмосферы в результате аварийного выброса газа или сжигания нефти и нефтепродуктов, различных на поверхности при аварии, характеризуется значительно меньшим периодом воздействия, и его можно отнести к кратковременному.

Атмосферный воздух загрязняется также в результате утечки газа через негерметичные соединения трубопровода, утечки и испарения в процессе хранения и выполнения сливно-наливных операций, потерь на газонефте- и нефтепродуктопроводах и т.д. В результате может подавляться рост растительности и повышаться предельно допустимые концентрации в воздухе.

5. Охрана атмосферы от тепловых выбросов

Решение проблемы охраны окружающей среды от вредного воздействия предприятий тепловой энергетики требует комплексного подхода.

Размещение ТЭС. Ряд ограничений и технических требований при выборе площадке под строительство диктуется экологическими соображениями.

Во-первых, так называемый фон загрязнений, который возникает в связи с работой в этой зоне ряда промышленных предприятий, а иногда и уже существующих электростанций. Если величина загрязнений в месте предполагаемого строительства уже достигла предельных значений или близка к ним, размещение, например, тепловой станции не должно разрешаться.

Во-вторых, при наличии определённого, но недостаточно высокого фона загрязнений должны быть проведены подробные оценки, позволяющие сопоставить значения возможных выбросов от проектируемой тепловой станции с уже существующими в данном районе. При этом нужно учитывать различные по характеру и содержанию факторы: направленность, силу и периодичность ветров в этой местности, вероятность осадков, абсолютные выбросы станции при работе на предполагаемом виде топлива, инструкции топочных устройство, показатели систем очистки и улавливания выбросов и т.д. После сопоставления полученной суммарной (с учётом воздействия от проектируемой тепловой станции) величины выбросов с предельно допустимой и должен быть сделан окончательный вывод о целесообразности строительства ТЭС.

При сооружении электростанций, прежде всего ТЭЦ, в городах или пригородах предусматривается создание лесных полос между станцией и жилыми массивами. Они уменьшают воздействие шума на близлежащие районы, способствуют задержанию пыли при ветрах в направлении жилых массивов.

При проектировании и строительстве ТЭС необходимо планировать их оснащение высокоэффективными средствами очистки и утилизации отходов, сбросов и выбросов загрязняющих веществ, использование экологически безопасных видов топлива.

Защита воздушного бассейна. Защита атмосферы от основного источника загрязнений ТЭС - диоксида серы - происходит прежде всего путём его рассеивания в более высоких слоях воздушного бассейна. Для этого сооружаются дымовые трубы высотой 180, 250 и даже 420 м. Более радикальное средство сокращения выбросов диоксида серы - выделение серы из топлива до его сжигания на ТЭС.

Наиболее эффективный способ снижения выбросов сернистого газа - сооружение на ТЭС известняковых сероулавливающих установок и внедрение на обогатительных фабриках установок по извлечению из угля пиритной серы.

Одним из важных документом в охране атмосферы от тепловых выбросов на территории Республики Беларусь является Закон Республики Беларусь «Об охране атмосферного воздуха». В Законе подчёркивается, что атмосферный воздух является одним из основных жизненно важных элементов окружающей среды, благоприятное состояние которого составляет естественную основу устойчивого социально-экономического развития республики. Закон направлен на сохранение и улучшение качества атмосферного воздуха, его восстановление для обеспечения экологической безопасности жизнедеятельности человека, а также предотвращение вредного воздействия на окружающую среду. Закон устанавливает правовые и организационные основы норм хозяйственной и иной деятельности в области использования и охраны атмосферного воздуха.

Заключение

Главная опасность теплоэнергетики для атмосферы заключается в том, что сжигание углеродсодержащих топлив приводит к появлению двуокиси углерода CO2, которая выбрасывается в атмосферу и способствует созданию парникового эффекта.

Наличие в сжигаемом угле добавок серы приводит к появлению окислов серы, они поступают в атмосферу и после реакции с парами воды в облаках создают серную кислоту, которая с осадками падает на землю. Так возникают кислотные осадки с серной кислотой.

Другим источником кислотных осадков являются окислы азота, которые возникают в топках ТЭС при высоких температурах (при обычных температурах азот не взаимодействует с кислородом атмосферы). Далее эти окислы поступают в атмосферу, вступают в реакцию с парами воды в облаках и создают азотную кислоту, которая вместе с осадками попадает на землю. Так возникают кислотные осадки с азотной кислотой.

ТЭС на угле, вырабатывающая электроэнергию мощностью 1 ГВт = 10" Вт, ежегодно потребляет 3 млн. угля, выбрасывая в окружающую среду 7 млн. т СО2, 120 тыс. т двуокиси серы, 20 тыс. т оксидов азота NО2, и 750 тыс. т золы.

В каменном угле и летучей золе содержатся значительные количества радиоактивных примесей. Годовой выброс в атмосферу в районе расположения ТЭС мощностью 1 ГВт приводит к накоплению на почве радиоактивности, в 10-20 раз превышающей радиоактивность годовых выбросов АЭС такой же мощности.

Таким образом, защита атмосферы от тепловых выбросов должна быть направлена на снижение объёмов газовых выбросов и их очистку и включать следующие мероприятия:

Контроль за состоянием окружающей среды;

Применение методов, способов и средств, ограничивающих объёмы выбросов газа и подачи его в промысловую газосборочную сеть;

Использование в аварийных случаях факельных устройств, обеспечивающих полное сгорание сбрасываемого газа;

Обеспечение соблюдения экологических нормативов проектируемыми объектами и сооружениями;

Применение системы автоматических блокировок технологических потоков в нефтепереработке, позволяющей герметизировать опасные участки в аварийных ситуациях и осуществить разрядку этого звена в факельную систему;

Максимально возможное изменение топливных режимов тепловых энергетических установок в пользу экологически чистых видов топлива и режимов его снижения;

Достижение основного объёма снижения газовых выбросов в нефтепереработке путём строительства установок по подготовке попутного и нефтяного газа и систем газопроводов, обеспечивающих утилизацию.

Снижение объёмов вредных выбросов и нефтепереработке достигается в процессе реконструкции и модернизации нефтеперерабатывающего производства, сопровождаемых строительством природоохранных объектов.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Общая характеристика теплоэнергетики и её выбросов. Воздействие предприятий на атмосферу при использовании твердого, жидкого топлива. Экологические технологии сжигания топлива. Влияние на атмосферу использования природного газа. Охрана окружающей среды.

контрольная работа , добавлен 06.11.2008

Общая характеристика внешней среды промышленного предприятия. Статистика расходов на охрану окружающей среды. Проблемы воздействия теплоэнергетики на атмосферу. Загрязнители атмосферы, образующиеся при сжигании топлива. Инвентаризация источников выбросов.

курсовая работа , добавлен 19.07.2013

Актуальность очистки выбросов тепловых электростанций в атмосферу. Токсичные вещества в топливе и дымовых газах. Преобразование вредных выбросов ТЭС в атмосферном воздухе. Типы и характеристики золоуловителей. Переработка сернистых топлив перед сжиганием.

курсовая работа , добавлен 05.01.2014

Расчет выбросов твердых частиц летучей золы и несгоревшего топлива, выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами котлоагрегатов при сжигании твердого топлива и мазута. Принцип расчёта величины предельно допустимого выброса. Расчет опасной скорости ветра.

контрольная работа , добавлен 07.02.2013

Отрицательное влияние тепловых двигателей, выбросы вредных веществ в атмосферу, производство автомобилей. Авиация и ракетоносители, применение газотурбинных двигательных установок. Загрязнение окружающей среды судами. Способы очистки газовых выбросов.

реферат , добавлен 30.11.2010

Расчет выбросов загрязняющих веществ в атмосферу по результатам измерений на технологических участках и складе топлива. Определение категории опасности предприятия. Разработка плана-графика контроля за выбросами предприятием вредных веществ в атмосферу.

реферат , добавлен 24.12.2014

Вещества, загрязняющие атмосферу, их состав. Платежи за загрязнение окружающей среды. Методы расчетов выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Характеристика предприятия как источника загрязнения атмосферы, расчет выбросов на примере ЛОК "Радуга".

курсовая работа , добавлен 19.10.2009

Основные компоненты, выбрасываемые в атмосферу при сжигании различных видов топлива в энергоустановках. Расчет суммарного расхода топлива и высоты дымовой трубы. Анализ зависимости концентрации вредных примесей от расстояния до источника выбросов.

контрольная работа , добавлен 10.04.2011

Загрязнение атмосферы при испытании и эксплуатации энергетических установок. Влияние на характер вредных выбросов в атмосферу вида топлива. Атомные электростанции и экологические проблемы при их эксплуатации. Мероприятия по защите окружающей среды.

реферат , добавлен 04.03.2010

Перспективные воздухоохранные технологии в энергетике. Сокращение выбросов твёрдых частиц в атмосферу. Эффектные методы снижения выбросов оксидов азота в атмосферу газомазутными котлами ТЭС. Рассеивание и трансформация некоторых веществ в атмосфере.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

СЕРОВСКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ

Реферат

по Экологическим основам природопользования

на тему: Экологические проблемы, связанные с развитием энергетики

Выполнил а : студентка

заочного отделения

IV курса группа ТиТО

Сочнева Наталья

Проверила: преподаватель

Чернышева Н.Г.

Введение

1. Экологические проблемы теплоэнергетики

2. Экологические проблемы гидроэнергетики

3. Проблемы ядерной энергетики

4. Некоторые пути решения проблем современной энергетики

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Существует образное выражение, что мы живем в эпоху трех «Э»: экономика, энергетика, экология. При этом экология как наука и образ мышления привлекает все более и более пристальное внимание человечества.

Экологию рассматривают как науку и учебную дисциплину, которая призвана изучать взаимоотношения организмов и среды во всем их разнообразии. При этом под средой понимается не только мир неживой природы, а и воздействие одних организмов или их сообществ на другие организмы и сообщества. Экологию иногда связывают только с учением о среде обитания или окружающей среде. Последнее в основе правильно с той, однако, существенной поправкой, что среду нельзя рассматривать в отрыве от организмов, как и организмы вне их среды обитания. Это составные части единого функционального целого, что и подчеркивается приведенным выше определением экологии как науки о взаимоотношениях организмов и среды.

