第08章排气污染与控制

u 白烟的微粒直径（1m）较蓝烟的直径（ 0.4m） 大，对光线的反射不同，从而产生不同的颜色。
u 提高燃烧室内工质的温度是解决冷起动冒白烟的根本
途径，如提高压缩比（例子：由17提高到17.5，但导
致NOX排放量超标）。
第08章排气污染与控制
u 检查供油提前角不能过大，燃油喷射到较冷的气缸内 不能很好雾化，堆积在燃烧室壁面上，部分燃油以液 态微粒的形式随废气排出（例子：不带供油提前角度 自动提前器的工程机械柴油机，其供油提前角按标定 工况调整，但对最低速的怠速工况来说，供油提前角 度显得过大，导致怠速时冒白烟，发动机转速升高后， 白烟逐渐消失）。
第08章排气污染与控制
（3）一氧化碳（CO）
u CO是不完全燃烧产物，由于柴油机的过量空气系数 大，局部缺氧产生的CO有可能在膨胀过程中氧化成 CO2，因此柴油机的CO排放量较汽油机低，仅在全负 荷时（ 小）， CO排放量才有所上升。
（4）碳氢化合物（HC） 柴油机废气中的HC主
要是在混合气过稀时 产生的，在低负荷时， 过量空气系数过大， 由于温度过低，反应 不能及时进行，从而 使HC的排放量增加。
空气中含有的物质浓度达到足以危害人 体健康、 舒适、安全、或影响对於各种 资源的使用（享用）。 广义的空气污染 物系指任何对人体健康、农作物、建筑 物 、古迹有危害的物质。
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n 浓度表示
1)体积浓度:
气体污染物占体积的百万分之一(ppm)
2)质量浓度:
颗粒
单位体积内污染物的质量,μg/m3
促、气喘、支气管炎。
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n 危害人类和动物的健康 NOx 氮氧化物（主要为NO NO2） NO无色，无臭味 NO2红褐色，有臭味 引擎燃烧、细菌分解产生 对眼睛和肺产生刺激，气管炎、肺炎、
减低抵抗力使呼吸道易受感染，致癌
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n 危害人类和动物的健康 O3 近地层臭氧（O3） 无色，有刺鼻味 光化学产生
第08章排气污染与控制
第二节 有害排放物的生成
n 一、氮氧化物（NOX） NO产生的主导反应过程是
O + N2 NO + N N + O2 NO + O 促使上述反应正向进行而生成NO的因素有三个： u 温度--高温时，NO的平衡浓度高，生成速率也 大。
u 氧的浓度--在高温条件下，氧的浓度是生成NO 的重要因素，在氧浓度低时，即使温度高， NO的生成也受到限制。
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（5）白烟与蓝烟
u 在柴油机冷起动后怠速或低负荷下暖机的过程中，特 别在寒冷天气时，会产生白烟或蓝烟。
u 原因是起动时，燃烧室内工质的温度低，空气涡流弱， 燃油不能完全蒸发燃烧，未燃烧或部分氧化的燃料一 般以液态微粒的形式随废气排出后，冷凝形成白烟或 蓝烟（先白烟，后蓝烟，最后是无色烟）。
第08章排气污染与控制
第三节 影响汽油机有害排放物生成主要因素
与发动机运转有关的主要因素如下：
n 一、混合气成分
u CO浓度随空燃比A/F增加逐渐下降 u NOX浓度两头低，中间高（偏稀一侧） u HC浓度是两头高，中间低，与燃油消耗率曲线变化
趋势一致。当浓混合气逐渐变稀时，在活塞顶缝隙容 积与激冷层中的混合气燃料比例减少，因此HC量减 少。但混合气过稀，又因为失火，致使HC及油耗又 重新回升。
其他化学反应
硝酸烟雾、硫酸烟雾等
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n 空气污染物分类(按存在状态） 1）颗粒状污染物（Particulate Matter） 除了纯水以外的在正常状态下以液态或 固态存在于大气中的物质： 尘：固态颗粒，1－200μm 烟：蒸气凝结成的小颗粒，0.01-1 μm 轻雾和雾：水蒸气凝结成的液滴或雾化引起 烟雾：固液气溶胶-硝酸烟雾、硫酸烟雾
第08章排气污染与控制
2020/11/24
第08章排气污染与控制
n 清洁空气 不受人类活动以及其他不良影响的具 有相对稳定组成的空气
以体积百分比计: 氮 N2 78.09% 氧 O2 20.94% 氩 Ar 0.93% 二氧化碳 CO2 0.032% 共计 99.99%
第08章排气污染与控制
n 大气污染
第08章排气污染与控制
n 三、柴油机的有害排放物 1、柴油机的有害排放物 u 主要包括微粒、NOX、CO以及HC等。 u 与汽油机相比，柴油机由于总体富氧（大）， CO以及HC相对比较少。 u 由于柴油机混合气形成极不均匀，局部严重缺 氧而导致高温裂解，产生汽油机所没有的微粒 排放，是目前世界上对柴油机排气污染重点解 决的问题，现在倾向用机外颗粒捕捉器，如静 电捕捉器，成本昂贵。
