Zusammenfassung: Die Auswirkungen von Verbrennungsmotoren und die Umweltsituation. Umweltprobleme der Verwendung von Wärmekraftmaschinen

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Bundesstaatliche Haushaltsbildungseinrichtung für Höhere Berufsbildung

"Saratov State Technical University benannt nach Yu.A. Gagarin"

Berufspädagogische Hochschule.

Abstract zum Thema: "Ökologische Probleme beim Einsatz von Wärmekraftmaschinen"

Arbeit abgeschlossen

Student der Gruppe ZChS-912

Petrowa Olesja

Einführung

5. Umweltschutz vor thermischen Emissionen

Fazit

thermischen Atmosphärenbrennstoff freisetzen

Einführung

Es besteht ein untrennbarer Zusammenhang und eine gegenseitige Abhängigkeit der Bedingungen zur Sicherstellung des Wärme- und Stromverbrauchs und der Umweltbelastung. Das Zusammenwirken dieser beiden Faktoren des menschlichen Lebens und der Entwicklung der Produktionskräfte lenkt allmählich die Aufmerksamkeit auf das Problem der Wechselwirkung zwischen Wärmekrafttechnik und Umwelt.

In einem frühen Stadium der Entwicklung der Wärmeenergietechnik war der Hauptausdruck dieser Aufmerksamkeit die Suche in der Umwelt nach Ressourcen, die notwendig sind, um den Wärme- und Stromverbrauch und die stabile Wärme- und Stromversorgung von Unternehmen und Wohngebäuden sicherzustellen. Zukünftig umfassten die Grenzen des Problems die Möglichkeit einer vollständigeren Nutzung natürlicher Ressourcen durch das Finden und Rationalisierung von Prozessen und Technologien, das Extrahieren und Anreichern, Verarbeiten und Verbrennen von Brennstoffen sowie die Verbesserung von Wärmekraftwerken.

Mit dem Wachstum der Einheitskapazitäten von Blöcken, Wärmekraftwerken und Wärmekraftanlagen, des spezifischen und des gesamten Wärme- und Stromverbrauchs entstand die Aufgabe, die Schadstoffemissionen in das Luftbecken zu begrenzen und ihre natürliche Dissipationskapazität besser zu nutzen.

In der gegenwärtigen Phase hat das Problem der Wechselwirkung zwischen thermischer Energietechnik und der Umwelt neue Merkmale angenommen, die ihren Einfluss auf die riesigen Volumina der Erdatmosphäre ausdehnen.

Noch bedeutendere Größenordnungen der Entwicklung des Wärme- und Energieverbrauchs in absehbarer Zukunft bestimmen ein weiteres intensives Wachstum verschiedener Auswirkungen auf die Atmosphäre.

Im Zusammenhang mit der Entwicklung der nuklearthermischen Energietechnik haben sich grundlegend neue Aspekte der Wechselwirkungsproblematik zwischen thermischer Energietechnik und Umwelt ergeben.

Der wichtigste Aspekt des Problems der Wechselwirkung zwischen thermischer Energietechnik und der Umwelt unter den neuen Bedingungen ist der immer stärkere umgekehrte Einfluss, die bestimmende Rolle der Umgebungsbedingungen bei der Lösung praktischer Probleme der thermischen Energietechnik (Auswahl der Art der thermischen Energie Kraftwerke, Standort von Unternehmen, Auswahl der Einheitskapazitäten von Energieanlagen und vieles mehr).

1. Allgemeine Merkmale der thermischen Energietechnik und ihrer Emissionen

Die Wärmeenergietechnik ist einer der Hauptbestandteile der Energiewirtschaft und umfasst den Prozess der Erzeugung von Wärmeenergie, den Transport, berücksichtigt die Hauptbedingungen für die Energieerzeugung und die Nebenwirkungen der Industrie auf die Umwelt, den menschlichen Körper und die Tiere.

Als Yu.V. Novikov, in Bezug auf die Gesamtemissionen von Schadstoffen in die Atmosphäre, steht die thermische Energietechnik an erster Stelle unter den Industrien.

Wenn ein Dampfkessel das „Herz“ eines Kraftwerks ist, dann sind Wasser und Dampf sein „Blut“. Sie zirkulieren in den Anlagen und drehen die Turbinenschaufeln. Dieses „Blut“ wurde also überkritisch gemacht, indem Temperatur und Druck mehrmals erhöht wurden. Dadurch hat sich die Effizienz von Kraftwerken deutlich erhöht. Unter solch extremen Bedingungen könnten gewöhnliche Metalle nicht überleben. Es galt, grundlegend neue, sogenannte Strukturmaterialien für überkritische Temperaturen zu schaffen.

Der Löwenanteil der Elektrizität wird weltweit in thermischen und nuklearen Kraftwerken erzeugt, in denen Wasserdampf als Arbeitsmedium dient. Der Übergang zu seinen überkritischen Parametern (Temperatur und Druck) ermöglichte eine Steigerung des Wirkungsgrads von 25 auf 40%, was zu einer enormen Einsparung an Primärenergieressourcen - Öl, Kohle, Gas - führte und in kurzer Zeit die Stromversorgung erheblich erhöhte Von unserem Land. Realisiert wurde dies vor allem durch die Grundlagenforschung von A.E. Sheindlins thermophysikalische Eigenschaften von Wasserdampf in überkritischen Zuständen. Parallel dazu entwickelten sich viele Wissenschaftler der Welt in diese Richtung, aber die heimische Energiewirtschaft hat eine Lösung gefunden. Er entwickelte Methoden und Versuchsaufbauten, die weltweit ihresgleichen suchten. Die Ergebnisse der Berechnungen von A.E. Sheindlin wurde in vielen Ländern zur Grundlage für den Bau von Kraftwerken. 1961 gründete Sheindlin das Institut für hohe Temperaturen, das zu einem der führenden wissenschaftlichen Zentren der Russischen Akademie der Wissenschaften wurde.

Das International Committee for the Global Energy Prize hat drei Preisträger ausgewählt. Der Bonusfonds von 2004 in Höhe von 900.000 US-Dollar wurde zwischen ihnen aufgeteilt. Der Preis „Für die Entwicklung physikalischer und technischer Grundlagen und die Schaffung von schnellen Neutronen-Leistungsreaktoren“ wurde dem Akademiker der Russischen Akademie der Wissenschaften Fedor Nitenkov und Professor Leonard J. Koch (USA) verliehen. Der Akademiker der Russischen Akademie der Wissenschaften Alexander Sheindlin wurde mit dem Preis für Grundlagenforschung der thermophysikalischen Eigenschaften von Substanzen bei extrem hohen Temperaturen für die Energietechnik ausgezeichnet.

2. Auswirkungen auf die Atmosphäre bei der Verwendung fester Brennstoffe

Unternehmen der Kohleindustrie haben erhebliche negative Auswirkungen auf die Wasser- und Landressourcen. Die Hauptquellen für Schadstoffemissionen in die Atmosphäre sind Industrie-, Lüftungs- und Absaugsysteme von Bergwerken und Verarbeitungsanlagen usw.

Die Luftverschmutzung im Prozess des offenen und untertägigen Kohlebergbaus, des Transports und der Anreicherung von Steinkohle wird durch Bohren und Sprengen, den Betrieb von Verbrennungsmotoren und Kesselhäusern, das Stauben von Kohlelagern und Gesteinshalden und andere Quellen verursacht.

Im Jahr 2002 stieg das Volumen der Schadstoffemissionen der Unternehmen der Industrie in die Atmosphäre gegenüber 1995 um 30 %, hauptsächlich aufgrund neu berücksichtigter Methanemissionen aus Lüftungs- und Entgasungsanlagen in Bergwerken.

In Bezug auf Schadstoffemissionen nimmt die Kohleindustrie den sechsten Platz in der Industrie der Russischen Föderation ein (Beitrag in Höhe von 5%). Der Abscheidungs- und Neutralisationsgrad von Schadstoffen ist extrem niedrig (9,1 %), während Kohlenwasserstoffe und VOCs nicht abgeschieden werden.

Im Jahr 2002 stiegen die Emissionen von Kohlenwasserstoffen (um 45,5 Tausend Tonnen), Methan (um 40,6 Tausend Tonnen), Ruß (um 1,7 Tausend Tonnen) und einer Reihe anderer Substanzen; es gab einen Rückgang der Emissionen von VOC (um 5,2 Tausend Tonnen), Schwefeldioxid (um 2,8 Tausend Tonnen), Feststoffe (um 2,2 Tausend Tonnen).

Die Zonierung der Kohle, die von einzelnen Lieferanten an Wärmekraftwerke geliefert wird, beträgt mehr als 79 % (in Großbritannien sind es 22 % gemäß dem Gesetz, in den USA 9 %). Und die Zunahme der Flugascheemissionen in die Atmosphäre hält an. Inzwischen produziert nur ein Werk in Semibratov Elektrofilter für die Aschesammlung und deckt die jährliche Nachfrage nach ihnen zu nicht mehr als 5%.

Festbrennstoff-Wärmekraftwerke emittieren intensiv Kohle- und Schieferprodukte in die Atmosphäre, die bis zu 50% nicht brennbare Masse und schädliche Verunreinigungen enthalten. Der Anteil der Wärmekraftwerke an der Strombilanz des Landes beträgt 79 %. Sie verbrauchen bis zu 25 % des produzierten Festbrennstoffs und geben mehr als 15 Millionen Tonnen Asche, Schlacke und gasförmige Stoffe an die menschliche Umwelt ab.

In den USA ist Kohle nach wie vor der Hauptbrennstoff für Kraftwerke. Bis Ende des Jahrhunderts müssen dort alle Kraftwerke umweltfreundlich werden und der Wirkungsgrad auf 50 % oder mehr (jetzt 35 %) gesteigert werden. Um die Einführung von Kohlereinigungstechnologien zu beschleunigen, haben eine Reihe von Kohle-, Energie- und Ingenieurunternehmen mit Unterstützung der Bundesregierung ein Programm entwickelt, dessen Umsetzung 3,2 Milliarden US-Dollar erfordern wird. Innerhalb von 20 Jahren werden allein in den USA neue Technologien bei bestehenden Kraftwerken mit einer Gesamtleistung von 140.000 MW und bei neu umgebauten Kraftwerken mit einer Gesamtleistung von 170.000 kW eingeführt.

UmweltTechnologieVerbrennungTreibstoff. Das traditionelle Diffusionsverfahren zur Verbrennung selbst hochwertiger Kohlenwasserstoffbrennstoffe führt zu einer Verschmutzung der umgebenden Atmosphäre, hauptsächlich durch Stickoxide und Karzinogene. Hier sind umweltfreundliche Technologien zur Verbrennung dieser Brennstoffe gefragt: bei hoher Zerstäubungsqualität und Luftvermischung bis in die Verbrennungszone und intensiver Verbrennung eines mageren, vorgemischten Brennstoff-Luft-Gemisches ein optimaler Brennraum (CC) sollte aus thermochemischer Sicht eine vorläufige Verdampfung des Brennstoffs, eine vollständige und gleichmäßige Vermischung seiner Dämpfe mit Luft und eine stabile Verbrennung des mageren brennbaren Gemischs mit einer minimalen Verweildauer in der Verbrennungszone gewährleisten.

In dieser Hinsicht ist das traditionelle diffuse Hybrid-Verbrennungsverfahren viel effizienter, das eine Kombination aus einer diffusen Zone mit einem Kanal zur Vorverdampfung und Mischung von Brennstoff mit Luft ist.

Es wurden Technologien zum Verbrennen von Kohle in Kesseln mit zirkulierender Wirbelschicht entwickelt, bei denen die Wirkung der Bindung umweltgefährdender Schwefelverunreinigungen erzielt wird. Diese Technologie wurde während der Rekonstruktion von Shaturskaya, Cherepetskaya und Intinskaya GRES eingeführt. In Ulan-Ude entsteht ein Wärmekraftwerk mit modernen Kesseln. Das Institut Teploelektroproekt hat eine Technologie zur Kohlevergasung entwickelt: Nicht die Kohle selbst wird verbrannt, sondern das dabei freigesetzte Gas. Dies ist ein umweltfreundliches Verfahren, aber wie jede neue Technologie ist es vorerst teuer. In Zukunft werden sogar Petrolkoks-Vergasungstechnologien eingeführt.

Wenn Kohle in einem Wirbelbett verbrannt wird, wird die Emission von Schwefelverbindungen in die Atmosphäre um 95% und von Stickoxiden um 70% reduziert.

Rauchgasreinigung. Zur Reinigung von Rauchgasen wird zur Gewinnung von Gips ein kalkkatalytisches Zweistufenverfahren eingesetzt, das auf der Absorption von Schwefeldioxid durch eine Kalksteinsuspension in zwei Kontaktstufen basiert. Wie die weltweite Erfahrung zeigt, ist diese Technologie am häufigsten in Wärmekraftwerken verbreitet, die flüssige und feste Brennstoffe mit unterschiedlichem Schwefelgehalt darin verbrennen, und bietet einen Grad der Gasreinigung von Schwefeloxiden von mindestens 90-95%. Eine große Anzahl inländischer Kraftwerke wird mit Brennstoffen mit einem durchschnittlichen und hohen Schwefelgehalt betrieben, daher sollte diese Methode im heimischen Energiesektor weit verbreitet sein. In unserem Land gab es praktisch keine Erfahrung mit der Reinigung von Rauchgasen von Schwefeldioxid nach der Nasskalksteinmethode.

