ANALIZA EMISJI SKŁADNIKÓW SPALIN Z MASZYN Z · PDF file ·...

GÓRNICTWO I GEOLOGIA 2013 Tom 8 Zeszyt 4

Nikodem SZLĄZAK, Marek BOROWSKI AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

Grzegorz SPORYSZ Centrum Badań i Dozoru Górnictwa Podziemnego, Lędziny

ANALIZA EMISJI SKŁADNIKÓW SPALIN Z MASZYN Z SILNIKAMI SPALINOWYMI W KOPALNIACH PODZIEMNYCH

Streszczenie. W górnictwie podziemnym obserwuje się zwiększenie liczby stosowanych maszyn z silnikami spalinowymi. Oprócz korzyści, jakie wynikają z zastosowania tego typu napędu, obserwuje się zagrożenie związane z zanieczyszczeniem powietrza. Ustanowienie limitów zanieczyszczeń dla wprowadzanych do użytku silników maszyn wymusza konieczność poszukiwania rozwiązań napędów stosowanych w podziemnych wyrobiskach. Podjęte działania zmierzają do ograniczenia emisji szkodliwych składników emitowanych przez napędy spalinowe maszyn. W artykule zwrócono uwagę, że choć dopuszczane do użytku silniki spełniają wysokie wymagania, to w trakcie eksploatacji kontrola emisji szkodliwych składników spalin jest ograniczona. Przedstawiono również analizę wyników pomiarów emisji składników spalin maszyn z napędami spalinowymi, wykorzystywanych w transporcie kopalnianym.

ANALYSIS OF EXHAUST EMISSIONS FROM MACHINERY WITH DIESEL ENGINES IN UNDERGROUND MINES

Summary. More and more machinery with Diesel engines is used in underground mines. Apart from the benefits of using this type of engines there is a risk associated with air pollutants. Searching for new solutions of engines is necessary because new limits of air pollutants have been established. New solutions should reduce the emission of harmful components. In the article the analysis of air pollutions from machinery with Diesel engines in railway transport was conducted.

N. Szlązak, M. Borowski, G. Sporysz

102

1. Wprowadzenie

Zmiany w środowisku naturalnym człowieka są powodem wprowadzenia limitów emisji

szkodliwych składników spalin. Zmiany przepisów wymuszają unowocześnianie

i modernizację silników spalinowych. Dzięki tym działaniom współczesne silniki odbiegają

od stosowanych kilkanaście lat temu zarówno pod względem konstrukcji, jak i rozwiązań

technologicznych.

Emisja związków toksycznych ze spalin w dużym stopniu zależy od stanu technicznego

silnika, w związku z tym ustawodawcy wymuszają na producentach pojazdów z silnikami

spalinowymi wprowadzenie procedur umożliwiających wykrywanie zwiększonego poziomu

emisji związków toksycznych spalin. Wynikiem tego jest wprowadzenie systemów, których

zadaniem jest kontrola emisji oraz kontrola elementów odpowiedzialnych za bezpieczeństwo

pojazdu. Problem ten nie jest jednak rozwiązany w przypadku pojazdów o zastosowaniach

pozadrogowych, w tym używanych w górnictwie podziemnym.

Obecny stan regulacji prawnych dotyczących badań toksyczności nie nakłada na

producentów i użytkowników tych pojazdów obowiązku poddania eksploatowanych maszyn

okresowym badaniom kontrolnym pod względem emisji. W świetle obowiązujących

przepisów producent ponosi odpowiedzialność jedynie za emisję z silnika homologowanego

(DieselNet 2013).

Pomimo znacznych wysiłków na etapie projektowania i produkcji, emisja spalin z silnika

może znacznie wzrosnąć w czasie eksploatacji wskutek zużycia elementów lub ich awarii,

dlatego uzasadnione wydaje się wprowadzenie okresowych procedur kontrolnych

umożliwiających wykrycie zwiększonej emisji z eksploatowanego silnika. Wymaga to

opracowania metodyki badań oraz wprowadzenia odpowiednich przepisów prawnych.

