"Экология". Контрольная работа. Решение четырех задач. Вариант №9.
В основу методики расчета выбросов вредных веществ автомобильным транспортом заложен нормируемый удельный выброс по автомобилям отдельных групп (грузовые, автобусы, легковые) и классов (по грузоподъемности, габаритным размерам для автобусов, по рабочему объему двигателя для легковых автомобилей) для каждого типа двигателя (бензиновый, дизельный) в зависимости от движения по городу или вне населенных пунктов. При этом выброс вредных веществ корректируется в зависимости отряда наиболее существенных факторов. В результате в общем виде расчет массы вредных выбросов, поступающих в атмосферный воздух от АТС средств, проводится по формуле:
 
(1,1)
где Мi - масса i-го вредного вещества (оксида углерода - СО, углеводородов - СН, оксидов азота – NOx и др.);
j - количество групп автомобилей;
k - количество классов автомобилей в данной группе;
g - количество типов двигателей, используемых в данном классе автомобилей данной группы;
mijkg - пробеговый выброс i-го вредного вещества автомобилем j-ой группы k -гo класса с g-ым типом двигателя
при движении по городу или вне населенных пунктов, г/км;
ПКijkg - произведение коэффициентов влияния "n" факторов на выброс i-го вредного вещества автомобилем j-ой группы k-ro класса с g-ым типом двигателя.
По действующей методике для отдельных групп автомобилей учитывают различные коэффициента влияния, в результате чего расчетные формулы для i-ro загрязняющего вещества имеют Вид:
- для легковых автомобилей k-го класса с двигателем g-го типа
, т (1,2)
где mikg - пробеговый выброс i-го вредного вещества легковыми автомобилями k-ro класса (c двигателем k-го рабочего объема) с двигателями g-ro типа при движении по территории населенного пункта или вне его, г/км (см.табл.1.1);
Lkg - пробег легковых автомобилей k-ro класса с двигателем g-го типа по территории населенного пункта или вне его, млн.км;
Krig - коэффициент, учитывающий изменение выбросов загрязняющих веществ легковыми автомобилями при движении по территории населенного пункта (включается в формулу только при расчете движения по населенным пунктам);
Кtig - коэффициент, учитывающий влияние технического состояния легковых автомобилей.
Таблица 1,1
Пробеговых выбросы загрязняющих веществ легковыми автомобилями с бензиновым двигателем, г/км

Рабочий объем двигателя, л	Населенный пункт			Вне населенного пункта
	СО	СН	NOX	СО	СН	N0x
Менее 1,3	11,4	2,1	1,3	4.8	1,2	2,3
1.3 - 1,8	13	2,6	1,5	5,5	1,5	2.7
1,8 - 3,5	14	2,8	2.7	6	1,6	4

- для грузовых автомобилей k-го класса с двигателем g-го тип
, т (1,3)
где mikg- пробеговый выброс i-ro вредного вещества грузовыми автомобилями k-ro класса (k-ой грузоподъемности) с двигателями g-гo типа при движении по территории населенного пункта или вне его, г/км (см.табл. 1.2);
Lkg - пробег грузовых автомобилей k-ro класса с двигателями g-ro типа при движении по территории населенного пункта или вне населенного пункта, млн.км;
Knig - коэффициент учитывающий изменение пробегового выброса от уровня использования грузоподъемности и пробега;
Krig - коэффициент, учитывающий изменение выбросов загрязняющих веществ грузовыми автомобилями при движении по территории населенного пункта (только для движения по населенным пунктам);
Ktig - коэффициент, учитывающий влияние технического состояния грузовых автомобилей.
Пробеговые выбросы загрязняющих веществ
грузовыми автомобилями, г/км
Таблица 1.2