Etwa 70 % der Stickoxidemissionen in die Atmosphäre entfallen auf Wärmekraftwerke. In den USA und Japan sind Verfahren zur Reinigung von Rauchgasen von Stickoxiden weit verbreitet, in diesen Ländern gibt es jedoch mehr als 100 Anlagen, die das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden mit Ammoniak an einem Platin-Vanadium-Katalysator verwenden Die Kosten dieser Installationen sind sehr hoch, und die Lebensdauer des Katalysators ist vernachlässigbar.

Genesis Research of Arizona hat in den letzten Jahren in den Vereinigten Staaten eine Technologie zur Herstellung der sogenannten selbstreinigenden Kohle entwickelt. Diese Kohle verbrennt besser, und wenn sie verwendet wird, befindet sich 80 % weniger Schwefeldioxid in den Rauchgasen, während die zusätzlichen Kosten nur einen Bruchteil der Kosten für die Installation von Wäschern ausmachen. Die Technologie zur Herstellung von selbstreinigender Kohle umfasst zwei Stufen. Zunächst werden Verunreinigungen durch Flotation von der Kohle getrennt, dann wird die Kohle zu Pulver gemahlen und dem Schlamm zugesetzt, während die Kohle schwimmt und die Verunreinigungen absinken. In der ersten Stufe wird fast der gesamte anorganische Schwefel entfernt, während organischer Schwefel zurückbleibt. In der zweiten Stufe wird die pulverisierte Holzkohle mit Chemikalien, deren Namen Betriebsgeheimnisse sind, kombiniert und dann zu traubengroßen Klumpen gepresst. Beim Verbrennen reagieren diese Chemikalien mit organischem Schwefel, und der Schwefel wird sicher versiegelt, um zu verhindern, dass er in die Atmosphäre entweicht. Klumpen solcher modifizierter Kohle können wie normale Kohle transportiert, gelagert und verwendet werden.

Dampf- und Gassysteme. Ein effektives integriertes System, das nicht nur schädliche Verunreinigungen aus den Rauchgasen von Wärmekraftwerken auffängt, sondern gleichzeitig den spezifischen Brennstoffverbrauch für die Stromerzeugung um etwa 20 % reduziert, wurde am Power Engineering Institute von G.N. Krzhizhanovsky. Das Wesentliche ist, dass Kohle vor dem Verbrennen im Ofen von Dampfkesseln von Wärmekraftwerken vergast, von festen (schadstoffhaltigen) Verunreinigungen gereinigt und zu Gasturbinen geleitet wird, wo Verbrennungsprodukte mit einer Temperatur von 400-500 Grad Celsius abgegeben werden in gewöhnliche Dampfkessel. Ähnliche Systeme mit kombiniertem Zyklus werden von Energieingenieuren in einer Reihe von Ländern weit verbreitet verwendet, um Emissionen in die Atmosphäre zu reduzieren.

Tiefe komplexe Verarbeitung von Kohle. Im Ausland wird intensiv an der Entwicklung von Technologien und Anlagen zur Kohlevergasung gearbeitet, um die Industrie vollständig mit Brenngasen, Synthesegas und Wasserstoff zu versorgen. In den Niederlanden wurde eine Kohle-Oxy-Vergasungs-Demonstrationsanlage für ein 250-MW-Kraftwerk in Betrieb genommen. Es ist geplant, vier solcher Blöcke von 175 bis 330 MW in Europa, zehn Blöcke von 100 bis 500 MW in den USA und einen Block mit einer Leistung von 400 MW in Japan in Betrieb zu nehmen. Vergasungsprozesse bei hohen Temperaturen und Drücken ermöglichen die Verarbeitung verschiedenster Kohlen. Es sind Studien zur Hochgeschwindigkeitspyrolyse und katalytischen Vergasung bekannt, deren Umsetzung enorme Vorteile verspricht.

Die Notwendigkeit, die Kohleverarbeitung zu vertiefen, ergibt sich aus dem bisherigen Entwicklungsverlauf der Wärme- und Energiewirtschaft: Die besten Ergebnisse werden mit der kombinierten Verarbeitung von Kohle zu Strom und Wärme erzielt. Ein qualitativer Sprung in der Nutzung von Kohle ist mit ihrer aufwändigen Aufbereitung im Rahmen flexibler Technologien verbunden. Die Lösung dieses komplexen Problems erfordert neue technologische Anlagen für Energie- und Chemiekomplexe, die eine Steigerung der Effizienz von Wärmekraftwerken, eine Reduzierung der Investitionskosten und eine grundlegende Lösung von Umweltproblemen gewährleisten.

3. Auswirkungen auf die Atmosphäre bei der Verwendung von Flüssigbrennstoff

Öl verdrängte einst die Kohle und setzte sich in der globalen Energiebilanz an die Spitze. Dies ist jedoch mit bestimmten Umweltproblemen behaftet.

So haben russische Industrieunternehmen im Jahr 2002 621.000 Tonnen Schadstoffe (Feststoffe, Schwefeldioxid, Kohlenmonoxid, Stickoxide etc.) in die Atmosphäre emittiert. Abwasser in einer Menge von bis zu 1302,6 Mio. m3 wird in Oberflächengewässer und auf das Relief eingeleitet.

Bei der Verbrennung von flüssigen Brennstoffen (Heizöl) mit Rauchgasen, Schwefeldioxid und Schwefelsäureanhydriden, Stickoxiden, gasförmigen und festen Produkten der unvollständigen Verbrennung von Brennstoff, Vanadiumverbindungen, Natriumsalzen sowie bei der Reinigung von der Kesseloberfläche entfernten Stoffen in die atmosphärische Luft eintreten. Aus ökologischer Sicht hat flüssiger Brennstoff „hygienischere“ Eigenschaften: Es gibt kein Problem mit Aschehalden, die große Flächen einnehmen, ihre sinnvolle Nutzung ausschließen und eine Quelle ständiger Verschmutzung der Atmosphäre und des Bahnhofsgeländes durch Asche sind von Winden fortgetragen. In den Verbrennungsprodukten flüssiger Brennstoffe ist keine Flugasche enthalten. Die Verwendung von Dual-Fuel-Hybrid-Brennkammern anstelle von herkömmlichen Einzonen-Diffusionsbrennkammern, bei denen ein Teil des Kohlenwasserstoffbrennstoffs durch Wasserstoff (6 % der Masse des Kohlenwasserstoffbrennstoffs) ersetzt wird, reduziert den Verbrauch von Erdölbrennstoff um 17-20 % , die Emissionswerte von Rußpartikeln - um eine Größenordnung, Benzopyren - um das 10-15-fache, Stickoxide - um das 5-fache).

In den meisten Ländern ist die Verbrennung von Erdölbrennstoffen mit einem Schwefelgehalt von über 0,5 % verboten, während in Russland die Hälfte des Dieselkraftstoffs nicht in diesen Standard passt und der Schwefelgehalt von Kesselbrennstoff 3 % erreicht.

Öl verbrennen, in den Worten von D.I. Mendeleev, es ist dasselbe, als würde man den Ofen mit Geldscheinen anheizen. Daher wurde der Anteil des Einsatzes flüssiger Brennstoffe im Energiesektor in den letzten Jahren deutlich reduziert. Der sich abzeichnende Trend wird sich durch eine deutliche Ausweitung des Einsatzes flüssiger Kraftstoffe in anderen Bereichen der Volkswirtschaft weiter verstärken: im Verkehr, in der chemischen Industrie, einschließlich der Herstellung von Kunststoffen, Schmiermitteln, Haushaltschemikalien usw. Leider wird Öl nicht optimal genutzt. 1984, mit der Weltproduktion von Erdölprodukten von 2750 Millionen Tonnen Benzin, 600 Millionen Tonnen Kerosin und Düsentreibstoff - 210, Dieselkraftstoff - 600, Heizöl - 600 Millionen Tonnen, zeigte Japan ein gutes Beispiel für Ressourcenschonung , die darauf abzielt, die Abhängigkeit des Landes von Ölimporten zu minimieren. In den letzten 20 Jahren wurden enorme Anstrengungen unternommen, um dieses wichtige wirtschaftliche Problem zu lösen. Dabei wurde vorrangig auf energiesparende Technik geachtet. Und als Ergebnis der geleisteten Arbeit wird für die Produktion der gleichen Menge des Bruttosozialprodukts Japans heute halb so viel Öl benötigt wie 1974. Zweifellos haben sich Innovationen positiv auf die Verbesserung der Umweltsituation ausgewirkt.

4. Auswirkungen auf die Atmosphäre bei der Verwendung von Erdgas

Nach ökologischen Kriterien ist Erdgas der optimale Brennstoff. Die Verbrennungsprodukte enthalten keine Asche, Ruß und Karzinogene wie Benzopyren.

Bei der Verbrennung von Gas bleiben Stickoxide die einzigen nennenswerten Luftschadstoffe. Allerdings ist der Ausstoß von Stickoxiden bei der Verbrennung von Erdgas in Wärmekraftwerken im Durchschnitt um 20 Prozent geringer als bei der Verbrennung von Kohle. Dies liegt nicht an den Eigenschaften des Kraftstoffs selbst, sondern an den Besonderheiten ihrer Verbrennungsprozesse. Das Luftüberschussverhältnis bei der Kohleverbrennung ist geringer als bei der Erdgasverbrennung. Damit ist Erdgas hinsichtlich der Freisetzung von Stickoxiden bei der Verbrennung der umweltfreundlichste Energieträger.

Umweltveränderungen während des Gastransports. Eine moderne Hauptpipeline ist eine komplexe technische Ausrüstung, die neben dem linearen Teil (der Pipeline selbst) Anlagen zur Aufbereitung von Öl oder Gas zum Pumpen, Pump- und Kompressorstationen, Tanklager, Kommunikationsleitungen, ein elektrochemisches Schutzsystem, Straßen, die entlang der Route verlaufen, und Zugänge zu ihnen sowie vorübergehende Wohnsiedlungen von Betreibern.

Beispielsweise beträgt die Gesamtlänge der Gaspipelines in Russland etwa 140.000 km. Zum Beispiel gibt es auf dem Territorium der Republik Udmurtien 13 Hauptpipelines, deren Emissionsanteil mehr als 30% des entsprechenden Volumens in der Republik beträgt. Emissionen, hauptsächlich Methan, verteilen sich über die Länge von Gasleitungen, meist außerhalb besiedelter Gebiete.

Die atmosphärische Luft ist einer erheblichen Verschmutzung durch Verluste durch große und kleine „Atemzüge“ von Reservoirs, Gaslecks usw. ausgesetzt.

Die Luftverschmutzung infolge einer unfallbedingten Freisetzung von Gas oder der Verbrennung von Öl und Ölprodukten, die bei einem Unfall an der Oberfläche unterschiedlich sind, zeichnet sich durch eine viel kürzere Expositionsdauer aus und kann als kurzfristig eingestuft werden.

Die atmosphärische Luft wird auch durch Gaslecks durch undichte Rohrleitungsverbindungen, Leckagen und Verdunstung während der Lagerung und beim Be- und Entladen, Verluste in Öl- und Gas- und Ölproduktpipelines usw. verschmutzt. Dadurch kann das Vegetationswachstum unterdrückt und die Expositionsgrenzwerte in der Luft angehoben werden.

5. Schutz der Atmosphäre vor thermischen Emissionen

Die Lösung des Problems des Schutzes der Umwelt vor den schädlichen Auswirkungen von Wärmekraftwerken erfordert einen integrierten Ansatz.

Standort des TPP. Eine Reihe von Einschränkungen und technischen Anforderungen bei der Auswahl eines Baustandorts werden durch Umweltüberlegungen diktiert.

Zum einen der sogenannte Immissionshintergrund, der im Zusammenhang mit der Arbeit einiger Industriebetriebe und teilweise bereits bestehender Kraftwerke in dieser Zone entsteht. Wenn das Ausmaß der Verschmutzung am Standort des geplanten Baus bereits die Grenzwerte erreicht oder nahe an ihnen liegt, sollte der Standort beispielsweise eines Wärmekraftwerks nicht genehmigt werden.

Zweitens sollten bei Vorhandensein eines bestimmten, aber nicht ausreichend hohen Verschmutzungshintergrunds detaillierte Bewertungen durchgeführt werden, um die Werte möglicher Emissionen des geplanten Wärmekraftwerks mit den bereits im Gebiet vorhandenen zu vergleichen. In diesem Fall müssen Faktoren unterschiedlicher Art und Inhalt berücksichtigt werden: die Richtung, Stärke und Häufigkeit der Winde in diesem Bereich, die Niederschlagswahrscheinlichkeit, die absoluten Emissionen der Station bei Betrieb mit dem vorgesehenen Brennstofftyp, die Anweisungen für die Verbrennungseinrichtungen, die Anzeiger der Emissionsreinigungs- und -fangsysteme usw. Nach Vergleich der erhaltenen Gesamtemissionen (unter Berücksichtigung der Auswirkungen des geplanten Wärmekraftwerks) mit den maximal zulässigen Emissionen sollte eine endgültige Schlussfolgerung zur Machbarkeit des Baus eines Wärmekraftwerks gezogen werden.

