《環(huán)境工程專業(yè) 內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)的尾氣處理的分析和探討》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《環(huán)境工程專業(yè) 內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)的尾氣處理的分析和探討（34頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、論文題目 內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)的尾氣處理的分析和探討 任務(wù)書畢業(yè)論文題目 內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)的尾氣處理的分析和探討 1 畢業(yè)論文任務(wù)要求：論文摘要:近年來，工業(yè)發(fā)展速度加快，能源消耗也在不斷增加，全球面臨著越來越嚴(yán)重的環(huán)境問題，常見的問題比如說臭氧層破壞、全球變暖等等，這些問題對人們的日常生活有著極為重要的影響。臭氧層破壞、全球變暖等等均屬于大氣污染問題，而從聯(lián)合國所公布的公害來看，大氣污染是最主要的一種，因?yàn)榇髿馕廴臼箍刂瀑|(zhì)量急劇降低，使人們正常的生產(chǎn)生活受到損害，對工農(nóng)業(yè)也造成極大的損失。大氣污染的原因較多，但是主要的原因便是內(nèi)燃機(jī)的排放物，從整體上來看，內(nèi)燃機(jī)所排放的氣體多是對大氣有害的。近年來工
2、業(yè)迅速發(fā)展，內(nèi)燃機(jī)的使用量也在逐漸增加，所以內(nèi)燃機(jī)的有害排放物對大氣環(huán)境造成的危害日漸嚴(yán)重。我國機(jī)械行業(yè)中重要的組成之一，內(nèi)燃機(jī)為各種機(jī)械，如農(nóng)業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械、石油鉆機(jī)等等，這些機(jī)器多應(yīng)用柴油機(jī)。因?yàn)閺恼w上來看，柴油機(jī)是以上所有機(jī)械中對能量利用最高，且相對來說比較節(jié)能的機(jī)型，隨著工業(yè)的發(fā)展，我國越來越多的企業(yè)開始應(yīng)用內(nèi)燃機(jī)，內(nèi)燃機(jī)對我國的影響日益加深。不過內(nèi)燃機(jī)的大量應(yīng)用，也造成了環(huán)境的污染，故而本文對內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)的尾氣處理進(jìn)行分析。論文提綱:第一章：研究的背景和意義1.1人類的生存環(huán)境問題突出 1.2柴油機(jī)的主要污染物的危害第二章：柴油機(jī)主要排放物的生成機(jī)理 2.1 氮氧化物（NOX）
3、的生成機(jī)理 2.2 未燃碳?xì)浠铮℉C）生成機(jī)理 2.3 一氧化碳（CO）生成機(jī)理 2.4 硫氧化物（SOX）生成機(jī)理 2.5 顆粒狀物質(zhì)（PM）生成機(jī)理第三章：柴油機(jī)廢氣排放控制的幾項(xiàng)措施 3.1 從柴油機(jī)機(jī)內(nèi)進(jìn)行控制 3.1.1 噴油提前角對排放的影響 3.1.2 壓縮比對排放的影響 3.1.3 進(jìn)氣壓力和溫度對排放的影響 2主要參考資料：期刊文獻(xiàn)書寫規(guī)范：作者，論文篇名，刊物名，出版年，卷（期），論文在刊物中的頁碼。圖書文獻(xiàn)書寫規(guī)范：作者，書名，出版地，出版社，出版日期。文獻(xiàn)1：周保龍.內(nèi)燃機(jī)車第二版M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005文獻(xiàn)2：Hewson J C, Bollig M. R
4、educed mechanisms for NOX emissions from hydrocarbon diffusion flames. Twenty-six Symposium (International)on Combustion ,1996:21712179文獻(xiàn)3：周松，肖友洪，朱元清.內(nèi)燃機(jī)排放與污染控制M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2010.文獻(xiàn)4：王尚勇，楊青.柴油機(jī)電子控制技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.2005.3畢業(yè)論文進(jìn)度安排：起 止 時 間階 段 內(nèi) 容2018年7月13日2018年9月15日收集有關(guān)論文（設(shè)計）資料，指導(dǎo)老師組織學(xué)生進(jìn)行論文選題、指導(dǎo)學(xué)生選定任務(wù)書或?qū)徍?/p>
5、學(xué)生自擬任務(wù)書并下達(dá)畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書。2018年9月16日2018年10月23日撰寫論文、提交初稿，指導(dǎo)老師進(jìn)行論文指導(dǎo)和評閱。2018年10月24日2018年11月13日上傳畢業(yè)論文（設(shè)計）終稿，指導(dǎo)老師進(jìn)行指導(dǎo)和評閱。2018年11月下旬-12月上旬畢業(yè)論文（設(shè)計）答辯。目 錄第一章 緒論 11.1研究的背景和意義 11.1.1人類的生存環(huán)境問題突出 11.1.2柴油機(jī)的主要污染物的危害 3第二章 柴油機(jī)主要排放物的生成機(jī)理52.1 氮氧化物（NOX）的生成機(jī)理 52.2 未燃碳?xì)浠铮℉C）生成機(jī)理 72.3 一氧化碳（CO）生成機(jī)理 92.4 硫氧化物（SOX）生成機(jī)理 112.
