Toksyczne związki spalin w silnikach okrętowych Kozłowska Magdalena

Tlenki azotu to grupa dwuskładnikowego połączenia azotu z tlenem Tlenki azotu to grupa dwuskładnikowego połączenia azotu z tlenem. Wielkość emisji azotu zależy od ciśnień i szczytowych temperatur podczas spalania w komorze silnika. Azot wchodzi w reakcję z tlenem tworząc tlenek azotu NO oraz niewielkie ilości dwutlenku azotu i podtlenku azotu . Tlenki azotu są jednymi z groźniejszych składników skażających atmosferę.

Tlenek azotu - jest to gaz bez barwny i bezwonny słabo rozpuszczalny w wodzie. Do organizmu ludzkiego wprowadzany jest wraz z powietrzem do płuc i łączy się z hemoglobiną Dwutlenek azotu – ma kolor czerwono-brązowy i ostry zapach oraz trujące właściwości. U ludzi powoduje podrażnienie dróg oddechowych, kaszel, obrzęk płuc, osłabienie tętna, ma działanie o charakterze narkotycznym. Przy stężeniu w powietrzu powyżej 0,38 mg/dm3 prowadzi do zatrucia śmiertelnego.

Czynniki mające wpływ na powstawanie tlenków azotu to: Temperatura spalania. W wysokiej temperaturze spalania stężenie wzrasta. Stosunek ilości powietrza do paliwa podczas spalania. Rodzaj paliwa. Czas przebywania reagentów w strefie reakcji. Stężenie tlenu w układzie spalania.

Wymagania przepisów według Marpolu 74/78 Praca silnika do którego ma zastosowanie niniejsze prawidło, jest zabroniona, z wyjątkiem, gdy emisja tlenków azotu (obliczana jako całkowita ważona emisja ) z silnika zawiera się w niżej wymienionych granicach: 17,0 g/kWh, gdy n jest mniejsze niż 130 obr./min 45,0 x n(-0,2) g/kWh, gdy n wynosi 130 lub więcej, lecz mniej niż 2000 obr./min 9,8 g/kWh, gdy n jest 2000 obr./min lub więcej

Tlenki siarki to gazy silnie drażniące, które łatwo łączą się z wodą tworząc kwasy siarkowe. Kwasy te działają drażniąco i niszcząco na błony śluzowe. W paliwach stosowanych w silnikach okrętowych znajdują się pewne ilości siarki, zawartość pochodzi z ropy naftowej. Ilość siarki jest większa jeżeli większa jest gęstość paliwa. Siarka występuje zarówno w stanie wolnym w paliwie jak i pod postacią związków chemicznych. Podczas pracy silnika w wysokich temperaturach panujących w komorze spalania siarka utlenia się, przy nadmiarze tlenu zachodzi reakcja dalszego utleniania. Natomiast w obecności pary wodnej prawdopodobne jest tworzenie się kwasu siarkowego.

Wymagania przepisów: Zawartość siarki w każdym paliwie używanym na statku nie powinna przekraczać 4,5 % m/m Podczas przebywania statku na obszarach kontroli emisji zawartość siarki w paliwie używanym na statku w obszarach kontroli nie przekracza 1,5 % m/m.

Tlenek węgla jest to gaz bezbarwny i bezwonny o gęstości mniejszej od powietrza. Wprowadzony do płuc szybko łączy się z hemoglobiną, co powoduje silnie niedotlenienie organizmów żywych. Tlenek węgla nie występuje w dużych stężeniach w przypadku silników o zapłonie samoczynnym jednak nie oznacza to, że jest nieobecny w spalinach okrętowych.

Niespalone węglowodory działają słabiej na układ oddechowy człowieka, a silniej na układ nerwowy. Najbardziej szkodliwe są węglowodory aromatyczne, zwłaszcza benzen , powoduje on mdłości, zawroty głowy, wymioty, utratę przytomności, uszkodzenie naczyń krwionośnych i szpiku kostnego. Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne mogą kumulować się w tkance tłuszczowej zwierząt i ludzi powodując rozwój komórek nowotworowych. Występowanie węglowodorów w paliwie jest skutkiem niecałkowitego i niezupełnego spalania paliwa.

Główne przyczyny emisji niespalonych węglowodorów to: Niezupełne spalanie paliwa, będące wynikiem niejednorodności mieszanki paliwo-powietrze. Obecność oleju smarującego w komorze spalania Oddziaływanie chłodnych ścianek komory spalania

Cząstki stałe zawierają wszystkie substancje zatrzymane na filtrze absolutnym po przejściu strumienia spalin o temperaturze 52 +/- 3oC . Cząstki stałe są nieregularną mieszaniną różnych związków chemicznych, dlatego nie mogą być zdefiniowane fizycznie ani chemicznie. O miejscowej i chwilowej wartości stężenia sadzy decyduje efekt przebiegających równolegle procesów powstawania cząstek sadzy i jej wypalania. Czynniki warunkujące wydzielanie się sadzy to charakterystyczne cechy konstrukcyjne układu wtryskowego decydujące o parametrach spalania dyfuzyjnego, czyli prędkość, ciśnienie, temperatura spalania i ilość paliwa biorąca udział w tym procesie oraz rodzaj paliwa. Natomiast czynniki powodujące spalanie sadzy to parametry charakteryzujące sposób ogólny procesu spalania, czyli prędkość obrotowa silnika.

