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

Transkrypt

1 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.

2 102 N. Szlązak, M. Borowski, G. Sporysz 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

3 Analiza emisji składników spalin z maszyn 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

4 104 N. Szlązak, M. Borowski, G. Sporysz 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 C. Katalizatory te z powodzeniem są stosowane w górnictwie miedzi. Temperatura znacznie przekracza

5 Analiza emisji składników spalin z maszyn 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 spalin Lokomotywa 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 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.

6 106 N. Szlązak, M. Borowski, G. Sporysz 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) Moment obrotowy, % Prędkość obrotowa nominalna pośrednia bieg jałowy Maszyny pozadrogowe Typ C 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

7 Analiza emisji składników spalin z maszyn 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, 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,

8 108 N. Szlązak, M. Borowski, G. Sporysz 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 , 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), /min (prędkość pośrednia) oraz /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

9 Analiza emisji składników spalin z maszyn 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, ) 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 z bezpośrednim wtryskiem paliwa z bezpośrednim wtryskiem paliwa Rodzaj silnika - wysokoprężny z turbosprężarką wysokoprężny z turbosprężarką wysokoprężny z turbosprężarką wysokoprężny z turbosprężarką Wykonanie silnika - rzędowy rzędowy rzędowy rzędowy Chłodzenie - wodą wodą wodą wodą Liczba cylindrów Pojemność silnika cm Obroty znamionowe min Maksymalne obroty min Obroty wolne min ± ± 25 Moc przy obrotach znamionowych kw Zużycie paliwa przy podanej mocy Średnie zużycie paliwa Zawartość NOx w gazach spalinowych Zawartość CO w gazach spalinowych * Mh motogodziny g/kw/h l/mh * ppm ppm 500,3 (7,030 g/kwh) 110,3 (0,904 g/kwh) max max. 750 max. 500 max. 500 max. 500

10 110 N. Szlązak, M. Borowski, G. Sporysz Mediana 25%-75% Zakres nieodstających Odstające Ekstremalne CO, ppm a) 0 LIEBHERR D 924 n=850/min LIEBHERR D 924 n=1700/min LIEBHERR D 924 n=2200/min Mediana 25%-75% Zakres nieodstających Odstające Ekstremalne 300 CO, ppm b) 0 V-3300-T n=850/min V-3300-T n=1700/min V-3300-T n=2200/min Mediana 25%-75% Zakres nieodstających Odstające Ekstremalne 300 CO, ppm c) 0 VOLVO PENTA D5A-AT n=850/min VOLVO PENTA D5A-AT n=2200/min VOLVO PENTA D5A-AT n=1700/min 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)

11 Analiza emisji składników spalin z maszyn Mediana 25%-75% Zakres nieodstających Odstające Ekstremalne 350 CO, ppm Zetor 1404 n=850/min Zetor 1404 n=1700/min Zetor 1404 n=2200/min d) 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) Mediana 25%-75% Zakres nieodstających Odstające Ekstremalne CO, ppm LIEBHERR D 924 n=1700/min VOLVO PENTA D5A-AT n=1700/min V-3300-T n=1700/min Zetor 1404 n=1700/min 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)

12 112 N. Szlązak, M. Borowski, G. Sporysz Mediana 25%-75% Zakres nieodstających Odstające Ekstremalne CO, ppm LIEBHERR D 924 n=2200/min VOLVO PENTA D5A-AT n=2200/min V-3300-T n=2200/min Zetor 1404 n=2200/min 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: gdzie: c1 c2 c V k s q... c1 n c2n c n nn, m 3 /min (1) ks współczynnik nierównomierności; przyjęto ks=1,5, q strumień objętościowy składników spalin z rury wydechowej, m 3 /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 m 3 /min, a po uwzględnieniu mocy maszyny jednostkowy strumień objętości powietrza można przyjmować jako równy

13 Analiza emisji składników spalin z maszyn ,35 m 3 /min/kw. Bez uwzględniania współczynnika korekcyjnego strumień powietrza dla rozrzedzenia szkodliwych składników spalin będzie wynosić 400 m 3 /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

14 114 N. Szlązak, M. Borowski, G. Sporysz 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 DieselNet: Nonroad diesel engines, 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 Dokumentacja techniczna producentów maszyn z silnikami spalinowymi 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 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 Norma PN-G-36000: Napędy spalinowe dla podziemnych pojazdów górniczych. Wymagania Norma PN-G-36001: Napędy spalinowe dla podziemnych pojazdów górniczych. Badania 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 Szlązak N., Borowski M.: Wentylacyjne aspekty stosowania maszyn z silnikami spalinowymi w kopalniach podziemnych. Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków 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, października 2009, s 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.