2. Rozwiązania napędów stosowanych w podziemnych wyrobiskach

Podstawowym napędem stosowanym w górnictwie podziemnym jest silnik spalinowy. Ze

względu na powszechność użycia prowadzi się intensywne badania i proponuje rozwiązania

mające na celu poprawę warunków i jakości eksploatacji maszyn z silnikami spalinowymi.

Stosowane w górnictwie napędy spalinowe spełniają obowiązujące wymagania stawiane dla

tego typu urządzeń, przy czym wciąż istnieją możliwości poprawy związane z własnościami

Analiza emisji składników spalin z maszyn...

103

konstrukcyjnymi, np. przez zmniejszenie gabarytów i masy, oraz eksploatacyjnymi, takimi

jak ułatwienie czynności obsługowych, a przede wszystkim zmniejszenie zagrożeń z emisji

spalin. Zwraca się również uwagę na bezpieczeństwo eksploatacji. Należy zauważyć, że

silniki spalinowe maszyn pracują w ograniczonej przestrzeni wyrobisk, wykorzystując

w procesie spalania paliwa powietrze przepływające wyrobiskami kopalni. Przy teoretycznym

założeniu, że silnik spalinowy maszyny górniczej jest zasilany mieszanką z dwukrotnym

nadmiarem powietrza (=2), spalenie 1 kg oleju napędowego oznacza pobranie z otoczenia

około 30 kg powietrza. Przy średnim zużyciu paliwa około 30 kg na godzinę pracy oznacza to

pobranie w tym czasie około 900 kg powietrza i emisję do wyrobiska zbliżonej masy spalin.

Pomimo tego, że strumień objętości przepływającego powietrza w wyrobisku górniczym

rozrzedzi i obniży stężenie szkodliwych składników spalin poniżej dopuszczalnych wartości,

to jednak przy małej intensywności przewietrzania może dojść do nagromadzenia

szkodliwych składników spalin. W związku z tym zagadnienia emisji szkodliwych

składników spalin emitowanych przez napędy górnicze muszą uwzględniać bezpieczeństwo

załogi oraz unormowania prawne w tym zakresie (Szlązak, Borowski, 2002; Szlązak i in.,

2009; Dobrzaniecki i in., 2010; Bugarski i in., 2012).

Jednym z najważniejszych warunków koniecznych do spełnienia przy zastosowaniu

silników spalinowych do górniczych napędów spalinowych eksploatowanych w kopalniach

węgla są wymagania dotyczące dopuszczalnej temperatury zewnętrznej powierzchni

elementów całego układu napędowego. Temperatura powierzchni zewnętrznych wszystkich

elementów silnika oraz temperatura spalin emitowanych do atmosfery bezpośrednio za

tłumikiem płomieni nie może przekraczać wartości 150°C, co dotyczy pracy silnika z pełnym

obciążeniem.

Napędy stosowane w kopalniach węgla kamiennego muszą mieć budowę umożliwiającą

spełnienie wymagań stawianych urządzeniom pracującym w atmosferze potencjalnie

wybuchowej, co powoduje między innymi, że w napędach stosowanych w kopalniach węgla

kamiennego nie wykorzystuje się w układach wylotowych reaktorów katalitycznych, które są

powszechnie wykorzystywane w kopalniach rud miedzi (Dobrzaniecki i in., 2010).

W górnictwie podziemnym podejmowane są próby zastosowania innych napędów, jak

np. elektryczny. Jednak maszyny z napędem elektrycznym mają ograniczony zasięg, który

zależy od długości przewodu zasilającego. Wymusza to budowę szeregu stacji

przeładunkowych i zwiększa ilość prac z tym związanych. Ciągniki tego typu wykorzystuje

się przede wszystkim do transportu materiałów na krótkich odcinkach trasy, do


104

kilkudziesięciu metrów. Również przewody mogą stwarzać zagrożenie dla operatora

znajdującego się w pobliżu ciągnika (Konsek, 2012).