6、5 顆粒狀物質(zhì)（PM）生成機(jī)理12第三章 柴油機(jī)廢氣排放控制的幾項(xiàng)措施 143.1 從柴油機(jī)機(jī)內(nèi)進(jìn)行控制143.1.1 噴油提前角對排放的影響143.1.2 壓縮比對排放的影響173.1.3 進(jìn)氣壓力和溫度對排放的影響19結(jié)論 30致謝 31參考文獻(xiàn)32摘要1 緒論1.1 研究的背景和意義1.1.1 人類的生存環(huán)境問題突出 近些年來，經(jīng)濟(jì)增速加快，工業(yè)發(fā)展迅速，與此同時，能源的消耗量也在逐漸增加。在能源消耗中，會排除一定的污染物，這些污染物對大氣的污染也在日益增加，大量的污染物不但直接影響著大氣環(huán)境，同時也對全球氣候以及大氣成分的組成產(chǎn)生一定的不良影響，一系列的情況導(dǎo)致了全球環(huán)境問題。當(dāng)前全球
7、性大氣污染主要表現(xiàn)在三個方面，分別是溫室效應(yīng)、酸雨以及臭氧層耗損。(1) 溫室效應(yīng)隨著大量廢氣的排除，大氣中某些氣體含量也在不斷增加，這直接致使大氣對敷設(shè)的選擇發(fā)生轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致地面上溫度增加，從而影響到生物生長，影響到大氣環(huán)境，甚至影響到人們的生產(chǎn)生活活動，這一種效應(yīng)便是問世效應(yīng)，同時這一氣體也被成為“溫室氣體”。常見的溫室氣體主要包括。常見的問世氣體主要包括主要包括二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、臭氧（O3）、氧化亞氮（N2O）和氯氟烴等，其中CO2的溫室作用最為明顯。雖然對溫室氣體造成溫室效應(yīng)的原理等各持有不同的意見，但是從整體上來看，多數(shù)專家認(rèn)為產(chǎn)生溫室效應(yīng)起主要作用的是溫室氣體的物理
8、性質(zhì)。 圖11 溫室效應(yīng)示意圖因?yàn)闇厥覛怏w對來自太陽的短波輻射的透過性較高，而與此同時，對于地面反射的長波敷設(shè)的敷設(shè)性能有較高的吸收性。具有較高的透過性，而對與地面反射的長波輻射具有高度的吸收性能（如圖1-1所示）。大氣溫室氣體的突然增加使大量的紅外光從地面反射回來，改變了地球表面的原始平衡。 溫室氣體的“隔墻”可防止紅外線的逸出，“捕獲”太陽能會提高大氣溫度，使氣候變暖并產(chǎn)生“溫室效應(yīng)”。 CO2是各種碳?xì)浠衔锶紵笏a(chǎn)生的基本性產(chǎn)物。因?yàn)槿丝谠鲩L和世界經(jīng)濟(jì)的快速增長，更多的二氧化碳被釋放到大氣中。 根據(jù)這些數(shù)據(jù)，過去100年來，由于使用化石燃料造成的大量砍伐以及大規(guī)模溫室氣體二氧化碳的人
9、性化，從工業(yè)時代的280 ppm增加到目前的360 ppm。 每年0.4，約1.5 ppm的增長。 這一比例正在增加，這意味著世界平均氣溫上升0.83C，接近過去100年平均氣溫上升的記錄。 根據(jù)目前的樹木捕獲率和化石燃料燃燒的增加，大氣CO 2在50年內(nèi)將會翻倍，中緯度表面溫度從2升高到3，并將極地溫度將會升高6至10。 (2) 酸雨酸雨是指pH值小于5.65的大氣將入，比如常見的霧、露、霜，酸雨也是大氣污染的一種現(xiàn)象。酸雨的風(fēng)險，主要是破壞森林生態(tài)系統(tǒng)，改變土壤的特征和結(jié)構(gòu)，破壞水生生態(tài)系統(tǒng)，腐蝕建筑物，是傷生物呼吸系統(tǒng)和皮膚。大氣中不同酸性物質(zhì)形成的不同酸都會導(dǎo)致酸雨的形成。通常，如果酸
10、雨，6070的硫酸，硝酸占5，30是鹽酸，有機(jī)酸占2。 SO2和NOX是形成酸雨的主要物質(zhì)。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，人為地排放到大氣中的二氧化硫的量大約是1.3億噸/年，其中煤炭的燃燒產(chǎn)生的9000多萬噸左右，占約76 。當(dāng)大量SO2進(jìn)入大氣時，在一定的氧化劑或催化劑存在下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并形成硫酸。在干燥條件下，SO2通過光化學(xué)過程氧化成SO3，然后轉(zhuǎn)化為H2SO4，但該反應(yīng)非常緩慢?？諝馕廴局械牡趸镏饕荖O和NO2。人為NOx排放主要是由化石燃料的燃燒引起的。在化石燃料燃燒過程中，NO占95以上，但進(jìn)入大氣后大部分NO轉(zhuǎn)化為NO2。在大氣中，NOX向HNO3硝酸的轉(zhuǎn)化包括以下過程類型：表
11、1-1 NOX轉(zhuǎn)化為HNO3硝酸過程（1）慢過程2NO + O2 2NO2NO + O3 NO2 + O2（2）快過程，O3參與反應(yīng)NO + O3 NO2 + O23NO2 + H2O 2NO3- + NO + 2H+（3）NO2和O3以高濃度混合時，生成五氧化二氮（N2O5）2NO2 + O3 N2O5 + O2N2O5 + H2O 2NO3- + 2H+（4）NO2在霧和水中，在鐵、錳金屬或SO2等催化劑條件下：4NO2 + 2H2O + O2 4NO3- + 4H+以上四個過程與空氣污染物種類以及大氣的氣象條件有較大的關(guān)系。NO2除了本身直接反應(yīng)形成HNO3外，當(dāng)它與SO2同時存在時，還