Beim Bau von Kraftwerken, hauptsächlich Wärmekraftwerken, in Städten oder Vororten ist geplant, Waldgürtel zwischen Bahnhof und Wohngebieten anzulegen. Sie reduzieren die Auswirkungen von Lärm auf nahe gelegene Gebiete und tragen zum Zurückhalten von Staub bei Wind in Richtung Wohngebieten bei.

Bei der Planung und dem Bau von Wärmekraftwerken ist es notwendig, deren Ausstattung mit hocheffizienten Mitteln zur Reinigung und Wiederverwertung von Abfällen, Einleitungen und Emissionen von Schadstoffen und die Verwendung umweltfreundlicher Brennstoffe zu planen.

Luftbeckenschutz. Der Schutz der Atmosphäre vor der Hauptquelle der TPP-Verschmutzung – Schwefeldioxid – erfolgt hauptsächlich durch seine Ausbreitung in den höheren Schichten des Luftbeckens. Dazu werden Schornsteine in 180, 250 und sogar 420 m Höhe gebaut.Ein radikaleres Mittel zur Verringerung der Schwefeldioxidemissionen ist die Abtrennung von Schwefel aus dem Brennstoff, bevor er in Wärmekraftwerken verbrannt wird.

Der wirksamste Weg zur Verringerung der Schwefeldioxidemissionen ist der Bau von Kalkstein-Schwefelabscheideranlagen in TPPs und die Einführung von Anlagen zur Extraktion von Pyritschwefel aus Kohle in Konzentrationsanlagen.

Eines der wichtigsten Dokumente zum Schutz der Atmosphäre vor thermischen Emissionen auf dem Territorium der Republik Belarus ist das Gesetz der Republik Belarus „Über den Schutz der atmosphärischen Luft“. Das Gesetz betont, dass die atmosphärische Luft eines der lebenswichtigsten Elemente der Umwelt ist, deren günstiger Zustand die natürliche Grundlage für eine nachhaltige sozioökonomische Entwicklung der Republik ist. Das Gesetz zielt darauf ab, die Qualität der atmosphärischen Luft zu erhalten und zu verbessern, ihre Wiederherstellung zur Gewährleistung der Umweltsicherheit des menschlichen Lebens sowie die Verhinderung schädlicher Auswirkungen auf die Umwelt. Das Gesetz legt den rechtlichen und organisatorischen Rahmen für die Normen der wirtschaftlichen und sonstigen Tätigkeiten im Bereich der Nutzung und des Schutzes der atmosphärischen Luft fest.

Fazit

Die Hauptgefahr der thermischen Energietechnik für die Atmosphäre besteht darin, dass die Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen zum Auftreten von Kohlendioxid CO2 führt, das in die Atmosphäre freigesetzt wird und zum Treibhauseffekt beiträgt.

Das Vorhandensein von Schwefelzusätzen in der brennenden Kohle führt zum Auftreten von Schwefeloxiden, sie gelangen in die Atmosphäre und erzeugen nach Reaktion mit Wasserdampf in den Wolken Schwefelsäure, die mit Niederschlag zu Boden fällt. So erfolgt die Säurefällung mit Schwefelsäure.

Eine weitere Quelle für Säureniederschläge sind Stickoxide, die in den Öfen von Wärmekraftwerken bei hohen Temperaturen entstehen (bei normalen Temperaturen tritt Stickstoff nicht mit Luftsauerstoff in Wechselwirkung). Außerdem gelangen diese Oxide in die Atmosphäre, reagieren mit Wasserdampf in den Wolken und erzeugen Salpetersäure, die zusammen mit dem Niederschlag zu Boden fällt. So erfolgt die Säurefällung mit Salpetersäure.

Ein kohlebefeuertes Wärmekraftwerk, das Strom mit einer Kapazität von 1 GW = 10 "W erzeugt, verbraucht jährlich 3 Millionen Kohle und emittiert 7 Millionen Tonnen CO2, 120.000 Tonnen Schwefeldioxid, 20.000 Tonnen Stickoxide NO2 und 750 tausend Tonnen Stickoxide in die Umwelt Tonnen Asche.

Kohle und Flugasche enthalten erhebliche Mengen an radioaktiven Verunreinigungen. Eine jährliche Freisetzung in die Atmosphäre im Bereich eines 1-GW-Wärmekraftwerks führt zu einer Anhäufung von Radioaktivität auf dem Boden, die 10-20-mal höher ist als die Radioaktivität der jährlichen Emissionen eines Kernkraftwerks gleicher Leistung .

Daher sollte der Schutz der Atmosphäre vor thermischen Emissionen darauf abzielen, das Volumen der Gasemissionen und deren Reinigung zu verringern, und folgende Maßnahmen umfassen:

Überwachung des Zustands der Umwelt;

Anwendung von Methoden, Methoden und Mitteln, die die Menge der Gasemissionen und deren Einspeisung in das Feldgassammelnetz begrenzen;

Verwendung von Fackeln in Notfällen, die eine vollständige Verbrennung des ausströmenden Gases gewährleisten;

Sicherstellung der Einhaltung von Umweltstandards durch die entworfenen Einrichtungen und Strukturen;

Anwendung eines Systems zur automatischen Blockierung von technologischen Strömen in der Ölraffination, das es ermöglicht, gefährliche Bereiche in Notfallsituationen abzudichten und diese Verbindung in das Fackelsystem einzuleiten;

Die maximal mögliche Änderung der Brennstoffmodi von Wärmekraftwerken zugunsten umweltfreundlicher Brennstoffarten und Modi ihrer Reduzierung;

Erzielung des Hauptvolumens der Verringerung der Gasemissionen bei der Erdölraffination durch den Bau von Anlagen zur Behandlung von Begleit- und Erdölgas und Gasleitungssystemen, die die Nutzung gewährleisten.

Die Verringerung des Volumens der schädlichen Emissionen und der Ölraffination wird im Prozess des Wiederaufbaus und der Modernisierung der Ölraffinerieindustrie erreicht, begleitet vom Bau von Umweltanlagen.

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Was sind Wärmekraftmaschinen für uns

Täglich beschäftigen wir uns mit den Motoren, die Autos, Schiffe, Industriemaschinen, Eisenbahnlokomotiven und Flugzeuge antreiben. Es war das Aufkommen und die weit verbreitete Verwendung von Wärmekraftmaschinen, die die Industrie schnell voranbrachten.

Das Umweltproblem bei der Verwendung von Wärmekraftmaschinen besteht darin, dass Wärmeenergieemissionen unvermeidlich zu einer Erwärmung von umgebenden Objekten, einschließlich der Atmosphäre, führen. Wissenschaftler kämpfen seit langem mit dem Problem des Anstiegs des Weltozeanspiegels und betrachten den Hauptfaktor, der die menschliche Aktivität beeinflusst. Veränderungen in der Natur werden zu einer Veränderung unserer Lebensbedingungen führen, aber trotzdem steigt der Energieverbrauch von Jahr zu Jahr.

Wo werden Wärmekraftmaschinen eingesetzt?

Millionen von verbrennungsmotorisch angetriebenen Fahrzeugen sind im Personen- und Gütertransport tätig. Leistungsstarke Diesellokomotiven fahren die Eisenbahnen entlang, Motorschiffe fahren die Wasserbahnen entlang. Flugzeuge und Hubschrauber sind mit Kolben-, Turbojet- und Turboprop-Triebwerken ausgestattet. Raketentriebwerke „schieben“ Stationen, Schiffe und Erdsatelliten in den Weltraum. Verbrennungsmotoren in der Landwirtschaft werden an Mähdreschern, Pumpstationen, Traktoren und anderen Objekten installiert.

Ökologisches Problem der Verwendung von Wärmekraftmaschinen

Vom Menschen genutzte Maschinen, Wärmekraftmaschinen, die Automobilproduktion, der Einsatz von Gasturbinenantrieben, Flugzeug- und Raketenträger, die Verschmutzung der Gewässer durch Schiffe – all dies wirkt sich katastrophal zerstörerisch auf die Umwelt aus.

Zum einen werden bei der Verbrennung von Kohle und Öl Stickstoff- und Schwefelverbindungen in die Atmosphäre freigesetzt, die für den Menschen schädlich sind. Zum anderen nutzen die Prozesse Luftsauerstoff, dessen Gehalt in der Luft dadurch sinkt.

Luftemissionen sind nicht der einzige Faktor für die Auswirkungen von Wärmekraftmaschinen auf die Natur. Die Erzeugung von mechanischer und elektrischer Energie kann nicht durchgeführt werden, ohne dass erhebliche Wärmemengen an die Umgebung abgegeben werden, was zwangsläufig zu einem Anstieg der Durchschnittstemperatur auf dem Planeten führen muss.

Erschwerend kommt hinzu, dass die brennenden Stoffe die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre erhöhen. Dies wiederum führt zur Entstehung des „Treibhauseffekts“. Die globale Erwärmung wird zu einer echten Gefahr.

Das Umweltproblem bei der Verwendung von Wärmekraftmaschinen besteht darin, dass die Verbrennung des Kraftstoffs nicht vollständig sein kann und dies zur Freisetzung von Asche und Rußflocken in die Luft führt, die wir atmen. Laut Statistik setzen Kraftwerke weltweit jährlich mehr als 200 Millionen Tonnen Asche und mehr als 60 Millionen Tonnen Schwefeloxid in die Luft frei.

Alle zivilisierten Länder versuchen, die mit der Verwendung von Wärmekraftmaschinen verbundenen Umweltprobleme zu lösen. Die neuesten energiesparenden Technologien werden eingeführt, um Wärmekraftmaschinen zu verbessern. Dadurch wird der Energieverbrauch für die Herstellung des gleichen Produkts erheblich reduziert, wodurch die schädlichen Auswirkungen auf die Umwelt verringert werden.

Wärmekraftwerke, Verbrennungsmotoren von Autos und anderen Maschinen werden in großen Mengen in die Atmosphäre und dann in den Boden abgegeben, für alle Lebewesen schädlicher Abfall, z. B. Chlor, Schwefelverbindungen (bei der Verbrennung von Kohle), Kohlenstoff Kohlenmonoxid CO, Stickoxide usw. Automotoren geben jedes Jahr etwa drei Tonnen Blei in die Atmosphäre ab.

Ein weiteres Umweltproblem bei der Verwendung von Wärmekraftmaschinen in Kernkraftwerken ist die Sicherheit und Entsorgung von radioaktivem Abfall.

Aufgrund des unglaublich hohen Energieverbrauchs haben einige Regionen die Fähigkeit verloren, ihren eigenen Luftraum selbst zu reinigen. Der Betrieb von Kernkraftwerken hat dazu beigetragen, schädliche Emissionen erheblich zu reduzieren, aber der Betrieb erfordert riesige Mengen an Wasser und viel Platz unter den Teichen, um den Abdampf zu kühlen.

Lösungen

Leider kann die Menschheit nicht auf den Einsatz von Wärmekraftmaschinen verzichten. Wo ist der Ausgang? Um eine Größenordnung weniger Kraftstoff zu verbrauchen, dh den Energieverbrauch zu senken, muss der Wirkungsgrad des Motors erhöht werden, um die gleiche Arbeit auszuführen. Der Kampf gegen die negativen Folgen des Einsatzes von Wärmekraftmaschinen besteht nur darin, die Effizienz der Energienutzung zu steigern und auf energiesparende Technologien umzusteigen.

Generell wäre es falsch zu sagen, dass das globale Umweltproblem des Einsatzes von Wärmekraftmaschinen nicht gelöst wird. Immer mehr Elektrolokomotiven ersetzen konventionelle Züge; Batterieautos werden immer beliebter; Energiespartechnologien werden in der Industrie eingeführt. Es besteht die Hoffnung, dass umweltfreundliche Flugzeuge und Raketentriebwerke auftauchen. Die Regierungen vieler Länder führen internationale Programme zum Schutz der Umwelt vor Verschmutzung der Erde durch.

Frage 3. Wirtschaftliche Effizienz von pp und Methoden zu ihrer Bestimmung.

Frage 4. Wirtschaftlicher Schaden durch Umweltverschmutzung und Methoden zu seiner Bestimmung

Frage 5. Die Hauptrichtungen der Ökologisierung der russischen Wirtschaft.

Frage 6. Forstwirtschaft und Merkmale der Umweltauswirkungen forstwirtschaftlicher Aktivitäten. Wege zur ökologischen Optimierung der Industrie.

Frage 7. Auftreten externer Effekte und deren Berücksichtigung in der ökologischen und wirtschaftlichen Entwicklung

Frage 9. Anweisungen für die Bildung eines wirtschaftlichen Mechanismus für die Naturbewirtschaftung

Frage 10. Arten und Formen der Zahlung für natürliche Ressourcen.

Frage 11. Technogener Wirtschaftstyp und seine Grenzen

Frage 12. Ökologische und ökonomische Entwicklung im Konzept der Nachhaltigkeit von Wirtschaftssystemen

Frage 13. Ökosphäre als komplexes dynamisches selbstregulierendes System. Homöostase der Ökosphäre. Die Rolle der lebenden Materie.

Frage 14. Ökosystem und Biogeozänose: Definitionen von Ähnlichkeiten und Unterschieden.

Frage 15. Biologische Produktivität (bp) von Ökosystemen (Biogeozänosen).

Frage 16. Zusammenhang zwischen biologischer Produktivität und ökologischer Stabilität.

Frage 17. Ökologische Abfolgen, natürlich und künstlich. Verwendung für praktische Zwecke.