W górnictwie stosuje się również maszyny z napędem akumulatorowym, które nadają się

do transportu materiałów do przodka ściany lub chodnika. Choć maszyny z tym napędem

mogą pracować bez ograniczenia zasięgu, to z uwagi na ograniczoną pojemność

akumulatorów mogą pracować przez ograniczony czas. W tego typu napędach wykorzystuje

się również energię hamowania do doładowania akumulatorów. Maszyny z napędem

akumulatorowym wymagają jednak stacji ładowania akumulatorów oraz specjalnych

ładowarek z uwagi na zastosowane akumulatory kwasowo-ołowiowe (Konsek, 2012).

Mając na uwadze względy oszczędzania energii i zmniejszenia zanieczyszczenia

powietrza składnikami spalin, opracowano system sterowania zasilaniem elektrycznym

maszyny z silnikiem spalinowym. Zadaniem tego systemu jest zarządzanie działaniem źródeł

energii w maszynach, tj. alternatora, akumulatora, a także systemu rekuperacji energii cieplnej

oraz zintegrowanie tego działania. Zastosowanie rekuperatora ma na celu odzyskanie części

energii cieplnej i przetworzenie jej na energię elektryczną (Kozieł i in., 2012). System

zapewnia oszczędność paliwa, redukcję emisji ciepła i zmniejszenie emisji szkodliwych

składników spalin.

3. Ograniczenia emisji szkodliwych składników emitowanych przez napędy

spalinowe maszyn

W napędach spalinowych stosowanych w podziemiach kopalń wyróżnia się dwie

podstawowe metody oczyszczania spalin (Brzeżański i in., 2010): katalityczną i płuczkową.

Używanie katalizatora ma na celu eliminację ze spalin tlenków azotu (NOX), tlenku węgla

(CO) i węglowodorów (HC). Układy te nie wpływają na proces spalania, a ich funkcja polega

na konwersji substancji toksycznych lub magazynowaniu. Klasycznymi metodami

oczyszczania spalin są reaktory katalityczne. Ze względu na zachodzące w nich reakcje dzieli

się je na:

redukujące,

utleniające,

trójfunkcyjne, w których zachodzą zarówno reakcje utleniania, jak i redukcji.

Temperatura pracy dopalacza katalitycznego wynosi 250÷900°C. Katalizatory te

z powodzeniem są stosowane w górnictwie miedzi. Temperatura znacznie przekracza


105

ograniczenia dotyczące maksymalnych temperatur zewnętrznych powierzchni górniczych

napędów spalinowych dla górnictwa węgla kamiennego, dlatego w celu zapewnienia

temperatury powierzchni nieprzekraczającej 150°C w napędach spalinowych dla kopalń

węgla stosuje się wodne (mokre) płuczki spalin. Są one przeznaczone głównie do schładzania

spalin oraz wychwytywania cząstek stałych (redukcja sadzy o około 20%). Wodne płuczki

spalin,

w zależności od konstrukcji, mogą usuwać 50÷80% SO2 i do 20% węglowodorów.

W tabeli 1 zestawiono przykładowe urządzenia dołowe z napędem spalinowym,

eksploatowane w kopalniach głębinowych rud miedzi, węgla i soli, oraz typy silników

wysokoprężnych ze stosowanymi metodami oczyszczania spalin. Silniki te z reguły spełniają

wymagania normy jakości spalin Stage II, co jest możliwe jedynie przy wykorzytywaniu

turbodoładowania, często powiązanego z chłodzeniem powietrza doładowującego

(Brzeżański i in., 2010).