12、可以作為氧化劑使SO2向SO3轉(zhuǎn)化，然后形成硫酸，最后形成酸雨。1.1.2 柴油機(jī)的主要污染物的危害當(dāng)前世界上應(yīng)用較多的動力裝備是內(nèi)燃機(jī)，因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)有較高熱效率，同時具有較大的功率以及較長的壽命。它在各個行業(yè)都發(fā)揮著不可替代的作用，但內(nèi)燃機(jī)行業(yè)的水平是該國發(fā)展的標(biāo)志之一。 內(nèi)燃機(jī)使用傳統(tǒng)的化石燃料，其排放是最重要的污染源之一。 內(nèi)燃機(jī)的有害廢氣包括在燃料，曲軸箱氦，油蒸發(fā)燃料，內(nèi)燃機(jī)的燃料箱，燃燒廢氣等燃燒之后排出的廢氣，排出的廢氣的燃燒是污染源之一，同時也是最主要的污染源。柴油機(jī)所排放的為其當(dāng)中除氮?dú)猓∟2）、氧氣（O2）、二氧化碳（CO2）、氫氣（H2）以及水蒸汽（H2O）之外，其它都是有
13、毒成分。包括氮氧化物NOX、碳?xì)浠衔颒C以及含氧碳?xì)浠衔铮ㄈ⑼?、烯等）、一氧化碳CO、二氧化硫SO2以及碳煙等等。柴油機(jī)所排放的尾氣當(dāng)中的CO是一種無色無味的有毒氣體，容易與體內(nèi)的血紅蛋白化合物結(jié)合，引起缺氧狀態(tài)，抑制生理功能，留下后遺癥并可導(dǎo)致死亡。 因此，碳?xì)浠衔锏目倲?shù)稱為碳?xì)浠衔铮瑥U氣中含有200多種碳?xì)浠衔?，對苯并氧化物，硝基，甲醛，眼睛和呼吸器官等致癌物質(zhì)有很強(qiáng)的刺激作用。 有。 丙烯醛和有害的碳?xì)浠衔锶缫蚁┛赡軙p害正常濃度下的植物生長。 碳?xì)浠衔锸且环N重要的污染物，會導(dǎo)致光化學(xué)污染，并給許多現(xiàn)代城市帶來許多混亂。另外，HC與NOX在大氣陽光的作用下，產(chǎn)生光化學(xué)煙霧
14、，它的直接作用不容忽視。高濃度的NOX能導(dǎo)致中樞神經(jīng)的癱瘓及痙攣，另外，NO在大氣中被氧化成NO2后也會造成較大的傷害，因?yàn)镹O是廢氣中臭味的主要成分之一。生活在NO濃度超過100ppm的環(huán)境中的正常人會導(dǎo)致肺水腫和死亡。含有高濃度NO的氣氛也會影響人的心臟，肝臟，腎臟和造血組織，最終導(dǎo)致死亡。柴油機(jī)廢氣表明它含有許多有害成分，直接威脅到人們的生命和健康，污染了人類賴以生存的環(huán)境。 因此，必須采取有效可行的措施，減少污染物排放，保護(hù)環(huán)境，保護(hù)人類健康。 幾年前，世界各國都有各種關(guān)于內(nèi)燃機(jī)排放的法規(guī)。事實(shí)上，關(guān)于內(nèi)燃機(jī)的排放情況，有較多的國家對其進(jìn)行了不同的規(guī)定，如下圖所示： 圖1-2 加利福尼
15、亞的廢氣排放法規(guī) 2 柴油機(jī)主要排放物的生成機(jī)理2.1 氮氧化物(NOX)的生成機(jī)理氮氧化物包括NO，NO2，N2O3，N2O，N2O5，N2O4以及NO3，其中對環(huán)境危害性最大的是NO和NO2。通常提到的氮氧化物（NOX）污染，主要指的是NO和NO2。在內(nèi)燃機(jī)排氣中，NO2的濃度比NO低得多，大約只占5%。所以對NOX的研究主要還是針對NO。柴油機(jī)在燃燒中也會產(chǎn)生大量的NOX。另外，在柴油機(jī)的燃燒過程中，NO生成途徑主要根據(jù)不同的生產(chǎn)機(jī)理分為三個，即熱NO，燃料NO和快速NO。熱NO主要是因?yàn)榭諝庵械腘 2在火焰的高溫下被氧化。燃料NO是含氮燃料燃燒的產(chǎn)物，快速NO主要是由于燃料中的碳?xì)浠?/p>
16、物，HC和C在燃燒過程中分解。它是由空氣中的原子或基團(tuán)與N 2之間的化學(xué)反應(yīng)形成的氮化物，并且氮化物在火焰中與O，OH等快速反應(yīng)產(chǎn)生NO。一般車輛的柴油的氮含量是在與幾乎不發(fā)生，即，當(dāng)烴是大的，氧氣濃度相對低時，基本上燃燒過程的燃燒的情況下低，相對富含快速NO柴油發(fā)動機(jī)可以忽略不計。燃油NO和高速NO。因此，柴油機(jī)廢氣中的NOx主要是燃燒室中被稱為熱NO的高溫高壓空氣中的N 2和O 2的燃燒產(chǎn)物。通常，在所有生命中產(chǎn)生熱NO的過程是延長的捷爾杜維奇反應(yīng)機(jī)制。該機(jī)制表明，柴油發(fā)動機(jī)的廢氣中的NO是由于氮?dú)夂脱鯕庵g的化學(xué)反應(yīng)，而不是燃料燃燒。當(dāng)燃燒室中存在過量氧氣并且膨脹以及排氣量小時形成。分解
17、后，釋放到大氣中，然后與氧氣形成NO2和其他氮氧化物。其主要的反應(yīng)方程式如下所示：根據(jù)燃燒處于平衡的假設(shè)，反應(yīng)式2-1至2-3在平衡時的反應(yīng)速率分別為：式中-e表示組成成分的平衡濃度。O、OH和H的濃度可下列不分平衡反應(yīng)計算：由此可將上式(2-6)中O2、N2、OH、O等濃度均用其平衡濃度代替，經(jīng)化簡，最后得到NO的生成速率方程: (2-13)通過化學(xué)平衡計算可以獲得相應(yīng)組分的平衡濃度值，并且可以計算反應(yīng)速率R1，R2和R3。因此，該等式僅包含NO變量，可以通過積分時間來求解。積分范圍從燃燒開始到冷凍溫度。由于在柴油發(fā)動機(jī)的燃燒室中燃燒期間認(rèn)為N 2的濃度基本恒定，因此產(chǎn)生的NO x的量主要取