Экология энергетики - это та отрасль производства, которая развивается невиданно быстрыми темпами. Если численность населения в условиях современного демографического взрыва удваивается за 40-50 лет, то в производстве и потреблении энергии это происходит через каждые 12 -15 лет. При таком соотношении темпов роста населения и энергетики, энерговооруженность лавинообразно увеличивается не только в суммарном выражении, но и в расчете на душу населения.

В настоящее время энергетические потребности обеспечиваются в основном за счет трех видов энергоресурсов: органического топлива, воды и атомного ядра. Энергия воды и атомная энергия используются человеком после превращения ее в электрическую энергию. В то же время значительное количество энергии, заключенной в органическом топливе, используется в виде тепловой энергии, и только часть ее превращается в электрическую. Однако и в том и в другом случае высвобождение энергии из органического топлива связано с его сжиганием, следовательно, и с поступлением продуктов горения в окружающую среду.

Целью данной работы является изучение влияния на окружающую среду разных видов энергетики (теплоэнергетика, гидроэнергетика, ядерная энергетика) и рассмотрение способов снижения выбросов и загрязнений от энергетических объектов. При написании данного реферата, я ставлю перед собой задачу выявления путей решения проблем каждого из рассмотренного вида энергетики.

1. Экологи ческие проблемы теплоэнергетики

Воздействие тепловых электростанций на окружающую среду во многом зависит от вида сжигаемого топлива (твердое и жидкое).

При сжигании твердого топлива в атмосферу поступают летучая зола с частицами недогоревшего топлива, сернистый и серный ангидриды, оксиды азота, некоторое количество фтористых соединений, а также газообразные продукты неполного сгорания топлива. Летучая зола в некоторых случаях содержит помимо нетоксичных составляющих и более вредные примеси. Так, в золе донецких антрацитов в незначительных количествах содержится мышьяк, а в золе Экибастузского и некоторых других месторождений - свободный диоксид кремния, в золе сланцев и углей Канско-Ачинского бассейна - свободный оксид кальция.

Уголь - самое распространенное ископаемое топливо на нашей планете. Специалисты считают, что его запасов хватит на 500 лет. Кроме того, уголь распространен по всему миру более равномерно и он более экономичен, чем нефть. Из угля можно получить синтетическое жидкое топливо. Метод получения горючего путем переработки угля известен давно. Однако слишком высокой была себестоимость такой продукции. Процесс происходит при высоком давлении. У этого топлива есть одно неоспоримое преимущество - у него выше октановое число. Это означает, что экологически оно будет более чистым.

Торф. При энергетическом использовании торфа имеет место ряд отрицательных последствий для окружающей среды, возникающих в результате добычи торфа в широких масштабах. К ним, в частности, относятся нарушение режима водных систем, изменение ландшафта и почвенного покрова в местах торфодобычи, ухудшение качества местных источников пресной воды и загрязнение воздушного бассейна, резкое ухудшение условий существования животных. Значительные экологические трудности возникают и в связи с необходимостью перевозки и хранения торфа.

При сжигании жидкого топлива (мазутов) с дымовыми газами в атмосферный воздух поступают: сернистый и серный ангидриды, оксиды азота, соединения ванадия, солей натрия, а также вещества, удаляемые с поверхности котлов при чистке. С экологических позиций жидкое топливо более «гигиеничное». При этом полностью отпадает проблема золоотвалов, которые занимают значительные территории, исключают их полезное использование и являются источником постоянных загрязнений атмосферы в районе станции из-за уноса части золы с ветрами. В продуктах сгорания жидких видов топлива отсутствует летучая зола.

Природный газ. При сжигании природного газа существенным загрязнителем атмосферы являются оксиды азота. Однако выброс оксидов азота при сжигании на ТЭС природного газа в среднем на 20% ниже, чем при сжигании угля. Это объясняется не свойствами самого топлива, а особенностями процессов сжигания. Коэффициент избытка воздуха при сжигании угля ниже, чем при сжигании природного газа. Таким образом, природный газ является наиболее экологически чистым видом энергетического топлива и по выделению оксидов азота в процессе горения.

Комплексное влияние предприятий теплоэнергетики на биосферу в целом проиллюстрировано в табл. 1.

Таким образом, в качестве топлива на тепловых электростанциях используют уголь, нефть и нефтепродукты, природный газ и, реже, древесину и торф. Основными компонентами горючих материалов являются углерод, водород и кислород, в меньших количествах содержится сера и азот, присутствуют также следы металлов и их соединений (чаще всего оксиды и сульфиды).

В теплоэнергетике источником массированных атмосферных выбросов и крупнотоннажных твердых отходов являются теплоэлектростанции, предприятия и установки паросилового хозяйства, т. е. любые предприятия, работа которых связана со сжиганием топлива.

Наряду с газообразными выбросами теплоэнергетика производит огромные массы твердых отходов. К ним относятся зола и шлаки.

Отходы углеобогатительных фабрик содержат 55-60% SiO 2 , 22-26% Аl 2 О 3 , 5-12% Fe 2 O 3 , 0,5-1% CaO, 4-4,5% К 2 О и Nа 2 О и до 5% С. Они поступают в отвалы, которые пылят, дымят и резко ухудшают состояние атмосферы и прилегающих территорий.

Жизнь на Земле возникла в условиях восстановительной атмосферы и только значительно позже, спустя примерно 2 млрд. лет, биосфера постепенно преобразовала восстановительную атмосферу в окислительную. При этом живое вещество предварительно вывело из атмосферы различные вещества, в частности, углекислый газ, образовав огромные залежи известняков и других углеродосодержащих соединений. Сейчас наша техногенная цивилизация сформировала мощный поток восстановительных газов, в первую очередь вследствие сжигания ископаемого топлива в целях получения энергии. За 30 лет, с 1970 по 2000 год, в мире было сожжено около 450 млрд. баррелей нефти, 90 млрд. т угля, 11 трлн. м 3 газа (табл. 2).

Выбросы в атмосферу электростанцией мощностью 1000 МВт в год (в тоннах)

Основную часть выброса занимает углекислый газ - порядка 1 млн. т в пересчете на углерод 1 Мт. Со сточными водами тепловой электростанции ежегодно удаляется 66 т органики, 82 т серной кислоты, 26 т хлоридов, 41 т фосфатов и почти 500 т взвешенных частиц. Зола электростанций часто содержит повышенные концентрации тяжелых, редко земельных и радиоактивных веществ.

Для электростанции, работающей на угле, требуется 3,6 млн. т угля, 150 м 3 воды и около 30 млрд. м 3 воздуха ежегодно. В приведенных цифрах не учтены нарушения окружающей среды, связанные с добычей и транспортировкой угля.

Если учесть, что подобная электростанция активно работает несколько десятилетий, то ее воздействие вполне можно сравнить с действием вулкана. Но если последний обычно выбрасывает продукты вулканизма в больших количества разово, то электростанция делает это постоянно. За десятки тысячелетий вулканическая деятельность не смогла сколько-нибудь заметно повлиять на состав атмосферы, а хозяйственная деятельность человека за какие-то 100-200 лет обусловила такие изменения, причем в основном за счет сжигания ископаемого топлива и выбросов парниковых газов разрушенными и деформированными экосистемами.

Коэффициент полезного действия энергетических установок пока невелик и составляет 30-40%, большая часть топлива сжигается впустую. Полученная энергия тем или иным способом используется и превращается, в конечном счете, в тепловую, т. е. помимо химического в биосферу поступает тепловое загрязнение.

Загрязнение и отходы энергетических объектов в виде газовой, жидкой и твердой фазы распределяются на два потока: один вызывает глобальные изменения, а другой -- региональные и локальные. Так же обстоит дело и в других отраслях хозяйства, но все же энергетика и сжигание ископаемого топлива остаются источником основных глобальных загрязнителей. Они поступают в атмосферу, и за счет их накопления изменяется концентрация малых газовых составляющих атмосферы, в том числе парниковых газов. В атмосфере появились газы, которые ранее в ней практически отсутствовали - хлорфторуглероды. Это глобальные загрязнители, имеющие высокий парниковый эффект и в то же время участвующие в разрушении озонового экрана стратосферы.

Таким образом, следует отметить, что на современном этапе тепловые электростанции выбрасывают в атмосферу около 20% от общего количества всех вредных отходов промышленности. Они существенно влияют на окружающую среду района их расположения и на состояние биосферы в целом. Наиболее вредны конденсационные электрические станции, работающие на низкосортных видах топлива. Так, при сжигании на станции за 1 час 1060 т донецкого угля из топок котлов удаляется 34,5 т шлака, из бункеров электрофильтров, очищающих газы на 99% - 193,5 т золы, а через трубы в атмосферу выбрасывается 10 млн. м 3 дымовых газов. Эти газы, помимо азота и остатков кислорода, содержат 2350 т диоксида углерода, 251 т паров воды, 34 т диоксида серы, 9,34 т оксидов азота (в пересчете на диоксид) и 2 т летучей золы, не «пойманной» электрофильтрами.

Сточные воды ТЭС и ливневые стоки с их территорий, загрязненные отходами технологических циклов энергоустановок и содержащие ванадий, никель, фтор, фенолы и нефтепродукты, при сбросе в водоемы могут оказать влияние на качество воды, водные организмы. Изменение химического состава тех или иных веществ приводит к нарушению установившихся в водоеме условий обитания и сказывается на видовом составе и численности водных организмов и бактерий и в конечном счете может привести к нарушениям процессов самоочищения водоемов от загрязнений и к ухудшению их санитарного состояния.