Tabela 1 Przykładowe maszyny z napędem spalinowym wraz ze stosowanymi metodami

oczyszczania spalin (Brzeżański i in., 2010)

Nazwa maszyny Typ silnika i producent Metoda oczyszczania spalinLokomotywa Lds-100K EM Silnik 4BTAA3.9 firmy Cummins Katalityczna Ciągnik spalinowy CS-120 Silnik BF6M1013M firmy Deutz Suchy wymiennik ciepła Ładowarka LKP-0901 Silnik F10L FW firmy Deutz Katalityczna

Wóz odstawczy CB-4PCK Silnik 6CTAA83C23C firmy Cummins

Katalityczna

Lokomotywa spalinowa DLP140F Silnik 6068F John Deere Płuczka wodna spalin

4. Pomiary składników spalin

Analizę parametrów pracy maszyn z silnikami spalinowymi przeprowadza się w aspekcie

obowiązującego testu homologacyjnego ISO-8178. Również pomiary emisji szkodliwych

składników spalin dla pojazdów o zastosowaniu pozadrogowym, w tym górniczych, są

wykonywane w teście NRSC 8178 (Non-Road Stationary Cycle) wg schematu

przedstawionego na rysunku 1.


106

Rys. 1. Schemat testu 11-fazowego ISO 8178 (NRSC) (DieselNet, 2013) Fig. 1. Diagram of 11-phase test ISO 8178 (DieselNet, 2013)

W teście tym dla podanych prędkości obrotowych w zależności od obciążenia przyjmuje

się odpowiednie wagi, zamieszczone w tabeli 2, w celu wyznaczenia całkowitej emisji

składników spalin. Dla maszyn z silnikami spalinowymi stosowanymi w górnictwie

wykonuje się test typu C1 (tab. 2).

Tabela 2 Wartości współczynników wagowych dla podanego momentu prędkości obrotowej

w teście homologacyjnym ISO 8178 (DieselNet, 2013)

Numer trybu (z rys. 1) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Moment obrotowy, % 100 75 50 25 10 100 75 50 25 10 0 Prędkość obrotowa nominalna pośrednia bieg jałowy Maszyny pozadrogowe Typ C1 0.15 0.15 0.15 - 0.10 0.10 0.10 0.10 - - 0.15

Kontrola poziomu emisji szkodliwych składników spalin maszyn z silnikami

spalinowymi może odbywać się podczas badań homologacyjnych na hamowni podwoziowej

lub silnikowej oraz w coraz większym zakresie podczas badań w rzeczywistych warunkach

ruchu, a także szacunkowo z wykorzystaniem systemów diagnostycznych bezpośrednio

w pojazdach.

Przepisy dotyczące emisji szkodliwych składników spalin z silników są restrykcyjnie

przestrzegane w odniesieniu do maszyn wprowadzanych do eksploatacji, natomiast nie

dotyczą pojazdów eksploatowanych, o ile nie ma ustanowionych odrębnych przepisów, jak to

jest w górnictwie podziemnym (Norma, 1997; Szlązak i in., 2009).

Emisja związków toksycznych spalin jest w dużym stopniu zależna od stanu

technicznego silnika i jego wyposażenia. W przypadku maszyn wykorzystywanych

w górnictwie silnik i jego elementy są narażone na częste uszkodzenia ze względu na

specyficzne warunki pracy (zapylenie, duże obciążenia itp.). W górnictwie wykonuje się


107

pomiary składników spalin, lecz nie ma jednolitych procedur kontrolnych, przez co emisja

szkodliwych składników spalin może być niekontrolowana.

Ocena stanu technicznego pojazdu najczęściej polega na przeglądach okresowych, które

sprowadzają się do wymiany filtrów i płynów eksploatacyjnych. Skierowanie maszyny

z silnikiem spalinowym do remontu następuje na podstawie oceny stanu technicznego,

najczęściej w przypadku, kiedy maszyna nie jest zdolna do wykonywania prac (Szlązak i in.,

2009; Merkisz i in., 2010).

W celu oceny emisji szkodliwych składników spalin analizuje się parametry pracy

maszyn z silnikami spalinowymi na podstawie danych zgromadzonych w systemach

diagnostycznych silników. Po odczytaniu danych tworzy się histogramy stanów pracy,

tzw. charakterystyki gęstości czasowej, w celu określenia rozkładu obciążenia i prędkości

obrotowej wału korbowego silników. Pozwala to określić czas pracy dla poszczególnych

prędkości obrotowych w rzeczywistych warunkach. Znając wielkość emisji składników spalin

dla poszczególnych obrotów i obciążenia, można wyznaczyć wielkość emisji składników

spalin.