18、決于峰值火焰溫度，氧氣濃度和停留時間。其產(chǎn)生條件如下。其一，燃燒室中存在過量的氧氣。柴油發(fā)動機(jī)的燃燒室中的富氧燃燒過程提供了產(chǎn)生NOx的條件。過量空氣越多，NOx生成的可能性就越高。其二，燃燒過程的高溫，柴油機(jī)燃燒過程的最高溫度可達(dá)到1000K。其三，高溫持續(xù)很長時間。2.2 未燃碳?xì)浠铮℉C）生成機(jī)理如果燃油在氣缸內(nèi)并沒有進(jìn)行完全燃燒，存在一定的未完全燃燒物，這便是未燃碳?xì)浠衔铮慈继細(xì)浠衔锼ǖ奈镔|(zhì)較多，比如燃料本身最初的燃油分子、被分解的燃油分子以及部分經(jīng)過燃燒而形成的再生化合物等。其它部分是從潤滑油，另一部分，或部分混合物太暗，或者過薄，或它們的混合物過冷，或驟冷，在汽缸中燃燒
19、的燃料的少量我無法烘烤它。用于柴油發(fā)動機(jī)的燃燒是異質(zhì)燃燒，空氣過剩率是比較大的，該氣體混合物是過于豐富且瞬時過量仍然存在的現(xiàn)象。例如，在注射的尾部和核心處，混合物通常是富含的。當(dāng)注射速率太高并且在注射結(jié)束之前到達(dá)燃燒室的壁時，產(chǎn)生附著在壁上的燃料。由于蒸發(fā)太慢，會發(fā)生不完全燃燒和火焰抑制。如果噴射壓力太低，則針閥由于慣性而滯后并且從噴嘴壓力室和噴嘴中剩余的燃料滴落?；蛘撸诼淙肴紵液?，與空氣混合不均勻，導(dǎo)致局部過度濃縮。另外，燃料的粘度或表面張力高，也影響噴霧的質(zhì)量，混合物部分或過度濃縮。在爆燃期間，燃燒室中的一些燃料形成超過燃燒可燃性極限的貧混合物。例如，活塞的端部間隙區(qū)，靠近未連接到附近
20、的錐體的頂部相鄰的噴射和面積噴嘴火肖氏更深閥坑區(qū)的齒隙區(qū)，更多的燃料。很容易形成稀薄的稀釋混合物。在空氣 - 燃料混合物和汽缸壁的燃燒室附近，盡管混合比燃燒極限內(nèi)的其它壁面，熱損失是大的，被引入火焰是困難的，因?yàn)樗强拷浔诤烷g隙。氣體中的燃料不會被氧化。這種現(xiàn)象稱為壁冷效應(yīng)。柴油發(fā)動機(jī)冷啟動，卸載和部分裝載是不可避免的。謝苗諾夫?yàn)榱肆私馓細(xì)淙剂系难趸?，假設(shè)了兩條線路，即線路需要高的活化能，所需的條件便是較高的溫度，燃料激活后與OH基反應(yīng)：另外，還有一些其他的方式，比如裂解，還包括裂解產(chǎn)物的氧化。具體公式如下所示：線路的反應(yīng)活化能較低，可能會產(chǎn)生較多的自由基，同時也有一些較為穩(wěn)定的產(chǎn)物，之后開
21、始進(jìn)行反應(yīng)，其反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)速率較慢，誘導(dǎo)期很長，當(dāng)產(chǎn)生R與HO自由基后，進(jìn)行下列反應(yīng)：R + O RO (2-24)RO R/CHO + R/O (2-25)RO + RH ROOH + R (2-26)R + O 烯烴 HO (2-27)HO + RH HO + R (2-28)ROOH RO + OH (2-29)RCHO + O RCO + H (2-30)反應(yīng)式（2-24）的活化能近乎為零，所以反應(yīng)較快，反應(yīng)式（2-25）和（2-27）會生成穩(wěn)定的產(chǎn)物醛和烯烴。無論是低溫燃燒還是高溫燃燒，燃料的氧化都可視為不可逆的化學(xué)反應(yīng)。不同之處在于大多數(shù)燃料分子在低溫燃燒過程中轉(zhuǎn)化為烯烴，
22、因此釋放的熱量很少。燃料分子在短時間內(nèi)被氧化成最終產(chǎn)品，釋放熱量，幾乎同時發(fā)生燃料消耗和能量釋放。實(shí)際上，無論混合物是火還是火焰燃燒，都有限制和限制來抑制燃燒。通常，火焰燃燒的邊界超過火焰的極限，并且隨著溫度升高，極限已經(jīng)擴(kuò)大。燃燒室中的燃料不能通過低溫氧化或低溫燃燒經(jīng)受高溫燃燒階段，并且最終總是未燃燒的碳?xì)浠衔镫x開汽缸。由于HC的排放濃度受負(fù)載的影響很大，負(fù)載越小，濃度越高，負(fù)載越高。主要是在低負(fù)荷時，氣缸空氣 - 燃料混合物稀薄，噴霧質(zhì)量差，燃燒溫度低，不促進(jìn)燃燒反應(yīng)。在高負(fù)荷下，注射芯的霧化質(zhì)量差并且氧化反應(yīng)不充分，因此在一些區(qū)域中燃料的比例增加并且HC的濃度升高。隨著壓縮比的增加，燃
23、燒室的縱橫比減小，壁冷卻現(xiàn)象減少，并且HC排出量減少。2.3 一氧化碳（CO）生成機(jī)理CO是在烴類燃料燃燒期間產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，并且生產(chǎn)率主要受燃料 - 空氣當(dāng)量比的影響。 最后將烴氧化以產(chǎn)生CO 2。 在碳?xì)浠衔锖涂諝獾念A(yù)混火焰中，CO的濃度在火焰區(qū)域迅速達(dá)到其最大值。 此時，CO產(chǎn)生的主要機(jī)制可能是由反應(yīng)過程引起的。其過程如下所示：R代表烴基。CO在燃燒過程中生成以后，在混合氣達(dá)到一定溫度，而且也有氧化劑存在，在這樣的情況下，CO便會依照另一種反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行反應(yīng)，不過該種反應(yīng)機(jī)理相對來說比較慢，但是仍然可以生成CO2，具體的反應(yīng)式為：反應(yīng)速率常數(shù)為：KCO6.761010exp(T/1102
