排污凈化重點

1、大氣組成：自然狀態(tài)下的大氣是由清潔干空氣、水汽和懸浮微粒組成的混合物。其組成包括恒定的、可變的和不定的組分。大氣污染(ISO定義)：指由于人類活動和自然過程引起某種物質(zhì)進(jìn)入大氣中，呈現(xiàn)出足夠的濃度，達(dá)到足夠的時間，并因此而危害了人體健康、舒適感或環(huán)境的現(xiàn)象。大氣污染的種類：1.按存在的狀態(tài)可分為：氣溶膠狀態(tài)污染和氣體狀態(tài)污染；2.按生成方式分：一次污染和二次污染；3.按大氣污染的范圍來分，大至可以分為四類：局部地區(qū)大氣污染；區(qū)域性大氣污染；廣域性大氣污染；全球性大氣污染。4.按使用燃料分：煤煙型（主要是煙塵和SO2）；石油型（石化企業(yè)排放物）；排氣型（汽車排放）。汽油機(jī)：CO、HC和NOX ；

2、柴油機(jī)：NOX和碳煙微粒一氧化碳：在發(fā)動機(jī)中，CO是空氣不足或其他原因造成不完全燃燒時，產(chǎn)生的一種無色、無味的氣體。碳?xì)浠衔铮篐C是指發(fā)動機(jī)廢氣中的未燃部分，還包括供油系中燃料的蒸發(fā)和滴漏。氮氧化合物：NOX是發(fā)動機(jī)大負(fù)荷工作時大量產(chǎn)生的一種褐色的有臭味的廢氣。光化學(xué)煙霧的定義：大氣中的HC和NOX等一次污染物，在太陽光紫外線照射下能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，衍生多種二次污染物。由一次污染物和二次污染物的混合物（氣體和顆粒物）所形成的煙霧污染現(xiàn)象，稱為光化學(xué)煙霧。光化學(xué)煙霧形成的必要條件是：HC和NO及太陽光。CO的生成：烴燃料燃燒的中間產(chǎn)物，是在局部缺氧或低溫下由烴的不完全燃燒造成的。CO的排放濃度一

3、般決定于空燃比。HC的來源有：（1）不完全燃燒(氧化) 發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)時，若混合氣過濃或過稀，或被廢氣嚴(yán)重稀 釋，或點火系統(tǒng)發(fā)生故障，火花塞不跳火，或跳火后不能 使混合氣著火，或著火后在傳播過程中熄滅，致使混合氣中部分燃料、甚至全部燃料以未燃HC形式排出，使HC排放明顯升高。（2）壁面淬熄效應(yīng)：壁面淬熄效應(yīng)是指溫度較低的燃燒室壁面對火焰的迅速冷卻(也稱激冷)，使活化分子的能量被吸收，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中斷，在壁面形成0.10.2mm的不燃燒或不完全燃燒的火焰淬熄層，產(chǎn)生大量未燃HC?；鹧娲阆ɡ碚摚涸O(shè)混合氣熱量生成率Qg，熱量損失率Qc，當(dāng)QgQc時，溫度上升，反應(yīng)正向進(jìn)行；當(dāng)QgQc時，溫度下降，火焰熄滅；

4、當(dāng)Qg=Qc時，溫度不變，能量平衡。平衡狀態(tài)為臨界狀態(tài)，這種狀態(tài)下可定義兩個參數(shù)：激冷層：當(dāng)火焰向單壁面?zhèn)鞑r，由于壁面的吸熱作用，近壁區(qū)還有一個厚度為qd的區(qū)域是火焰?zhèn)鞑坏降?，該區(qū)域稱作激冷層。激冷層厚度與壁面溫度、缸內(nèi)壓力和火焰?zhèn)鞑ニ俣瘸煞幢?。淬熄距離：兩個吸熱體互相接近，當(dāng)火焰不能通過時的最小距離do稱為淬熄距離。兩點推論1)提高火焰?zhèn)鞑ニ俣?，可以減少HC排放量。2)可以根據(jù)燃燒室激冷層容積來估計HC排放量。冷起動、暖機(jī)和怠速等工況下，壁面溫度較低，淬熄層較厚，壁面火焰淬熄是此類工況下未燃HC的重要來源。（3）狹縫效應(yīng)：狹縫主要指活塞頭部及活塞環(huán)和氣缸壁之間的狹小縫隙、火花塞中心電極的空