Грузоподъёмность автомобиля или автопоезда, т	Тип двигателя	Населенный пункт			Вне населенного пункта
		CO	CH	NOx	CO	CH	NOx
0,5-2,0	Б	22	3,4	2,6	15,2	1,9	2,1
2,0-5,0	Б	52,6	4,7	5,1	26,3	2,6	4,1
2,0-5,0	Д	2,8	1,1	8,2	2,5	0,8	6,9
5,0-8,0	Б	73,2	5,5	9,2	40,8	4,1	8
5,0-8,0	Д	3,2	1,3	11,4	2,6	1,2	9,1
8,0-16,0	Б	97,8	8,2	10	50,5	4,5	8,5
8,0-16,0	Д	3,9	1,6	13,4	3,2	1,4	10,7
Более 16,0	Д	4,5	1,8	16,4	3,6	1,5	13,1

- для автобусов k-го класса с двигателем g-го тила, испопьзую-щимся на перевозках h-го типа
, т (1.4)
где mikg - пробеговый выброс I - го вредного вещества автобусом k-ro класса (k-го габарита) с двигателями g-ro типа при движении по территории населенного пункта или вне его, г/км (см.табл.1.3);
Lkgh - пробег автобусов k-ro класса с двигателями g-го типа при использовании в качестве маршрутного или на других видах перевозок при движении по территории населенного пункта или вне населенного пункта, млн.км;
Kkgh - коэффициент, учитывающий изменение пробегового выброса от вида перевозок;
Krig - коэффициент, учитывающий изменение выбросов загрязняющих веществ автобусами при движении по территорий населенного пункта (только для движения по населенным пунктам);
Ktig - коэффициент, учитывающий влияние технического состояния автобусов.
Значения коэффициентов влияния приведены в таблице 1.4.
Таблица 1.3
Пробеговые выбросы загрязняющих веществ автобусами, г/км

Класс автобуса (L габаритная длинна, м)	Тип двигателя	Населенный пункт			Вне населенного пункта
		CO	CH	NOx	CO	CH	NOx
Особо малые (L менее 5)	Б	13,5	2,9	3	6	1,6	4
Малый (6,0<L<7,5)	Б	44	3,4	6,1	24	2,3	5
Средний	Б	67,1	5	9,9	34	3,9	8,2
	Д	4,5	1,4	9,1	3,3	1,2	8
Большой (10,5<L<12)	Б	104	7,7	10,4	62	4,6	9,5
	Д	4,9	1,6	10	3,5	1,3	18
Особо большой (L>12)	Д	5	1,6	11	3,6	1,3	18,8

Значения коэффициентов влияния в формуле (1.4)

Группа авто транспортных средств	Тип двигателя	Коэффициенты	Населенный пункт			Вне населенного пункта
			CO	CH	NOx	CO	CH	NOx
Легковые автомобили	Б	Kri	0.87	0.92	0.95
		Kti	1.75	1.48	1	1.75	1.48	1
Грузовые автомобили	Б	Kri	0.89	0.85	0.79
		Kni	0.68	0.87	0.67	0.68	0.87	0.67
		Kti	2	1.83	1	2	1.83	1
	Д	Kri	0.95	0.93	0.92
		Kni	0.68	0.76	0.82	0.68	0.76	0.82
		Kti	1.6	2.1	1	1.6	2.1	1
Автобусы	Б м п	Kri	0.89	0.85	0.79
		Kh1[1]	0.9	0.96	0.89	0.7	0.88	0.67
		Kh2[2]	0.7	0.88	0.67	0.7	0.88	0.67
		Kti	2	1.83	1	2	1.83	1
	Д м п	Kri	0.95	0.93	0.92
		Kh11	0.89	0.92	0.93	0.68	0.76	0.81
		Kh22	0.68	0.76	0.81	0.68	0.76	0.81
		Kti	1.6	2.1	1	1.6	2.1	1