Frage 18. Methoden zum Management von Populationen und Ökosystemen (Biogeozänosen).

Frage 19. Regionale und lokale Naturmanagementsysteme.

Frage 20

1. Traditionelles Naturmanagement und seine wichtigsten Arten.

21. Umweltprobleme der Energie und Wege zu ihrer Lösung.

22. Umweltprobleme der Industrie und Wege zu ihrer Lösung.

23. Ökologische Probleme der Landwirtschaft und Wege zu ihrer Lösung.

24. Umweltprobleme des Verkehrs und Wege zu ihrer Lösung.

25. Anthropogene Auswirkungen auf die Atmosphäre und Möglichkeiten zur Verringerung der negativen Auswirkungen.

26. Anthropogener Einfluss auf die Hydrosphäre und Möglichkeiten zur Verringerung des negativen Effekts.

27. Das Problem der rationellen Nutzung von Landressourcen.

31. Die Rolle des institutionellen Faktors im Konzept der nachhaltigen Entwicklung.

32. Anthropogener Klimawandel.

33. Hauptmechanismen der Wechselwirkung zwischen der Hydrosphäre und der Atmosphäre.

34. Schutz der Arten- und Ökosystemvielfalt der Biosphäre.

35. Moderne Landschaften. Klassifizierung und Verteilung.

36. Vertikale und horizontale Struktur von Landschaften.

37. Probleme der Entwaldung und Wüstenbildung.

38. Probleme der Erhaltung der genetischen Vielfalt.

39. Geoökologische Aspekte globaler Krisensituationen: Degradation der Lebenserhaltungssysteme der Ökosphäre. Ressourcenprobleme.

41. Ökologische Expertise. Grundprinzipien. Gesetz der Russischen Föderation „Über ökologische Expertise“.

42. Nachhaltige Entwicklung als Grundlage für rationales Naturmanagement. Beschlüsse der Konferenz von Rio de Janeiro (1992) und des Weltgipfels in Johannesburg (2002).

44. Die Rolle von Fahrzeugen bei der Umweltverschmutzung.

45. Landwirtschaft als Zweigsystem der Naturbewirtschaftung.

46. Staatliche Naturreservate Russlands: Status, Regime, Funktionen, Aufgaben und Entwicklungsperspektiven.

Frage 49. Staatliche Naturreservate Russlands: Status, Regime, Funktionen, Aufgaben und Entwicklungsperspektiven.

Frage 51. Ökologische Kultur als Faktor bei der Bildung und Entwicklung von Umweltmanagementsystemen.

Frage 52. Unterschiede im Verbrauch natürlicher Ressourcen in Ländern unterschiedlicher Art.

21. Umweltprobleme der Energie und Wege zu ihrer Lösung.

Derzeit wird der Energiebedarf hauptsächlich durch drei Arten von Energieressourcen gedeckt: organische Brennstoffe, Wasser und der Atomkern. Wasserenergie und Atomenergie werden vom Menschen genutzt, nachdem sie in elektrische Energie umgewandelt wurden. Gleichzeitig wird ein erheblicher Teil der im Biokraftstoff enthaltenen Energie in Form von Wärme genutzt und nur ein Teil davon in Strom umgewandelt. In beiden Fällen ist die Energiefreisetzung aus organischem Brennstoff jedoch mit seiner Verbrennung und folglich mit der Freisetzung von Verbrennungsprodukten in die Umwelt verbunden.

Umweltprobleme der thermischen Energietechnik

Die Auswirkungen von Wärmekraftwerken auf die Umwelt hängen weitgehend von der Art des verbrannten Brennstoffs ab.

fester Brennstoff. Bei der Verbrennung fester Brennstoffe gelangen Flugasche mit Partikeln aus unverbranntem Brennstoff, Schwefel- und Schwefelsäureanhydriden, Stickoxiden, einer bestimmten Menge an Fluorverbindungen sowie gasförmigen Produkten einer unvollständigen Verbrennung von Brennstoff in die Atmosphäre. Flugasche enthält in einigen Fällen zusätzlich zu ungiftigen Bestandteilen schädlichere Verunreinigungen. So ist in der Asche von Donezk-Anthraziten Arsen in geringen Mengen enthalten, und in der Asche von Ekibastuz und einigen anderen Ablagerungen - freies Siliziumdioxid, in der Asche von Schiefer und Kohlen des Kansk-Achinsk-Beckens - freies Calciumoxid. Zu den festen Brennstoffen gehören Kohle und Torf.

Flüssigen Brennstoff. Bei der Verbrennung von flüssigem Brennstoff (Heizöl) mit Rauchgasen gelangen Schwefeldioxid und Schwefelsäureanhydride, Stickoxide, Vanadiumverbindungen, Natriumsalze sowie bei der Reinigung von der Kesseloberfläche abgelöste Stoffe in die atmosphärische Luft. Aus ökologischer Sicht sind flüssige Kraftstoffe „hygienischer“. Gleichzeitig verschwindet das Problem der Aschehalden vollständig, die große Flächen einnehmen, ihre sinnvolle Nutzung ausschließen und durch den Abtransport eines Teils der Asche mit den Winden eine Quelle ständiger Luftverschmutzung im Bahnhofsbereich sind. In den Verbrennungsprodukten flüssiger Brennstoffe ist keine Flugasche enthalten. Flüssige Brennstoffe umfassen Erdgas (???).

Thermische Kraftwerke verwenden Kohle, Öl und Ölprodukte, Erdgas und seltener Holz und Torf als Brennstoff. Die Hauptbestandteile brennbarer Materialien sind Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff, Schwefel und Stickstoff sind in geringeren Mengen enthalten, Spuren von Metallen und deren Verbindungen (meistens Oxide und Sulfide) sind ebenfalls vorhanden.

In der Wärmekraftindustrie sind Wärmekraftwerke, Unternehmen und Installationen von Dampfkraftanlagen, d. h. alle Unternehmen, deren Arbeit mit der Brennstoffverbrennung verbunden ist, die Quelle massiver atmosphärischer Emissionen und fester Abfälle mit großen Tonnagen.

Neben gasförmigen Emissionen produziert die thermische Energietechnik riesige Mengen an festen Abfällen; dazu gehören Asche und Schlacke.

Abfälle aus Kohleaufbereitungsanlagen enthalten 55–60 % SiO2, 22–26 % Al2O3, 5–12 % Fe2O3, 0,5–1 % CaO, 4–4,5 % K2O und Na2O und bis zu 5 % C. Sie gelangen auf die Deponien, die Staub und Rauch erzeugen und den Zustand der Atmosphäre und der angrenzenden Gebiete drastisch verschlechtern.

Ein Kohlekraftwerk benötigt jährlich 3,6 Millionen Tonnen Kohle, 150 m3 Wasser und etwa 30 Milliarden m3 Luft. Diese Zahlen berücksichtigen keine Umweltbelastungen im Zusammenhang mit der Gewinnung und dem Transport von Kohle.

Wenn man bedenkt, dass ein solches Kraftwerk mehrere Jahrzehnte in Betrieb ist, dann ist seine Wirkung mit der eines Vulkans zu vergleichen. Aber wenn letzterer normalerweise die Produkte des Vulkanismus in großen Mengen auf einmal auswirft, dann tut das das Kraftwerk die ganze Zeit.

Verschmutzung und Verschwendung von Energieanlagen in Form von gasförmigen, flüssigen und festen Phasen verteilen sich auf zwei Ströme: Einer verursacht globale Veränderungen und der andere - regional und lokal. Dasselbe gilt für andere Sektoren der Wirtschaft, aber Energie und die Verbrennung fossiler Brennstoffe bleiben eine Quelle für große globale Schadstoffe. Sie gelangen in die Atmosphäre und aufgrund ihrer Ansammlung ändert sich die Konzentration kleiner Gasbestandteile der Atmosphäre, einschließlich Treibhausgasen. In der Atmosphäre traten Gase auf, die vorher praktisch nicht darin vorhanden waren - Fluorchlorkohlenwasserstoffe. Dies sind globale Schadstoffe, die einen hohen Treibhauseffekt haben und gleichzeitig an der Zerstörung des stratosphärischen Ozonschirms beteiligt sind.

Daher ist zu beachten, dass Wärmekraftwerke derzeit etwa 20 % der Gesamtmenge aller gefährlichen Industrieabfälle in die Atmosphäre abgeben. Sie beeinflussen erheblich die Umwelt des Gebiets ihres Standorts und den Zustand der Biosphäre insgesamt. Am schädlichsten sind Kondensationskraftwerke, die mit minderwertigen Brennstoffen betrieben werden.

Abwasser aus Wärmekraftwerken und Regenwasser aus ihren Gebieten, das mit Abfällen aus technologischen Kreisläufen von Kraftwerken verunreinigt ist und Vanadium, Nickel, Fluor, Phenole und Ölprodukte enthält, kann bei Einleitung in Gewässer die Wasserqualität und Wasserorganismen beeinträchtigen. Eine Änderung der chemischen Zusammensetzung bestimmter Stoffe führt zu einer Verletzung der im Stausee festgelegten Lebensraumbedingungen und beeinflusst die Artenzusammensetzung und Häufigkeit von Wasserorganismen und Bakterien und kann letztendlich zu Verletzungen der Selbstreinigungsprozesse von Gewässern führen vor Verschmutzung und einer Verschlechterung ihres hygienischen Zustands.

Gefährlich ist auch die sogenannte thermische Belastung von Gewässern mit vielfältigen Verletzungen ihres Zustandes. Thermische Kraftwerke erzeugen Energie mithilfe von Turbinen, die von erhitztem Dampf angetrieben werden. Während des Betriebs von Turbinen ist es notwendig, den Abdampf mit Wasser zu kühlen, daher verlässt kontinuierlich ein Wasserstrom das Kraftwerk, der normalerweise um 8-12 ° C erhitzt und in einen Speicher geleitet wird. Große Wärmekraftwerke benötigen große Wassermengen. Sie leiten 80-90 m3/s Wasser in erhitztem Zustand ab. Dies bedeutet, dass ein starker Strom warmen Wassers kontinuierlich in den Stausee fließt, ungefähr in der Größenordnung des Moskwa-Flusses.

Die am Zusammenfluss eines warmen „Flusses“ gebildete Heizzone ist eine Art Abschnitt des Reservoirs, in dem die Temperatur an der Überlaufstelle maximal ist und mit zunehmendem Abstand davon abnimmt. Die Heizzonen großer Wärmekraftwerke nehmen eine Fläche von mehreren zehn Quadratkilometern ein. Im Winter bilden sich in der beheizten Zone (in den nördlichen und mittleren Breiten) Polynjas. In den Sommermonaten richten sich die Temperaturen in den beheizten Zonen nach der natürlichen Temperatur des Zulaufwassers. Wenn die Wassertemperatur im Reservoir 20 °C beträgt, kann sie in der Heizzone 28-32 °C erreichen.

Infolge eines Temperaturanstiegs in einem Reservoir und einer Verletzung ihres natürlichen hydrothermalen Regimes werden die Prozesse des „Blühens“ von Wasser intensiviert, die Fähigkeit von Gasen, sich in Wasser zu lösen, nimmt ab, die physikalischen Eigenschaften von Wasser ändern sich, alles chemisch und darin ablaufende biologische Prozesse werden beschleunigt usw. In der Heizzone nimmt die Transparenz des Wassers ab, der pH-Wert steigt, die Zersetzungsgeschwindigkeit leicht oxidierbarer Substanzen steigt. Die Photosyntheserate in solchem Wasser ist deutlich reduziert.

Umweltprobleme der Wasserkraft

Trotz der relativ günstigen Energie aus Wasserkraft nimmt ihr Anteil an der Energiebilanz allmählich ab. Dies ist sowohl auf die Erschöpfung der billigsten Ressourcen als auch auf die große territoriale Kapazität von Tieflandreservoirs zurückzuführen. Es wird angenommen, dass in Zukunft die weltweite Produktion von Wasserkraft 5% der Gesamtenergie nicht überschreiten wird.

Einer der wichtigsten Gründe für den Rückgang des Anteils der Energiegewinnung aus Wasserkraftwerken ist die starke Auswirkung aller Phasen des Baus und Betriebs von Wasserkraftwerken auf die Umwelt.

Verschiedenen Studien zufolge ist eine der wichtigsten Auswirkungen der Wasserkraft auf die Umwelt die Entfremdung großer Flächen fruchtbaren (Auen-) Landes für Stauseen. In Russland, wo nicht mehr als 20 % der elektrischen Energie aus Wasserkraft gewonnen wird, wurden beim Bau von Wasserkraftwerken mindestens 6 Millionen Hektar Land überschwemmt. An ihrer Stelle wurden natürliche Ökosysteme zerstört.

Bedeutende Landstriche in der Nähe von Stauseen sind infolge steigender Grundwasserspiegel von Überschwemmungen betroffen. Diese Gebiete fallen in der Regel in die Kategorie der Feuchtgebiete. Unter flachen Bedingungen können überschwemmte Gebiete 10 % oder mehr der überfluteten Fläche ausmachen. Die Zerstörung von Land und seinen Ökosystemen erfolgt auch als Folge ihrer Zerstörung durch Wasser (Abrasion) während der Bildung der Küstenlinie. Abriebprozesse dauern in der Regel Jahrzehnte, was zur Bearbeitung großer Erdmassen, Gewässerverschmutzung und Verschlammung von Stauseen führt. Daher ist der Bau von Stauseen mit einer scharfen Verletzung des Wasserhaushalts von Flüssen, ihrer Ökosysteme und der Artenzusammensetzung von Hydrobionten verbunden.