5、隙、火花塞的螺紋、噴油器周圍的間隙等處。汽油機(jī)工作時總有一些液態(tài)油滴或燃油蒸汽進(jìn)入這些縫隙中，因火焰無法傳入其中而不能燃燒，成為未燃HC的一個來源。推論1)壓縮沖程和燃燒期時，壓力變化率為正，因此，狹縫區(qū)的質(zhì)量變化率也為正，表明主區(qū)有部分燃料進(jìn)入狹縫區(qū)。2)膨脹過程中，由于壓力變化率為負(fù)，狹縫區(qū)的質(zhì)量變化率也為負(fù)，說明狹縫區(qū)有工質(zhì)逸出。早逸出的未燃?xì)怏w因缸內(nèi)氣體溫度較高能被氧化，但晚逸出的氣體，特別是在排氣門開啟后逸出的未燃?xì)怏w會無法氧化，構(gòu)成排氣中未燃HC的一部分。（4）壁面油膜和積炭吸附在進(jìn)氣和壓縮過程中，氣缸壁面上的潤滑油膜以及沉積在活塞頂部、燃燒室壁面和進(jìn)氣門、排氣門上的多孔性積炭會吸

6、附未燃混合氣和燃料蒸汽，并在膨脹和排氣過程中這些吸附的燃料蒸汽析出，進(jìn)入氣態(tài)燃燒產(chǎn)物中。這部分HC中少量被氧化，大部分被排出氣缸。NO生成機(jī)理可以分為：熱力型NO (Thermal NO)：高溫下空氣中氮被氧化而成，溫度下降，高溫的NO生成反應(yīng)停止，即 NO“凍結(jié)”。燃料型NO (Fuel NO)：含氮燃料在較低溫度下釋放出來的氮所生成。瞬發(fā)型NO (Prompt NO) ：上述機(jī)理以外，燃料產(chǎn)生的原子團(tuán)與氮氣發(fā)生反應(yīng)所產(chǎn)生。熱力型NO生成機(jī)理：主要反應(yīng)：熱力NO的化學(xué)機(jī)理是擴(kuò)展的澤爾多維奇(Zeldovitch)機(jī)理。在非常濃的混合氣中還有反應(yīng) NO生成反應(yīng)速度比燃料燃燒反應(yīng)慢，因此只有很少

7、的NO產(chǎn)生于火焰反應(yīng)帶中，大部分NO是在火焰離開后的已燃?xì)怏w中生成。NO的凍結(jié)現(xiàn)象：(1)燃燒期NO主要形成在焰后區(qū)，但生成時間很短，因此NO很難達(dá) 到相應(yīng)溫度下的(NO)e。（2）膨脹期缸內(nèi)氣體溫度下降，對應(yīng)溫度下(NO)e迅速下降，但NO的逆向反應(yīng)速率太低，缸內(nèi)(NO)幾乎不下降，使得NO排放濃度遠(yuǎn)大于排氣溫度對應(yīng)的(NO)e，這一現(xiàn)象稱為NO凍結(jié)現(xiàn)象。微粒：在取樣狀態(tài)下，排氣中除水分以外所有分散（固、液態(tài)）物質(zhì)的總稱。碳煙：氣相燃燒過程產(chǎn)生的碳粒子稱為碳煙。成煙界限：產(chǎn)生碳煙的臨界碳氧原子數(shù)之比。微粒排放特點：1)汽油機(jī)微粒排放少，只是在過渡工況(如怠速、起動和突加油門)下，微粒排放增加

8、。2)柴油機(jī)微粒排放較多，特別是直噴柴油機(jī)，其擴(kuò)散燃燒方式?jīng)Q定了碳煙排放是不可避免的。分隔式柴油機(jī)的微粒排放比直噴式的低。3)直噴式柴油機(jī)的最大微粒排放量與最小滯燃期相對應(yīng)。4)在對噴油定時的要求上，直噴式柴油機(jī)的NO排放和微粒排放存在矛盾。影響汽油機(jī)排放的因素：1)混合氣質(zhì)量的影響（空燃比）；2)點火正時的影響；3)燃燒室結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響；4)其它因素：燃燒室表面溫度；燃燒沉積物沉積物；進(jìn)氣濕度；排氣背壓。影響柴油機(jī)排放的主要因素：1)過量空氣系數(shù)；2)噴油定時；3)噴油速率；4)渦輪增壓；5)進(jìn)氣狀態(tài)；6)直噴式柴油機(jī)燃燒室縮口直徑及渦流室的面容比。過量空氣系數(shù)的影響：(1)對CO的影響：小