24、) cm3/(gmol)依據(jù)光譜測量的結(jié)果，二氧化碳的燃燒火焰是藍(lán)色的火焰繼續(xù)氧化CO只有CO2，完全燃燒過程中的火焰變?yōu)榧t色。燃料的氧化速率主要取決于氧濃度，工作流體的溫度和化學(xué)反應(yīng)所需的時間。在空間和瞬時的燃燒過程中，當(dāng)存在合適的缺乏或快速氧化劑的反應(yīng)條件下在短時間內(nèi)局部突然低或低的氣體的燃燒溫度，CO不能形成CO2繼續(xù)燃燒，它被排放到機(jī)器外面。在CO注入結(jié)束后大約10，通過燃料和空氣的不均勻混合以及不完全燃燒達(dá)到最大值。然后，由于混合狀態(tài)的改善，大量的CO被氧化，濃度逐漸降低，并最終接近排氣水平。因此，可以根據(jù)以下簡化的平衡方程計算CO的濃度變化。其平衡方程式如下所示：假定燃燒由CO2、
25、CO、O2、H2O、H2、OH、H、O、N2、NO、N等11種成分參與，通過使用由五個質(zhì)量平衡和六個化學(xué)平衡方程組成的非線性方程，并通過將組分的平衡濃度值和反應(yīng)常數(shù)值代入方程（2-36），得到平衡濃度，CO濃度值 變化率。CO排放濃度受負(fù)載，過量空氣比和注入推進(jìn)的影響。 在低負(fù)荷時，溫度越低，隨著負(fù)荷減小，混合氣體越薄，CO失去其溫度集中狀態(tài)并且不能繼續(xù)氧化，因此CO的濃度高。 在高負(fù)荷下，過量空氣不足，氧氣局部耗盡，CO未完全燃燒并且不能形成最終產(chǎn)物CO2，并且CO濃度突然升高。 中等負(fù)荷時CO濃度最低。2.4 硫氧化物（SOX）生成機(jī)理與氮氧化物不同，硫氧化物僅源自燃料中硫的氧化。 當(dāng)燃料
26、燃燒時，幾乎所有的硫（約95）都釋放到空氣中，并且5的硫在灰或顆粒中以硫酸鹽的形式保留。 燃料中的硫，無論是有機(jī)的還是無機(jī)的，在燃燒過程中首先被氧化，且其氧化物為111SO2，SO2可以進(jìn)一步被氧原子或氧分子氧化成SO3：假設(shè)反應(yīng)的時間比較長，所有的SO2都會被氧化成SO3。但實(shí)際上，內(nèi)燃機(jī)中只有1%至5%的SO2被氧化。燃燒過程中生成的SO3隨燃燒溫度和空氣的增加而增加。排氣中的SO3，和水蒸氣通過下面的可逆反應(yīng)生成硫酸，但是當(dāng)溫度達(dá)到450時，硫酸分解為SO3和水蒸氣。另外，一些硫酸在燃料中形成堿性物質(zhì)和中性硫酸鹽，并且根據(jù)排氣管內(nèi)的溫度和濕度冷凝在顆?；蚱渌镔|(zhì)的表面上。 因此，發(fā)動機(jī)的
27、排氣溫度最低（露點(diǎn)），排氣溫度不得低于該溫度，因此不能避免硫酸的冷凝。濃硫酸和酸性顆粒的液滴具有強(qiáng)腐蝕性，對設(shè)備和人的健康產(chǎn)生不利影響。 釋放到空氣中的SO2對人體健康有害并形成形成霧的酸性顆粒PM 2.5。2.5 顆粒狀物質(zhì)（PM）生成機(jī)理廢氣顆粒中包括可溶有機(jī)成分（SOF）和不可溶性有機(jī)成分兩部分，前者主要是未燃燒燃料中的HC和潤滑油顆粒，后者主要是煙灰。通常，SOF占總顆粒的15至30，但觀察到的總體變化范圍要大得多（10至90）。發(fā)動機(jī)負(fù)荷越小，SOF比越大，這與溫度條件的影響一致。煙灰的H / C原子比為0.1至0.2，SOF為1.2至1.6。在不同條件下，SOF的平均相對分子量為3
28、60-400，介于柴油（200）和潤滑油（440-490）之間。 80的燃料生成材料進(jìn)入煙灰，20進(jìn)入SOF。因?yàn)榛旌衔锏男纬珊腿紵墓逃刑匦缘?，柴油發(fā)動機(jī)通常已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，具有大約1微米或更小的粒子在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣氣體中的直徑，其直徑為約2微米。柴油機(jī)廢氣的粒度分布如圖2-1所示。峰值粒度分布出現(xiàn)在0.1m。因此，它們可能在大氣中漂浮很長時間，并且這些顆粒經(jīng)常吸附具有致病作用的物質(zhì)。呼吸時，吸入和吸附到氣管和肺壁更容易，這對人類健康構(gòu)成直接威脅。1. SOF排氣顆粒中的可溶性有機(jī)成分，它是來自未燃燒燃料的裂化產(chǎn)物，被泵送到未完全燃燒的燃燒室，并且它在高溫下變成燃料。 其化學(xué)成分非常接近燃料，其
29、碳原子為C3至C43。 其成分是酸，堿，烷烴，芳烴，含氧化合物，醚不溶物和過量物質(zhì)，其中主要是烷烴。 排放取決于柴油發(fā)動機(jī)的類型，速度，負(fù)載和使用的燃料。 通常，負(fù)載越小，SOF比越低。 轉(zhuǎn)速越低，SOF的比例越低。 圖2-1 柴油機(jī)排氣的顆粒粒徑的分布圖2. Soot廢氣中的煙灰顆粒是在某些高溫條件下柴油發(fā)動機(jī)燃燒而xogmcjemg，碳基顆粒部分分解和破裂，主要發(fā)生在擴(kuò)散火焰（局部溫度）。由于柴油發(fā)動機(jī)的非均勻燃燒（非均勻燃燒），尤其是非均相燃燒形成對燃料的獨(dú)特化學(xué)反應(yīng)，以形成新形成的碳顆粒并冷凝形成顆粒核，這決定了煙灰生產(chǎn)的必然性。 圖2-2 烴類燃料燃燒過程中生成顆粒的進(jìn)程如圖2-2所