In Stauseen nimmt die Erwärmung des Wassers stark zu, was den Sauerstoffverlust und andere durch thermische Verschmutzung verursachte Prozesse verstärkt. Letzteres schafft zusammen mit der Anreicherung biogener Substanzen Bedingungen für die Überwucherung von Gewässern und die intensive Entwicklung von Algen, einschließlich giftiger blaugrüner Algen. Aus diesen Gründen sowie aufgrund der langsamen Erneuerung der Gewässer ist ihre Fähigkeit zur Selbstreinigung stark reduziert.

Die Verschlechterung der Wasserqualität führt zum Tod vieler Bewohner. Das Vorkommen von Fischbeständen nimmt zu, insbesondere die Anfälligkeit für Helminthen. Die Geschmacksqualitäten der Bewohner der aquatischen Umwelt werden reduziert.

Fischwanderwege werden gestört, Futtergründe, Laichplätze etc. zerstört Die Wolga hat als Laichplatz für Kaspische Störe nach dem Bau einer Wasserkraftwerkskaskade ihre Bedeutung weitgehend verloren.

Letztlich werden die durch Stauseen blockierten Flusssysteme von Transitsystemen zu Transitakkumulationssystemen. Neben biogenen Stoffen fallen hier Schwermetalle, radioaktive Elemente und viele Pestizide mit langer Lebensdauer an. Akkumulationsprodukte machen es problematisch, die von Stauseen besetzten Gebiete nach ihrer Auflösung zu nutzen.

Stauseen haben einen erheblichen Einfluss auf atmosphärische Prozesse. Beispielsweise übersteigt in ariden (trockenen) Regionen die Verdunstung von der Oberfläche von Stauseen die Verdunstung von einer gleichen Landoberfläche um das Zehnfache.

Eine Abnahme der Lufttemperatur und eine Zunahme von Nebelphänomenen sind mit einer erhöhten Verdunstung verbunden. Der Unterschied zwischen den thermischen Gleichgewichten von Stauseen und dem angrenzenden Land bestimmt die Bildung lokaler Winde wie Brisen. Diese und andere Phänomene führen zu einer Veränderung der Ökosysteme (nicht immer positiv), zu einer Änderung des Wetters. In einigen Fällen ist es im Bereich der Stauseen erforderlich, die Richtung der Landwirtschaft zu ändern. In den südlichen Regionen unseres Landes haben beispielsweise einige wärmeliebende Pflanzen (Melonen) keine Zeit zum Reifen, das Vorkommen von Pflanzen nimmt zu und die Qualität der Produkte verschlechtert sich.

Die Kosten des Wasserbaus für die Umwelt sind in Bergregionen, wo Stauseen in der Regel kleinflächig sind, deutlich geringer. In seismischen Berggebieten können Stauseen jedoch Erdbeben hervorrufen. Die Wahrscheinlichkeit von Erdrutschen und die Wahrscheinlichkeit von Katastrophen infolge der möglichen Zerstörung von Staudämmen steigt.

Wasserkraftanlagen wandeln aufgrund der besonderen Technologie der Wasserenergienutzung natürliche Prozesse über sehr lange Zeiträume um. Beispielsweise kann ein Stausee eines Wasserkraftwerks (oder ein System von Stauseen im Fall einer Wasserkraftwerkskaskade) mehrere zehn und hundert Jahre bestehen, während anstelle eines natürlichen Wasserlaufs ein künstliches Objekt mit künstlicher Regulierung entsteht natürliche Prozesse - ein natürlich-technisches System (NTS).

Betrachtet man die Auswirkungen von HPPs auf die Umwelt, sollte man dennoch die lebensrettende Funktion von HPPs beachten. Somit führt die Erzeugung jeder Milliarde kWh Strom in HPPs anstelle von TKWs zu einer Verringerung der Sterblichkeit um 100-226 Personen pro Jahr.

Probleme der Atomkraft

Am vielversprechendsten ist derzeit die Atomkraft. Dies liegt sowohl an den relativ großen Kernbrennstoffvorräten als auch an der schonenden Umweltbelastung. Zu den Vorteilen gehört auch die Möglichkeit, ein Kernkraftwerk unabhängig von Rohstoffvorkommen zu bauen, da deren Transport aufgrund geringer Volumina keine nennenswerten Kosten verursacht. Es genügt zu sagen, dass Sie mit 0,5 kg Kernbrennstoff so viel Energie gewinnen können wie mit der Verbrennung von 1000 Tonnen Kohle.

Langjährige Erfahrungen beim Betrieb von Kernkraftwerken in allen Ländern zeigen, dass diese keine nennenswerten Auswirkungen auf die Umwelt haben. Bis 1998 betrug die durchschnittliche Betriebszeit der Kernkraftwerke 20 Jahre. Die Zuverlässigkeit, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit von Kernkraftwerken basiert nicht nur auf der strengen Regulierung des Betriebsablaufs von Kernkraftwerken, sondern auch auf der Reduzierung der Auswirkungen von Kernkraftwerken auf die Umwelt auf ein absolutes Minimum.

Während des normalen Betriebs von Kernkraftwerken sind Freisetzungen radioaktiver Elemente in die Umwelt äußerst unbedeutend. Im Durchschnitt sind sie 2-4 mal geringer als bei Wärmekraftwerken gleicher Leistung.

Vor der Tschernobyl-Katastrophe in unserem Land hatte keine Industrie eine geringere Arbeitsunfallquote als Kernkraftwerke. 30 Jahre vor der Tragödie starben 17 Menschen bei Unfällen, und schon damals nicht an Strahlenschäden. Nach 1986 wurde die Hauptumweltgefahr von Kernkraftwerken zunehmend mit der Möglichkeit eines Unfalls in Verbindung gebracht. Obwohl ihre Wahrscheinlichkeit bei modernen Kernkraftwerken gering ist, ist sie nicht ausgeschlossen.

Bis vor kurzem waren die Hauptumweltprobleme von Kernkraftwerken mit der Entsorgung abgebrannter Brennelemente sowie mit der Liquidation der Kernkraftwerke selbst nach dem Ende ihrer zulässigen Betriebsdauer verbunden. Es gibt Hinweise darauf, dass die Kosten für solche Liquidationsarbeiten 1/6 bis 1/3 der Kosten der Kernkraftwerke selbst betragen. Generell können folgende KKW-Auswirkungen auf die Umwelt genannt werden: 1 - Zerstörung von Ökosystemen und deren Elementen (Böden, Böden, wasserführende Strukturen usw.) in Erzabbaustätten (insbesondere bei einem offenen Verfahren); 2 - Entzug von Grundstücken für den Bau von Kernkraftwerken selbst; 3 - Entnahme erheblicher Wassermengen aus verschiedenen Quellen und Ableitung von erwärmtem Wasser; 4 - Eine radioaktive Kontamination der Atmosphäre, Gewässer und Böden bei der Gewinnung und dem Transport von Rohstoffen sowie beim Betrieb von Kernkraftwerken, der Lagerung und Verarbeitung von Abfällen und deren Entsorgung ist nicht ausgeschlossen.

Zweifellos wird thermische Energie in naher Zukunft in der Energiebilanz der Welt und einzelner Länder dominierend bleiben. Es besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass der Anteil von Kohle und anderen weniger sauberen Brennstoffen in der Energieerzeugung zunehmen wird. Einige Arten und Methoden ihrer Verwendung können die negativen Auswirkungen auf die Umwelt erheblich reduzieren. Diese Methoden basieren hauptsächlich auf der Verbesserung von Technologien zur Brennstoffaufbereitung und der Sammlung gefährlicher Abfälle. Unter ihnen:

1. Einsatz und Verbesserung von Reinigungsgeräten.

2. Verringerung des Eintrags von Schwefelverbindungen in die Atmosphäre durch Vorentschwefelung (Entschwefelung) von Kohle und anderen Brennstoffen (Öl, Gas, Ölschiefer) durch chemische oder physikalische Methoden.

3. Mit Energieeinsparungen sind große und reale Möglichkeiten verbunden, den Eintrag von Schadstoffen in die Umwelt zu verringern oder zu stabilisieren.

4. Nicht weniger bedeutend sind die Möglichkeiten zur Energieeinsparung im Alltag und bei der Arbeit durch Verbesserung der Dämmeigenschaften von Gebäuden. Es ist äußerst verschwenderisch, elektrische Energie zur Erzeugung von Wärme zu verwenden. Daher ist die direkte Verbrennung von Brennstoff zur Erzeugung von Wärme, insbesondere von Gas, viel effizienter als die Umwandlung in Strom und dann wieder in Wärme.

5. Der Wirkungsgrad des Brennstoffs wird auch merklich gesteigert, wenn er anstelle eines Blockheizkraftwerks in einem Blockheizkraftwerk eingesetzt wird. + Nutzung alternativer Energien

6. Nutzung alternativer Energiequellen wann immer möglich.

Verbrennungsmotoren und Ökologie.

1.3. Alternative Kraftstoffe

1.5. Neutralisation

Referenzliste

Verbrennungsmotoren und Ökologie

1.1. Schädliche Emissionen in der Zusammensetzung von Abgasen und ihre Auswirkungen auf die Tierwelt

Bei der vollständigen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen sind die Endprodukte Kohlendioxid und Wasser. Eine vollständige Verbrennung in Hubkolben-Verbrennungsmotoren ist jedoch technisch nicht zu erreichen. Heute entfallen etwa 60 % der Gesamtmenge an Schadstoffen, die in die Atmosphäre von Großstädten emittiert werden, auf den Straßenverkehr.

Die Zusammensetzung der Abgase von Verbrennungsmotoren umfasst mehr als 200 verschiedene Chemikalien. Unter ihnen:

Produkte unvollständiger Verbrennung in Form von Kohlenmonoxid, Aldehyden, Ketonen, Kohlenwasserstoffen, Wasserstoff, Peroxidverbindungen, Ruß;
Produkte thermischer Reaktionen von Stickstoff mit Sauerstoff - Stickoxide;
Verbindungen anorganischer Substanzen, die Bestandteil des Kraftstoffs sind - Blei und andere Schwermetalle, Schwefeldioxid usw.;
überschüssiger Sauerstoff.

Die Menge und Zusammensetzung der Abgase wird durch die Konstruktionsmerkmale der Motoren, ihre Funktionsweise, den technischen Zustand, die Qualität der Straßenoberflächen und die Wetterbedingungen bestimmt. Auf Abb. 1.1 zeigt die Abhängigkeiten des Gehalts an Reinstoffen in der Zusammensetzung von Abgasen.

Im Tisch. 1.1 zeigt die Eigenschaften des Stadtrhythmus des Autos und die Durchschnittswerte der Emissionen als Prozentsatz ihres Gesamtwerts für einen vollständigen Zyklus des bedingten Stadtverkehrs.

Kohlenmonoxid (CO) entsteht in Motoren bei der Verbrennung von angereicherten Luft-Kraftstoff-Gemischen sowie durch die Dissoziation von Kohlendioxid bei hohen Temperaturen. Unter normalen Bedingungen ist CO ein farb- und geruchloses Gas. Die toxische Wirkung von CO liegt in seiner Fähigkeit, einen Teil des Hämoglobins im Blut in Carboxyhämoglobin umzuwandeln, was zu einer Störung der Gewebeatmung führt. Daneben wirkt sich CO direkt auf biochemische Prozesse im Gewebe aus, was zu einer Störung des Fett- und Kohlenhydratstoffwechsels, des Vitaminhaushalts usw. führt. Die toxische Wirkung von CO hängt auch mit seiner direkten Wirkung auf die Zellen des Zentralnervensystems zusammen. Wenn es einer Person ausgesetzt wird, verursacht CO Kopfschmerzen, Schwindel, Müdigkeit, Reizbarkeit, Schläfrigkeit und Schmerzen in der Herzgegend. Eine akute Vergiftung wird beobachtet, wenn Luft mit einer CO-Konzentration von mehr als 2,5 mg/l für 1 Stunde eingeatmet wird.

Tabelle 1.1

Merkmale des urbanen Rhythmus des Autos

Stickoxide in Abgasen entstehen durch reversible Oxidation von Stickstoff mit Luftsauerstoff unter Einwirkung hoher Temperaturen und Drücke. Kühlen die Abgase ab und verdünnen sie mit Luftsauerstoff, werden Stickoxide zu Kohlendioxid. Stickoxid (NO) ist ein farbloses Gas, Stickstoffdioxid (NO 2) ist ein rotbraunes Gas mit charakteristischem Geruch. Stickoxide verbinden sich bei Einnahme mit Wasser. Gleichzeitig bilden sie in den Atemwegen Verbindungen aus Salpetersäure und salpetriger Säure. Stickoxide reizen die Schleimhäute von Augen, Nase und Mund. Die Exposition gegenüber NO 2 trägt zur Entstehung von Lungenerkrankungen bei. Vergiftungssymptome treten erst nach 6 Stunden in Form von Husten, Erstickung und zunehmendem Lungenödem auf. NOX ist auch an der Bildung von saurem Regen beteiligt.