9、負(fù)荷時，CO高；隨負(fù)荷增加，CO降低；當(dāng)負(fù)荷增加到一定程度后，CO增加。(2)對HC的影響：怠速或小負(fù)荷時，HC排放高；隨著負(fù)荷增加，燃燒溫度上升，HC降低。(3)對NOX的影響：隨著過量空氣系數(shù)的增加，NOX排放降低。(4)對微粒的影響：隨著過量空氣系數(shù)的增加，微粒排放降低。噴油定時的影響：(1)對NOX的影響：隨著噴油提前角的增加，NOX增加。但過分推遲噴油，最高燃燒壓力降低，后燃嚴(yán)重，排氣冒煙。(2)對HC的影響：隨著噴油提前角的加大，HC增加，不過，若噴油提前角過小，也會使HC增加。汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化的主要措施：大力推廣汽油噴射電控系統(tǒng)；改善點火系統(tǒng)；積極開發(fā)分層及均質(zhì)稀燃的新型燃燒系統(tǒng)；

10、選用結(jié)構(gòu)緊湊和面容比較小的燃燒室，縮短燃燒 室狹縫長度，適當(dāng)提高燃燒室壁面溫度；采用廢氣再循環(huán)控制。怠速排放控制方法：提高怠速轉(zhuǎn)速；高能點火；增大氣門間隙，減少氣門重疊角低排放燃燒系統(tǒng)：1）稀薄燃燒，特點：熱效率高，HC、CO排放較低、NOX控制較為困難。2）分層燃燒系統(tǒng)：分層燃燒的目的：如果稀燃技術(shù)的混合比達(dá)到25:1以上，按照常規(guī)是無法點燃的，因此必須采用由濃至稀的分層燃燒方式。3）高壓縮比燃燒系統(tǒng)，對排放的影響：壓縮比高，HC排放高，NOX增加。廢氣再循環(huán)（EGR原理）：廢氣再循環(huán)是將一部分發(fā)動機(jī)排氣引入氣缸中，利用發(fā)動 機(jī)排氣具有低氧氣含量和高熱容量的特點，降低氣缸內(nèi)氧 氣濃度和最高燃

11、燒溫度，從而降低氮氧化物生成量的技 術(shù)。 EGR可降低發(fā)動機(jī)的燃燒溫度，原因有：提高混合氣的熱 容量；降低了混合氣中O2的濃度；降低了燃燒速度。渦輪增壓技術(shù)：難點： 汽油機(jī)增壓易發(fā)生爆震；(壓縮比)熱負(fù)荷大；(理論混合氣、無掃氣冷卻)增壓器匹配困難。(轉(zhuǎn)速范圍寬、質(zhì)量流量變化大；廢氣 溫度高、低速時增壓不足，高速時增壓過高)解決措施： 降低壓縮比、中冷技術(shù)防爆震； 缸內(nèi)直噴和提高材料耐熱性減小熱負(fù)荷； 控制增壓壓力改善增壓器匹配性。柴油機(jī)按燃燒室分類：非直噴式柴油機(jī)、直噴式柴油機(jī)低排放噴射系統(tǒng)應(yīng)該滿足：各工況的噴油壓力高；優(yōu)化噴油規(guī)律，實現(xiàn)多次噴射；噴油量能適應(yīng)各種工況的實際需要；噴油正時合理

12、理想的噴油規(guī)律：初期緩慢，中期急速，后期快斷噴油時刻：噴油定時是間接地通過滯燃期來影響發(fā)動機(jī)性能的。噴油提前角過大，滯燃期長，工作粗暴，NOX排放高；噴油提前角過小，后燃增加，容易過熱；推遲噴油會降低初始放熱率，減少NOX，但推遲噴油，最 高燃燒壓力降低，功率下降，產(chǎn)生后燃現(xiàn)象；推遲噴油會增加煙度；過早噴油，會使燃油在較低溫度下噴入，也會導(dǎo)致煙度和HC排放增加，更會增加NOX。先進(jìn)噴油器發(fā)展趨勢：小型化和小壓力室增壓柴油機(jī)根據(jù)廢棄再循環(huán)外部回路的不同，EGR系統(tǒng)可分為：低壓回路和高壓回路兩種。 低壓回路連接法：渦輪機(jī)出口和壓氣機(jī)入口相連，在回路中加裝一個EGR閥，控制流量。該方法容易獲得壓力差

13、，容易實現(xiàn)，但是廢氣易造成增壓器的腐蝕和中冷器的污損。高壓回路接法：渦輪機(jī)入口和壓氣機(jī)出口相連，廢氣不經(jīng)過壓氣機(jī)和中冷器，避免了上述問題。難點是在高負(fù)荷時，壓氣機(jī)出口壓力比渦輪機(jī)入口的排氣壓力還高，EGR難以實現(xiàn)。三效催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)：主要由殼體、墊層和催化劑組成三效催化劑：由載體、涂層和活性組分組成三效催化劑活性成分：主要以銠、鉑、鈀三種貴金屬為主要活性成分(主催化劑)，還有鈰、鑭等稀土元素作為助催化劑三效催化劑的劣化機(jī)理有：熱失活、 化學(xué)中毒、機(jī)械損傷和催化劑結(jié)焦。化學(xué)中毒：指一些毒性化學(xué)物質(zhì)吸附在催化劑表面的活性中心不易脫附，導(dǎo)致尾氣中有害氣體不能接近催化劑進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使催化器對有害排