Задача № 1 Вариант №9
Рассчитать валовый выброс вредных веществ (оксида углерода – СО, оксидов азота – NOx, углеводородов – СН) от автотранспорта по территории города за год. Исходные данные следующие:
־                    годовой пробег (в млн.км) грузовых автомобилей с бензиновым ДВС – Lx; грузовых автомобилей дизельных – Ly; автобусов бензиновых – Lz; автобусов дизельных – Lw; легковых автомобилей – Lr (значение годовых пробегов для каждого варианта расчета см. в таблице 1.5);
־                    пробеги в нутрии перечисленных групп автомобилей распределяются пропорционально структуре парка: легковые автомобили с рабочим объёмом двигателя менее 1,3 л – 24%, 1,3-1,8 л – 65%, 1,8 л и более – 11%; грузовые с бензиновым двигателем грузоподъёмностью 0,5-2,0 т – 18%, 2,0-5,0 т – 68%, 5,0-8,0 – 11%, 8,0 т и более – 3%; грузовые с дизельным двигателем грузоподъёмностью 2,0-5,0 т – 4%, 5,0-8,0 т – 5%, 8,0-16,0 т – 76%, 16,0 т и более – 15%; автобусы с бензиновым двигателем особо малого класса (габаритной длиной менее 5 м) – 2%, малого класса (6,0-7,5 м) – 15%, среднего класса (8,0-9,5 м) – 63% (в том числе маршрутные – 50% от общего количества автобусов данного класса), большого класса (10,5-12,0 м) – 20%, (все маршрутные); автобусы с дизельным двигателем все маршрутные, в том числе среднего класса – 1%, большого класса – 44%, особо большого класса – 55%;
־                    пробеговые выбросы загрязняющих веществ при движении автотранспортных средств и поправочные коэффициенты (коэффициенты влияния) задаются.
Годовые пробеги АТС по территории города, млн.км

№ п/п	Lx	Ly	Lz	Lw	Lr
1	472.41	70.59	253	22	615
2	944.82	141.18	506	44	1250
3	321.44	48.55	201.3	20.4	601.2
4	567.98	75.66	276.7	25.4	640.3
5	984.33	154.62	521.6	47.6	1470
6	523.55	73.84	260.1	23.9	625.6
7	237.77	43.67	168.4	18.3	469.6
8	485	72.34	256.8	22.7	619.2
9	671.44	83.25	307.8	26.1	651.7
10	338.91	50.72	230	21.1	607.8
11	427.53	71.24	243.5	24.1	630.7
12	489.22	73.68	253.6	24.9	636.9
13	978.35	151.31	504.6	43.8	1263
14	867.23	132.61	438.1	41	1211
15	237.88	43.55	172.9	19.7	578.9
16	776.88	92.23	315.6	27.4	770.9
17	456.23	72.44	243.7	24.3	635.8
18	589.07	76.61	253.3	25.1	660.1
19	234.79	41.33	165.2	19.3	576.1
20	328.99	71.56	262.6	25	760.3
21	459.33	74.31	265.4	25.8	672.8
22	667.87	84.33	286.7	27.1	680.1
23	877.25	135.61	39.	42.1	1003
24	552.22	83.42	253.1	24.9	635.5
25	467.17	66.88	22.3	23.2	741.8
26	953	142.6	517.2	39.2	1287
27	364.97	47.64	203.4	21.7	819.2
28	791.27	101.53	427	30.7	1058
29	952.33	158.27	495.4	38.7	1431
30	739.47	95.47	323.6	26.5	928.7
31	261.59	42.13	183.6	37.6	478
32	619.98	124.76	381.5	30.2	840.5
33	808.61	152.44	407.2	28	1073
34	907.19	133.94	473.4	37.2	1352
35	842	109.87	362.7	34.6	861.7
36	271.68	44.37	197	27.6	491.2
37	751.45	127.84	468	36.4	1376
38	627.03	87.72	392.8	33.3	1127
39	559	55.72	335.1	36.2	954.9
40	381.59	46.73	293.5	29.1	543.5
41	831.95	148.39	482.2	38	1407
42	541.27	62.37	414.9	33.8	885
43	283.17	45.21	216	28.7	537
44	643	54.61	374.6	29.4	905.6
45	511.37	49.82	341.6	29.4	905.6
46	723.47	118.28	451.2	34	1317
47	576.43	51.69	355	32.1	973.4
48	713	97.53	446.7	35.8	1183