Представляет опасность и так называемое тепловое загрязнение водоемов с многообразными нарушениями их состояния. ТЭС производят энергию при помощи турбин, приводимых в движение нагретым паром. При работе турбин необходимо охлаждать водой отработанный пар, поэтому от энергетической станции непрерывно отходит поток воды, подогретой обычно на 8-12 °С и сбрасываемой в водоем. Крупные ТЭС нуждаются в больших объемах воды. Они сбрасывают в подогретом состоянии 80-90 м 3 /с воды. Это означает, что в водоем непрерывно поступает мощный поток теплой воды примерно такого масштаба, как река Москва.

Зона подогрева, образующаяся в месте впадения теплой «реки», представляет собой своеобразный участок водоема, в котором температура максимальна в точке водосброса и уменьшается по мере удаления от нее. Зоны подогрева крупных ТЭС занимают площадь в несколько десятков квадратных километров. Зимой в зоне подогрева образуются полыньи (в северных и средних широтах). В летние месяцы температуры в зонах подогрева зависят от естественной температуры забираемой воды. Если в водоеме температура воды 20 °С, то в зоне подогрева она может достигнуть 28-32°С.

В результате повышения температур в водоеме и нарушения их естественного гидротермического режима интенсифицируются процессы «цветения» воды, уменьшается способность газов растворяться в воде, меняются физические свойства воды, ускоряются все химические и биологические процессы, протекающие в ней, и т. д. В зоне подогрева снижается прозрачность воды, увеличивается рН, увеличивается скорость разложения легко окисляющихся веществ. Скорость фотосинтеза в такой воде заметно понижается.

2. Экологические проблемы гидроэнергетики

Важнейшая особенность гидроэнергетических ресурсов по сравнению с топливно-энергетическими ресурсами - их непрерывная возобновляемость. Отсутствие потребности в топливе для ГЭС определяет низкую себестоимость вырабатываемой на ГЭС электроэнергии. Поэтому сооружению ГЭС, несмотря на значительные удельные капиталовложения на 1 кВт установленной мощности и продолжительные сроки строительства, придавалось и придаётся большое значение, особенно когда это связано с размещением электроёмких производств.

Гидроэлектростанция - это комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию. ГЭС состоит из последовательной цепи гидротехнических сооружений, обеспечивающих необходимую концентрацию потока воды и создание напора, и энергетического оборудования, преобразующего энергию движущейся под напором воды в механическую энергию вращения, которая, в свою очередь, преобразуется в электрическую энергию.

Несмотря на относительную дешевизну энергии, получаемой за счет гидроресурсов, доля их в энергетическом балансе постепенно уменьшается. Это связано как с исчерпанием наиболее дешевых ресурсов, так и с большой территориальной емкостью равнинных водохранилищ. Считается, что в перспективе мировое производство энергии ГЭС не будет превышать 5% от общей.

Одной из важнейших причин уменьшения доли энергии, получаемой на ГЭС, является мощное воздействие всех этапов строительства и эксплуатации гидросооружений на окружающую среду (табл. 3).

По данным разных исследований, одним из важнейших воздействий гидроэнергетики на окружающую среду является отчуждение значительных площадей плодородных (пойменных) земель под водохранилища. В России, где за счет использования гидроресурсов производится не более 20% электрической энергии, при строительстве ГЭС затоплено не менее 6 млн. га земель. На их месте уничтожены естественные экосистемы.

Значительные площади земель вблизи водохранилищ испытывают подтопление в результате повышения уровня грунтовых вод. Эти земли, как правило, переходят в категорию заболоченных. В равнинных условиях подтопленные земли могут составлять 10% и более от затопленных. Уничтожение земель и свойственных им экосистем происходит также в результате их разрушения водой (абразии) при формировании береговой линии. Абразионные процессы обычно продолжаются десятилетиями, имеют следствием переработку больших масс почвогрунтов, загрязнение вод, заиление водохранилищ. Таким образом, со строительством водохранилищ связано резкое нарушение гидрологического режима рек, свойственных им экосистем и видового состава гидробионтов.

В водохранилищах резко усиливается прогревание вод, что интенсифицирует потерю ими кислорода и другие процессы, обусловливаемые тепловым загрязнением. Последнее, совместно с накоплением биогенных веществ, создает условия для зарастания водоемов и интенсивного развития водорослей, в том числе и ядовитых сине-зеленых. По этим причинам, а также вследствие медленной обновляемости вод резко снижается их способность к самоочищению.

Ухудшение качества воды ведет к гибели многих ее обитателей. Возрастает заболеваемость рыбного стада, особенно поражаемость гельминтами. Снижаются вкусовые качества обитателей водной среды.

Нарушаются пути миграции рыб, идет разрушение кормовых угодий, нерестилищ и т. п. Волга во многом потеряла свое значение как нерестилище для осетровых Каспия после строительства на ней каскада ГЭС.

В конечном счете, перекрытые водохранилищами речные системы из транзитных превращаются в транзитно-аккумулятивные. Кроме биогенных веществ здесь аккумулируются тяжелые металлы, радиоактивные элементы и многие ядохимикаты с длительным периодом жизни. Продукты аккумуляции делают проблематичной возможность использования территорий, занимаемых водохранилищами, после их ликвидации.

Водохранилища оказывают заметное влияние на атмосферные процессы. Например, в засушливых (аридных) районах испарение с поверхности водохранилищ превышает испарение с равновеликой поверхности суши в десятки раз.

С повышенным испарением связано понижение температуры воздуха, увеличение туманных явлений. Различие тепловых балансов водохранилищ и прилегающей суши обусловливает формирование местных ветров типа бризов. Эти, а также другие явления имеют следствием смену экосистем (не всегда положительную), изменение погоды. В ряде случаев в зоне водохранилищ приходится менять направление сельского хозяйства. Например, в южных районах нашей страны некоторые теплолюбивые культуры (бахчевые) не успевают вызревать, повышается заболеваемость растений, ухудшается качество продукции.

Издержки гидростроительства для среды заметно меньше в горных районах, где водохранилища обычно невелики по площади. Однако в сейсмоопасных горных районах водохранилища могут провоцировать землетрясения. Увеличивается вероятность оползневых явлений и вероятность катастроф в результате возможного разрушения плотин. Так, в 1960 г. в Индии (штат Гунжарат) в результате прорыва плотины вода унесла 15 тысяч жизней людей.

В силу специфики технологии использования водной энергии гидроэнергетические объекты преобразуют природные процессы на весьма длительные сроки. Например водохранилище ГЭС (или система водохранилищ в случае каскада ГЭС) может существовать десятки и сотни лет, при этом на месте естественного водотока возникает техногенный объект с искусственным регулированием природных процессов - природно-техническая система (ПТС). В данном случае задача сводится к формированию такой ПТС, которая обеспечивала бы надежное и экологически безопасное формирование комплекса. При этом соотношение между основными подсистемами ПТС (техногенным объектом и природной средой) может быть существенно различным в зависимости от выбранных приоритетов - технических, экологических, социально-экономических и др., а принцип экологической безопасности может формулироваться, например, как поддержание некоторого устойчивого состояния создаваемой ПТС.

Эффективным способом уменьшения затопления территорий является увеличение количества ГЭС в каскаде с уменьшением на каждой ступени напора и, следовательно, зеркала водохранилищ.

Еще одна экологическая проблема гидроэнергетики связана с оценкой качества водной среды. Имеющее место загрязнение воды вызвано не технологическими процессами производства электроэнергии на ГЭС (объемы загрязнений, поступающие со сточными водами ГЭС, составляют ничтожно малую долю в общей массе загрязнений хозяйственного комплекса), а низкое качество санитарно-технических работ при создании водохранилищ и сброс неочищенных стоков в водные объекты.

В водохранилищах задерживается большая часть питательных веществ, приносимых реками. В теплую погоду водоросли способны массами размножаться в поверхностных слоях обогащенного питательными веществами, или эвтрофного, водохранилища. В ходе фотосинтеза водоросли потребляют питательные вещества из водохранилища и производят большое количество кислорода. Отмершие водоросли придают воде неприятный запах и вкус, покрывают толстым слоем дно и препятствуют отдыху людей на берегах водохранилищ.

В первые годы после заполнения водохранилища в нем появляется много разложившейся растительности, а «новый» грунт может резко снизить уровень кислорода в воде. Гниение органических веществ может привести к выделению огромного количества парниковых газов -- метана и двуокиси углерода.

Рассматривая воздействие ГЭС на окружающую среду, следует все же отметить жизнесберегающую функцию ГЭС. Так, выработка каждого млрд. кВтч электроэнергии на ГЭС вместо ТЭС приводит к уменьшению смертности населения на 100-226 чел./год.

3. Проблемы ядерной энергетики

Ядерная энергетика в настоящее время может рассматриваться как наиболее перспективная. Это связано как с относительно большими запасами ядерного топлива, так и со щадящим воздействием на среду. К преимуществам относится также возможность строительства АЭС, не привязываясь к месторождениям ресурсов, поскольку их транспортировка не требует существенных затрат в связи с малыми объемами. Достаточно отметить, что 0,5 кг ядерного топлива позволяет получать столько же энергии, сколько сжигание 1000 т каменного угля.

Известно, что процессы, лежащие в основе получения энергии на АЭС - реакции деления атомных ядер - гораздо более опасны, чем, например, процессы горения. Именно поэтому ядерная энергетика впервые в истории развития промышленности при получении энергии реализует принцип максимальной безопасности при наибольшей возможной производительности.

Многолетний опыт эксплуатации АЭС во всех странах показывает, что они не оказывают заметного влияния на окружающую среду. К 2000 г. среднее время эксплуатации АЭС составило 20 лет. Надежность, безопасность и экономическая эффективность атомных электростанций опирается не только на жесткую регламентацию процесса функционирования АЭС, но и на сведение до абсолютного минимума влияния АЭС на окружающую среду.

В табл. 4 представлены сравнительные данные АЭС и ТЭС по расходу топлива и загрязнению окружающей среды за год при мощности по 1000 МВт.

Расход топлива и загрязнение окружающей среды

При нормальной работе АЭС выбросы радиоактивных элементов в окружающую среду крайне незначительны. В среднем, они в 2-4 раза меньше, чем от ТЭС одинаковой мощности.