Stickoxide und Kohlenwasserstoffe sind schwerer als Luft und können sich in der Nähe von Straßen und Straßen ansammeln. In ihnen finden unter dem Einfluss von Sonnenlicht verschiedene chemische Reaktionen statt. Die Zersetzung von Stickoxiden führt zur Bildung von Ozon (О 3). Unter normalen Bedingungen ist Ozon instabil und zersetzt sich schnell, aber in Gegenwart von Kohlenwasserstoffen verlangsamt sich der Prozess seiner Zersetzung. Es reagiert aktiv mit Feuchtigkeitspartikeln und anderen Verbindungen und bildet Smog. Außerdem greift Ozon Augen und Lunge an.

Einzelne Kohlenwasserstoffe CH (Benzapyren) sind die stärksten Karzinogene, deren Träger Rußpartikel sein können.

Wenn der Motor mit verbleitem Benzin betrieben wird, bilden sich aufgrund der Zersetzung von Tetraethylblei Partikel aus festem Bleioxid. In den Abgasen sind sie in Form von winzigen Partikeln mit einer Größe von 1–5 Mikrometern enthalten, die lange in der Atmosphäre verbleiben. Das Vorhandensein von Blei in der Luft verursacht schwere Schäden an den Verdauungsorganen, dem zentralen und peripheren Nervensystem. Die Wirkung von Blei auf das Blut äußert sich in einer Abnahme der Hämoglobinmenge und der Zerstörung roter Blutkörperchen.

Die Zusammensetzung der Abgase von Dieselmotoren unterscheidet sich von Ottomotoren (Tab. 10.2). In einem Dieselmotor ist die Kraftstoffverbrennung vollständiger. Dadurch entstehen weniger Kohlenmonoxid und unverbrannte Kohlenwasserstoffe. Gleichzeitig entstehen aber durch den Luftüberschuss im Dieselmotor mehr Stickoxide.

Darüber hinaus ist der Betrieb von Dieselmotoren in bestimmten Modi durch Rauch gekennzeichnet. Schwarzer Rauch ist ein Produkt unvollständiger Verbrennung und besteht aus Kohlenstoffpartikeln (Ruß) mit einer Größe von 0,1–0,3 µm. Weißer Rauch, der hauptsächlich im Leerlauf des Motors entsteht, besteht hauptsächlich aus reizenden Aldehyden, verdampften Kraftstoffpartikeln und Wassertröpfchen. Blauer Rauch entsteht, wenn Abgase an der Luft abgekühlt werden. Es besteht aus Tröpfchen flüssiger Kohlenwasserstoffe.

Ein Merkmal der Abgase von Dieselmotoren ist der Gehalt an krebserregenden polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen, von denen Dioxin (zyklischer Ether) und Benzapyren am schädlichsten sind. Letzteres gehört wie Blei zur ersten Gefahrenklasse der Schadstoffe. Dioxine und verwandte Verbindungen sind um ein Vielfaches giftiger als Gifte wie Curare und Kaliumcyanid.

Tabelle 1.2

Die Menge an toxischen Bestandteilen (in g),

entsteht bei der Verbrennung von 1 kg Kraftstoff

Auch in den Abgasen (insbesondere bei laufenden Dieselmotoren) wurde Acreolin gefunden. Es riecht nach verbrannten Fetten und verursacht bei Konzentrationen über 0,004 mg/l Reizungen der oberen Atemwege sowie Entzündungen der Augenschleimhaut.

In Autoabgasen enthaltene Substanzen können fortschreitende Schäden des Zentralnervensystems, der Leber, der Nieren, des Gehirns, der Geschlechtsorgane, Lethargie, Parkinson-Syndrom, Lungenentzündung, endemische Ataxie, Gicht, Bronchialkrebs, Dermatitis, Vergiftungen, Allergien, Atemwegs- und andere Erkrankungen verursachen . . . Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Krankheiten steigt mit zunehmender Expositionszeit gegenüber Schadstoffen und deren Konzentration.

1.2. Gesetzliche Beschränkungen für Schadstoffemissionen

Die ersten Schritte zur Begrenzung der Schadstoffmenge in Abgasen wurden in den Vereinigten Staaten unternommen, wo das Problem der Gasverschmutzung in Großstädten nach dem Zweiten Weltkrieg am dringendsten wurde. Als Ende der 60er Jahre die Millionenstädte Amerikas und Japans an Smog zu ersticken begannen, ergriffen die Regierungskommissionen dieser Länder die Initiative. Gesetze zur obligatorischen Reduzierung der Schadstoffemissionen von Neuwagen haben die Hersteller gezwungen, Motoren zu verbessern und Neutralisationssysteme zu entwickeln.

1970 wurde in den Vereinigten Staaten ein Gesetz erlassen, wonach der Gehalt an toxischen Bestandteilen in den Abgasen von Autos des Modelljahres 1975 geringer sein sollte als der von Autos des Baujahrs 1960: CH - um 87 %, CO - um 82 % und NOx - um 24 %. Ähnliche Anforderungen wurden in Japan und Europa legalisiert.

Die Entwicklung europaweiter Regeln, Vorschriften und Standards im Bereich der Automobilökologie erfolgt durch das Inland Transport Committee im Rahmen der Wirtschaftskommission der Vereinten Nationen für Europa (UNECE). Die von ihr ausgestellten Dokumente heißen UNECE-Regeln und sind für die Teilnehmerstaaten des Genfer Abkommens von 1958, dem auch Russland beigetreten ist, verbindlich.

Danach werden die zulässigen Schadstoffemissionen seit 1993 begrenzt: für Kohlenmonoxid von 15 g/km im Jahr 1991 auf 2,2 g/km im Jahr 1996 und für die Summe der Kohlenwasserstoffe und Stickoxide von 5,1 g/km im Jahr 1991 1996 auf 0,5 g/km. Im Jahr 2000 wurden noch strengere Standards eingeführt (Abb. 1.2). Auch für Diesel-Lkw ist eine deutliche Verschärfung der Normen vorgesehen (Abb. 1.3).

Reis. 1.2. Dynamik der Emissionsgrenzwerte

für Fahrzeuge bis 3,5 Tonnen (Benzin)

Die 1993 für Autos eingeführten Standards hießen EBPO-I, 1996 - EURO-II, 2000 - EURO-III. Die Einführung solcher Normen brachte die europäischen Vorschriften auf das Niveau der US-Standards.

Neben der quantitativen Verschärfung der Normen findet auch deren qualitative Veränderung statt. Anstelle von Rauchbeschränkungen wurde die Rationierung von Feststoffpartikeln eingeführt, an deren Oberfläche gesundheitsgefährdende aromatische Kohlenwasserstoffe, insbesondere Benzapyren, adsorbiert sind.

Die Feinstaubverordnung begrenzt die Feinstaubmenge wesentlich stärker als die Rauchbegrenzung, die nur eine solche Feinstaubmenge abschätzen lässt, die die Abgase sichtbar macht.

Reis. 1.3. Dynamik der von der EWG festgelegten Schadstoffgrenzwerte für Diesel-Lkw mit einem zulässigen Gesamtgewicht von mehr als 3,5 Tonnen

Um die Emission giftiger Kohlenwasserstoffe zu begrenzen, werden Grenzwerte für den Gehalt der methanfreien Gruppe von Kohlenwasserstoffen in den Abgasen eingeführt. Es ist geplant, Beschränkungen für die Freisetzung von Formaldehyd einzuführen. Eine Begrenzung der Kraftstoffverdunstung aus dem Stromversorgungssystem von Autos mit Benzinmotoren ist vorgesehen.

Sowohl in den USA als auch in den UNECE-Regeln ist die Laufleistung von Autos (80.000 und 160.000 km) geregelt, während der sie die festgelegten Toxizitätsstandards einhalten müssen.

In Russland wurden in den 70er Jahren Normen zur Begrenzung der Schadstoffemissionen von Kraftfahrzeugen eingeführt: GOST 21393-75 „Autos mit Dieselmotoren. Abgasrauch. Normen und Messmethoden. Sicherheitsanforderungen“ und GOST 17.2.1.02-76 „Naturschutz. Atmosphäre. Emissionen von Motoren von Autos, Traktoren, selbstfahrenden Land- und Straßenbaumaschinen. Begriffe und Definitionen".

In den achtziger Jahren GOST 17.2.2.03-87 „Naturschutz. Atmosphäre. Normen und Methoden zur Messung des Gehalts an Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen in den Abgasen von Fahrzeugen mit Benzinmotoren. Sicherheitsanforderungen“ und GOST 17.2.2.01-84 „Naturschutz. Atmosphäre. Diesel sind Auto. Abgasrauch. Normen und Messmethoden“.

Die Normen wurden entsprechend dem Wachstum der Flotte und der Orientierung an ähnlichen UNECE-Regelungen schrittweise verschärft. Bereits Anfang der 90er Jahre waren die russischen Standards in Bezug auf die Steifigkeit den von der UNECE eingeführten Standards jedoch deutlich unterlegen.

Die Gründe für den Rückstand sind die mangelnde Vorbereitung der Infrastruktur für den Betrieb von Kraftfahrzeug- und Traktorausrüstung. Für die Prävention, Reparatur und Wartung von Fahrzeugen, die mit Elektronik- und Neutralisationssystemen ausgestattet sind, ist ein ausgebautes Netz von Servicestationen mit qualifiziertem Personal, modernen Reparaturgeräten und Messgeräten, auch im Feld, erforderlich.

GOST 2084-77 ist in Kraft und sieht die Herstellung von bleitetraethylenhaltigem Benzin in Russland vor. Transport und Lagerung von Kraftstoff garantieren nicht, dass bleihaltige Rückstände nicht in bleifreies Benzin gelangen. Es gibt keine Bedingungen, unter denen Besitzer von Autos mit Neutralisationssystemen von der Betankung mit Benzin mit Bleizusätzen ausgeschlossen wären.

Dennoch wird daran gearbeitet, die Umweltauflagen zu verschärfen. Das Dekret des staatlichen Standards der Russischen Föderation vom 1. April 1998 Nr. 19 genehmigte die „Regeln für die Durchführung von Arbeiten im System der Zertifizierung von Kraftfahrzeugen und Anhängern“, die das vorläufige Verfahren für die Anwendung der UNECE in Russland festlegen Regeln Nr. 834 und Nr. 495.

Am 1. Januar 1999 GOST R 51105.97 „Kraftstoffe für Verbrennungsmotoren. Bleifreies Benzin. Technische Bedingungen". Im Mai 1999 verabschiedete Gosstandart eine Resolution zur Verabschiedung staatlicher Normen zur Begrenzung des Schadstoffausstoßes von Autos. Die Normen enthalten authentischen Text mit den UNECE-Regelungen Nr. 49 und Nr. 83 und treten am 1. Juli 2000 in Kraft. Im selben Jahr wurde die Norm GOST R 51832-2001 „Benzinbetriebene Verbrennungsmotoren mit positiver Zündung und Kraftfahrzeuge “ angenommen wurde, mit einem Gesamtgewicht von mehr als 3,5 Tonnen, ausgestattet mit diesen Motoren. Emissionen von Schadstoffen. Technische Anforderungen und Prüfverfahren“. Am 1. Januar 2004 GOST R 52033-2003 „Fahrzeuge mit Benzinmotoren. Emissionen von Schadstoffen mit Abgasen. Normen und Kontrollmethoden bei der Beurteilung des technischen Zustands“.

Um die immer strengeren Grenzwerte für den Schadstoffausstoß einzuhalten, verbessern Hersteller von Fahrzeugausrüstungen Antriebs- und Zündsysteme, verwenden alternative Kraftstoffe, neutralisieren Abgase und entwickeln Kombikraftwerke.

1.3. Alternative Kraftstoffe

Weltweit wird viel Aufmerksamkeit darauf verwendet, flüssige Erdölbrennstoffe durch verflüssigtes Kohlenwasserstoffgas (Propan-Butan-Gemisch) und komprimiertes Erdgas (Methan) sowie alkoholhaltige Gemische zu ersetzen. Im Tisch. 1.3 zeigt Vergleichsindikatoren für Schadstoffemissionen beim Betrieb von Verbrennungsmotoren mit verschiedenen Kraftstoffen.

Tabelle 1.3

Die Vorteile von Gaskraftstoff sind eine hohe Oktanzahl und die Möglichkeit der Verwendung von Konvertern. Bei ihrer Verwendung nimmt jedoch die Motorleistung ab und die große Masse und Abmessungen der Kraftstoffausrüstung verringern die Leistung des Fahrzeugs. Zu den Nachteilen gasförmiger Brennstoffe gehört auch eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Einstellungen der Brennstoffausrüstung. Bei unbefriedigender Herstellungsqualität der Kraftstoffausrüstung und bei geringer Betriebskultur kann die Toxizität der Abgase eines mit Gaskraftstoff betriebenen Motors die Werte der Benzinversion überschreiten.

In Ländern mit heißem Klima sind Autos mit Motoren, die mit Alkoholkraftstoffen (Methanol und Ethanol) betrieben werden, weit verbreitet. Die Verwendung von Alkoholen reduziert den Schadstoffausstoß um 20-25 %. Zu den Nachteilen von Alkoholkraftstoffen gehören eine deutliche Verschlechterung der Starteigenschaften des Motors und die hohe Korrosivität und Toxizität von Methanol selbst. In Russland werden derzeit keine Alkoholkraftstoffe für Autos verwendet.

