Снижения загрязнения атмосферы карьеров автосамосвалами

1 Изученность проблемы. Цели и задачи дипломной работы

Значительный вклад в загрязнение атмосферы карьеров вносят отработавшие газы технологического автотранспорта.

Загрязнение атмосферы вредными примесями, выделяющимися при работе горно-транспортного оборудования, сопровождается ростом травматизма, снижением производительности труда и появлением профессиональных заболеваний и простоями карьеров, достигающих 10-12% рабочего времени.

Все применяемые ДВС по принципу действия, используемому топливу и конструкции делятся на два типа: бензиновые и дизельные - они существенно отличаются составом отработавших газов. На технологическом автотранспорте применяются дизельные ДВС.

Таблице 1.1 - Средний состав отработанных газов дизельных двигателей

Компоненты	Содержание (% об.) в выхлопе	Примечание
Азот	76-78	Нетоксичный
Кислород	2-18	Нетоксичный
Водяной пар	0,5-4	Нетоксичный
Двуокись углерода	1-10	Нетоксичный
Окись углерода	0,01-0,5	Токсичный
Окислы азота	0,0002-0,5	Токсичный
Углеводороды	0,009-0,5	Токсичный
Альдегиды	0,001-0,009	Токсичный
Сажа	0,1-1 г/м3	Токсичный
Бензопирен	До 10 γ/м3	Канцерогененный

Общее количество компонентов в отработавших газах свыше 1000 наименований. Среди них наибольшую опасность для человеческого организма представляют окись углерода СО, углеводороды С_nН_m и окислы азота NO_x. Именно эти компоненты нормируются при введении законодательных ограничений на токсичность отработавших газов ДВС.

Окись углерода (СО) – газ без цвета, запаха и вкуса плотностью 0,97. плохо растворяется в воде. Вредное воздействие на организм человека связано с тем, что, легко соединяясь с гемоглобином крови (в 250-300 раз активнее, чем кислород), вытесняет из нее кислород, вызывая тем самым кислородное голодание организма.

Индивидуальная восприимчивость к отравлению оксидом углерода у различных людей неодинаковая и зависит от количества крови и частоты дыхания. При объемной доле оксида углерода в воздухе, равной 1%, человек теряет сознание после нескольких вдохов. Сильное отравление (потеря способности двигаться и притупление сознания) вызывается вдыханием в течение 0,5-1 часа воздуха, содержащего 0,128% СО. При объемной доле около 0,05% через 1 час наступает слабое отравление, появляются головные боли, шум в ушах. Длительное пребывание человека в атмосфере с содержанием оксида углерода 0,01% приводит к хроническим отравлениям.

Углеводороды (С_nН_m). В отработанных газах ДВС содержится свыше двухсот различных углеводородов. В то же время теоретические расчеты реакции горения топлива, исходя из условий равновесия, показывают, что углеводороды в них не должны содержаться. При неполной нагрузке двигателя эффективность сгорания снижается и увеличивается количество углеводородов в отработанных газах.

Действие различных углеводородов на человеческий организм проявляется при довольно высоких концентрациях их в воздухе. Так, запах этилена, пропилена и бутилена ощущается человеком при содержании их в пределах 15-20 мг/м³ . Световая чувствительность глаза снижается при концентрации тех же веществ 11 мг/м³. Порог обонятельного ощущения гексогена 190 мг/м³. При концентрации 90 мг/м³ 20-минутная ингаляция гексана ведет к угнетению электрической активности головного мозга.

Окислы азота (NO_x) – пары их чрезвычайно ядовиты и действуют раздражающе на слизистую оболочку глаз, носа, рта, а также на верхние дыхательные пути и легкие, вызывая тяжелый удушливый кашель, головную боль, тошноту, иногда рвоту, а в тяжелых случаях – отек легких с последующей бронхопневмонией. В отличие от других газов отравляющее действие окислов азота появляется не сразу, а спустя некоторое время (4-20 ч и более).