Cząstki stałe. Zjawiska i procesy powodujące emisję sadzy są zależne od: Zjawisk chemicznych i fizycznych związanych z pojawianiem się zarodników sadzy oraz wzrostem cząstek sadzy. Procesów chemicznych zachodzących podczas spalania sadzy Czynników konstrukcyjnych układu wtryskowego paliwa, układu doładowania powietrzem oraz rodzaju paliwa.

Czynniki wpływające na intensywność emisji toksycznych związków z silników okrętowych Urządzenia, które są emiterami toksycznych związków spalin na statku to: Okrętowe silniki spalinowe tłokowe napędu głównego. Okrętowe silniki spalinowe tłokowe napędów pomocniczych. Spalarki. Główne i pomocnicze kotły okrętowe.

Główne czynniki, które wpływają na emisję związków toksycznych do atmosfery: Intensywność eksploatacji jednostek pływających Warunki atmosferyczne, czyli falowanie, silne wiatry, oblodzenie Akweny pływania, takie jak porty, cieśniny, kanały, obszary niebezpieczne, trudne nawigacyjnie, wody otwarte Pływanie po lodach Struktura jednostki pływającej (wielkość, przeznaczenie), wielkość i rodzaj silnika, Stan techniczny jednostki Zużycie elementów napędowych Właściwości ekonomiczne jednostki ze względu na eksploatacyjne zużycie paliwa Właściwości ekologiczne silników stosowanych na jednostce Właściwości paliw, czyli rodzaj paliwa, skład, zawartość zanieczyszczeń Poziom techniczny jednostki pływającej

Źródło: http://www.reduxco.com/ Sposoby redukcji emisji toksycznych związków spalin Katalizator Reduxco. Stosowany jako dodatek do paliw węglowodorowych. Jest to substancja czynna zmniejszająca napięcie powierzchniowe węgla powodując całkowite dopalanie sadzy, nie pogarszając przy tym właściwości fizykochemicznych paliwa. Zastosowanie tego katalizatora ma wiele zalet, ale najważniejszą jest zmniejszenie emisji toksycznych substancji o 70 %. Rys.1 Wykres przedstawiający zależność sadzy [mg/m3]od obciążenia silnika [%] Źródło: http://www.reduxco.com/

Źródło: http://www.reduxco.com/ Rys. 2 Wykres przedstawiający zależność CO [ppm] od obciążenia silnika [%] Źródło: http://www.reduxco.com/

Turbodoładowania. Poprzez odpowiednie doładowanie powietrza do komory spalania, otrzymujemy dokładniejsze spalanie paliwa, a tym samym czystszą emisję spalin. Odsiarczanie paliw. Ograniczenie emisji tlenków azotu z procesów spalania paliw: właściwy dobór parametrów prowadzenia procesu spalania dodawanie do komory spalania substancji reagujących z powstającymi NOX.

Nowe Obszary Kontroli Emisji obejmują dotychczas istniejące Obszary Zgodnie z nowymi wymaganiami Obszar Kontroli Emisji (ECA - Emission Control Area)- oznacza obszar, gdzie przyjęto specjalne obowiązkowe wymagania w celu zapobiegania, redukcji i kontroli zanieczyszczenia powietrza przez SOX, NOX , zanieczyszczeń stałych oraz towarzyszącemu tej emisji szkodliwemu ich oddziaływaniu na zdrowie ludzkie, a także na środowisko naturalne. Nowe Obszary Kontroli Emisji obejmują dotychczas istniejące Obszary Kontroli Emisji SOX, czyli Morze Bałtyckie oraz Morze Północne wraz z jego podejściami oraz Kanał La Manche.

Zmiany w przepisach Marpol 73/78 w załączniku VI Od dnia 01.01.2011 r. dopuszczalne emisja NOX musi mieścić się w granicach: 14,4 g/ kWh, gdy n jest mniejsza niż 130 obr/min 45,0 x n(-0,23) g/kWh gdy n wynosi 130 obr/min lub więcej, ale nie mniej niż 2000 obr/min 7,7 g/kWh gdy n jest 2000 obr/min lub więcej Od dnia 01.01.2016 r. dopuszczalna emisja NOx musi mieścić się w granicach: 3,4 g / kWh, gdy n jest mniejsza niż 130 obr. / min 9,0 × n (-0,2) g / kWh, gdy n wynosi 130 lub więcej, ale mniej niż 2000 obr. / min 2,0 g / kWh, gdy n jest 2000 obr / min lub więcej

Zależność emisji NOx od prędkości obrotowej.

Zwartość siarki w każdym paliwie nie może przekraczać następujących wartości: 4,50% m / m przed 1 stycznia 2012 3,50% m / m, a po 01 stycznia 2012 0,50% m / m, a po 1 stycznia 2020 r.

Z pewnością nigdy nie będzie możliwe całkowite wyeliminowanie toksycznych związków emitowanych do atmosfery. Degradacja środowiska oraz zanieczyszczenie powietrza nie jest udziałem tylko ze źródeł pochodzenia lądowego, ale również udziałem jednostek morskich. Powstają nowocześniejsze, większe, bardziej ekskluzywne jednostki pływające. W obecnym czasie tak ważna jest globalna strategia walki z emisją szkodliwych substancji do atmosfery, jak również walka z zanieczyszczeniami mórz i oceanów.

Dlatego tak ważna jest troska o środowisko morskie, dbanie o organizmy żywe i zdrowie ludzkie. Powstają bardziej rygorystyczne przepisy dotyczące emisji szkodliwych związków do atmosfery, które są niezbędne do globalnej walki z zanieczyszczeniem powietrza.

Dziękuję za uwagę