Результаты расчетов представляются в виде итоговой таблицы, форма которой задаётся (см. форму 1.1).
По результатам расчета должны быть сделаны выводы, содержащие ответы на следующие вопросы:
־                    какая группа автомобилей дает наибольший вклад в загрязнение атмосферы по сумме всех компонентов (СО, СH, NOX) ?
־   какая группа автомобилей даёт наибольший вклад в загрязнение атмосферы по оксиду углерода (СО) ?
־   какая группа автомобилей даёт наибольший вклад в загрязнение атмосферы по оксидам азота (NOx) ?
Форма (1.1)
Форма представления результатов расчета

Группы и классы АТС	Выброс СО		Выброс СH		Выброс NOx		CO+CH+NOx
	т	%*	т	%	т	%	т	%
Легковые с бензиновым ДВС рабочим объемом
менее 1,3
1,3-1,8
1,8 и более
Итого
Грузовые с бензиновым ДВС грузоподъемностью
0,5-2,0т
2,0-5,0т
5,0-8,0т
8,0 т и более
Итого
Грузовые с дизельными двигателями грузоподъемностью
2,0-5,0т
5,0-8,0т
8,0-16,0т
16,0 т и более
Итого
Автобусы с бензиновыми ДВС прочии
Менее 5 м
6,0-7,5 м
8,0-9,5 м
Итого
Автобусы с бензиновыми ДВС маршрутные
8,0-9,5 м
10,5-12,0 м
Итого
Автобусы с дизельными ДВС маршрутные
8,0-9,5 м
10,5-12,0 м
Более 12,0 м
Итого
Всего выбросы вредных веществ

Количество оксидов серы Пso (в пересчете на SO2) определяется по уравнению:
, т/год (2.2)
где
·                   Sr - содержание серы в топливе, % ;
·                   Nso1 - доля оксидов серы, связываемая золой.
Выброс оксида углерода Псо рассчитывается следующим образом:
т/год (2.3)
Где
·                   Qi - низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг;
·                   Ксо - количество оксида углерода на единицу теплоты, выделяющейся при горении топлива, кг/ГДж - зависит от типа топки;
·                   q4 - потери теплоты вследствие механической неполноты сгорания топлива, % -зависит от типа топки.
Оксиды азота Пт рассчитываются по формуле:
т/год (2,4)
где
·                     V0 - объем продуктов сгорания топлива при коэффициенте избытка воздуха (а) равном 1,0, мэ/кг;
·                     а - коэффициент избытка воздуха (зависит от типа топки).
Коэффициент 0,0002 учитывает экспериментальные данные по содержанию оксидов азота в дымовых газах и приведение к одной размерности.
Определение количества выбросов необходимо для их нормирования и расчета платежей. Последние построены таким образом, что должны способствовать принятию предприятием мер по сокращению выброса загрязняющих веществ в атмосферу. Наиболее отработан этот механизм именно для процессов сжигания топлив в энергетике. Однако он реально ощутим и для котельных с котлами малой производительности. Решаемая задача и представляет собою ; пример экономической оптимизации деятельности предприятия исходя из экологических требований.
Условие задачи
На товарно-сырьевой бирже предлагается 5 сортов углей по одной цене-1,0 руб./ГДж. требуется определить (с учетом экологических свойств различных видов и сортов углей) наиболее выгодный вариант обеспечения предприятия топливом.
В предыдущем периоде предприятие использовало топливо (см. таблицу характеристик углей - табл.2.1), соответствующее номеру решаемого варианта. Соответственно лимиты выбросов в атмосферу на текущий период виданы были из расчета использования этого сорта топлива.
Потребность предприятия в топливе, тип топки котельной и предлагаемые виды углей приведены в таблице исходный данных (табл.2.2).
Характеристики различных видов топок приведены в справочной таблице (табл.2.3).
Котельная предприятия не оборудована золоуловителем и другими какими-либо устройствами, снижающими выбросы вредных веществ в атмосферу. Доля серы, связываемой золой, принимается для кузнецких и печорских углей - 0.1, для канско-ачинских и подмосковных - 0,2.
Нормативы платы за выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух составляют:
твердые частицы (пыль нетоксичная)
• при выбросах в пределах лимита 0,05 руб./т;
• при выбросах сверх лимита 0.12 руб/т;
оксиды серы
• при выбросах в пределах лимита 30 руб./т;
• при выбросах сверх лимита 140 руб./т;
оксид углерода
• при выбросах в пределах лимита 0,3 руб./т;
• при выбросах сверх лимита 1,5 руб./т;
оксид азота
• при выбросах в пределах лимита 25 руб./т;
• при выбросах сверх лимита 120 руб./т.
Итогом решения является определение следующих данных:
Ø     сорта наиболее выгодного для предприятия угля (N по табл. характеристик углей);
Ø     уменьшения расходов предприятия при переходе на наиболее выгодный вариант;
Ø     сорта наиболее невыгодного (наиболее дорогого) варианта (N по табл. характеристик углей);
Ø     раэница в расходах предприятия по наиболее выгодному и наиболее дорогому вариантам.
Решение задачи представить в форме таблицы (см. форму 2.1).
При расчетах расход топлива В (т/год) и количество выбросов всех видов загрязняющих веществ допускается округлять до 0,01т.
Таблица 2.1
ХАРАКТЕРИСТИКА ТОПЛИВ