При вдыхании воздуха, содержащего 0,006% NO₂ примерно через 20 минут начинается кашель и боль в груди; при концентрации 0,01-0,015% NO₂ указанные симптомы проявляются сразу в тяжелой форме; концентрация 0,023-0,039% NO₂ смертельно опасна для человека.

Двуокись азота (NO₂) – газ бурого цвета, удельный вес 1,58. двуокись легко переходит в четырехокись азота. Двуокись и четырехокись азота наиболее устойчивы из всех соединений азота с кислородом, но во влажной атмосфере постепенно, а через 40-60 минут почти полностью переходят в азотную и азотистую кислоты вследствие высокой растворимости в воде.

Одним из основных способов снижения токсичности выхло­па дизельных двигателей является в настоящее время исполь­зование нейтрализаторов.   Разработано и практически проверено большое число различных конструкций нейтрализаторов: жидкостных, пламенных, каталитических и комбинированных.

В жидкостных нейтрализаторах продукты выхлопа пропус­кают через воду или растворы различных химреагентов. При значительном разнообразии конструкций жидкостных нейтра­лизаторов, получивших некоторое распространение на зарубеж­ных и отечественных рудниках, почти повсеместно используется один состав химреагента: 10 %-ный водный раствор серно­кислого  натрия   (Na₂SO₃)   с  0,5 %-ной  добавкой  гидрохинона.

Добавление химических реагентов к раствору значительно увеличивает его способность поглощать альдегиды: при приме­нении 0,5 %-ной добавки гидрохинона продолжительность эф­фективной работы нейтрализатора увеличивается до 14-15 ч.

При прохождении выхлопных газов через очиститель аль­дегиды вступают в реакцию:

Na₂SO₃ + НСНО + Н₂О = NaOH + CH₂(NaSO₃)OH.

Растворение оксидов азота в воде идет по реакции

2NO₂ + H₂O = HNO₃ + HNO₂.

            

Рисунок 1 - Жидкостный очиститель кузовного типа

Наиболее рационально, как показала практика, выполнять жидкостные очистители как единую конструкцию с кузовом автосамосвала. На рисунке 1 показана схема кузовного очисти­теля, испытанного в условиях карьеров. Отличительная особен­ность конструкции - наличие перед водяным скруббером газо­охладителя, позволившего на 25-30 % сократить испарение жидкости за счет предварительного охлаждения продуктов вы­хлопа.

Выхлопные газы автосамосвала через муфту 1 в передней части кузова поступают в газосборник-охладитель 2, откуда по трубе 3 газы (уже в значительной мере охлажденные) посту­пают в нижнюю часть резервуара под перфорированное дно 4. Очистка газов начинается в пространстве между днищами и за­канчивается в пакете плотно уложенной стружки 5. Выбрасы­вание жидкости из резервуара предотвращается вертикально расположенными сетками. Общий объем жидкости в очистите­ле 0,5 м³.

Во время испытаний использовались вода и 10 %-ный рас­твор сернокислого натрия с добавкой 0,5 % гидрохинона. При использовании воды без добавок длительность эффективной работы нейтрализатора уменьшается, особенно в отношении оксидов азота. С повышением температуры воды в нейтрализа­торе возможен обратный процесс перехода оксидов азота в га­зообразное состояние, особенно при значительном насыщении раствора. Альдегиды улавливаются водой значительно лучше, но с увеличением их концентрации в воде и повышении тем­пературы раствора степень очистки существенно умень­шается.

На чистой воде удовлетворительная очистка обеспечивалась в течение 6-8 ч, при добавлении химических реагентов - в те­чение 14-15 ч.

Всем испытанным устройствам присущи недостатки, харак­терные для   жидкостных очистителей: относительно большая масса, необходимость частой смены раствора, сложность эксплуатации при отрицательных температурах.

На основании опытно-промышленных испытаний сделан вы­вод, что жидкостные кузовные очистители могут быть реко­мендованы для работы в карьерах с небольшими уклонами до­рог, в подземных условиях, а также при проходке туннелей. Работы по совершенствованию жидкостных нейтрализаторов продолжаются. В частности, получены положительные резуль­таты по жидкостной очистке выхлопных газов также и от оксида углерода.