Der Idee der Verwendung von Wasserstoff wird sowohl in unserem Land als auch im Ausland immer mehr Aufmerksamkeit geschenkt. Die Aussichten dieses Kraftstoffs werden durch seine Umweltfreundlichkeit bestimmt (bei Autos, die mit diesem Kraftstoff betrieben werden, wird der Ausstoß von Kohlenmonoxid um das 30- bis 50-fache, Stickoxide um das 3- bis 5-fache und Kohlenwasserstoffe um das 2- bis 2,5-fache verringert), Unbegrenztheit und Erneuerbarkeit von Rohstoffen. Die Einführung von Wasserstoffkraftstoff wird jedoch durch die Schaffung energieintensiver Wasserstoffspeichersysteme an Bord des Autos eingeschränkt. Derzeit verwendete Metallhydridbatterien, Methanolzersetzungsreaktoren und andere Systeme sind sehr komplex und teuer. Berücksichtigt man auch die Schwierigkeiten, die mit den Anforderungen einer kompakten und sicheren Erzeugung und Speicherung von Wasserstoff an Bord eines Autos verbunden sind, haben Autos mit einem Wasserstoffmotor noch keine nennenswerte praktische Anwendung.

Als Alternative zu Verbrennungsmotoren sind elektrische Kraftwerke mit elektrochemischen Energiequellen, Batterien und elektrochemischen Generatoren von großem Interesse. Elektrofahrzeuge zeichnen sich durch eine gute Anpassungsfähigkeit an variable Stadtverkehrsformen, Wartungsfreundlichkeit und Umweltfreundlichkeit aus. Ihre praktische Anwendung bleibt jedoch problematisch. Erstens gibt es keine zuverlässigen, leichten und ausreichend energieintensiven elektrochemischen Stromquellen. Zweitens wird die Umstellung der Fahrzeugflotte auf elektrochemische Batterien zu einem enormen Energieaufwand für deren Wiederaufladung führen. Der Großteil dieser Energie wird in Wärmekraftwerken erzeugt. Gleichzeitig ist durch die mehrfache Energiewandlung (chemisch – thermisch – elektrisch – chemisch – elektrisch – mechanisch) der Gesamtwirkungsgrad der Anlage sehr gering und die Umweltbelastung der Kraftwerksumgebung um ein Vielfaches höher die aktuellen Werte.

1.4. Verbesserung der Stromversorgung und Zündsysteme

Einer der Nachteile von Vergaserantriebssystemen ist die ungleichmäßige Verteilung des Kraftstoffs über die Motorzylinder. Dies führt zu einem ungleichmäßigen Betrieb des Verbrennungsmotors und der Unmöglichkeit, die Vergasereinstellungen aufgrund der übermäßigen Erschöpfung des Gemischs und der Unterbrechung der Verbrennung in einzelnen Zylindern (eine Erhöhung des CH) mit einem angereicherten Gemisch im Rest (ein hoher CO-Gehalt in den Abgasen). Um diesen Mangel zu beseitigen, wurde die Betriebsreihenfolge der Zylinder von 1-2-4-3 auf 1-3-4-2 geändert und die Form der Ansaugleitungen optimiert, beispielsweise durch die Verwendung von Empfängern im Ansaugtrakt vielfältig. Außerdem wurden unter den Vergasern verschiedene Trennwände installiert, die den Durchfluss lenken, und die Ansaugleitung wird beheizt. In der UdSSR wurde ein autonomes Leerlaufsystem (XX) entwickelt und in die Massenproduktion eingeführt. Durch diese Maßnahmen konnten die Anforderungen der XX-Regime erfüllt werden.

Wie oben erwähnt, arbeitet das Auto während des Stadtzyklus bis zu 40 % der Zeit im erzwungenen Leerlaufmodus (PHX) – Motorbremsung. Gleichzeitig ist das Vakuum unter der Drosselklappe viel höher als im XX-Modus, was die Wiederanreicherung des Luft-Kraftstoff-Gemisches und die Beendigung seiner Verbrennung in den Motorzylindern sowie die Menge an schädlichen Emissionen verursacht steigt. Um die Emissionen in den PHH-Modi zu reduzieren, wurden Drosselklappen-Dämpfungssysteme (Öffner) und EPHH-Zwangsleerlauf-Economiser entwickelt. Die ersten Systeme reduzieren durch leichtes Öffnen der Drossel das Vakuum darunter und verhindern so eine Überfettung des Gemisches. Letztere blockieren in den PXC-Modi den Kraftstofffluss in die Motorzylinder. PECH-Systeme können die Menge an schädlichen Emissionen um bis zu 20 % reduzieren und die Kraftstoffeffizienz im Stadtbetrieb um bis zu 5 % steigern.

Emissionen von Stickoxiden NOx wurden durch Absenken der Verbrennungstemperatur des brennbaren Gemisches bekämpft. Dazu wurden die Antriebssysteme sowohl von Otto- als auch von Dieselmotoren mit Abgasrückführungseinrichtungen ausgestattet. Das System leitete bei bestimmten Motorbetriebsarten einen Teil der Abgase vom Auspuff zur Ansaugleitung.

Die Trägheit von Kraftstoffdosiersystemen erlaubt es nicht, ein Vergaserdesign zu erstellen, das alle Anforderungen an die Dosiergenauigkeit für alle Motorbetriebsarten, insbesondere für transiente, vollständig erfüllt. Um die Mängel des Vergasers zu überwinden, wurden sogenannte "Einspritz" -Antriebssysteme entwickelt.

Zunächst handelte es sich um mechanische Systeme mit konstanter Kraftstoffversorgung des Bereichs der Einlassventile. Diese Systeme ermöglichten es, die anfänglichen Umweltanforderungen zu erfüllen. Derzeit sind dies elektronisch-mechanische Systeme mit gestaffelter Einspeisung und Rückkopplung.

In den 1970er Jahren bestand der Hauptweg zur Reduzierung schädlicher Emissionen darin, immer magerere Luft-Kraftstoff-Gemische zu verwenden. Für ihre unterbrechungsfreie Zündung war es notwendig, die Zündsysteme zu verbessern, um die Kraft des Funkens zu erhöhen. Der einschränkende Fakir dabei war die mechanische Unterbrechung des Primärkreises und die mechanische Verteilung der Hochspannungsenergie. Um diesen Mangel zu überwinden, wurden Kontakttransistor- und kontaktlose Systeme entwickelt.

Heutzutage werden berührungslose Zündsysteme mit statischer Verteilung der Hochspannungsenergie unter der Steuerung einer elektronischen Einheit, die gleichzeitig die Kraftstoffzufuhr und den Zündzeitpunkt optimiert, immer häufiger.

Bei Dieselmotoren bestand die Hauptrichtung zur Verbesserung des Antriebssystems darin, den Einspritzdruck zu erhöhen. Üblich ist heute ein Einspritzdruck von etwa 120 MPa, bei aussichtsreichen Motoren bis zu 250 MPa. Dies ermöglicht eine vollständigere Verbrennung des Kraftstoffs, wodurch der Gehalt an CH und Feinstaub in den Abgasen reduziert wird. Ebenso wie für Benzin wurden für Dieselantriebssysteme elektronische Motorsteuersysteme entwickelt, die es Motoren nicht erlauben, in Rauchmodi einzutreten.

Es werden verschiedene Abgasnachbehandlungssysteme entwickelt. Beispielsweise wurde ein System mit einem Filter im Abgasstrang entwickelt, der Feinstaub zurückhält. Nach einer bestimmten Betriebszeit gibt die Elektronikeinheit den Befehl, die Kraftstoffzufuhr zu erhöhen. Dies führt zu einer Temperaturerhöhung der Abgase, was wiederum zu Rußverbrennung und Filterregeneration führt.

1.5. Neutralisation

In den gleichen 70er Jahren wurde klar, dass es ohne den Einsatz zusätzlicher Geräte unmöglich war, eine signifikante Verbesserung der Toxizitätssituation zu erreichen, da eine Abnahme eines Parameters eine Zunahme anderer zur Folge hat. Daher engagierten sie sich aktiv für die Verbesserung von Abgasnachbehandlungssystemen.

Neutralisationssysteme wurden in der Vergangenheit für Kraftfahrzeug- und Traktorausrüstungen verwendet, die unter besonderen Bedingungen, wie Tunnelbau und Minenerschließung, betrieben wurden.

Es gibt zwei Grundprinzipien für den Bau von Konvertern - thermisch und katalytisch.

Thermischer Konverter ist eine Brennkammer, die sich im Abgastrakt des Motors befindet, um die Produkte der unvollständigen Verbrennung von Kraftstoff - CH und CO - nachzuverbrennen. Es kann anstelle der Abgasleitung installiert werden und seine Funktionen erfüllen. Die Oxidationsreaktionen von CO und CH verlaufen recht schnell bei Temperaturen über 830 °C und in Gegenwart von ungebundenem Sauerstoff in der Reaktionszone. Thermische Konverter werden bei Fremdzündungsmotoren verwendet, bei denen die für den effektiven Ablauf der thermischen Oxidationsreaktionen erforderliche Temperatur ohne Zufuhr von zusätzlichem Kraftstoff bereitgestellt wird. Die ohnehin schon hohe Abgastemperatur dieser Motoren steigt in der Reaktionszone durch das Ausbrennen eines Teils von CH und CO an, deren Konzentration wesentlich höher ist als bei Dieselmotoren.

Der thermische Neutralisator (Abb. 1.4) besteht aus einem Gehäuse mit Einlaufrohren (Auslaufrohren) und einem oder zwei Flammrohreinsätzen aus hitzebeständigem Stahlblech. Eine gute Durchmischung der für die Oxidation von CH und CO erforderlichen Zusatzluft mit den Abgasen wird durch eine intensive Wirbelbildung und Turbulenz der Gase beim Durchströmen der Löcher in den Rohren und infolge einer Richtungsänderung ihrer Bewegung erreicht durch a Schallwandsystem. Für eine effektive Nachverbrennung von CO und CH ist eine ausreichend lange Zeit erforderlich, daher wird die Gasgeschwindigkeit im Konverter niedrig eingestellt, wodurch sein Volumen relativ groß ist.

Reis. 1.4. Thermischer Konverter

Um einen Temperaturabfall der Abgase durch Wärmeübertragung an die Wände zu verhindern, werden die Abgasleitung und der Konverter mit einer Wärmedämmung abgedeckt, Hitzeschilde in den Abgaskanälen installiert und der Konverter so nah wie möglich platziert am Motor möglich. Trotzdem dauert es sehr lange, bis der Wärmewandler nach dem Starten des Motors aufgewärmt ist. Um diese Zeit zu verkürzen, wird die Temperatur der Abgase erhöht, was durch eine Anreicherung des brennbaren Gemischs und eine Verringerung des Zündzeitpunkts erreicht wird, obwohl beides den Kraftstoffverbrauch erhöht. Auf solche Maßnahmen wird zurückgegriffen, um während eines transienten Motorbetriebs eine stabile Flamme aufrechtzuerhalten. Der Flammeneinsatz trägt auch zu einer Verkürzung der Zeit bis zum Beginn der effektiven Oxidation von CH und CO bei.

Katalysatoren– Geräte mit reaktionsbeschleunigenden Stoffen, – Katalysatoren . Katalysatoren können "Einwege", "Zweiwege" und "Dreiwege" sein.

Einkomponenten- und Zweikomponenten-Neutralisatoren vom oxidierenden Typ Nachverbrennung (Reoxidation) von CO (Einkomponenten) und CH (Zweikomponenten).

2 CO + O 2 \u003d 2 CO 2(bei 250–300°С).

C m H n + (m + n/4) O 2 \u003d mCO 2 + n / 2 H 2 O(über 400°С).

Der Katalysator ist ein Edelstahlgehäuse, das in die Abgasanlage integriert ist. Im Gehäuse befindet sich der Trägerblock des Aktivelements. Die ersten Neutralisatoren waren mit Metallkugeln gefüllt, die mit einer dünnen Katalysatorschicht überzogen waren (siehe Abb. 1.5).

Reis. 1.5. Katalysatorgerät

Als Wirkstoffe wurden verwendet: Aluminium, Kupfer, Chrom, Nickel. Die Hauptnachteile der Neutralisatoren der ersten Generation waren ein geringer Wirkungsgrad und eine kurze Lebensdauer. Katalysatoren auf Basis von Edelmetallen - Platin und Palladium - erwiesen sich als am widerstandsfähigsten gegen die "giftigen" Wirkungen von Schwefel, Organosilizium und anderen Verbindungen, die bei der Verbrennung von Kraftstoff und Öl im Motorzylinder entstehen.

Der Träger des Wirkstoffs in solchen Neutralisatoren ist eine spezielle Keramik - ein Monolith mit vielen Längswaben. Auf die Oberfläche der Waben wird ein spezielles raues Substrat aufgebracht. Dadurch kann die effektive Kontaktfläche der Beschichtung mit Abgasen auf bis zu 20.000 m 2 erhöht werden. Die Menge an Edelmetallen, die in diesem Bereich auf dem Substrat abgeschieden werden, beträgt 2–3 Gramm, was es ermöglicht, die Massenproduktion relativ kostengünstiger Produkte zu organisieren.

