Причини утворення оксидів азоту, вплив Оксид азоту

Утворення оксидів азоту Л/О та А/О2 (загальна формула ЛЮх) під час згорян­ня палива в циліндрах двигунів, в пер­шу чергу, пов'язане з високою темпе­ратурою, що має місце в циліндрах дви­гуна. Термічна теорія утворення оксидів азоту, основи якої розроблено акаде­міком Я.Б. Зельдовичем, є загальнови­знаною. Згідно з цією теорією для ут­ворення оксидів азоту необхідна висо­ка температура і наявність вільного кисню. Окислення азоту здійс­нюється за ланцюговою схемою. Праворуч наведені можливі зво­ротні реакції окислення азоту.

У результаті цих реакцій утворюється оксид азоту N0, який є основним продуктом, що міститься у відпрацьованих газах. Концен­трація N0 у відпрацьованих газах бензинових двигунів становить приблизно 99 %, у дизелів - 93 % від загальної кількості ЛЮх.

Окрім основних реакцій окислення, має місце реакція: 2МО + О2 <=> 2НО2- Відбувається вона не лише в камері згорян­ня, а також у випускній системі двигуна і в атмосфері.

Можлива також реакція оксиду азоту з воднем: 2ИО + Н2 <=>ІУ20+Я2О.

Двооксид азоту вступає в реак­цію з парою води, утворюючи азот­ну кислоту, частково розпадається на N0 і О.

Концентрація Л/Ох також залежить від складу паливоповітряної суміші. На рис. 4.8 показано залежність зміни концентрації оксидів азоту у відпрацьованих газах бензинового двигуна та дизеля від коефіцієнту надміру повітря в паливоповітряній суміші.

Токсичний вплив оксиду азоту при його викидах проявляється в двох шарах атмосфери - страто- і тропосфері. В стра­тосфері він пов'язаний з існуванням захисного шару Землі. Каталітич­не руйнування озонового шару ТЧОх спричиняє недопустиме зростання біологічно активної радіації і ставить під загрозу існування біосфери. Частина оксиду азоту потрапляє в стратосферу з тропосфери. Оксид азоту зберігається в оточуючій його атмосфері протягом 3-4 днів |5|.

Максимальна концентрація Л/Ох у відпрацьованих газах бензи­нового двигуна припадає на склад суміші, близький до стехіомет­ричного (а~1) або дещо збіднений (а>1), коли має місце максималь­на температура робочого циклу. Зменшення МОХ, коли збагачена суміш пояснюється нестачею кисню, а зменшення Л/Ох зі значним збідненням суміші, викликано зменшенням температури в камері згоряння.

Максимальна концентрація оксидів азоту Л/Ох у відпрацьова­них газах дизеля, як правило, відповідає максимальному наванта­женню. Проте якщо значення димності ВГ дизеля за максимально­го навантаження перебільшує встановлені норми, тоді максимальні значення вмісту ЛЮХ у відпрацьованих газах переміщуються в сто­рону менших навантажень, тобто в сторону збіднення суміші. Змен­шення концентрації Л/О^ у ВГ дизеля із зменшенням навантаження пояснюється зменшенням температури в циліндрах двигуна

Cполуки сірки

. Утворює Сірка входить до складу вуг­леводневих палив як шкідлива домішка. В камері згоряння, з'єд­нуючись із киснем, вона утворює двооксид сірки (сірчистий ангід­рид): 5 + 02 ~* $Оі-

Потрапляючи разом із відпрацьованими газами у атмосферу, двооксид сірки вступає в реакцію з киснем повітря, утворюючи ан­гідрид сірки (сірчаний ангідрид) або розчиняється у водяній парі, утворюючи сірчисту кислоту. Ангідрид сірки, у свою чергу, спо­лучається з водяною парою, утворюючи сірчану кислоту:

ЗО3+Н2О->Н25Оться у відпрацьованих газах через неякісне пальне, з вмістом сірки. Розповсюдження сірчаного газу в повітряному середовищі відрізняється великою нерівномірністю. Сірчаний газ не отруйний, але в сполученні з іншими забрудненнями і вологою под­разнює очі, ніс та горло, шкідливо впливає на легені, вбиває рослини,

викликає корозію металів і зменшує прозорість атмосфери. При се­редньодобовій концентрації в повітряному середовищі більше 0,05 мг/ м3 сірчаного газу, що справляє токсичний вплив на флору, фауну, людину. Менші концентрації сірчаного газу в результаті зіткнення з водою призводять до закислення води і грунту

Сажа, вплив

Утворення сажі в процесі згоряння вуглеводневих палив в ци­ліндрах двигуна пов'язане з термічним розкладанням (піролізом) вуглеводнів палива під впливом високих температур і умовах не­стачі кисню.

Піроліз вуглеводневих палив у камері згоряння відбувається, коли коефіцієнт надміру повітря а = 0,3-0,7, Піроліз палива носить, як правило, локальний характер. В окремих зонах камери згоряння відбуваються реакції розпаду вуглеводневого палива на вуглець і водень:СтНп -у тС + Ц-Н2.

Частки вуглецю, які утворилися Г в результаті піролізу вуглеводневих палив, вступають в реакцію з речо­винами, що містять кисень і частко­во вигорають.

Поблизу стінок циліндра двигуна, де температура паливоповіт­ряної суміші менша, частинки вуглецю охолоджуються, в подаль­шому процесі згоряння вони практично не приймають участі. Ці охо­лоджені частинки вуглецю і є сажа (кіптява), яка у складі відпрацьо­ваних газів надходить у атмосферу.

Серед усіх енергетичних установок, дизелі - основні джерела викидів сажі. І хоча в циліндрах дизеля суміш завжди збіднена (а>1), проте через недосконалість процесу сумішоутворення в камерах

згоряння дизелів завжди мають місце зони нерозпилєного пали­ва, в яких локальне значення значно менше за одиницю і на­віть наближається до нуля. Це і є осередки, де виникає сажа.

При збагаченні паливопо­вітряної суміші частки вуглецю, що утворились у результаті піролізу, вигорають у меншій мірі.

При неповному згорянні палива з відпрацьованими газа­ми викидається сажа. Вона утворюється в камерах згоряння двигунів внаслідок піролізу палива при високих температурах і тиску в середо­вищі з нестачею кисню. Особливо багато сажі утворюється в дизелях. Головна небезпека, яку несе сажа, в тому, що вона може бути носієм канцерогенних речовин, які адсорбуються на поверхні її частинок [1].

Вплив небезпечних речовин на навколишнє середовище може викликати незворотні зміни і навіть загибель флори і фауни. Особли­во істотні відхилення від екологічної рівноваги викликають інциден­ти з небезпечними вантажами. Наприклад, загибель чи захворюван­ня тварин при потраплянні хімічних речовин в стічні води, знищення лісових масивів в результаті пожежі, іцо виникає при перевезенні лег­козаймистих речовин і т.д.