Emise ve výfukových plynech PSM

Transkript

1 KATEDRA VZIDEL A MTR Emise ve výfukových plynech PSM #11/14 Karel Páv

2 sobení emisí PSM na lovka a na životní prostedí xid uhliitý C : Bez zápachu i nadýchání zpsobuje zvýšení krevního tlaku i koncentracích nad 8% zpsobuje bolest hlavy, pocení a ztrátu vdomí po nkolika minutách xid uhelnatý C: Bez zápachu Váže se na hemoglobin v ervených krvinkách, snižuje množství v krvi Zpsobuje zrychlené dýchání, bolest hlavy, závra, ztrátu vdomí až smrt Jed zpsobující pouze akutní problémy bez zdravotních následk xidy dusíku N x : N je plyn ervenohndé barvy s nepíjemným zápachem Toxické, dráždí oi, plíce a dýchací cesty Zpsobují nespavost, kašel, zrychlené dýchání, modrání kže / 1 Nespálené uhlovodíky C x H y : Zpsobují zápach výfukových plyn Zvlášt nebezpené jsou polycyklické aromatické uhlovodíky (PAH) Škodlivost se zvyšuje vazbou na povrch pevných ástic Poškozují dýchací cesty, nkteré jsou karcinogenní Pevné ástice: Pevné i kapalné fáze Tuhé ástice absorbují uhlovodíky, jejichž negativní úinek se tak zvtšuje Karcinogenní a mutagenní úinky ástice o rozmrech,1 1 m jsou pro lidský organismus nejnebezpejší

3 sobení emisí PSM na lovka a na životní prostedí / 1 Složení suchého vzduchu: % obj. Dusík N 78.8 Kyslík.95 Argon Ar.9 xid uhliitý C.4 Vzácné plyny Ne, He, Kr, Xe. Vlhký vzduch bžn obsahuje,5,5% H Škodlivina írodní zdroj Lidský zdroj Dopad C Zanedbatelný. Spalování bohatých smsí ve vozidlových motorech. N, N Blesky, bakteriální pochody v zemi. Spalování za vysokých teplot. Pevné ástice S C CH 4 Lesní požáry, vtrná eroze a vulkanické erupce. Vulkanické erupce a tlení. Blesky, fotochemické reakce v troposfée. Živoišné dýchání, tlení, uvolování z oceán. Anaerobní tlení, pežvýkavci, ropné vrty. Spalování fosilních paliv, uhlí a odpadu. Spalování uhlí, vysoké pece, rafinerie a vzntové spalovací motory. Fotochemické reakce ve fotochemickém smogu. Spalování fosilních paliv a deva (pouze 4% z pírodních zdroj). Úniky plynu a spalování. Váže se na hemoglobin v ervených krvinkách, snižuje množství v krvi. Podráždní oí, plic a dýchacích cest. Fotochemický smog a kyselé deš. Poškozování ozonové vrstvy ve stratosfée. Dýchací potíže. Podráždní oí, plic a dýchacích cest. Zdroj kyselých deš. Podráždní oí, plic a dýchacích cest. Poškozování plic. Podíl na skleníkovém efektu. Podíl na skleníkovém efektu. C x H y Biologické pochody. Nedokonalé spalování a výpary. Fotochemický smog. Freony Není. Rozpouštdla, hnací plyn, chladivo. Poškozování ozonové vrstvy ve stratosfée.

4 sobení emisí PSM na lovka a na životní prostedí 4 / 1 Mechanismy poškozování ozonové vrstvy inek N x inek freon irozená filtrace UV-záení

5 sobení emisí PSM na lovka a na životní prostedí 5 / 1 Skleníkový efekt Cca % energie ze sluneního záení je odraženo ze Zemského povrchu do vesmíru. Skleníkové plyny absorbují odražené infraervené (dlouhovlnné) záení. Absorbcí záení dochází k ohevu atmosféry. Plyn Souasná koncentrace Skleníkové plyny Nárst za posledních let ( ) Relativní píspvek ke skleníkovému efektu C 56 ppm +.4% 5% CH ppm +.6% % N.1 ppm +.5% 5% CFCl.6 ppb +.1% 5% CF Cl.47 ppb +.% 1%. ppm -.51% 1%

6 sobení emisí PSM na lovka a na životní prostedí 6 / 1 Fotochemický smog Podmínky pro výskyt smogu jsou: tší množství N a C x H y v ovzduší. Dostatené slunení záení. Bezví. N N N HC UVzáení N N N N N PAN Nejškodlivjší složky smogu: N,, peroxyacetylnitráty (PAN), aldehydy. Zpsobují podráždní oí. Mohou zpsobit škody v zemlství. Kyselý déš S N ( g) ( g) H N( g) ( g) H ( g) N HN ( g) ( g) H S 4 ( l)

