柴油機(jī)排放物的危害及控制技術(shù)

1、柴油機(jī)排放物的危害及控制技術(shù) 柴油機(jī)排放物的危害及控制技術(shù) 摘要：隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，對(duì)內(nèi)燃機(jī)的排放控制要求越來越高。為了內(nèi)燃機(jī)的持續(xù)、健康開展，各種新技術(shù)脫穎而出。本文介紹了現(xiàn)有的柴油機(jī)的排放控制技術(shù)，并分析了今后排放控制技術(shù)的開展趨勢。 關(guān)鍵詞：柴油機(jī) 有害排放物 排放控制 柴油機(jī)具有高熱效率、大功率等特點(diǎn)，有著良好的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，在工程機(jī)械領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如壓路機(jī)、挖掘機(jī)、推土機(jī)、大型卡車等都是以柴油機(jī)作為動(dòng)力。雖然柴油機(jī)有著很多優(yōu)點(diǎn)，但是其所排放的尾氣中有害物質(zhì)成分較多，隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，對(duì)柴油及排放的尾氣進(jìn)行控制和凈化就具有十分重要的意義。 1.柴油機(jī)的有害排

2、放物及其危害 柴油機(jī)的有害排放物主要有CO、NOx、HC、SOx和PM碳煙顆粒它們分別以氣、液、固相的形式存在。氣相排放物包括CO、NOx、和氣態(tài)碳?xì)?；液相排放物有SOx和液態(tài)碳?xì)?；固相排放物是微小的球狀碳粒，其外表吸附有一些HC以及SOx。 CO是不完全燃燒的產(chǎn)物，是無色、無臭的有害氣體，被吸入人體后，能以比氧強(qiáng)210倍的親和力同血紅蛋白結(jié)合，形成碳氧血紅蛋白，阻礙向心、腦等器官輸送氧氣，使人發(fā)生 惡心、頭暈、疲勞等病癥，嚴(yán)重時(shí)會(huì)窒息死亡。一氧化碳也會(huì)使人慢性中毒，只要表現(xiàn)為中樞神經(jīng)受損、記憶力減退等。 NOx是空氣中的和在燃燒室的高溫高壓環(huán)境下反響生成的，主要是氧化氮和二氧化氮。其毒性強(qiáng)，

3、對(duì)人體和植物生長均有不利影響，氮氧化物也是形成酸雨和光化學(xué)煙霧的只要物質(zhì)之一。 HC只要是未然燃料和竄漏的潤滑油，HC中含有的多環(huán)芳烴有巨大的致癌作用，且某些烴類可刺激人的眼睛及呼吸器官，造成呼吸困難。 SOx來源于燃料以及竄漏的潤滑油中含有的S，它與空氣中的水反響生成硫酸，可使土壤及水變?yōu)樗嵝?，損害樹木及農(nóng)作物的枝葉，過高濃度會(huì)影響呼吸并可使呼吸及心血管疾病患者加重病情。 PM是柴油機(jī)排放物中主要的污染物之一，細(xì)小的碳煙顆?？蛇M(jìn)入肺的最深部位，并沉積較長時(shí)間，可能引起危害。還可加重呼吸系統(tǒng)病癥哮喘，支氣管炎，降低肺功能及免疫力，導(dǎo)致肺組織器質(zhì)性病變與泡狀巨噬細(xì)胞損傷。 2.排放控制技術(shù) 減少

4、較少柴油機(jī)燃燒時(shí)有害成分生成技術(shù)主要是改善油氣混合物，防止局部過量空氣系數(shù)超過0.9這有利于NO和低于0.6這有利于碳煙的生成。降卑微粒的排放和改善燃燒過程是一致的，使柴油機(jī)到達(dá)混合均勻、燃燒充分、工作柔和、啟動(dòng)可靠、排放減少的要求。 2.1采用新的燃燒方式 傳統(tǒng)的柴油機(jī)燃燒分為預(yù)混合燃燒和擴(kuò)散燃燒兩個(gè)局部。主要燃燒時(shí)處的擴(kuò)散燃燒，火焰溫度高，極易產(chǎn)生NOx，采用稀薄的均勻混合氣可解決這一問題。美國西南研究院提出的均勻充量壓縮燃燒系統(tǒng)HCCI和日本ACE研究所的預(yù)混稀薄燃燒過程PREDIC等均是采用這種思路。采用預(yù)混稀薄燃燒方式減少或消除了擴(kuò)散燃燒，稀混合氣可降低燃燒溫度，可大幅度降低NOx，