К маю 1986 г. 400 энергоблоков, работавших в мире и дававших более 17% электроэнергии, увеличили природный фон радиоактивности не более чем на 0,02%. До Чернобыльской катастрофы в нашей стране никакая отрасль производства не имела меньшего уровня производственного травматизма, чем АЭС. За 30 лет до трагедии при авариях, и то не по радиационным причинам, погибло 17 человек. После 1986 г. главную экологическую опасность АЭС стали связывать с возможностью аварии. Хотя вероятность их на современных АЭС и невелика, но она не исключается. К наиболее крупным авариям такого плана относится авария, случившаяся на четвертом блоке Чернобыльской АЭС.

По различным данным, суммарный выброс продуктов деления от содержащихся в реакторе составил от 3,5% (63 кг) до 28% (50 т). Для сравнения необходимо отметить, что бомба, сброшенная на Хиросиму, дала только 740 г радиоактивного вещества.

В результате аварии на Чернобыльской АЭС радиоактивному загрязнению подверглась территория в радиусе более 2 тыс. км, охватившая более 20 государств. В пределах бывшего СССР пострадало 11 областей, где проживает 17 млн. человек. Общая площадь загрязненных территорий превышает 8 млн. га, или 80 0000 км 2 . В России наиболее значительно пострадали Брянская, Калужская, Тульская и Орловская области. Пятна загрязнений имеются в Белгородской, Рязанской, Смоленской, Ленинградской и других областях. В результате аварии погиб 31 человек и более 200 человек получили дозу радиации, приведшую к лучевой болезни. 115 тыс. человек было эвакуировано из наиболее опасной (30-километровой) зоны сразу после аварии. Число жертв и количество эвакуированных жителей увеличивается, расширяется зона загрязнения в результате перемещения радиоактивных веществ ветром, при пожарах, с транспортом и т. п. Последствия аварии будут сказываться на жизни нескольких поколений.

После Чернобыльской аварии во многих государствах по требованию общественности были временно прекращены или свернуты программы строительства АЭС, однако атомная энергетика продолжала развиваться в 32 странах.

Сейчас дискуссии по вопросам приемлемости или неприемлемости ядерной энергетики пошли на спад, стало понятно, что мир не может вновь погрузиться во тьму или смириться с крайне опасным воздействием на атмосферу двуокиси углерода и прочих вредных для человека продуктов горения органического топлива. Уже в течение 1990 года 10 новых АЭС были подключены к электрическим сетям. Строительство АЭС не останавливается: по состоянию на конец 1999 г. в мире в эксплуатации находилось 436 энергоблоков АЭС по сравнению с 434, зарегистрированными в 1998 г. Общая электрическая мощность работающих в мире энергоблоков около 335 ГВт (1 ГВт = 1000 МВт = 10 9 Вт). Действующие атомные электростанции обеспечивают покрытие 7% мировых потребностей в энергии, а их доля в мировом производстве электрической энергии составляет 17%. Только в Западной Европе атомные электростанции вырабатывают в среднем около 50% всей электроэнергии.

Если сейчас заменить все действующие в мире атомные электростанции на тепловые, мировой экономике, всей нашей планете и каждому человеку в отдельности был бы нанесен непоправимый ущерб. Этот вывод основан на том факте, что получение энергии на АЭС одновременно предотвращает ежегодный выброс в атмосферу Земли до 2300 млн т двуокиси углерода, 80 млн т диоксида серы и 35 млн т оксидов азота за счет уменьшения количества сжигаемого органического топлива на тепловых электростанциях. Кроме того, сгорая, органическое топливо (уголь, нефть) выбрасывает в атмосферу огромное количество радиоактивных веществ, содержащих, в основном, изотопы радия с периодом полураспада около 1600 лет! Извлечь все эти опасные вещества из атмосферы и обезопасить от их воздействия население Земли в этом случае не представлялось бы возможным. Вот лишь один конкретный пример. Закрытие в Швеции атомной станции Барсебек-1 привело к тому, что Швеция впервые за последние 30 лет стала импортировать электроэнергию из Дании. Экологические последствия этого таковы: на угольных электростанциях Дании было сожжено дополнительно почти 350 тыс. т угля из России и Польши, что привело к росту выбросов двуокиси углерода на 4 млн т (!) в год и значительному увеличению количества выпадающих кислотных дождей во всей южной части Швеции.

Строительство АЭС осуществляют на расстоянии 30-35 км от крупных городов. Участок должен хорошо проветриваться, во время паводка не затопляться. Вокруг АЭС предусматривают место для санитарно-защитной зоны, в которой запрещается проживание населения.

В РФ в настоящее время эксплуатируется 29 энергоблоков на девяти АЭС общей установленной электрической мощностью 21,24 ГВт. В 1995-2000 гг. на АЭС в России вырабатывалось более 13% всего производства электроэнергии в стране, сейчас - 14,4%. По суммарной установленной мощности АЭС Россия занимает пятое место после США, Франции, Японии и Германии. В настоящее время более 100 млрд кВт*ч, вырабатываемые ядерными энергоблоками страны, вносят значительный и необходимый вклад в энергообеспечение ее европейской части -- 22% всей производимой электроэнергии. Производимая на АЭС электроэнергия более чем на 30% дешевле, чем на тепловых электростанциях, использующих органическое топливо.

Безопасность действующих АЭС является одной из главнейших задач российской атомной энергетики. Все планы строительства, реконструкции и модернизации атомных электростанций России реализуются только с учетом современных требований и нормативов. Исследование состояния основного оборудования действующих российских АЭС показало, что продление сроков его службы, по крайней мере, еще на 5-10 лет вполне возможно. Причем, благодаря проведению соответствующего комплекса работ по каждому энергоблоку, с сохранением высокого уровня безопасности.

Для обеспечения дальнейшего развития атомной энергетики в России в 1998 г. принята «Программа развития атомной энергетики Российской Федерации на 1998-2000 гг. и на период до 2010 г.». В ней отмечено, что в 1999 г. АЭС России выработали на 16% больше энергии, чем в 1998 г. Для производства этого количества энергии на ТЭС потребовалось бы 36 млрд м 3 газа стоимостью 2,5 млрд долл в экспортных ценах. На 90% рост потребления энергии в стране был обеспечен за счет ее выработки на атомных электростанциях.

Оценивая перспективы развития мировой атомной энергетики, большинство авторитетных международных организаций, связанных с исследованием глобальных топливно-энергетических проблем, предполагает, что после 2010-2020 гг. в мире вновь возрастет потребность в широком строительстве АЭС. По реалистическому варианту, прогнозируется, что в середине XXI в. около 50 стран будут располагать атомной энергетикой. При этом общая установленная электрическая мощность АЭС в мире к 2020 г. возрастет почти вдвое -- достигнет 570 ГВт, а к 2050 -- 1100 ГВт.

4. Некоторые пути решения проблем современной энергетики

Несомненно, что в ближайшей перспективе тепловая энергетика будет оставаться преобладающей в энергетическом балансе мира и отдельных стран. Велика вероятность увеличения доли углей и других видов менее чистого топлива в получении энергии. В этой связи рассмотрим некоторые пути и способы их использования, позволяющие существенно уменьшать отрицательное воздействие на среду. Эти способы базируются в основном на совершенствовании технологий подготовки топлива и улавливания вредных отходов. В их числе можно назвать следующие:

1. Использование и совершенствование очистных устройств. В настоящее время на многих ТЭС улавливаются в основном твердые выбросы с помощью различного вида фильтров. Наиболее агрессивный загрязнитель - сернистый ангидрид на многих ТЭС не улавливается или улавливается в ограниченном количестве. В то же время имеются ТЭС (США, Япония), на которых производится практически полная очистка от данного загрязнителя, а также от окислов азота и других вредных полютантов. Для этого используются специальные десульфурационные (для улавливания диоксида и триоксида серы) и денитрификационные (для улавливания окислов азота) установки. Наиболее широко улавливание окислов серы и азота осуществляется посредством пропускания дымовых газов через раствор аммиака. Конечными продуктами такого процесса являются аммиачная селитра, используемая как минеральное удобрение, или раствор сульфита натрия (сырье для химической промышленности). Такими установками улавливается до 96% окислов серы и более 80% оксидов азота. Существуют и другие методы очистки от названных газов.

2. Уменьшение поступления соединений серы в атмосферу посредством предварительного обессеривания (десульфурации) углей и других видов топлива (нефть, газ, горючие сланцы) химическими или физическими методами. Этими методами удается извлечь из топлива от 50 до 70% серы до момента его сжигания.

3. Большие и реальные возможности уменьшения или стабилизации поступления загрязнений в среду связаны с экономией электроэнергии. Особенно велики такие возможности за счет снижения энергоемкости получаемых изделий. Например, в США на единицу получаемой продукции расходовалось в среднем в 2 раза меньше энергии, чем в бывшем СССР. В Японии такой расход был меньшим в три раза. Не менее реальна экономия энергии за счет уменьшения металлоемкости продукции, повышения ее качества и увеличения продолжительности жизни изделий. Перспективно энергосбережение за счет перехода на наукоемкие технологии, связанные с использованием компьютерных и других слаботочных устройств.

4. Не менее значимы возможности экономии энергии в быту и на производстве за счет совершенствования изоляционных свойств зданий. Реальную экономию энергии дает замена ламп накаливания с КПД около 5% флуоресцентными, КПД которых в несколько раз выше. Крайне расточительно использование электрической энергии для получения тепла. Важно иметь в виду, что получение электрической энергии на ТЭС связано с потерей примерно 60-65% тепловой энергии, а на АЭС - не менее 70% энергии. Энергия теряется также при передаче ее по проводам на расстояние. Поэтому прямое сжигание топлива для получения тепла, особенно газа, намного рациональнее, чем через превращение его в электричество, а затем вновь в тепло.