№ п/n	Угольный бассейн, объединение, шахта	Зольность Аг.%	Содержание серы Sк, %	Объем продуктов сгорания при а=1 V0	Низшая теплота сгорания Q1, МДж/кг
1	2	3	4	5	6
1	Подмосковный, Тулуголь, ш. Щекинская	37,6	3,7	2.71	10.38
2	Подмосковный, Новомо- сковскуголь, ш.Северная	28,5	5,0	3,21	11,24
3	Кузнецкий (откр добыча), разрез Моховский	11,1	0,4	6,62	23,56
4	Кузнецкий (откр добыча), разрез Колмогорский	12,0	0,5	7,12	25,53
5	Канско-Ачинский, разрез Ирша-Борогдинский	6,7	0,2	4,53	15,54
6	Подмосковный ш.Россошинская	35,7	2,5	2,82	10,30
7	Подмосковный, Тулуголь, ш. Западная	37,0	3,5	2,93	10,47
8	Кузнецкий (откр добыча), разрез Байдаевский	9,2	0,4	7,39	26,67

Продолжение табл. 2.1

1	2	3	4	5	6
9	Кузнецкий (откр добыча), разрез Грамотеинский	13,5	0,3	6,81	24,36
10	Канско- Ачинский, разрез Назаровский	7,3	0,4	3,92	13,06
11	Подмосковный, Тулуголь, ш. Московская	36,4	3,6	2.68	10,09
12	Подмосковный, Новомосковскуголь, ш.Горняк	28,8	4,1	3,22	11,48
13	Кузнецкий (откр. добыча), разрез Новосергиевский	13,8	0,5	7,11	25,83
14	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Прокопьевский	9,0	0,4	7,38	26,71
15	Канско- Ачинский, Бере-эовское месторождение.	4,7	0,2	4,62	15,70
16	Подмосковный, Скопин-ское, ш. N 53	36,1	7.7	2,83	10,34
17	Подмосковный, Новомосковску голь, ш.Дубовская	35,9	5,3	3,11	10,97
18	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Киселевский	7,4	0,4	7,58	27,63
19	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Черниговский	17,1	0,4	6,59	23,68
20	Канско-Ачинский, Баран-датское месторождение	4,4	0,2	4,38	14,86
21	Подмосковный, Скопин-ское, ш. N 57	36.5	6,8	3,15	10,80
22	Подмосковный, Новомс-сковскугаль, ш.Зубовская	41,6	3,7	2,57	9,29
23	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Томусинский	14,6	0,5	7,07	24,40
24	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Междуреченский	15,6	0,3	7.21	25,87
2Ь	ПечерскиЙ, Интауголь	31,0	3,2	5,62	17,54
26	Подмосковный, Скопин-ское, ш. N 3	35,5	7,8	3,07	10,59
2/	Подмосковный, Новомо-сковскуголь, ш.Соколовская	30,8	5,7	3,25	11,35
28	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Сибиргинский	15,6	0,3	7,17	25,87
29	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Листвянсхий	18,4	0,5	6,68	24,44
30	Печерский, Воркутауголь	12,0	0,6	7,64	27,47