5、比一般柴油機(jī)降低98%；由于氣缸內(nèi)混合氣均勻，無局部過濃混合氣，可使PM排放比一般柴油機(jī)降低27%，預(yù)混稀薄燃燒方式目前還處于研究階段，離實(shí)用還有一定距離，但是前景非常可觀。 2.2 改善燃料品質(zhì) 燃油中氮的含量及柴油的十六烷值對(duì)排放有重要影響。燃料中的氮的氧化作用可使NOx附加的排放達(dá)5%15%。柴油的十六烷值，著火和燃燒較容易，滯燃期短，那么HC、CO及NOx的排放都下降。但由于十六烷值高，燃燒化學(xué)穩(wěn)定性差，容易生成碳煙。在柴油中參加添加劑能夠有效地降低碳煙。 燃油添加劑實(shí)際上是一種助燃劑，它能夠促進(jìn)燃燒過程中碳分子的氧化。目前使用的消煙劑中以含錳的化合物最為有效，可以大大降低碳煙的生成。

6、 2.3 廢氣再循環(huán) 廢氣再循環(huán)EGR是控制柴油機(jī)排氣污染的一種有效措施。廢氣再循環(huán)可以使柴油機(jī)預(yù)混合燃燒峰值降低，滯燃期縮短，氧濃度下降，火焰溫度下降，因而能有效降低NOx排放。但同時(shí)，由于廢氣再循環(huán)使燃燒持續(xù)時(shí)間增加，導(dǎo)致碳煙排放增加，因此需要對(duì)廢氣再循環(huán)進(jìn)行控制。當(dāng)柴油機(jī)在低轉(zhuǎn)速、小負(fù)荷、氣缸內(nèi)燃燒溫度比擬低的情況下，停止廢氣再循環(huán)，以防止生成HC，CO和碳煙。當(dāng)柴油機(jī)在高轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷、氣缸內(nèi)燃燒溫度比擬高的情況下，進(jìn)行廢氣再循環(huán)，以抑制NOx的生成。另外，還應(yīng)根據(jù)柴油機(jī)的工況改變廢氣再循環(huán)率，到達(dá)在所有工況下都獲得最低的排放。 2.4 燃油乳化技術(shù) 燃油乳化技術(shù)可以降低柴油機(jī)的排放。試

7、驗(yàn)說明。燃油摻水后，由于水具有比擬高的比熱容和汽化熱，其升溫和汽化需要一定的熱量，是火焰溫度降低，從而抑制了NOx的生成。由于水蒸氣在氣缸內(nèi)參與一定程度的熱分解，使氣缸內(nèi)瞬時(shí)的氧原子濃度相對(duì)增加，從而也增加了CO再氧化的時(shí)機(jī)，使CO排放降低。另外，由于乳化油具有快燃特性，使燃油能實(shí)現(xiàn)完全燃燒，從而顯著地降低了HC的生成。乳化油還能夠有效地減少碳煙的排放。這是因?yàn)樘紵熤饕窃跀U(kuò)散火焰中形成的，而乳化油正好使預(yù)混合比例增加，擴(kuò)散燃燒比例下降，這就減少了碳煙形成的時(shí)機(jī)。另外，氣缸內(nèi)瞬時(shí)氧濃度的增加，也有利于對(duì)已形成的碳煙氧化。 2.5 提高噴油壓力和減少噴孔直徑 提高噴油壓力和減少噴孔直徑可以使燃油

8、的噴霧顆粒進(jìn)一步細(xì)化，以增大燃油和空氣接觸的外表積，加速燃油和空氣的混合，明顯地降低顆粒PM中碳的排放。高壓噴射會(huì)導(dǎo)致NOx的增加，如采用推遲噴油時(shí)間和EGR等方法，以到達(dá)控制顆粒PM和NOx排放的目的。高壓噴射系統(tǒng)需要和燃燒室良好匹配，以防止過多的燃油噴射到氣缸的冷外表上，減少HC和顆粒PM中有機(jī)可溶物SOF排放；高壓噴射技術(shù)對(duì)噴油系統(tǒng)提出了十分苛刻的要求。要求整個(gè)系統(tǒng)有極高的強(qiáng)度、剛度和密封性。此種措施也需要和其他改良方法相結(jié)合才能到達(dá)更好地效果。 提高噴油壓力可以有效地降低柴油機(jī)的顆粒排放；減少燃油平均滴徑，促進(jìn)混合氣形成；降低發(fā)動(dòng)機(jī)最大壓力升高率、降低燃燒噪聲。 3總結(jié) 隨著日益嚴(yán)格的排放法規(guī)的出臺(tái)，目前大局