5. Заметно повышается также КПД топлива при его использовании вместо ТЭС на ТЭЦ. В последнем случае объекты получения энергии приближаются к местам ее потребления и тем самым уменьшаются потери, связанные с передачей на расстояние. Наряду с электроэнергией на ТЭЦ используется тепло, которое улавливается охлаждающими агентами. При этом заметно сокращается вероятность теплового загрязнения водной среды. Наиболее экономично получение энергии на небольших установках типа ТЭЦ (иогенирование) непосредственно в зданиях. В этом случае потери тепловой и электрической энергии снижаются до минимума. Такие способы в отдельных странах находят все большее применение.

Заключение

Итак, я попыталась осветить все аспекты такого актуального на сегодняшний день вопроса, как «Экологические проблемы, связанные с развитием энергетики». Что-то я уже знала из представленного материала, а с чем-то я столкнулась впервые.

В заключение хочется добавить, что экологические проблемы относятся к глобальным мировым проблемам. На смену политическим, экономическим, идеологическим, военным диктатурам пришла диктатура более жестокая и беспощадная - диктатура ограниченности ресурсов биосферы. Границы в изменившемся мире определяют сегодня не политики, не пограничные патрули и не таможенная служба, а региональные экологические закономерности.

С писок использованной литературы

1. Акимова Т.А. Экология. - М.: «ЮНИТИ», 2000

2. Дьяков А.Ф. Основные направления развития энергетики России. - М.: «Феникс», 2001

3. Киселев Г.В. Проблема развития ядерной энергетики. - М.: «Знание», 1999.

4. Хван Т.А. Промышленная экология. - М.: «Феникс», 2003

Подобные документы

Структура топливно-энергетического комплекса: нефтяная, угольная, газовая промышленность, электроэнергетика. Влияние энергетики на окружающую среду. Основные факторы загрязнения. Источники природного топлива. Использование альтернативной энергетики.

презентация , добавлен 26.10.2013

Способы получения электроэнергии и связанные с ними экологические проблемы. Решение экологических проблем для тепловых и атомных электростанций. Альтернативные источники энергии: солнца, ветра, припливов и отливов, геотермальная и энергия биомассы.

презентация , добавлен 31.03.2015

Воздействие объектов атомной энергетики на окружающую среду. Проблема теплового загрязнения водоемов. Ежегодные экологические модуляции зоопланктоценозов в водоеме-охладителе Ново-воронежской АЭС. необходимость комплексного мониторинга водных экосистем.

реферат , добавлен 28.05.2015

Нефть и газ – осадочные полезные ископаемые. Нефтеперерабатывающая и газоперерабатывающая промышленность Ханты-Мансийского Автономного Округа. Экологические проблемы, связанные с добычей нефти и газа в округе. Пути решения экологических проблем в ХМАО.

реферат , добавлен 17.10.2007

Сущность локальных, региональных и глобальных экологических проблемы современности. Промышленность как фактор воздействия на окружающую среду, ее влияние на различные экологические составляющие. Пути решения проблем и улучшения природопользования.

реферат , добавлен 17.12.2009

Анализ экологических проблем, связанных с действием топливно-энергетического комплекса и тепловых электрических станций на окружающую среду. Характер техногенного воздействия. Уровни распространения вредных выбросов. Требования к экологически чистым ТЭС.

реферат , добавлен 20.11.2010

Воздействие человека на окружающую среду. Основы экологических проблем. Парниковый эффект (глобальное потепление климата): история, признаки, возможные экологические последствия и пути решения проблемы. Кислотные осадки. Разрушение озонового слоя.

курсовая работа , добавлен 15.02.2009

Основные экологические проблемы современности. Влияние хозяйственной деятельности людей на природную среду. Пути решения экологических проблем в рамках регионов государств. Pазрушение озонового слоя, парниковый эффект, загрязнение окружающей среды.

реферат , добавлен 26.08.2014

Пути решения экологических проблем города: экологические проблемы и загрязнения воздушной среды, почвы, радиации, воды территории. Решение экологических проблем: приведение к санитарным нормам, уменьшение выбросов, переработка отходов.

реферат , добавлен 30.10.2012

Увеличение региональных экологических кризисов с развитие человеческого общества. Характерные особенности нашего времени - интенсификация и глобализация воздействия человека на окружающую его природную среду. Загрязнение литосферы, гидросферы и атмосферы.

Комплексное влияние предприятий теплоэнергетики на биосферу в целом проиллюстрировано в табл. 1.

Выбросы в атмосферу электростанцией мощностью 1000 МВт в год (в тоннах)

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И ЭКОЛОГИЯ.

1.3. Альтернативные топлива

1.5. Нейтрализация

Список литературы

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И ЭКОЛОГИЯ

1.1. Вредные выбросы в составе отработавших газов и их воздействие на живую природу

При полном сгорании углеводородов конечными продуктами являются углекислый газ и вода. Однако полного сгорания в поршневых ДВС достичь технически невозможно. Сегодня порядка 60% из общего количества вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу крупных городов, приходится на автомобильный транспорт.

В состав отработавших газов ДВС входит более 200 различных химических веществ. Среди них:

продукты неполного сгорания в виде оксида углерода, альдегидов, кетонов, углеводородов, водорода, перекисных соединений, сажи;
продукты термических реакций азота с кислородом – оксиды азота;
соединения неорганических веществ, которые входят в состав топлива, – свинца и других тяжелых металлов, диоксид серы и др.;
избыточный кислород.

Количество и состав отработавших газов определяются конструктивными особенностями двигателей, их режимом работы, техническим состоянием, качеством дорожных покрытий, метеоусловиями. На рис. 1.1 показаны зависимости содержания основных веществ в составе отработавших газов.

В табл. 1.1 приведена характеристика городского ритма движения автомобиля и усредненные значения выбросов в процентах к их суммарному значению за полный цикл условного городского движения.

Оксид углерода (СО) образуется в двигателях при сгорании обогащенных топливовоздушных смесей, а также вследствие диссоциации диоксида углерода, при высоких температурах. В обычных условиях СО – бесцветный газ без запаха. Токсическое действие СО заключается в его способности превращать часть гемоглобина крови в карбо-ксигемоглобин, вызывающий нарушение тканевого дыхания. Наряду с этим СО оказывает прямое влияние на тканевые биохимические процессы, влекущие за собой нарушение жирового и углеводного обмена, витаминного баланса и т. д. Токсический эффект СО связан также с его непосредственным влиянием на клетки центральной нервной системы. При действии на человека СО вызывает головную боль, головокружение, быструю утомляемость, раздражительность, сонливость, бо-ли в области сердца. Острые отравления наблюдаются при вдыхании воздуха с концентрацией СО более 2.5 мг/л в течение 1 часа.

Таблица 1.1

Характеристика городского ритма движения автомобиля

Оксиды азота в отработавших газах образуются в результате обратимой реакции окисления азота кислородом воздуха под воздействием высоких температур и давления. По мере охлаждения отработавших газов и разбавления их кислородом воздуха оксид азота превращается в диоксид. Оксид азота (NO) – бесцветный газ, диоксид азота (NO 2) – 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 кислоты. Оксиды азота раздражающе действуют на слизистые оболочки глаз, носа, рта. Воздействие NO 2 способствует развитию заболеваний легких. Симптомы отравления проявляются только через 6 часов в виде кашля, удушья, возможен нарастающий отек легких. Также NО Х участвуют в формировании кислотных дождей.

Оксиды азота и углеводороды тяжелее воздуха и могут накапливаться вблизи дорог и улиц. В них под воздействием солнечного света проходят различные химические реакции. Разложение оксидов азота приводит к образованию озона (О 3). В нормальных условиях озон не стоек и быстро распадается, но в присутствии углеводородов процесс его распада замедляется. Он активно вступает в реакции с частичками влаги и другими соединениями, образуя смог. Кроме того, озон разъедает глаза и легкие.

Отдельные углеводороды СН (бензапирен) являются сильнейшими канцерогенными веществами, переносчиками которых могут быть частички сажи.

При работе двигателя на этилированных бензинах образуются частицы твердого оксида свинца вследствие распада тетраэтилсвинца. В отработавших газах они содержатся в виде мельчайших частиц размером 1–5 мкм, которые долго сохраняются в атмосфере. Присутствие свинца в воздухе вызывает серьезные поражения органов пищеварения, центральной и периферической нервной системы. Воздействие свинца на кровь проявляется в снижении количества гемоглобина и разрушении эритроцитов.

Состав отработавших газов дизельных двигателей отличается от бензиновых (табл. 10.2). В дизельном двигателе происходит более полное сгорание топлива. При этом образуется меньше окиси углерода и несгоревших углеводородов. Но, вместе с этим, за счет избытка воздуха в дизеле образуется большее количество оксидов азота.

Кроме того, работа дизельных двигателей на определенных режимах характеризуется дымностью. Черный дым представляет собой продукт неполного сгорания и состоит из частиц углерода (сажи) размером 0.1–0.3 мкм. Белый дым, образующийся в основном при работе двигателя на холостом ходу, состоит, главным образом, из альдегидов, обладающих раздражающим действием, частичек испарившегося топлива и капелек воды. Голубой дым образуется при охлаждении на воздухе отработавших газов. Он состоит из капелек жидких углеводородов.

Особенностью отработавших газов дизельных двигателей является содержание канцерогенных полициклических ароматических углеводородов, среди которых наиболее вреден диоксин (циклический эфир) и бензапирен. Последний, так же как и свинец, относится к первому классу опасности загрязняющих веществ. Диоксины и близкие им соединения во много раз токсичнее таких ядов, как кураре и цианистый калий.

Таблица 1.2

Количество токсичных компонентов (в г),

образующееся при сгорании 1 кг топлива

В отработавших газах обнаружен также акреолин (особенно при работе дизельных двигателей). Он имеет запах пригорелых жиров и при содержании более 0.004 мг/л вызывает раздражение верхних дыхательных путей, а также воспаление слизистой оболочки глаз.

Вещества, содержащиеся в выхлопных газах автомобилей, могут вызвать прогрессирующие поражения центральной нервной системы, печени, почек, мозга, половых органов, летаргию, синдром Паркинсона, пневмонию, эндемическую атаксию, подагру, бронхиальный рак, дерматиты, интоксикацию, аллергию, респираторные и другие заболевания. Вероятность возникновения заболеваний возрастает по мере увеличения времени воздействия вредных веществ и их концентрации.