5. Pomiary szkodliwych składników spalin w górnictwie podziemnym

Wymagania dotyczące dopuszczenia do stosowania napędów spalinowych

w podziemnych wyrobiskach górniczych są zawarte w: Norma, 1997. Silnik maszyny

z napędem spalinowym powinien być tak skonstruowany, aby zawartość substancji

toksycznych w spalinach w żadnym ustalonym stanie pracy silnika nie przekraczała

następujących wartości dopuszczalnych:

tlenek węgla – 500 ppm,

tlenki azotu – 750 ppm,

węglowodory – 200 ppm,

sadza (części stałe) – stan zaczernienia: 3 wg skali Boscha.

Pomiary stężeń szkodliwych składników w spalinach nierozrzedzonych wykonuje się

w miejscu wskazanym przez dokumentację techniczno-ruchową przez określenie zawartości

następujących substancji (Norma, 1999):

tlenku węgla CO – za pomocą analizatora działającego na zasadzie pochłaniania

promieniowania podczerwonego,


108

tlenków azotu NxOy – za pomocą analizatora działającego na zasadzie

chemoluminescencji,

sumy węglowodorów CxHy – za pomocą analizatora płomieniowo-jonizacyjnego,

cząstek stałych (sadzy) – należy przeprowadzać zgodnie z punktem 5 normy

PN-ISO 8178-3, stosując dymomierz filtracyjny działający wg metody Boscha.

Pomiary należy wykonać na stanowisku badawczym hamowni. Badania typu trzeba

przeprowadzić przy zasilaniu silnika powietrzem niezawierającym metanu. W przypadku

napędów spalinowych przewidzianych do pracy w kopalniach zagrożonych wybuchem

metanu należy dodatkowo wykonać pomiary:

przy zasilaniu powietrzem zawierającym 1,0% metanu,

przy zasilaniu powietrzem zawierającym 1,5% metanu.

Pomiary szkodliwych składników spalin wykonuje się tylko dla maszyn wprowadzanych

do eksploatacji. Brak jest przepisów, które wymagałyby prowadzenia pomiarów kontrolnych

w trakcie eksploatacji. W załączniku 4 (Rozporządzenie, 2002) zapisano, że układy

wydechowe silników powinny spełniać wymagania, w których określono, że zawartość tlenku

węgla w spalinach wyrzucanych do atmosfery nie może przekraczać 500 ppm. Niemniej

jednak nie podano, po jakim czasie eksploatacji maszyny z silnikiem spalinowym należy

dokonać pomiaru.

6. Pomiar emisji składników spalin maszyn z napędami spalinowymi, stosowanych w transporcie kopalnianym

W celu oceny emisji szkodliwych składników spalin wykonano 110 pomiarów

kontrolnych stężenia tlenku węgla w gazach wydechowych silników spalinowych

stosowanych w maszynach górniczych. Porównano wyniki z czterech typów silników

różnych producentów o zbliżonej mocy dla trzech prędkości obrotowych: 850 1/min (wolne

obroty), 1700 1/min (prędkość pośrednia) oraz 2200 1/min (prędkość nominalna). W znacznej

części wyniki pomiarów zostały wykonane w nowych maszynach z napędami spalinowymi

oddawanymi do użytku. W tabeli 3 zestawiono podstawowe parametry maszyn z napędem

spalinowym, podając rodzaj i typ silnika, pojemność oraz obroty i moc.