Keramik hält Temperaturen bis 800–850 °C stand. Störungen des Stromversorgungssystems (schwieriger Start) und längerer Betrieb mit einem wieder angereicherten Arbeitsgemisch führen dazu, dass überschüssiger Kraftstoff im Konverter verbrennt. Dies führt zum Schmelzen der Zellen und zum Ausfall des Konverters. Als Träger der katalytischen Schicht werden heute Metallwaben verwendet. Dadurch ist es möglich, die Fläche der Arbeitsfläche zu vergrößern, einen geringeren Gegendruck zu erzielen, das Aufheizen des Konverters auf Betriebstemperatur zu beschleunigen und den Temperaturbereich auf 1000–1050 °C zu erweitern.

Reduktionsmittelkatalysatoren, oder Drei-Wege-Neutralisatoren, werden in Abgassystemen sowohl zur Reduzierung von CO- und CH-Emissionen als auch zur Reduzierung von Stickoxidemissionen verwendet. Die katalytische Schicht des Konverters enthält neben Platin und Palladium das Seltenerdelement Rhodium. Durch chemische Reaktionen auf der Oberfläche eines auf 600-800 ° C erhitzten Katalysators werden in den Abgasen enthaltenes CO, CH, NOx in H 2 O, CO 2, N 2 umgewandelt:

2NO + 2CO \u003d N2 + 2CO2.

2NO + 2H 2 \u003d N 2 + 2H 2 O.

Der Wirkungsgrad eines Drei-Wege-Katalysators erreicht unter realen Betriebsbedingungen 90 %, jedoch nur unter der Bedingung, dass die Zusammensetzung des brennbaren Gemisches um nicht mehr als 1 % von der stöchiometrischen abweicht.

Aufgrund von Änderungen der Motorparameter aufgrund von Verschleiß, Betrieb in nicht stationären Modi, Drift der Antriebssystemeinstellungen ist es nicht möglich, die stöchiometrische Zusammensetzung des brennbaren Gemisches nur aufgrund der Konstruktion von Vergasern oder Einspritzdüsen aufrechtzuerhalten. Es ist eine Rückmeldung erforderlich, die die Zusammensetzung des in die Motorzylinder eintretenden Luft-Kraftstoff-Gemisches bewerten würde.

Bis heute das am weitesten verbreitete Feedback-System mit dem sogenannten Sauerstoffsensor(Lambdasonde) auf Basis der Zirkoniumkeramik ZrO 2 (Abb. 1.6).

Das sensitive Element der Lambdasonde ist eine Zirkoniumkappe 2 . Die Innen- und Außenflächen der Kappe sind mit dünnen Schichten aus einer Platin-Rhodium-Legierung bedeckt, die als Außenseite fungieren 3 und häuslich 4 Elektroden. Mit Gewindeteil 1 Der Sensor ist im Abgasstrang verbaut. In diesem Fall wird die äußere Elektrode von den verarbeiteten Gasen und die innere von atmosphärischer Luft gewaschen.

Reis. 1.6. Das Design des Sauerstoffsensors

Zirkoniumdioxid erhält bei Temperaturen über 350°C die Eigenschaft eines Elektrolyten und der Sensor wird zu einer galvanischen Zelle. Der EMK-Wert an den Sensorelektroden wird durch das Verhältnis der Sauerstoffpartialdrücke an der Innen- und Außenseite des Messelements bestimmt. In Gegenwart von freiem Sauerstoff in den Abgasen erzeugt der Sensor eine EMK in der Größenordnung von 0,1 V. In Abwesenheit von freiem Sauerstoff in den Abgasen steigt die EMK fast abrupt auf 0,9 V.

Die Mischungszusammensetzung wird nach Erwärmung des Sensors auf Betriebstemperatur geregelt. Die Zusammensetzung des Gemischs wird aufrechterhalten, indem die den Motorzylindern zugeführte Kraftstoffmenge an der Grenze des Sonden-EMK-Übergangs von einem niedrigen zu einem hohen Spannungspegel geändert wird. Um die Zeit bis zum Erreichen des Betriebsmodus zu verkürzen, werden elektrisch beheizte Sensoren verwendet.

Die Hauptnachteile von Systemen mit Rückkopplung und einem Drei-Wege-Katalysator sind: die Unmöglichkeit, den Motor mit verbleitem Kraftstoff zu betreiben, eine eher geringe Ressource des Konverters und der Lambdasonde (ca. 80.000 km) und eine Erhöhung des Abgaswiderstands System.

Referenzliste

Vyrubov D. N. Verbrennungsmotoren: Theorie der Hubkolben- und kombinierten Motoren / D. N. Vyrubov et al. M.: Mashinostroenie, 1983.
Auto- und Traktormotoren. (Theorie, Energiesysteme, Entwürfe und Berechnung) / Ed. I. M. Lenin. M.: Höher. Schule, 1969.
Fahrzeug- und Traktormotoren: In 2 Stunden Auslegung und Berechnung von Motoren / Ed. I. M. Lenin. 2. Aufl., erg. und überarbeitet. M.: Höher. Schule, 1976.
Verbrennungsmotoren: Konstruktion und Betrieb von Hubkolben- und Kombimotoren / Ed. A. S. Orlin, M. G. Kruglov. 3. Aufl., überarbeitet. und zusätzlich M.: Mashinostroenie, 1980.
Arkhangelsky V. M. Automotoren / V. M. Arkhangelsky. M.: Mashinostroenie, 1973.
Kolchin A. I. Berechnung von Auto- und Traktormotoren / A. I. Kolchin, V. P. Demidov. M.: Höher. Schule, 1971.
Verbrennungsmotoren / Ed. Dr. tech. Naturwissenschaften Prof. V. N. Lukasin. M.: Höher. Schule, 1985.
Khachiyan A. S. Verbrennungsmotoren / A. S. Khachiyan et al. M.: Vyssh. Schule, 1985.
Ross Tweg. Benzineinspritzsysteme. Gerät, Wartung, Reparatur: Prakt. Zulage / Ross Tweg. M.: Verlag „Hinter dem Steuer“, 1998.

Verbrennungsprodukte von Brennstoffen haben einen entscheidenden Einfluss auf die Energie- und Umweltbilanz verschiedener wärmetechnischer Anlagen. Neben diesen Produkten entstehen jedoch bei der Verbrennung eine Reihe weiterer Stoffe, die aufgrund ihrer geringen Menge bei Energieberechnungen nicht berücksichtigt werden, aber die Umweltleistung von Öfen, Öfen, Wärmekraftmaschinen und anderen Geräten bestimmen der modernen Wärmetechnik.

Zunächst einmal sind die sogenannten toxischen Stoffe, die negative Auswirkungen auf den menschlichen Körper und die Umwelt haben, der Anzahl umweltschädlicher Verbrennungsprodukte zuzuordnen. Die wichtigsten Giftstoffe sind Stickoxide (NOx), Kohlenmonoxid (CO), verschiedene Kohlenwasserstoffe (CH), Ruß sowie blei- und schwefelhaltige Verbindungen.

Stickoxide entstehen durch die chemische Wechselwirkung von Stickstoff und Luftsauerstoff, wenn die Temperatur 1500 K übersteigt. Bei der Verbrennung von Kraftstoffen entsteht hauptsächlich Stickoxid NO, das dann in der Atmosphäre zu NO2 oxidiert wird. Die Bildung von NO nimmt mit steigender Gastemperatur und Sauerstoffkonzentration zu. Die Temperaturabhängigkeit der NO-Bildung bereitet gewisse Schwierigkeiten bei der Steigerung des thermischen Wirkungsgrades einer Wärmekraftmaschine. Beispielsweise erhöht sich bei einer Erhöhung der maximalen Zyklustemperatur von 2000 K auf 3000 K der thermische Wirkungsgrad des Carnot-Zyklus um das 1,5-fache und erreicht einen Wert von 0,66, aber die berechnete maximale NO-Konzentration in den Verbrennungsprodukten steigt um das 10-fache und an erreicht 1,1 Vol.-%.

NO2 in der Atmosphäre ist ein rotbraunes Gas, das in hohen Konzentrationen einen erstickenden Geruch hat, der schädlich für die Schleimhäute der Augen ist.

Bei der Verbrennung ohne Sauerstoff entsteht Kohlenmonoxid (CO). Kohlenmonoxid ist ein farb- und geruchloses Gas. Wenn es zusammen mit Luft eingeatmet wird, verbindet es sich intensiv mit Bluthämoglobin, wodurch seine Fähigkeit, den Körper mit Sauerstoff zu versorgen, verringert wird. Zu den Symptomen einer Kohlenmonoxidvergiftung gehören Kopfschmerzen, Herzklopfen, Atemnot und Übelkeit.

Kohlenwasserstoffe (CH) bestehen aus ursprünglichen oder zerfallenen Brennstoffmolekülen, die nicht an der Verbrennung teilgenommen haben. Kohlenwasserstoffe treten in den Abgasen (EG) von Verbrennungsmotoren aufgrund von Flammenlöschung in der Nähe der relativ kalten Wände der Verbrennungsflamme auf. In Dieselmotoren werden Kohlenwasserstoffe in den überangereicherten Zonen des Gemischs gebildet, wo die Pyrolyse von Kraftstoffmolekülen stattfindet. Wenn diese Zonen während des Expansionsprozesses nicht genügend Sauerstoff erhalten, gelangt CH in die Zusammensetzung des Abgases. Kohlenwasserstoffe können unter Einwirkung von Sonnenlicht mit NOx interagieren und biologisch aktive Substanzen bilden, die die Atemwege reizen und das Auftreten des sogenannten Smogs verursachen.

Besonders ins Gewicht fallen die Emissionen von Benzol, Toluol, polyzyklischen automatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) und vor allem Benzpyren. PAK sind sogenannte Karzinogene, sie werden nicht aus dem menschlichen Körper ausgeschieden, sondern reichern sich mit der Zeit darin an und tragen so zur Entstehung bösartiger Tumore bei.

Ruß ist ein festes Produkt, das hauptsächlich aus Kohlenstoff besteht. Neben Kohlenstoff enthält Ruß 1–3 % (nach Masse) Wasserstoff. Ruß entsteht bei Temperaturen über 1500 K durch thermische Zersetzung (Pyrolyse) unter starkem Sauerstoffmangel. Das Vorhandensein von Ruß in den Abgasen verursacht schwarzen Rauch am Auslass.

Ruß ist eine mechanische Verunreinigung des Nasenrachenraums und der Lunge. Eine große Gefahr geht von der Eigenschaft des Rußes aus, krebserregende Stoffe an der Oberfläche seiner Partikel anzureichern und als deren Träger zu dienen.

Einige toxische Substanzen unterliegen weiteren Umwandlungen, nachdem sie als Teil der Verbrennungsprodukte in die Atmosphäre gelangt sind. In Anwesenheit von Kohlenwasserstoffen, Stickoxiden und Kohlenmonoxid in der Atmosphäre erzeugt beispielsweise intensive ultraviolette Strahlung der Sonne Ozon (O3), das das stärkste Oxidationsmittel ist und bei einer angemessenen Konzentration eine Verschlechterung des Wohlbefindens der Menschen verursacht. Sein.

Bei einem hohen Gehalt an NO2, Oz und CH in einer sitzenden und feuchten Atmosphäre entsteht ein brauner Nebel, der als "Smog" bezeichnet wird (von englisch "smoke" - Rauch und "Fog" - Nebel). Smog ist ein Gemisch aus flüssigen und gasförmigen Bestandteilen, reizt Augen und Schleimhäute, beeinträchtigt die Sicht im Straßenverkehr.

Die Hauptemissionsquellen toxischer Verbrennungsprodukte sind Autos, Industrie, Wärme- und Kraftwerke. In einigen Städten übersteigt der Gehalt an toxischen Verbrennungsprodukten in der Atmosphäre die maximal zulässige Konzentration um ein Zehnfaches.

Um dieses Übel zu bekämpfen, wurden in den meisten Ländern der Welt entsprechende Gesetze erlassen, die den Gehalt an giftigen Substanzen in Verbrennungsprodukten begrenzen, die in die Atmosphäre abgegeben werden.

Die Erfüllung der in den einschlägigen Gesetzen vorgeschriebenen Normen der zulässigen Normalemissionen ist zu einer der zentralen Aufgaben der Wärmetechnik geworden. Der Betrieb industrieller wärmetechnischer Anlagen wird in vielen Fällen so geregelt, dass der geforderte Kompromiss zwischen energetischer, wirtschaftlicher und ökologischer Leistung gegeben ist. Die so erzielte wirtschaftliche Leistungsfähigkeit übersteigt in vielen Fällen die nach modernen Maßstäben zulässigen Werte. Daher ist die Neutralisierung und Reinigung von Verbrennungsprodukten vor ihrer Freisetzung in die Atmosphäre von großer Bedeutung geworden. Zu diesem Zweck werden verschiedene Neutralisatoren und Filter verwendet. Gleichzeitig verbessert sich die Zusammensetzung von Kohlenwasserstoffbrennstoffen (Verringerung des Gehalts an Kugeln, Blei und aromatischen Kohlenwasserstoffen) und die Verwendung von Gasbrennstoffen nimmt zu. Die Verwendung von Wasserstoff als Kraftstoff wird in Zukunft den Gehalt an CO, CH und anderen toxischen kohlenstoffhaltigen Bestandteilen in den Verbrennungsprodukten vollständig ausschließen.

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Zusammenfassung: Die Auswirkungen von Verbrennungsmotoren und die Umweltsituation. Umweltprobleme der Verwendung von Wärmekraftmaschinen

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