1.2. Законодательные ограничения выбросов вредных веществ

Первые шаги по ограничению количества вредных веществ в отработавших газах были сделаны в Соединенных Штатах, где проблема загазованности в крупных городах стала наиболее актуальной после Второй мировой войны. В конце 60-х годов, когда мегаполисы Америки и Японии стали задыхаться от смога, инициативу взяли на себя правительственные комиссии этих стран. Законодательные акты об обязательном снижении уровня токсичных выхлопов новых автомобилей заставили производителей заняться усовершенствованием двигателей и разработкой систем нейтрализации.

В 1970 году в Соединенных Штатах был принят закон, в соответствие с которым уровень токсичных компонентов в отработавших газах автомобилей 1975 модельного года должен был быть меньше, чем у машин 1960 года выпуска: СН – на 87%, СО – на 82% и NОх – на 24%. Аналогичные требования были узаконены в Японии и в Европе.

Разработкой общеевропейских правил, предписаний и стандартов в области экологии автомобильной техники занимается действующий в рамках Европейской экономической комиссии ООН (EЭK ООН) Комитет по внутреннему транспорту. Выпускаемыеим документы получили название Правил ЕЭК ООН и обязательны для стран-участников Женевского соглашения 1958 года, к которому присоединилась и Россия.

Согласно этим правилам допустимые выбросы вредных веществ с 1993 году были ограничены: по оксиду углерода с 15 г/км в 1991 году до 2.2 г/км в 1996 году, а по сумме углеводородов и оксидов азота с 5.1 г/км в 1991 году до 0.5 г/км в 1996 году. В 2000 году введены еще более строгие нормы (рис. 1.2). Резкое ужесточение норм предусмотрено также и для дизелей грузовых автомобилей (рис. 1.3).

Рис. 1.2. Динамика ограничений вредных выбросов

для автомобилей массой до 3.5 тонн (бензин)

Нормы, введенные для автомобилей в 1993 году, получили название EBPO-I, в 1996 – ЕВРО-II, в 2000 – ЕВРО-III. Введение таких норм вывело европейские правила на уровень стандартов США.

Одновременно с количественным ужесточением норм происходит и их качественное изменение. Вместо ограничений по дымности введено нормирование твердых частиц, на поверхности которых адсорбируются опасные для здоровья человека ароматические углеводороды, в частности бензапирен.

Нормирование выброса твердых частиц ограничивает их количество в значительно больших пределах, чем при ограничении дымности, которая позволяет оценивать только такое количество твердых частиц, которое делает отработавшие газы видимыми.

Рис. 1.3. Динамика ограничений вредных выбросов для дизельных грузовых автомобилей с полной массой более 3.5 т, установленных ЕЭК

Для того чтобы ограничить выброс токсичных углеводородов, вводятся нормы на содержание в отработавших газах безметановой группы углеводородов. Намечается введение ограничений на выброс формальдегида. Предусмотрено ограничение испарений топлива из системы питания автомобилей с бензиновыми двигателями.

Как в США, так и в Правилах ЕЭК ООН регламентируются пробеги автомобилей (80 тыс. и 160 тыс. км), на протяжении которых они должны соответствовать установленным нормам по токсичности.

В России стандарты, ограничивающие выброс вредных веществ автотранспортными средствами, начали вводиться в 70-е годы: ГОСТ 21393-75 “Автомобили с дизелями. Дымность отработавших газов. Нормы и методы измерений. Требования безопасности” и ГОСТ 17.2.1.02-76 “Охрана природы. Атмосфера. Выбросы двигателей автомобилей, тракторов, самоходных сельскохозяйственных и строительно-дорожных машин. Термины и определения”.

В восьмидесятых годах был принят ГОСТ 17.2.2.03-87 “Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы измерений содержания окиси углерода и углеводородов в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями. Требования безопасности” и ГОСТ 17.2.2.01-84 “Охрана природы. Атмосфера. Дизели автомобильные. Дымность отработавших газов. Нормы и методы измерений”.

Нормы, в соответствии с ростом парка и ориентацией на аналогичные Правила ЕЭК ООН, постепенно ужесточались. Однако уже с начала 90-х годов российские стандарты по жесткости начали существенно уступать нормам, введенным ЕЭК ООН.

Причины отставания – неподготовленность инфраструктуры эксплуатации автотракторной техники. Для профилактики, ремонта и технического обслуживания автомобилей, оснащенных электроникой и системами нейтрализации, требуется развитая сеть станций технического обслуживания с квалифицированным персоналом, современным ремонтным оборудованием и измерительной аппаратурой, в том числе и на местах.

Действует ГОСТ 2084-77, предусматривающий выпуск в России бензинов, содержащих тетраэтилэтилен свинца. Транспортировка и хранение топлива не гарантируют от попадания в неэтилированный бензин остатков этилированного. Нет условий, при которых владельцы автомобилей с системами нейтрализации были бы гарантированы от заправки бензином с присадками свинца.

Тем не менее работа по ужесточению экологических требований ведется. Постановлением Госстандарта РФ от 1 апреля 1998 года № 19 утверждены “Правила по проведению работ в системе сертификации механических транспортных средств и прицепов”, которые определяют временный порядок применения в России Правил ЕЭК ООН № 834 и № 495.

С 1 января 1999 года введен ГОСТ Р 51105.97 “Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин. Технические условия”. В мае 1999 года Госстандарт принял постановление о введении в действие государственных стандартов, ограничивающих выделение загрязняющих веществ автомобилями. Стандарты содержат аутентичный текст с Правилами № 49 и № 83 ЕЭК ООН и вводятся в действие с 1 июля 2000 г. В том же году был принят стандарт ГОСТ Р 51832-2001 “Двигатели внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, работающие на бензине, и автотранспортные средства полной массой более 3.5 т, оснащенные этими двигателями. Выбросы вредных веществ. Технические требования и методы испытаний”. С первого января 2004 года вступил в силу ГОСТ Р 52033-2003 “Автомобили с бензиновыми двигателями. Выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами. Нормы и методы контроля при оценке технического состояния”.

Для выполнения все более ужесточающихся норм по выбросу загрязняющих веществ производители автотракторной техники проводят совершенствование систем питания и зажигания, применение альтернативных топлив, нейтрализацию отработавших газов, разработку комбинированных силовых установок.

1.3. Альтернативные топлива

Во всем мире большое внимание уделяется замене жидких нефтяных топлив сжиженным углеводородным газом (пропан-бутановая смесь) и сжатым природным газом (метаном), а также спиртосодержащими смесями. В табл. 1.3 приведены сравнительные показатели выбросов вредных веществ при работе ДВС на различных топливах.

Таблица 1.3

Преимущества газового топлива – высокое октановое число и возможность применения нейтрализаторов. Однако при их использовании уменьшается мощность двигателя, а большая масса и габариты топливной аппаратуры снижают эксплуатационные показатели автомобиля. К недостаткам газообразных топлив относится также высокая чувствительность к регулировкам топливной аппаратуры. При неудовлетворительном качестве изготовления топливной аппаратуры и при низкой культуре эксплуатации токсичность отработавших газов двигателя, работающего на газовом топливе, может превышать значения бензинового варианта.

В странах с жарким климатом распространение получили автомобили с двигателями, работающими на спиртовых топливах (метаноле и этаноле). Применение спиртов снижает выброс вредных веществ на 20–25%. К недостаткам спиртовых топлив относится существенное ухудшение пусковых качеств двигателя и высокая коррозионная агрессивность и токсичность самого метанола. В России спиртовые топлива для автомобилей в настоящее время не применяются.

Все большее внимание как у нас в стране, так и за рубежом уделяется идее применения водорода. Перспективность этого топлива определяется его экологической чистотой (у автомобилей, работающих на данном топливе, выброс оксида углерода уменьшается в 30–50 раз, оксидов азота в 3–5 раз и углеводородов в 2–2.5 раза), неограниченностью и возобновляемостью сырьевых ресурсов. Однако внедрение водородного топлива сдерживается созданием энергоемких систем хранения водорода на борту автомобиля. Применяемые в настоящее время металлогидридные аккумуляторы, реакторы разложения метанола и другие системы очень сложны и дороги. Учитывая также трудности, связанные с требованиями компактного и безопасного образования и хранения водорода на борту автомобиля, автомобили с водородным двигателем какого-либо заметного практического применения пока не имеют.

В качестве альтернативы ДВС большой интерес представляют электрические силовые установки, использующие электрохимические источники энергии, аккумуляторные батареи и электрохимические генераторы. Электромобили отличаются хорошей приспособляемостью к переменным режимам городского движения, простотой технического обслуживания и экологической чистотой. Однако их практическое применение остается пока проблематичным. Во-первых, нет надежных, легких и достаточно энергоемких электрохимических источников тока. Во-вторых, перевод автомобильного парка на питание электрохимическими аккумуляторами приведет к расходованию огромного количества энергии наих подзарядку. Эта энергия в большинстве своем вырабатывается на тепловых электростанциях. При этом за счет многократной конвертации энергии (химическая – тепловая – электрическая – химическая – электрическая – механическая) общий КПД системы очень низкий и экологическое загрязнение районов вокруг электростанций многократно превысит нынешние значения.

1.4. Совершенствование систем питания и зажигания

Одним из недостатков карбюраторных систем питания является неравномерное распределение топлива по цилиндрам двигателя. Это вызывает неравномерную работу ДВС и невозможность обеднения регулировок карбюратора из-за переобеднения смеси и прекращения горения в отдельных цилиндрах (рост СН) при обогащенной смеси в остальных (большое содержание в отработавших газах СО). Для устранения этого недостатка изменили порядок работы цилиндров с 1–2–4–3 на 1–3–4–2 и оптимизации формы впускных трубопроводов, например, применение ресиверов во впускной магистрали. Кроме этого, под карбюраторы устанавливали различные рассекатели, направляющие потока, впускной трубопровод подогревают. В СССР была разработана и внедрена в массовое производство автономная система холостого хода (ХХ). Эти мероприятия позволили уложиться в требования на режимах ХХ.