W celu porównania stężeń tlenku węgla dla różnych obrotów wyniki pomiarów

zamieszczono w postaci wykresów ramkowych (rys. 2). Wykres tego typu opisuje tendencję

centralną zmiennej przez medianę wartości danej zmiennej reprezentowanej przez


109

najmniejszą ramkę na wykresie. Natomiast rozrzut wartości zmiennej jest reprezentowany na

wykresie przez kwartyle (25. i 75. percentyl, większa ramka na wykresie) oraz wartości

minimalną i maksymalną zmiennej, tzw. wąsy na wykresie. Jako zmienną grupującą przyjęto

obroty silnika dla poszczególnych maszyn, a jako zmienne zależne na wykresie wybrano

stężenia tlenku węgla. Z zamieszczonych rysunków wynika, że w przypadku zawartości

tlenku węgla w spalinach najpierw stężenia rosną wraz ze wzrostem liczby obrotów, by po

przekroczeniu pośrednich obrotów (1700 1/min) ulec obniżeniu. Na rysunku 3 porównano

wartości stężeń tlenku węgla dla pośrednich obrotów, a na rysunku 4 – dla nominalnych

obrotów w przypadku różnych producentów.

Tabela 3 Parametry techniczne maszyn z napędami spalinowymi stosowanych w transporcie kopalnianym (Dokumentacja Techniczna, 2010-2012)

Wyszczególnienie Jednostka Sharf Bevex Ferrit Pioma

Typ silnika - DZ-1500 Lieber V-3300-T Zetor 1404 Turbo Volvo Penta D5A-AT

Typ konstrukcji - czterosuwowy czterosuwowy czterosuwowy czterosuwowy

Sposób spalania - z bezpośrednim wtryskiem paliwa

z bezpośrednim wtryskiem paliwa



Rodzaj silnika - wysokoprężny z turbosprężarką

wysokoprężny z turbosprężarką



Wykonanie silnika

- rzędowy rzędowy rzędowy rzędowy

Chłodzenie - wodą wodą wodą wodą Liczba cylindrów

- 4 4 4 4

Pojemność silnika

cm3 6640 4156 4156 4760

Obroty znamionowe

min-1 1800 2300 2300

Maksymalne obroty

min-1 1950 2460 2460 2300

Obroty wolne min-1 880 750 ± 25 750 ± 25 Moc przy obrotach znamionowych

kW 80 81 81 81

Zużycie paliwa przy podanej mocy

g/kW/h 210-230 257 255

Średnie zużycie paliwa

l/Mh * 11-12 8 6

Zawartość NOx w gazach spalinowych

ppm 500,3 (7,030 g/kWh)

max. 750 350 max. 750

Zawartość CO w gazach spalinowych

ppm 110,3 (0,904 g/kWh)

max. 500 max. 500 max. 500

* Mh – motogodziny


110

a) LIEBHERR D 924 n=850/min

LIEBHERR D 924 n=1700/min

LIEBHERR D 924 n=2200/min0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

CO

, p

pm

Mediana 25%-75% Zakres nieodstających Odstające Ekstremalne

b) V-3300-T n=850/min V-3300-T n=1700/min V-3300-T n=2200/min0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

CO

, p

pm


c) VOLVO PENTA D5A-AT n=850/min

VOLVO PENTA D5A-AT n=1700/min

VOLVO PENTA D5A-AT n=2200/min0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

CO

, p

pm


Rys. 2. Porównanie stężeń tlenku węgla dla różnych obrotów dla poszczególnych producentów Fig. 2. Comparison of the concentrations of carbon monoxide for different engine revolution speed

(different producers)


111

d) Zetor 1404 n=850/min Zetor 1404 n=1700/min Zetor 1404 n=2200/min100

150

200

250

300

350

400

450

500

CO

, p

pm


Rys. 2. (cd.) Porównanie stężeń tlenku węgla dla różnych obrotów dla poszczególnych producentów Fig. 2. (continued) Comparison of the concentrations of carbon monoxide for different engine

revolution speed (different producers)


V-3300-T n=1700/min


Zetor 1404 n=1700/min

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

CO

, p

pm


Rys. 3. Porównanie stężeń tlenku węgla dla pośredniej prędkości obrotowej dla poszczególnych

producentów Fig. 3. Comparison of the concentrations of carbon monoxide for the intermediate engine revolution

speed (different producers)


112


V-3300-T n=2200/min


Zetor 1404 n=2200/min

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

CO

, p

pm


Rys. 4. Porównanie stężeń tlenku węgla dla nominalnej prędkości obrotowej dla poszczególnych

producentów Fig. 4. Comparison of the concentrations of carbon monoxide for the nominal engine revolution speed

(different producers) W ograniczonej przestrzeni wyrobisk górniczych niezbędne jest zapewnienie

wymaganego strumienia objętości powietrza w celu rozrzedzenia szkodliwych składników

spalin. Obliczenia przeprowadzono wg zależności:

nn

n

nns c

c

c

c

c

cqkV ...