30、示，顯示了燃燒過程中產(chǎn)生的顆粒過程。烴燃料燃燒有兩種途徑，因?yàn)闊N燃料的燃燒具有兩個條件，即低燃燒溫度和高燃燒溫度（兩種局部溫度）?；蛟谏叩臏囟龋òú糠譄o氧）的烯屬化合物的無氧中在高溫下的情況下在無氧狀態(tài)的氧，產(chǎn)生原子碳，或脫硫至基于碳的燃燒，即進(jìn)行脫氫。氫氣轉(zhuǎn)化為炔烴，最后脫氫形成碳基燃燒。烴裂解形成原子，所需溫度非常高，局部火焰溫度可高于3500K。然而，在約2300K，烴類逐步脫氫。當(dāng)脫氫成炔烴時，它聚合形成不飽和的高碳含烴基團(tuán)，最終形成碳基顆粒。如果燃燒過程中的局部溫度是低的（例如，附近的冷壁燃料），烴的部分不燃燒，在最終產(chǎn)品中，燃燒中間體（醛，酮，苯酚等）不完全燃燒，或者可以進(jìn)行聚
31、合。它是一種分子量大的烴。最后，它也變成碳基顆?；蛱蓟w粒上的附聚物。當(dāng)溫度（包括局部溫度）和時間縮短燃燒期間增加時，液體的HC的聚集過程被轉(zhuǎn)化為熱解脫氫過程，最終出現(xiàn)在油煙形式的微粒。柴油發(fā)動機(jī)中煙灰產(chǎn)生的有效時間非常短（以毫秒計算）。因此，煙灰基本上是在高溫和缺氧的快速反應(yīng)中產(chǎn)生的。在低溫區(qū)域的緩慢反應(yīng)過程中，僅產(chǎn)生一些助劑以形成煙灰。在燃燒的早期階段，氧氣不會嚴(yán)重地存在于燃燒室中并且溫度不高，因此顆粒也相對較小。在快速燃燒和主燃燒階段，溫度逐漸升高，燃料火焰被燃燒火焰包圍，導(dǎo)致氧氣不足，顆粒越多。在燃燒過程中結(jié)束時，因?yàn)樵跉飧變?nèi)的氧氣濃度和溫度降低時，所述顆粒的氧化燃燒速率逐漸平緩逐漸降
32、低，在燃燒結(jié)束氧化物顆?；旧贤Ｖ?。 3 柴油機(jī)廢氣排放控制的幾項(xiàng)措施3.1 從柴油機(jī)機(jī)內(nèi)進(jìn)行控制3.1.1 噴油提前角對排放的影響（1） 噴油提前角對排放物NOX的影響 圖3-1 16噴油提前角時NOX排放 圖3-2 12噴油提前角時NOX排放燃料噴射量的提前角對延遲時段，連續(xù)燃燒時段和燃料供應(yīng)量具有一定的影響。 然而，這些因素也影響NOx排放濃度。 作為優(yōu)化的燃料噴射點(diǎn)的燃料噴射點(diǎn)對于NOx排放是極其重要的。 延遲噴射可以減少NOx排放，但必須適當(dāng)調(diào)整燃燒系統(tǒng)的其他參數(shù)，同時考慮減少燃料消耗和其他排放的因素。使用GT軟件對16V280ZJ柴油機(jī)進(jìn)行模擬計算噴油提前角分別為12和16兩個位置
33、時，柴油機(jī)尾氣中的NOX的排放情況,如圖3-1和圖3-2所示。然而與此同時，噴油提前角的減小卻增加其他尾氣成分的排放。表3-1 不同的噴油角度下NOX等排放物的排放比較PPM計量NOXNO2含量(g/kw-h)PPM碳煙含量碳煙(g/kw-h)NOX in ppm2510.75NOX in ppm2074.07NO2(g/kw-h)16.68NO2(g/kw-h)14.02Soot in ppm0.18Soot in ppm0.16Soot(g/kw-h)991.05Soot(g/kw-h)912.51（2） 噴油提前角及噴注貫穿距離對HC排放濃度的影響HC排放濃度，存在一個最佳的噴射提前值A(chǔ)
34、1，在該點(diǎn)的最低HC排放濃度。如果是A1或更高，則HC濃度增加。負(fù)載越低，HC排放濃度的銳度越大，作為A的函數(shù)。如圖3-3所示，從A1，在燃料噴射的氣缸中的壓力和溫度增加了噴油提前A是低的。當(dāng)射流穿透速率過大，接近或高于溫度的燃料是下壁比所述氣缸的中心將被噴灑。因此，燃料的霧化質(zhì)量降低，并且蒸發(fā)速率減慢。延遲時間變長，?。ǔ。┗旌衔锪吭黾?，并且HC排氣濃度增加。燃料噴射前向角對HC排放的影響是燃?xì)馊紵|(zhì)量對HC排放濃度的影響。當(dāng)噴射提前角太小時，i和HC濃度突然增加。這是因?yàn)?，停滯時間過長，上止點(diǎn)后，不產(chǎn)生點(diǎn)火點(diǎn)，降低了最高燃燒溫度和壓力下，在高溫和高壓的燃燒時間減少，燃燒期間未燃燒的烴不會
35、產(chǎn)生。中間產(chǎn)物的完全燃燒增加，HC濃度增加。 圖3-3 噴油提前角對HC濃度和滯燃期的影響燃料滲透距離對HC排放濃度也有很大影響。 燃料穿透距離越大，在燃燒之前噴射在燃燒室壁上的油越多，并且燃燒室中間的燃料太小。 由于冷壁上的油膜蒸發(fā)太慢，這里混合物的形成速度太慢，最后有更多的燃料不能用于完全燃燒，并且它以燃燒中間體的形式排出機(jī)器外。 因此，由于注入穿透距離太大，HC排放濃度不可避免地增加。 如圖3-4所示，當(dāng)噴射前沿恰好到達(dá)火前的燃燒室壁時，由此引起的未燃燒的HC濃度相當(dāng)?shù)汀?如果注射的自由范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過壁，則未燃燒的HC急劇增加。 圖3-4 未燃碳?xì)洌℉C）濃度受噴注貫穿距離S的影響（3）