Как было сказано выше, при городском цикле до 40% времени автомобиль работает в режиме принудительно холостого хода (ПХХ) – торможения двигателем. При этом под дроссельной заслонкой разряжение много выше, чем на режиме ХХ, что вызывает переобогащение топливовоздушной смеси и прекращение ее горения в цилиндрах двигателя, растет количество вредных выбросов. Для уменьшения выбросов на режимах ПХХ были разработаны системы демпфирования дроссельной заслонки (приоткрыватели) и экономайзеры принудительного холостого хода ЭПХХ. Первые системы, приоткрывая дроссельную заслонку, уменьшают разряжения под ней, тем самым предотвращают переобогащение смеси. Вторые перекрывают поступление топлива в цилиндры двигателя на режимах ПХХ. Системы ПЭХХ позволяют до 20% снизить количество вредных выбросов и до 5% повысить топливную экономичность в условиях городской эксплуатации.

С выбросами окислов азота NОх боролись, понижая температуру сгорания горючей смеси. Для этого системы питания как бензиновых, так и дизельных двигателей оснащали устройствами рециркуляции отработавших газов. Система, на определенных режимах работы двигателя, перепускала часть отработавших газов из выпускного во впускной трубопровод.

Инерционность топливодозирующих систем не позволяет создать конструкцию карбюратора, полностью отвечающего всем требованиям точности дозирования для всех режимов работы двигателя, особенно переходных. Для преодоления недостатков карбюратора были разработаны так называемые “инжекторные” системы питания.

Вначале это были механические системы с постоянной подачей топлива в район впускных клапанов. Данные системы позволяли выполнять начальные экологические требования. В настоящее время это электронно-механические системы с фразированным впрыском и обратной связью.

В 70-е годы основным способом снижения количества вредных выбросов было применение все более бедных топливовоздушных смесей. Для их бесперебойного воспламенения потребовалось совершенствование систем зажигания с целью увеличения мощности искры. Сдерживающим факиром в этом служили механический разрыв первичной цепи и механическое распределение высоковольтной энергии. Для преодоления этого недостатка были разработаны контактно-транзисторные и бесконтактные системы.

Сегодня все большее распространение получают бесконтактные системы зажигания со статическим распределением высоковольтной энергии под управлением электронного блока, одновременно оптимизирующего топливоподачу и углы опережения зажигания.

У дизельных двигателей основным направлением совершенствования системы питания явилось повышение давления впрыска. На сегодняшний день нормой является давления впрыска порядка 120 МПа, у перспективных двигателей до 250 МПа. Это позволяет более полно сжигать топливо, снизив содержание в отработавших газах СН и твердых частиц. Так же как и для бензиновых, для дизельных систем питания разработаны электронные системы управления двигателем, которые не позволяют двигателям выходить на режимы дымления.

Разрабатываются различные системы нейтрализации отработавших газов. Так, например, разработана система с фильтром в выпускном тракте, который удерживает твердые частицы выхлопа. После определенной наработки, электронный блок отдает команду на увеличение подачи топлива. Это приводит к росту температуры отработавших газов, что, в свою очередь, приводит к выжиганию сажи и регенерации фильтра.

1.5. Нейтрализация

В тех же 70-х годах стало ясно, что добиться существенного улучшения ситуации с токсичностью без применения дополнительных устройств невозможно, поскольку уменьшение одного параметра влечет увеличение других. Поэтому активно занялись совершенствованием систем нейтрализации отработавших газов.

Системы нейтрализации применялись и ранее для автотракторной техники, работающей в особых условиях, например на прокладке туннелей и разработке шахт.

Существует два основных принципа построения нейтрализаторов – термический и каталитический.

Термический нейтрализатор представляет собой камеру сгорания, которая размещается в выпускном тракте двигателя для дожигания продуктов неполного сгорания топлива – СН и СО. Он может устанавливаться на месте выпускного трубопровода и выполнять его функции. Реакции окисления СО и СН протекают достаточно быстро при температуре свыше 830 °С и при наличии в зоне реакций несвязанного кислорода. Термические нейтрализаторы применяются на двигателях с принудительным воспламенением, в которых необходимая для эффективного протекания термических реакций окисления температура обеспечивается без подачи дополнительного топлива. И без того высокая температура выпускных газов у этих двигателей повышается в зоне реакции в результате догорания части СН и СО, концентрация которых значительно выше, чем у дизелей.

Термический нейтрализатор (рис. 1.4) состоит из корпуса с подводящими (выпускными) патрубками и одной или двух жаровых труб-вставок из жаропрочной листовой стали. Хорошее перемешивание дополнительного воздуха, необходимого для окисления СН и СО, с выпускными газами достигается интенсивным вихреобразованием и турбулизацией газов при перетекании через отверстия в трубах и в результате изменения направления их движения системой перегородок. Для эффективного догорания СО и СН требуется достаточно большое время, поэтому скорость газов в нейтрализаторе задается невысокой, вследствие чего объем его получается сравнительно большим.

Рис. 1.4. Термический нейтрализатор

Чтобы предотвратить падение температуры выпускных газов в результате теплоотдачи в стенки, выпускной трубопровод и нейтрализатор покрывают тепловой изоляцией, устанавливают тепловые экраны в выпускных каналах, размещают нейтрализатор по возможности ближе к двигателю. Несмотря на это, для прогрева термического нейтрализатора после пуска двигателя требуется значительное время. Для сокращения этого времени повышают температуру выпускных газов, что достигается обогащением горючей смеси и уменьшением угла опережения зажигания, хотя и то, и другое повышает расход топлива. К подобным мерам прибегают для поддержания стабильного пламени на переходных режимах работы двигателя. Уменьшению времени до начала эффективного окисления СН и СО способствует также жаровая вставка.

Каталитические нейтрализаторы – устройства, содержащие в себе вещества, ускоряющие реакции, – катализаторы. Каталитические нейтрализаторымогут быть “однокомпонентными” “двухкомпонентными” и “трехкомпонентными”.

Однокомпонентные и двухкомпонентные нейтрализаторы окислительного типа дожигают (доокисляют) СО (однокомпонентные) и СН (двухкомпонентные).

2СО + О 2 = 2СО 2 (при 250–300°С).

С m Н n + (m + n/4)О 2 = mСО 2 + n/2Н 2 О (свыше 400°С).

Нейтрализатор представляет собой корпус из нержавеющей стали, включенный в систему выпуска. В корпусе располагается блок носителя активного элемента. Первые нейтрализаторы заполнялись металлическими шариками, покрытыми тонким слоем катализатора (см. рис. 1.5).

Рис. 1.5. Устройство каталитического нейтрализатора

В качестве активного вещества использовались: алюминий, медь, хром, никель. Основными недостатками нейтрализаторов первых поколений были низкая эффективность и малый срок службы. Наиболее стойким к “отравляющему” воздействию серных, кремнийорганических и прочих соединений, образующихся вследствие сгорания содержащихся в цилиндре двигателя топлива и масла, оказались каталитические нейтрализаторы на основе благородных металлов – платины и палладия.

Носителем активного вещества в таких нейтрализаторах служит спецкерамика – монолит с множеством продольных сот-ячеек. На поверхность сот нанесена специальная шероховатая подложка. Это позволяет увеличить эффективную площадь контакта покрытия с выхлопными газами до ~20 тыс. м 2 . Количество благородных металлов, нанесенных на подложку на этой площади, составляет 2–3 грамма, что позволяет организовать массовое производство относительно недорогих изделий.

Керамика выдерживает температуру до 800–850 °С. Неисправности системы питания (затрудненный пуск) и длительная работа на переобогащенной рабочей смеси приводят к тому, что избыточное топливо будет сгорать в нейтрализаторе. Это приводит к оплавлению сот и выходу нейтрализатора из строя. Сегодня в качестве носителей каталитического слоя применяют металлические соты. Это позволяет увеличить площадь рабочей поверхности, получить меньшее противодавление, ускорить разогрев нейтрализатора до рабочей температуры и расширить температурный диапазон до 1000–1050 °С.

Каталитические нейтрализаторы с восстановительной средой, или трехкомпонентные нейтрализаторы, используются в системах выпуска отработавших газов, как для снижения выбросов СО и СН, так и для снижения выбросов окислов азота. Каталитический слой нейтрализатора содержит, кроме платины и палладия, редкоземельный элемент родий. В результате химических реакций на поверхности разогретого до 600–800 °С катализатора СО, СН, Nоx, содержащиеся в отработавших газах, превращаются в H 2 O, СО 2 , N 2:

2NO + 2СО = N 2 + 2СО 2 .

2NO + 2Н 2 = N 2 + 2Н 2 О.

Эффективность трехкомпонентного каталитического нейтрализатора достигает в реальных условиях эксплуатации 90%, но лишь при условии, что состав горючей смеси отличается от стехиометрического не более чем на 1%.

Из-за изменения параметров двигателя вследствие его износа, работы на нестационарных режимах, дрейфа настроек систем питания поддерживать стехиометрический состав горючей смеси только за счет конструкции карбюраторов или инжекторов не представляется возможным. Необходима обратная связь, которая оценивала бы состав топливовоздушной смеси, поступающей в цилиндры двигателя.

На сегодняшний день наибольшее распространение получила система обратной связи с использованием так называемого датчика кислорода (лямбда-зонда) на основе циркониевой керамики ZrO 2 (рис. 1.6).

Чувствительным элементом лямбда-зонда является циркониевый колпачок 2 . Внутренняя и внешняя поверхности колпачка покрыты тонкими слоями из платинородиевого сплава, которые выполняют роль внешнего 3 и внутреннего 4 электродов. С помощью резьбовой части 1 датчик устанавливается в выпускной тракт. При этом внешний электрод омывается обработавшими газами, а внутренний – атмосферным воздухом.