2

2

1

1 , m3/min (1)

gdzie:

ks – współczynnik nierównomierności; przyjęto ks=1,5,

q – strumień objętościowy składników spalin z rury wydechowej, m3/min;

c1, c2, …,cn – stężenia składników toksycznych w spalinach przeliczone w zależności od

prędkości obrotowej silnika, ppm;

c1n, c2n, …, cnn – dopuszczalne stężenia składników toksycznych w spalinach, ppm.

Gdyby spaliny natychmiast wymieszały się z przepływającym powietrzem

w równomierny sposób, wówczas można by było przyjąć współczynnik korekcyjny ks równy

jedności. W rzeczywistości wymieszanie nie jest natychmiastowe i nierównomierne,

szczególnie w pobliżu pracujących silników, dlatego konieczne jest doprowadzenie

większych strumieni powietrza (Szlązak, Borowski, 2002).

Dla analizowanych wyników pomiarów tlenku węgla w spalinach maszyn o mocy

zbliżonej do 80 kW niezbędny strumień powietrza wynosi 520 m3/min, a po uwzględnieniu

mocy maszyny jednostkowy strumień objętości powietrza można przyjmować jako równy


113

6,35 m3/min/kW. Bez uwzględniania współczynnika korekcyjnego strumień powietrza dla

rozrzedzenia szkodliwych składników spalin będzie wynosić 400 m3/min.

W celu przeprowadzenia dokładnych obliczeń, uwzględniających ruchomy charakter

maszyny, należy zrealizować symulację komputerową rozkładu stężeń gazów spalinowych

w wyrobisku.

7. Zakończenie

W górnictwie podziemnym obserwuje się zwiększenie liczby stosowanych maszyn

z silnikami spalinowymi. Jednocześnie przewiduje się dalszy wzrost zastosowań napędów

tego typu. Wymagania stawiane maszynom z silnikami spalinowymi powodują zwiększenie

liczby i mocy zastosowanych maszyn z napędem spalinowym, co przyczynia się do wzrostu

zanieczyszczeń atmosfery kopalnianej składnikami spalin z silników.

W celu zmniejszenia emisji szkodliwych składników spalin konieczne jest ich

unieszkodliwianie. Zmniejszenie emisji szkodliwych składników spalin nie tylko korzystnie

wpływa na warunki pracy osób zatrudnionych w obecności maszyn, lecz także stwarza

możliwość zwiększenia liczby napędów spalinowych w wyrobiskach górniczych.

Kontrola poziomu emisji szkodliwych składników spalin maszyn z silnikami

spalinowymi odbywa się podczas badań homologacyjnych na hamowni podwoziowej lub

silnikowej. Również coraz częściej prowadzi się badania w rzeczywistych warunkach ruchu.

W warunkach kopalń podziemnych przy dopuszczaniu maszyn z napędami spalinowymi

istnieje obowiązek mierzenia: tlenku węgla CO, tlenków azotu NxOy, sumy węglowodorów

CxHy oraz cząstek stałych, natomiast w trakcie eksploatacji obowiązek wykonywania

pomiarów obejmuje tylko tlenek węgla CO. Brak jest jednoznacznych przepisów dotyczących

regularnego sprawdzania, przeglądów czy serwisu stosowanych maszyn z silnikami

spalinowymi. Nie prowadzi się też kontroli narażenia pracowników na działanie spalin

z silników z napędem spalinowym, dlatego wydaje się konieczne wprowadzenie

odpowiednich regulacji prawnych obligujących do kontroli ich emisji. Obecnie istniejące

przepisy w zbyt małym stopniu określają kontrolę emisji szkodliwych składników spalin.

