文档介绍：柴油机微粒排放的净化技术发展趋势
摘要:近年来随着环境保护的日趋重视,世界各国都对环境的要求很高。柴油机的微粒排放更是不同程度的危害着人类和破坏着生态环境,所以柴油机微粒的净化技术问题也是备受关注的,本文就现在已经采用的柴油机微粒净化技术和未来的发展趋势,做到柴油机排放标准化、尽量做到污染小或者无污染。
关键词:柴油机、微粒排放
柴油机微粒的分析
第一节柴油机燃烧过程分析
由于柴油的蒸发性差,柴油机喷油器将柴油在高压下喷入气缸,分散成千百万计的细小油滴,这些油滴在气缸内高温高压的热气中,经蒸发扩散混合等一系列物理、化学准备,最后着火。由于每次喷射要持续一段时间,一般在缸内着火时喷射过程尚未结束,故混合气形成过程和燃烧会重叠进行,即:边喷油边燃烧。
柴油在气缸内燃烧是一个复杂的物理、化学变化过程,燃烧过程的完善程度,直接影响着柴油机的作功能力、热效率和使用期限,其燃烧过程划分为四个阶段:滞燃期、速燃期、缓燃期、后燃期。
第一阶段——滞燃期,指柴油开始喷入气缸到着火的这一段时期,此阶段包括燃料的雾化、蒸发扩散与空气混合等物理变化,以及重分子的裂化,燃油的低温氧化等化学变化,到混合气浓度和温度比较合适、氧化充分的一处或几处同时着火。
第二阶段——速燃期,指着火开始到出现最高压力的这一段时期。此阶段并没有把滞燃期内喷入的燃油全部烧光,主要取决于混合气形成条件的情况,但至少会把相当部分已喷入气缸并混合好的燃油烧掉。
第三阶段——缓燃期,指从最高压力点到出现最高温度时的这一段时期。缓燃期开始时,虽然缸内已形成燃烧产物,但仍有大量混合气在燃烧。在缓燃期的初期,喷射过程可能仍未结束,因此缓燃期中燃烧过程仍以相当高的速度进行,并放出大量热量,使气体温度升高到最大值,但是在气缸容积增大的情况下进行的,因此气缸内气体压力迅速下降。
第四阶段——后燃期,指从缓燃期终点到燃油基本烧完的这段时期。前一阶段燃烧中,燃料由喷射中心向外扩散的过程受到已燃废气的包围,使一部分燃料拖到后期燃烧,形成后燃期。
柴油机是通过把柴油高压喷入已压缩到温度很高的空气中迅速混合、自燃而工作的,所以混合气没有那么均匀的,总有部分燃料不能完全燃烧,分解为以碳为主体的微粒。因此为分析柴油机微粒排放的净化技术发展趋势必须先分析它的燃烧过程。这样才能了解燃烧后的微粒成份和形成途径。
第二节柴油机微粒的排放和生成机理
柴油机排放物中的有害成分主要有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、二氧化硫、烟尘微粒等,而微粒的成分主要包括碳烟颗粒(占30%)、可溶碳氢有机物(占35%)、硫及水(占35%).由于排放的微粒比表面积大、吸附力强(吸附有多环芳香烃、苯并花等)且微粒直径小、重量轻,故能长时间悬浮在大气中,易被人体吸入并沉积在肺胞中,,世界各国对柴油机微粒排放的限制越来越严格,由于喷入燃烧室的燃料与空气混合不完全,混合后的燃料历经高温聚合及分解反应,产生了高分子量的HC,经过进一步的凝聚作用,产生了碳烟颗粒,虽大部分在随后的富氧区烧掉,但终究因混合不完全仍有约1%的碳烟颗粒没被烧掉,重的颗粒随即排出,可溶碳氢有机物来源于未燃的燃油。碳氢有机物在冷凝过程中吸附在碳烟颗粒的表面,成为柴油机微粒排放的一部分,为了达到日益严格的排放法规的要求,目前世界各国都在积极开发减少柴油机微粒排放的技术措施.
柴油机排气微粒由很多原生微球的聚集而成,总体结构为团絮状或链状。柴油机微粒的组成取决于柴油机的运转工况,尤其是排气温度。当排气温度超过500℃时,排气微粒基本上是很多碳质微球的聚集体,称为碳烟,也称为烟粒;当排气温度低于500℃时(柴油机的绝大部分工况),烟粒会吸附和凝聚多种有机物,称为有机可容成分。这些有机物在一定温度下可以挥发,而且绝大部分能溶解在有机溶剂中。它在微粒的含量变化范围很广,可以从10%~90%,其含量取决于燃油性质、发动机类型及运行工况。如果沿发动机的排气管道测试取样,可发现微粒粒度不断增大,且由于排气中的有机化合物不断吸附冷凝在微粒上,使排气中的有机可容成份含量增加。
柴油机排放的烟粒主要由燃油中的碳生成,并受燃油种类、燃油分子中碳原子数及氢原子比的影响。柴油机碳烟也是不完全燃烧的产物,是燃料在高温缺氧条件下经过裂解脱氢以后的产物。从高温裂解的角度出发,碳烟微粒是在扩散火焰中燃油较浓的燃烧处形成的。
柴油机的烟粒生长和长大一般可分为两个阶段:
(1) 烟粒生长阶段:这是一个诱导期,期间燃料分子经过其氧化中间产物或热解产物萌生凝聚相。
(2) 烟粒长大阶段:包括表面生长和聚集两种形式。表面生长指烟粒表面粘住来自气相的物质使其质量增大,同时发生脱氢反应,但不会改变烟粒数量,而聚集过程指通过碰撞使烟粒长大,烟粒数量减少,生成链状