Исходные данные

Номер варианта	Расчётная потребность котельной в топливе, ГДж/год	Тип топки (по таблице характеристик топок)	Возможные марки углей (по табл. Характеристик)
1	4000	1	1-5
2	8500	2	1-5
3	2500	3	1-5
4	4500	4	1-5
5	3500	5	1-5
6	3000	6	6-10
7	5000	1	6-10
8	5500	2	6-10
9	6000	3	6-10
10	6500	4	6-10
11	7000	5	11-15
12	7500	6	11-15
13	8000	1	11-15
14	9000	2	11-15
15	9500	3	11-15
16	4000	4	16-20
17	8500	5	16-20
18	2500	6	16-20
19	4500	1	16-20
20	3500	2	16-20
21	3000	3	21-25
22	5000	4	21-25
23	5500	5	21-25
24	6000	6	21-25
25	6500	1	21-25
26	7000	2	26-30
27	7500	3	26-30
28	8000	4	26-30
29	9000	5	26-30
30	9500	6	26-30

Таблица 2.3
ХАРАКТЕРИСТИКА ТОПОК

Номер топки	Тип топки	Коэффициент избытка воздуха а	Доля твердых частиц в уносе X	Кол-во СО на ед.теплоты Ксо, кг/ГДж	Потери теплоты от неполноты сгорания q4, %
1	С неподвижной решет- кой и пневмомеханиче- ским забросом	1,5	0,0026	0,7	8,7
2	С неподвижной решет- кой и ручным забросом	1,4	0,0023	1,9	5,0
3	С цепной решеткой и забрасывателями	1,6	0,0035	0,7	10,4
4	Шахтно-цепная	1,3	0,0019	2,0	3,5
5	Камерная с твердым шлакоудалением	1,2	0,0013	7,0	3,0
6	Слоевая	1,4	0,0011	16,0	3,2

Форма 2.1
Форма представления результатов расчета:

Рассматриваемые сорта углей
Затраты на топливо, руб.
Годовая потребность в натуральном исчислении В, т
Выброс вредных веществ, т/год ־                Твердые частицы Птв ־                Оксиды серы Пso ־                Оксид углерода Псо ־                Оксиды азота Ппо
Выброс вредных веществ пределах лимитов, т/год ־                Твердые частицы Птв ־                Оксиды серы Пso ־                Оксид углерода Псо ־                Оксиды азота Ппо
Выброс вредных веществ сверх лимитов, т/год ־                Твердые частицы Птв ־                Оксиды серы Пso ־                Оксид углерода Псо ־                Оксиды азота Ппо
Плата за выброс вредных веществ в пределах лимитов, руб. ־                Твердые частицы Птв ־                Оксиды серы Пso ־                Оксид углерода Псо ־                Оксиды азота Ппо
Плата за выброс вредных веществ сверх лимитов, руб. ־                Твердые частицы Птв ־                Оксиды серы Пso ־                Оксид углерода Псо ־                Оксиды азота Ппо
Общий размер платы предприятия за выбросы в атмосферу, руб.
Полные расходы предприятия, руб
Сорт наиболее выгодного для предприятия угля (№ по табл.хар-к)
Уменьшение расходов предприятия при переходе на наиболее выгодный вариант, руб.
Сорт наиболее невыгодного (дорогого) вариант (№ по табл. характеристик углей)
Разница в расходах предприятия по наиболее выгодному и наиболее дорогому вариантам, руб.

Литература
1.                 Ставров О.А., Ю.В. Трофименко. Методические указания по расчётно-практическим заданиям по курсу "основы промышленно-транспортной экологии", М./МАДИ(ТУ), 1977г.
2.                 Ставров О. А. Методические указания к расчётно-практическим работам по курсу "экология", М/ МАДИ(ТУ) 1998г.

---