14、放的轉(zhuǎn)化率降低的現(xiàn)象。三效催化器的性能指標(biāo)：轉(zhuǎn)化效率：空燃比特性、起燃特性、空速特性，排氣流動阻力：流動特性。微粒捕集過程按濾體結(jié)構(gòu)特征不同分表面過濾型和體積過濾型。主要過濾機(jī)理有: 擴(kuò)散機(jī)理; 攔截機(jī)理; 慣性碰撞機(jī)理再生技術(shù)：除去微粒捕集器內(nèi)沉積的微粒的過程稱為再生。再生系統(tǒng)種類根據(jù)再生能量來源的不同分為：1）主動再生系統(tǒng)：通過外加能量將氣流溫度提高到微粒的起燃溫度使捕集的微粒燃燒，達(dá)到再生過濾的的；2）被動再生系統(tǒng)：利用柴油機(jī)排氣自身的能量使微粒燃燒，達(dá)到在生微粒捕集的效果。NOX吸附催化還原LNT：基于發(fā)動機(jī)周期性稀燃和富燃的一種NOX凈化 技術(shù)，是一個臨時存儲NOX的裝置。關(guān)鍵部件是

15、具有吸附 NOX 能力的堿金屬化合物。選擇催化還原技術(shù)SCR：在高溫排氣中加入NH3作為還原劑，與NOX反應(yīng)后生成N2和H2O。氧化型催化轉(zhuǎn)化器技術(shù)DOC作用：降低HC 和CO，DOC，有效地氧化PM 中可溶性有機(jī)物。DOC原理：其氧化原理與汽油機(jī)三效催化器氧化HC和CO 的原理基本一樣。柴油機(jī)微粒氧化催化器POC原理：(1) 捕捉顆粒物的原理：顆粒捕捉主要有三種形式： 壓緊捕捉、熱泳捕捉、吸附捕捉。（2）POC再生燃燒的原理：在前級DOC催化器的氧化作用下，NO與O2結(jié)合生成NO2，NO2在含有貴金屬的特殊化學(xué)涂層的催化作用下，NO2分子鍵在較低溫時(250左右)斷裂，產(chǎn)生的O與被捕捉到的C

16、顆粒燃燒，生成CO2。汽油對排放的影響：辛烷值的影響、汽油揮發(fā)性的影響、汽油密度的影響、烴類組成的影響、硫含量的影響、添加劑的影響。烴類組成的影響：汽油由烷烴(正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴和環(huán)烷烴)、烯烴和芳烴組成。烷烴熱穩(wěn)定性好，但正構(gòu)烷的辛烷值低，異構(gòu)烷和環(huán)烷的辛烷值高，是汽油的理想成分。烯烴具有較高的辛烷值，但熱穩(wěn)定性差，易結(jié)膠。減少烯烴可使城市中臭氧下降20%-30%。芳烴的辛烷值高，可作辛烷值提高劑。芳烴結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，燃燒速度慢，會增加HC排放。芳烴燃燒溫度高，會增加NOX排放。重芳烴和其他高分子化合物在缸內(nèi)形成沉積物，增加HC和NOX排放，當(dāng)前汽油正逐步限制芳烴含量，特別是苯含量。添加劑：抗爆劑

17、、抗氧化劑、表面活性劑柴油對排放的影響：十六烷值的影響、黏度、密度和餾程的影響、芳烴含量的影響、硫含量的影響、添加劑的影響汽油的改善：1）使用無鉛汽油，降低硫含量。2）降低烯烴含量，以降低排氣臭氧生成活性，減少缸內(nèi)沉積物。3）降低芳烴含量，控制汽油密度變動范圍。4）對汽油揮發(fā)性作細(xì)致規(guī)定，保證發(fā)動機(jī)有良好的起動性，又不會引起氣阻、過量蒸發(fā)等問題。5）允許使用含氧添加劑，但對氧含量進(jìn)行控制。柴油的改善：1）提高十六烷值，縮小柴油密度的變動范圍，保證燃油量供給的穩(wěn)定性。2）降低柴油的含硫量，減少柴油芳烴含量，特別是多環(huán)芳烴的含量。汽油車國4排放的應(yīng)對技術(shù)措施：1）對汽油車來說，機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)：渦輪增壓、缸內(nèi)直噴和電控