柴油机排放污染物生成机理与治理措施

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1、柴油机主要排放污染物的生成机理.影响因素与治理措施摘要：通过分析柴油机在实际运行过程中CO、HC、NOx、PM等主要污染物的生成机理，总结归纳出影响这些污染物生成的主要因素，并以此为依据介绍现有的降低柴油机排放污染物的主要措施关键词：柴油机排放物生成机理影响因素治理措施1•问题描述随着科学技术的不断发展深入，更多种类和形式的能源动力机械不断问世并投入应用，但是内燃机由于其应用的稳定性和广泛的适用性在如此环境下依］口在能源动力领域占据着龙头位置。因此内燃机仍然是能源动力领域中首选的动力机械。而内燃机中最

2、典型突出的代表则为车用的往复式活塞内燃机。根据其使用燃料种类的不同可以分为汽汕机和柴汕机两种。相比于汽汕机，柴汕机具有燃汕消耗低、耐久性好、寿命长、高扭矩输出、功率范围广等优点，因此柴汕机在各行业里得到广泛的应用：在重型动力装置中，柴汕机应川领域已经占绝对统治地位，在小型侨车等轻型车辆中，柴油机的应川也逐渐渗透。但是由于柴油机的广泛应用而带来的坏境污染问题也越来越严重并且越发受到世人关注。柴油机排气污染物主耍成分有一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、硫化物以及颗粒物（PM）等。由

3、于柴油机采取的质调节方式，因此其混合气的平均空燃比远大于理论空燃比，故其CO与HC排放明显低于汽油机，所以柴油机排放控制的重点在于NOx和PM。由于各排放物生成机理不同，因此在它们各白的控制与净化措丿施也存在差异。本文接下來将叙述各主要排放污染物的牛成机理、影响措施与治理措施。2•柴油机主要排放污染物的生成机理2.1.CO生成机理CO的生成主要侑三种途径：一是柴汕机进气与柴汕喷雾混合不均匀导致局部混合气过最空气系数①a<1,局部燃烧缺氧导致不完全燃烧生成CO；二是己成为燃烧产物的CO2和出0在高温条件

4、卜•产牛•热解反应进而生成CO；三是排气过程中HC耒完全氧化生成CO。2.2.HC生成机理排放的HC—•般是未燃HC,是指没有燃烧或部分燃烧的碳氢化合物的总称。一般认为柴汕机屮HC的产生主耍有两种途径：一是由于滞燃期中形成的过稀混合气在燃烧室内不能满足口燃或扩散火焰传播的条件，导致HC的氧化反应无法开始或瞬间终止，生成未燃HC；二是燃烧过程后期低速离开喷油嘴的燃油与进气不良好混合形成的过浓混合气不能着火及燃烧，生成未燃HC。2.3.NOX生成机理柴汕机排放的NOx主要是NO和N。2，其中NO占据了NO

5、x排放的85%-95%«NO本身无毒无害，但NO随着排气进入人气后会缓慢氧化成有毒的NO?，因此NOx生成机理主耍针对NO讨论。NO的生成途径有三个：一是激发NO的生成；二是燃料NO的生成；三是高温NO的生成。前两者NO的生成量极少，可以忽略不计，因此NO的主要生成方式为高温NO的生成。其反应机理如F：n2+o-no+nN+O2-*NO+ON+OH-H+NO山上式可以知道影响NO牛:成的因素为高温、富氧和反应时间。2.4.PM生成机理柴汕机排放的PM主要成分有碳粒、硫酸盐、可溶性有机成分和含金属元素的

6、灰分等。其屮碳粒的生成是_•个非平衡过程，现在比较流行的理论认为生成碳粒的过程是燃汕分子大量分解和原子分子重新排列的过程。当燃油喷射到高温空气中吋，轻质桂很快蒸发气化，而重质桂会以液态暂吋存在，液态的烧在高温缺氧条件下直接脱氢碳化，成为焦炭状的液相析出型碳粒，粗度一般较人。而已气化的轻质泾，经过不同途径，产生气相析出型碳粒，粒度相对较小。气相的燃油分子在高温缺氧的情况下发生部分氧化和热裂解，不断脱氮形成原子级的碳粒子，逐渐聚合成直径为2mn的碳烟核心（碳核）；气相的姪和其它物质在碳核表面的凝聚，以及碳

7、核相互碰撞发牛的凝聚，使碳核继续增大，成为直径为20-30nm的碳朋基元；而碳烟基元经过相互聚集形成肓径为1»m以下的球状或链状的多孔性聚合物。硫酸盐主要由燃料屮硫分经燃烧反应生成。而含金属元素的灰分來源于各种添加剂以及运动件Z间相互摩擦产生的辭屑。1•柴油机排放污染物的主要影响因素3・1•燃油品质3.1.1.柴油十六烷值柴油的十六烷值对滞燃期长短有较大的影响。如果柴油十六烷值佼低，则滞燃期鮫长，这使缸内在燃烧初期积聚的燃汕较多，初期放热率峰值和燃烧温度较高，因此NOx排放较多。由图1可看出低十六烷值

8、柴油燃烧NOx排放量高（-10号柴油十六烷值为46,0号柴油十六烷值为53.8）。图1柴油十六烷值对NOx排放的影响3.12柴油硫含量柴汕硫含量的多少能明显彩响PM屮硫酸盐的排放。若将柴汕的硫含量从0.5%降到0.03%将使轻型车的PM排放降低7%,使重型年的PM排放降低4%。3」.3.柴汕芳坯含量芳坯能提高火焰温度，为NOx产生提供高温条件，因而增加NOx的排放。3・2•进气温度进气温度的升高，将引起柴油机压缩温度及局部反应温度升高，这有利于NO的生成