7 Mechanismus vzniku škodlivin PSM 7 / 1 xid uhelnatý C Neúplná oxidace na C i nedostatku (hlavn bohaté smsi). Disociace produkt dokonalého spalování pi teplotách nad C. Rychlá expanze (ochlazení) spalin, pi níž zamrznou oxidaní reakce. Koncentrace C je pevážn urena souinitelem pebytku vzduchu. Nespálené uhlovodíky HC edasné zastavení oxidaních reakcí na konci hoení ve zhášecích vrstvách. V malých štrbinách, kde se nešíí plamen. Prnik nespálené smsi do výfuku v dob pestihu ventil. Z mazacího oleje (pes pístní kroužky, vodítka ventil, odvtrání klikové skín). Vliv technického stavu a teplotního režimu motoru. Vliv vlastností paliva. Šíka zhášecí vrstvy je ovlivnna: Teplotní vodivostí nápln válce Turbulencí nápln válce Zápalnou teplotou paliva Teplotou stny

8 Mechanismus vzniku škodlivin PSM 8 / 1 xidy dusíku N x N, N, N xidace vzdušného dusíku kyslíkem pi vysokých teplotách (u VM hlavn bhem kinetické fáze hoení). Rychlá expanze (ochlazení) spalin, pi níž zamrznou reakce. U vzntových motor (spalování chudých smsí) mže být N zastoupeno až v 6%. U zážehových motor tvoí 95% N. inné snížení produkce pomocí chlazeného EGR. Zeldoviv mechanismus tvorby N: d[n] k dt ZM inertní plyn, VM nižší i kompresi, snížení koncentrace 1 d N N dt N Poátení tvorba N: N H 6 1,5 T N N N 16 N H e 699 T,5 N e e [ ] e - Rovnovážná koncentrace [mol/cm ] [N ] e - Rovnovážná koncentrace N ( konst.) [mol/cm ] T - Teplota [K] k k e e 15 T 195 T N k N k NH k NN k N k NH 1

9 Mechanismus vzniku škodlivin PSM 9 / 1 Pevné ástice PM Neúplná oxidace palivové smsi pi lokálním souiniteli <,6. Neúplná oxidace pi nízkých teplotách hoení. Tvoí je saze, karbon, popel, oxidy síry, sírany kov, voda, palivo, olej. Na povrchu se usazují tžko odpaitelné nespálené uhlovodíky (zejména PAH). Velikost emitovaných ástic je nm až m (nejvyšší etnost je kolem 1 nm). evážn u vzntových motor a u zážehových motor s pímým vstikem paliva. Produkci PM lze snížit lepší atomizací vstikovaného paliva (problém u konce vstiku). i seízení VM se vtšinou jedná o kompromis mezi N x a PM: N x PM Spalovací proces Atmosférické podmínky Zárodky ástic,1,1 m Zvtšování povrchu Sluování Primární ástice,1, m Aglomerace (Shlukování) Emitované ástice, m xidy síry S x xidace síry obsažené v palivu a oleji v prhu hoení. evážn S. Zpsobují otravu katalyzátoru.

10 Seízení vzntových motor 1 / 1 Hlavními sledovanými parametry jsou mrná spoteba paliva, emise N x, kouivost a hluk. Dalšími sledovanými veliinami jsou teplota výfukových plyn, otáky turbodmychadla, maximální spalovací tlak a ostatní složky emisí výfukových plyn. tšinou se jedná o nalezení kompromisního nastavení. 6 Nx [g/kwh] Kourivost [-] BSFC [g/kwh] Pocatek vstriku [ KH pred HU] EGR [%] Lambda [-]

11 Mechanismus vzniku škodlivin PSM 11 / 1 Úsady absorbují HC N pi vysokých teplotách spalin C pi vysokých teplotách a bohaté smsi Vrstva oleje absorbuje HC HC na konci hoení i nedokonalé oxidaci Komprese Nespálená sms vniká do štrbin Hoení Saze N x S klesající teplotou spalin zamrzají reakce s N a poté s C HC se uvolují z úsad Úniky HC ze štrbin, hoení nkterých HC Strhávání HC ze stn do plynu HC HC se uvolují z olejové vrstvy Expanze Výfuk Píst separuje HC ze stn

12 Typické koncentrace emisí 1 / 1 bjemové podíly surových emisí pi rzných provozních režimech a rzném seízení motor: 15 Zážehové motory 15 Vzntové motory suché C [%] 1 5 suché C [ppm] vlhké N X [ppm] 6 4 vlhké N X [ppm] vlhké HC (C H 8 ) [ppm] 1 vlhké HC (C H 8 ) [ppm] [-] [-]

13 Typické koncentrace emisí 1 / Zážehový motor Benzínová sms s vysoušením bez vysoušení H C 8 1 y i [%] 1 ph [kpa] H H C t' [ C] [-] bjemové podíly po vysoušení: y ih y ih 1 1 y y H H y H p H p ( T) p, T podmínky v analyzátoru výfukových plyn (kondenzátoru), obvykle t = 4 8 C