Рис. 1.6. Конструкция датчика кислорода

Двуокись циркония при температурах свыше 350°С приобретает свойство электролита, а датчик становится гальваническим элементом. Величина ЭДС на электродах датчика определяется соотношением парциальных давлений кислорода на внутренней и внешней сторонах чувствительного элемента. При наличии свободного кислорода в отработавших газах датчик вырабатывает ЭДС порядка 0.1 В. При отсутствии в отработавших газах свободного кислорода ЭДС практически скачком возрастает до 0.9 В.

Управление составом смеси происходит после прогрева датчика до рабочих температур. Состав смеси поддерживается изменением количества подаваемого в цилиндры двигателя топлива на границе перехода ЭДС зонда с низкого на высокий уровень напряжения. Для уменьшения времени выхода на рабочий режим применяют датчики с электроподогревом.

Основными недостатками систем с обратной связью и трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором являются: невозможность работы двигателя на этилированном топливе, достаточно низкий ресурс нейтрализатора и лямбда-зонда (порядка 80000 км) и увеличение сопротивления выпускной системы.

Список литературы

Вырубов Д. Н. Двигатели внутреннего сгорания: теория поршневых и комбинированных двигателей / Д. Н. Вырубов и др. М.: Машиностроение, 1983.
Автомобильные и тракторные двигатели. (Теория, системы питания, конструкции и расчет)/ Под ред. И. М. Ленина. М.: Высш. шк., 1969.
Автомобильные и тракторные двигатели: В 2 ч. Конструкция и расчет двигателей / Под ред. И. М. Ленина. 2-е изд., доп. и перераб. М.: Высш. шк., 1976.
Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей / Под ред. А. С. Орлина, М. Г. Круглова. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1980.
Архангельский В. М. Автомобильные двигатели / В. М. Архангельский. М.: Машиностроение, 1973.
Колчин А. И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей / А. И. Колчин, В. П. Демидов. М.: Высш. шк., 1971.
Двигатели внутреннего сгорания / Под ред. д-ра техн. наук проф. В. Н. Луканина. М.: Высш. школа, 1985.
Хачиян А. С. Двигатели внутреннего сгорания / А. С. Хачиян и др. М.: Высш. шк., 1985.
Росс Твег. Системы впрыска бензина. Устройство, обслуживание, ремонт: Практ. пособие / Росс Твег. М.: Издательство “За рулем", 1998.

Тепловым двигателем называется устройство, способное превращать полученное количество теплоты в механическую работу. Механическая работа в тепловых двигателях производится в процессе расширения некоторого вещества, которое называется рабочим телом. В качестве рабочего тела обычно используются газообразные вещества (пары бензина, воздух, водяной пар). Рабочее тело получает (или отдает) тепловую энергию в процессе теплообмена с телами, имеющими большой запас внутренней энергии.

ЭКОЛОГЧЕСКИЙ КРИЗИС, нарушение взаимосвязей внутри экосистемы или необратимые явления в биосфере, вызванные антропогенной деятельностью и угрожающие существованию человека как вида. По степени угрозы естественной жизни человека и развитию общества выделяются неблагоприятная экологическая ситуация, экологическое бедствие и экологическая катастрофа

Загрязнения от тепловых двигателей:

1. Химическое.

2. Радиоактивное.

3. Тепловое.

КПД тепловых двигателей < 40%, в следствии чего больше 60% теплоты двигатель отдаёт холодильнику.

При сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается

Сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа, азотных, серных и других соединений.

Меры предотвращения загрязнений:

1.Снижение вредных выбросов.

2.Контроль за выхлопными газами, модификация фильтров.

3.Сравнение эффективности и экологической безвредности различных видов топлива, перевод транспорта на газовое топливо.

К основным токсичным выбросам автомобиля относятся: отработавшие газы, картерные газы и топливные испарения. Отработавшие газы, выбрасываемые двигателем, содержат окись углерода, углеводороды, окислы азота, бензапирен, альдегиды и сажу.В среднем при пробеге автомобилем в год 15 тыс.км им сжигается более 2 т топлива и потребляется около 30 т воздуха. При этом в атмосферу выбрасывается около 700 кг угарного газа (СО), 400 кг диоксида азота, 230 кг углеводородов и других загрязняющих веществ, общее количество которых составляет более чем 200 наименований. Ежегодно в атмосферный воздух с отработавшими газами мобильными источниками выбрасывается около 1 млн.т загрязняющих веществ.

Некоторые из этих веществ, например, тяжелые металлы и отдельные хлорорганические соединения, стойкие органические загрязнители накапливаются в природной среде и представляют серьезную угрозу, как для окружающей среды, так и здоровья людей. При сохранении существующих темпов роста парка автомобилей прогнозируется, что к 2015 году объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух возрастет до 10% и более.

Кардинально решить проблему загрязнения атмосферы транспортом мог бы электромобиль. Сегодня наиболее широкое применение электровозы нашли на железнодорожном транспорте.

2. С экологической точки зрения в качестве топлива для автомобилей лучше всего подходит водород, который, к тому же, является самым теплотворным

3. Предпринимаются попытки создания двигателей использующих в виде топлива воздух, спирт, биотопливо и др. Но, к сожалению, пока все эти двигатели можно скорее назвать экспериментальными образцами. Но наука не стоит на месте, будем надеяться, что процесс создания экологически чистого автомобиля не «за горами»
Причины загрязнения воздуха отработавшими газами
автомобилей.

Основная причина загрязнения воздуха заключается в неполном и неравномерном сгорании топлива. Всего 15% его расходуется на движение автомобиля, а 85 % «летит на ветер». К тому же камеры сгорания автомобильного двигателя – это своеобразный химический реактор, синтезирующий ядовитые вещества и выбрасывающий их в атмосферу. Даже невинный азот из атмосферы, попадая в камеру сгорания, превращается в ядовитые окислы азота.
В отработавших газах двигателя внутреннего сгорания (ДВС) содержится свыше 170 вредных компонентов, из них около 160 – производные углеводородов, прямо обязанные своим появлением неполному сгоранию топлива в двигателе. Наличие в отработавших газах вредных веществ обусловлено в конечном итоге видом и условиями сгорания топлива.
Отработавшие газы, продукты износа механических частей и покрышек автомобиля, а также дорожного покрытия составляют около половины атмосферных выбросов антропогенного происхождения. Наиболее исследованными являются выбросы двигателя и картера автомобиля. В состав этих выбросов, помимо азота, кислорода, углекислого газа и воды, входят такие вредные компоненты, как окись. Двигаясь со скоростью 80-90 км/ч в среднем, автомобиль превращает в углекислоту столько же кислорода, сколько 300-350 человек. Но дело не только в углекислоте. Годовой выхлоп одного автомобиля – это 800 кг окиси углерода,40 кг окислов азота и более 200 кг различных углеводородов. В этом наборе весьма коварна окись углерода. Из-за высокой токсичности её допустимая концентрация в атмосферном воздухе не должна превышать 1 мг/м3. Известны случаи трагической гибели людей, запускавших двигатели автомобилей при закрытых воротах гаража. В одноместном гараже смертельная концентрация окиси углерода возникает уже через 2-3 минуты после включения стартера. В холодное время года, остановившись для ночлега на обочине дороги, неопытные водители иногда включают двигатель для обогрева машины. Из-за проникновения окиси углерода в кабину такой ночлег может оказаться последним.
Окислы азота токсичны для человека и, кроме того, обладают раздражающим действием. Особо опасной составляющей отработавших газов являются канцерогенные углеводороды, обнаруживаемые, прежде всего, на перекрёстках у светофоров (до 6,4 мкг/100 м3, что в 3 раза больше, чем в середине квартала).
При использовании этилированного бензина автомобильный двигатель выбрасывает соединения свинца. Свинец опасен тем, что способен накапливаться, как во внешней среде, так и в организме человека.
Уровень загазованности магистралей и при магистральных территорий зависит от интенсивности движения автомобилей, ширины и рельефа улицы, скорости ветра, доли грузового транспорта и автобусов в общем потоке и других факторов. При интенсивности движения 500 транспортных единиц в час концентрация окиси углерода на открытой территории на расстоянии 30-40 м от автомагистрали снижается в 3 раза и достигает нормы. Затруднено рассеивание выбросов автомобилей на тесных улицах. В итоге практически все жители города испытывают на себе вредное влияние загрязнённого воздуха.
Из соединений металлов, входящих в состав твёрдых выбросов автомобилей, наиболее изученными являются соединения свинца. Это обусловлено тем, что соединения свинца, поступая в организм человека и теплокровных животных с водой, воздухом и пищей, оказывают на него наиболее вредное действие. До 50 % дневного поступления свинца в организм приходится на воздух, в котором значительную долю составляют отработавшие газы автомобилей.
Поступления углеводородов в атмосферный воздух происходит не только при работе автомобилей, но и при разливе бензина. По данным американских исследователей в Лос-Анджелесе за сутки испаряется в воздух около 350 тонн бензина. И повинен в этом не столько автомобиль, сколько сам человек. Чуть-чуть пролили при заливке бензина в цистерну, забыли плотно закрыть крышку при перевозке, плеснули на землю при заправке на автозаправочной станции, и в воздух потянулись различные углеводороды.
Каждый автомобилист знает: вылить из шланга весь бензин в бак практически невозможно, какая-то часть его из ствола «пистолета» обязательно выплёскивается на землю. Немного. Но сколько сегодня у нас автомобилей? И с каждым годом их число будет расти, а, значит, будут увеличиваться и вредные испарения в атмосферу. Лишь 300 г. бензина, пролитого при заправке автомобиля, загрязняют 200 тысяч кубических метров воздуха. Самый простой путь решения проблемы – создать заправочные автоматы новой конструкции, не позволяющие пролиться на землю даже одной капле бензина.

Вывод

Можно без преувеличения говорить о том, что тепловые двигатели в настоящее время являются основными преобразователями топлива в другие виды энергии, и без них был бы невозможен прогресс в развитии современной цивилизации. Тем не менее, все виды тепловых двигателей являются источниками загрязнения окружающей среды. (Кострюков Денис)