36、噴油提前角對排放CO的影響隨著噴射前進(jìn)角減小，CO排放濃度增加。這是因?yàn)槿剂蠂娚淞繙p少，延遲時間也減少，并且爆燃期間的燃料噴射量減少。然而，火災(zāi)后噴射的燃料量增加，參與混合的燃料量減少并參與。燃燒是圓柱體的相對高的平均溫度，但燃燒產(chǎn)物混合，帶來顯著局部缺氧，為了縮短在同時高溫下的燃燒時間，其導(dǎo)致一個CO，燃料的擴(kuò)散隨著燃料噴射量增加而增加，但增加。大家都知道，但推遲噴油可以顯著改善NOx排放，其他廢氣中CO，HC，煙塵，柴油發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性帶來了很大的損失。因此，不可能不斷地減少燃料噴射量。噴油提前有一個理想的臨界范圍，以確保它在該范圍內(nèi)調(diào)整時，壓縮比和噴射壓力可以通過調(diào)整滿足的效果。3.1.2
37、 壓縮比對排放的影響使用GT軟件模擬提前角為12o時，選擇三種不同的壓縮比用于模擬運(yùn)行計算，以便比較不同壓縮比下的排放和經(jīng)濟(jì)性。柴油發(fā)動機(jī)的壓縮比直接影響點(diǎn)火延遲時間。 降低壓縮比有利于點(diǎn)火延遲，降低的峰值壓力，降低的最高燃燒溫度，減少的NOx排放和增加的PM。 如果壓縮相對較低，則柴油機(jī)會很難掌握。 壓縮比對NOX的影響更復(fù)雜。 在選擇不同的壓縮比時，有必要綜合考慮多個因素。表3-2 不同壓縮比計算方案壓縮比指示功率進(jìn)氣壓力進(jìn)氣溫度噴油提前角1（on）2（on）3（on）12.712.215.5120012001200202020656565105010501050300300300-12-
38、12-12225225225330330330450450450根據(jù)這3幅圖片能夠得出，不同壓縮比對NOX的排放量有著明顯的影響，但使用過低壓縮比時，NOX的排放量也比較低，但隨著壓縮比的增大，NOX的排放量隨之增加。 圖3-5 不同壓縮比的NOX排放（12.7：1） 圖3-6 不同壓縮比的NOX排放（12.2：1） 圖3-7 不同壓縮比的NOX排放(15.5:1)3.1.3 進(jìn)氣壓力與溫度對排放的影響改變進(jìn)氣的壓力和溫度，就相當(dāng)于直接改變了進(jìn)入燃燒室內(nèi)的氣流強(qiáng)度與渦流效果，因此對柴油機(jī)排放物的生成有著重要的影響。（1）對NOX排放量的影響 柴油機(jī)的燃燒室的氣流運(yùn)動的越強(qiáng)，使噴入氣缸內(nèi)的燃油破
39、碎、霧化、加熱、蒸發(fā)以及空氣的混合全都會加速，近從而縮短了滯燃期，同時加速了燃燒，促進(jìn)了燃燒溫度、壓力的升高，造成NOX的排放濃度增加。 虛線-增壓 ； 實(shí)線-自然吸氣圖3-8 增壓對NOX排放濃度的影響 1-增壓；2-增壓中冷；3-非增壓圖3-9 增壓、增壓中冷和自然吸氣對NOX排放率的對比（2）對HC排放量的影響柴油發(fā)動機(jī)的燃燒室中的氣流的渦流強(qiáng)度也具有HC排放的最佳值。 如果渦電流強(qiáng)度大，則燃料噴射的穿透率受損，噴射渦流以大角度吹出，油束的穿透變得不充分，并且相鄰噴射梁之間的干涉重疊?；旌衔锏漠愘|(zhì)性更嚴(yán)重并導(dǎo)致HC排放增加。如果渦流強(qiáng)度小，由渦流，蒸發(fā)和混合引起的燃料霧化不充分，燃燒過程
40、延遲，最高溫度和最大壓力降低，未燃燒的碳?xì)浠衔锖腿紵虚g體增加。（3）對CO排放濃度的影響氣流的強(qiáng)度與燃燒系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有關(guān)，并且對CO排放濃度具有顯著影響。 當(dāng)燃燒室中的渦度比增加時，燃燒速度由于氣流的移動而增加，并且最大壓力和最大溫度上升同時抑制CO的產(chǎn)生。但是，如果燃燒室中的氧濃度不足，則燃燒后，CO排放量增加，使得混合氣體的濃度變得不均勻。 結(jié) 論通過對柴油機(jī)的尾氣排放進(jìn)行分析仿真計算，針對有害排放物的生成機(jī)理以及循環(huán)利用等等實(shí)際方式，近而驗(yàn)證實(shí)際理論中針對柴油機(jī)有害排放物的控制措施。對仿真計算的結(jié)果進(jìn)行分析后，可以得到以下結(jié)論：（1）關(guān)于內(nèi)燃機(jī)的尾氣排放的成分以及各個成分的生成機(jī)理的分
41、析，與現(xiàn)實(shí)生活中人類的正常生成生活的不利影響，人類對于環(huán)境污染的重視程度越來越深。（2）提高氣缸的壓縮比能夠增加絕對循環(huán)效率。若噴油定時被推遲，柴油機(jī)燃燒的最高壓力會降低，提高氣缸的壓縮比能夠補(bǔ)償因推遲噴油定時而引起的燃油燃燒效率的損失，既可保證經(jīng)濟(jì)性又滿足排放指標(biāo)。（3）降低缸內(nèi)初始的燃燒溫度，降低NOX的排放量。當(dāng)進(jìn)氣管溫度降低后，燃燒室缸內(nèi)的燃燒溫度也會降低，也可以降低NOX的排放量。（4）影響柴油機(jī)的排放因素很多，柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)、燃燒室的結(jié)果、工作條件以及使用燃料的品質(zhì)等對柴油機(jī)的排放均有著重要的影響，并不是朝某個方向改變某個因素或某幾個因素就能都達(dá)到最優(yōu)的排放效果。然而改善不同有害排放