Zwiększenie tej kontroli jest związane z opracowaniem szczegółowych ustaleń dotyczących

np. tego, po jakim czasie powinny być wykonywane badania kontrolne, oraz dopuszczalnych

limitów.

Artykuł został zrealizowany w ramach badań statutowych nr 11.11.100.774.


114

BIBLIOGRAFIA

1. Brzeżański M., Pieczora E., Kaczmarczyk K.: Rozwiązania napędów do zastosowań w wyrobiskach podziemnych kopalń węgla kamiennego. Combustion Engine, No. 3/2010 (142).

2. Bugarski A.D., Janisko S.J., Cauda E.G., Noll J.D., Mischler S.E.: NIOSH Report of Investigation 9687: Diesel aerosols and gases in underground mines: guide to exposure assessment and control: National Institute for Occupational Safety and Health, DHHS Publication No. 2012-101.

3. DieselNet: Nonroad diesel engines, http://www.dieselnet.com/standards/eu/ nonroad.php

4. Dobrzaniecki P., Kaczmarczyk K., Suffner H.: Kierunki prac badawczych zmierzających do ograniczenia substancji toksycznych emitowanych przez napędy spalinowe maszyn stosowanych w kopalniach głębinowych. Maszyny Górnicze, nr 1-2/2010, s. 163-168.

5. Dokumentacja techniczna producentów maszyn z silnikami spalinowymi. 2010-2012. 6. Konsek R.: Nowoczesny napęd akumulatorowy ciągnika PCA-1 jako alternatywa dla

obecnie stosowanych napędów w ciągnikach transportowych. Zeszyty Problemowe – Maszyny Elektryczne, nr 2/2012 (95).

7. Kozieł A., Jasiulek D., Stankiewicz K., Bartoszek S.: Inteligentne systemy mechatroniczne w maszynach górniczych. Napędy i Sterowanie, nr 2/2012, s. 112-116.

8. Merkisz J., Lijewski P., Walasik S.: Analiza warunków pracy silników pojazdów zastosowaniach pozadrogowych w aspekcie przepisów dotyczących emisji związków toksycznych spalin. Eksploatacja i Niezawodność, nr 1/2010, s. 42-48.

9. Norma PN-G-36000: „Napędy spalinowe dla podziemnych pojazdów górniczych. Wymagania”. 1997.

10. Norma PN-G-36001: „Napędy spalinowe dla podziemnych pojazdów górniczych. Badania”. 1999.

11. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 28 czerwca 2002 w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia przeciwpożarowego w podziemnych zakładach górniczych (Dz.U. nr 139, poz. 1169) wraz ze zmianą wprowadzoną rozporządzeniem Ministra Gospodarki z dnia 9 czerwca 2006 r. (Dz.U. nr 124, poz. 863). Załącznik 4.

12. Szlązak N., Borowski M.: Wentylacyjne aspekty stosowania maszyn z silnikami spalinowymi w kopalniach podziemnych. Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków 2002.

13. Szlązak N., Borowski M., Obracaj D., Sporysz G.: Zagrożenie atmosfery kopalnianej związane z stosowaniem silników spalinowych w transporcie kopalnianym. Materiały 5. Szkoły Aerologii Górniczej, Wrocław, 13–16 października 2009, s. 401-413.

Abstract

More and more machinery with Diesel engines is used in underground mines. Apart from the benefits of using this type of engines there is a risk associated with air pollutants. Searching for new solutions of engines is necessary because new limits of air pollutants have been established. New solutions should reduce the emission of harmful components. In the article the analysis of air pollutions from machinery with Diesel engines in railway transport was conducted.

ANALIZA EMISJI SKŁADNIKÓW SPALIN Z MASZYN Z · PDF file ·...

Documents

Transcript of ANALIZA EMISJI SKŁADNIKÓW SPALIN Z MASZYN Z · PDF file ·...