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内燃机排放与污染控制第一和第二章

内燃机排放与污染控制 周松,肖友洪,朱元清,编著 第一章 概 述 1.1 大气污染 1.1.1 大气成分 大气层包括对流层和平流层。对流层由约78%氮,约21%氧,约0.9%的氩及包括CH4、NOx、CO、 SO2等污染物组成。平流层主要由臭氧和水蒸汽组成。 1.1.2 大气污染来源及危害 1.污染来源主要为化石燃料燃烧和机动车尾气。 2.污染范围分为局部(100km内)、区域污染(500km以上)和全球性污染(数千公里范围) 3.污染引起酸雨、光学烟雾、温室效应等。 1.1.3 温室效应 温室效应引起地球表面平均温度提高15℃,使北半球冬季更短、更冷,夏季更热、更干;全球降雨量减少、区域降水形态改变;改变植物和农作物的生成及分布,加速作物生成,引起土壤贫瘠;引起海平面上升;改变全球资源分布。 -1.1.4 光化学反应和光化学烟雾 内燃机和其他污染源排放到大气中的HC和NOx在太阳光作用下发生复杂的光化学反应生成以臭氧、醛和过氧乙酰酯为主的光化学烟雾。 1.2 内燃排放的污染物及其危害性 1.2.1 NOx NO为无色气体,中度毒性,引起中枢神经障碍。NO2褐色气体,刺激气味,与水结合形成硝酸,引起咳嗽、气喘、气肿和光化学反应。 -1.2.3 CH 烷烃无味。烯烃甜味,麻醉作用,刺激黏膜,可产生有毒环氧衍生物,可引起光化学烟雾。芳烃香味,毒。苯致白血病,损害人体。多环烃及其衍生物致癌。 -1.2.4 PM 颗粒可引起肺癌,PM10为可吸入颗粒,PM2.5可入肺颗粒。 -1.2.5 O3 臭氧具有强烈刺激性,破坏呼吸道,对眼睛有轻度刺激。 -1.2.6 SO2 SO2无色,强亲水性,可转化为亚硫酸刺激鼻腔黏膜,可转化为硫酸烟雾,产生比其本身大10倍的毒性。 -1.2.7 CO2 二氧化碳无色,无味,温室效应。 1.3 内燃机排放的评价指标 排放物浓度、质量排放量(单位时间排放量或工况质量排放量或行程质量排放量)、比排放量(每单位功率小时排放出的污染物的质量)、排放指数(EI,燃烧单位质量的燃料所排放的污染物质量,也称污染物的排放率) 1.4 污染物的排放水平 燃料的组织、成分及燃烧室的结构等的不同,不同发动机的污染物排放水平也不同。 1.5 内燃机燃料 汽油、喷气燃料、柴油、重油、润滑油及代用燃料 石油系燃料的技术评价指标:黏度、含硫量、闪点、辛烷值、抗爆指数十六烷值、苯胺点、碳芳烃度和计算碳芳烃指数CCAI. 第二章 污染物生成机理及影响因素 2.1 NOx -2.1.1 生成机理 -1.热NO 基于捷尔杜维奇机理,主要是氮氧间的可逆反应,正向反应速度远大于逆向反应。氧原子浓度和反应温度是主要影响因素,高温是促成其生成的主要因素。 -2.快速型NO 快速NO与温度关系不密切,在很大范围费涅莫机理都适用,但产量很低,5%。 -3.燃料型NO 燃空比对其生成影响最大,可用于减少NO排放。 -4.N2O O+N2+M N2O+M,M是任意气体成分 -5.NO 生成的平衡与非平衡过程 如果不考虑燃料含氮,则内燃机排气中的NO主要靠热反应生成,决定NO在热反应中生成速率的主要因素是氧原子浓度和反应温度。 对稀混合气,氧原子充足,NO平衡浓度主要取决于气体的温度,在燃空当量比接近于1时NO的浓度达到平衡。 对于浓混合气,NO的平衡浓度主要受氧浓度的影响,因此压力增加将造成氧原子浓度下降,使NO平衡浓度减小。 NO平衡浓度只能定性地说明在内燃机中影响NO生成的主要因素。实际上,在内燃机中,热NO 生成的时间极其短暂,所生成的NO浓度低于燃烧温度所对应的平衡浓度。当膨胀冲程时,缸内气体温度不断下降,虽然相应温度的NO平衡浓度迅速下降,缸内NO的实际浓度却由于逆向反应太低而几乎没有下降,而使NO排放浓度大大高于排气温度对应的平衡浓度,所以在内燃机中NO生成具有非平衡的特征,在这个非平衡过程中,工质在高温下的反应时间、温度和氧原子浓度共同对NO的排放浓度起作用。 -2.1.2 影响氮氧化物排放的因素 影响氮氧化物生成率和排放率的根本因素是燃烧温度、氧原子浓度和工质在高温环境下的持续时间,这3个因素通过柴油机的喷油系统参数、进气系统参数、运转参数、燃烧室结构参数以及其他参数等影响着氮氧化物的排放率。下面简要分析发动机主要参数对NO排放的影响。 -1.负荷对氮氧化物排放率的影响 NOx排放浓度随负荷的增加而增加,从低负荷到中负荷时,NOx的增速大,而从中负荷到高负荷,NOx的增

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