42、物的各種措施，往往相互制約著，所以需要從各個方面采取措施用以控制柴油機(jī)燃燒過程中的排放指標(biāo)。（5）機(jī)車柴油機(jī)的電控燃油噴射系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)在仍然處于起步發(fā)展階段，但是電噴與原來的機(jī)械式的相比較，擁有著很明朗的前程，能夠提高柴油機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性，降低燃油消耗，同時可以從個角度降低尾氣的排放。 致 謝歲月匆匆，時光荏苒，大學(xué)生活已接近了尾聲經(jīng)過了近幾個月的不斷的努力，最終完成了我的畢業(yè)論文。在這個過程中，非常的感謝指導(dǎo)教師謝旭方老師。這篇文章從一開始的選題到最終的完成，全程都傾注了謝老師的不可計數(shù)的心血，給了我許許多多的支持和幫助，而且非常耐心的等待和指導(dǎo)。我不是很清楚謝老師有多么淵博而豐富的知識儲備，就
43、像一口井中的水一樣無法估測，但我知道他精益求精的工作作為，孜孜不倦的教人為師之德，而且嚴(yán)以律己并以寬大的包容對待人讓我深刻的體會到什么叫樸實(shí)無華、平易近人，也許這就是他的人格魅力，我相信在日后的生活、學(xué)習(xí)和工作中，他就是我最好的榜樣！經(jīng)過了此次的畢業(yè)設(shè)計，我學(xué)到了很多平時課本上學(xué)不到的東西，而且在查閱相關(guān)資料的收集和自己親自來分析判斷問題的能力均有了不小的提升，我覺得這將會為自己日后的工作、學(xué)習(xí)和生活打下一定的基礎(chǔ)。同時，我也非常的感謝和我一起做畢業(yè)設(shè)計的老師們、同學(xué)們、朋友們，在這個過程中也給了不小的幫助，無論是一開始的借閱資料還是到后來的計算結(jié)果分析，他們都是一樣的努力。非常感謝他們的付出
44、。同樣也要感謝我的家人，謝謝你們二十多年來對我的關(guān)愛和支持。一直堅(jiān)持要我讀書讀到現(xiàn)在，在這里特別感謝我的爸媽，是你們養(yǎng)育了我，并讓我擁有了樂觀向上、不斷積極進(jìn)取的性格。當(dāng)然，我也有必要感謝一下我的母校，感謝為我們所提供的學(xué)習(xí)、生活環(huán)境，在這個環(huán)境中我學(xué)會了很多的東西，也讓我結(jié)實(shí)了很多的良師益友。這幾年的生活將會是我一生之中，都難以忘懷的美好回憶，同時也是我的一款巨大財富。祝福所有人，一生幸福平安！ 參 考 文 獻(xiàn)1 周保龍.內(nèi)燃機(jī)學(xué)第二版M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.2 蔣德明,黃佐華.內(nèi)燃機(jī)替代燃料燃燒學(xué)M.西安:西安交通大學(xué)出版社,2007.3 解茂昭.內(nèi)燃機(jī)計算燃燒學(xué)M.大連：大連
45、理工大學(xué)出版社，2005.4 魏春源，張衛(wèi)正，葛蘊(yùn)珊.高等內(nèi)燃機(jī)學(xué)M.北京：北京理工大學(xué)出版社,2001.5 蔣德明.內(nèi)燃機(jī)燃燒與排放學(xué)M.西安:西安交通大學(xué)出版社，2001.6 Hewson J C, Bollig M. Reduced mechanisms for NOX emissions from hydrocarbon diffusion flames. Twenty-six Symposium (International)on Combustion ,1996:217121797 陸家祥.柴油機(jī)渦輪增壓技術(shù)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999.8 魏春源,張衛(wèi)正.高等內(nèi)燃機(jī)學(xué)M.北
46、京:理工大學(xué)出版社,2000.9 劉巽俊.內(nèi)燃機(jī)的排放與控制M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.10 楊建華,龔金科,吳義虎.內(nèi)燃機(jī)性能提高技術(shù)M.北京：人民交通出版社,1999.11 何學(xué)良.內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1990.12 劉永長.內(nèi)燃機(jī)原理M.武漢：華中理工大學(xué)出版社,1992.13 周松，肖友洪，朱元清.內(nèi)燃機(jī)排放與污染控制M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2010.14 李曉村.內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)M.北京:中國鐵道出版社,2010.15 李曉村.內(nèi)燃機(jī)車M.北京：中國鐵道出版社,2007.16 龔金科.汽車排放污染及控制M.北京:人民交通出版社,2005.17 姚春德.內(nèi)燃機(jī)先進(jìn)技術(shù)與原理M.天津:天津大學(xué)出版社,2010.18 鐵道部大連機(jī)車車輛工廠.東風(fēng)4型內(nèi)燃機(jī)車M.大連:大連理工大學(xué)出版社,1993.19 內(nèi)燃機(jī)車.第6期(總第388期).20 王尚勇，楊青.柴油機(jī)電子控制技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.2005.31
環(huán)境工程專業(yè) 內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)的尾氣處理的分析和探討