第08章排气污染与控制
（1）微粒
u 柴油机废气中的微粒主要由固体碳微粒（碳烟粒子） 和吸附并凝聚其上的液态碳氢化合物组成（有的书上 称微粒是一种聚合物）。
u 碳烟粒子主要是在高温、极度缺氧的条件下生成的， 经历了微粒成核、表面增长、凝聚、吸附等阶段，在 随后的燃烧过程中还会有部分被氧化。
非增压柴油机过量空 气系数=1.2~1.4范围内， 微粒排放量随着增加 而急剧下降（说明增 压柴油机=1.7~2.2的微 粒排放水平低）。
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（2）氮氧化合物（NOX） u 氮氧化合物（NOX）在高温、富氧、相对有充裕反应
时间的条件下容易生成。
u 过量空气系数过大或过小均使氮氧化合物（NOX） 排放量减少，但在柴油机常用的范围内，氮氧化合 物（NOX）排放量很高。
分隔式柴油机由于大部 分燃料在活塞下行后的 主燃烧室内燃烧，燃气 温度较低，副室内混合 气又很浓，均不利于氮 氧化合物（NOX）生成， 故分隔式柴油机的氮氧 化合物（NOX）仅为直 喷式柴油机的1/2。
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n 危害人类和动物的健康 CO 一氧化碳： 无色，无臭，剧毒 不完全燃烧产生 易与红血球结合，造成主要器官及组
织缺氧，影响知觉、思考、反射动作、 晕眩、昏睡，严重者因心脏衰竭或窒息 而死亡。
第08章排气污染与控制
n 危害人类和动物的健康 SO2 二氧化硫： 无色，有臭味 化石燃料燃烧产生 对眼睛和呼吸道黏膜产生刺激，呼吸短
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n 危害人类和动物的健康 HC
碳氢化合物（HC）
碳氢化合物包括烷烃、烯烃和芳香烃，其中影 响最大的是芳香烃和多环芳烃．苯是芳香烃中 最基本的化合物，也是大气中分布相当广泛的 污染物·
在煤、石油和天然气燃烧排出的废气中均含有 苯及其同系物（如甲苯、二甲苯、乙基苯 等）．苯的毒性要比其同系物大．
第08章排气污染与控制
n 三、吸入废气量的影响 为了抑制燃烧的最高温度，将一部分排气回
送至燃烧室，将有利于抑制NO的生成，但燃烧 的有效性降低，动力性变差。
第08章排气污染与控制
n 怠速及减速工况，HC排放急增。怠速工况废气 稀释现象严重，混合气比较浓，燃烧恶化，HC 排放浓度增加。减速工况，很高的进气管真空度 使进气管内沉积的燃料油膜大量增发，HC排放 浓度急增。
第08章排气污染与控制
n 三、未燃碳氢化合物（HC）
HC的生成与排出有三个渠道，其中HC总量的60%以上由
废气排出，25%由曲轴箱窜气，15%~20%左右从油箱、
化油器等处漏泄。
u 活塞顶端气环与气缸壁之间形成的夹缝内的可燃混合
气因火焰不能及时到达，而不能完全燃烧。
u 相对冷态的气缸壁对火焰产生的热与活化基物质起着
组织稀薄混合气燃烧，可使HC排放在较大空燃比 A/F下继续缓慢下降。
第08章排气污染与控制
第08章排气污染与控制
n 二、点火正时 u 推迟点火提前角，对降低NOX及HC均有利，但以牺牲 动力性为代价。推迟点火提前角，不仅降低燃烧最高 温度，而且缩短反应滞留时间；膨胀时的温度及排气 温度均上升，对降低HC排放有利。
吸收的作用，促使火焰传播中断，即火焰在气缸壁表
面产生激冷与淬熄现象。
u 烧机油。
u 发动机瞬变工况时，点火定时、空燃比以及排气再循
环值均不处于最佳状态，燃烧恶化，HC排放量增加，
尤其是减速及怠速工况。
第08章排气污染与控制
Hale Waihona Puke n 四、微粒 柴油机中的微粒排放主要是碳烟粒子。燃料分子在
高温中裂解或氧化裂解，所生成的裂解产物主要是乙炔， 接着形成碳烟核心，成核后同时经历表面增长和凝聚两 个过程。碳烟粒子增长到某一尺寸时，增长速率急剧下 降，接着以集聚形式形成链状结构物，即生成碳烟。形 成碳烟的过程总伴随着碳烟的氧化。
第08章排气污染与控制
n 空气污染物分类(按存在状态） 2）气态污染物 在正常状态下以气态存在于大气中的 物质：
含硫化合物：SOx, H2S 含氮化合物：NOx,NH3 含碳化合物：CO,CO2,CnHm 卤素化合物：HF,HCl
第08章排气污染与控制
第08章排气污染与控制
n 空气污染的影响 1）严重影响人类和动物的健康，危害植 物的生长 2）弄脏并毁坏原材料 3）改变气候，降低能见度和减少太阳辐 射 4）损害生产过程，造成安全事故以及常 常有害于生命财产
u 检查有无冷却水从气缸垫片处泄漏进气缸内，水蒸气 产生白烟。
u 机油窜入燃烧室内燃烧时也冒蓝烟。
第08章排气污染与控制
第08章排气污染与控制
n 影响大气性质
2）增加雾的生成 3）减弱太阳辐射 厄尔尼诺现象 4）影响温度分布 5）改变气候 拉尼娜现象
第08章排气污染与控制
n 对原材料的影响 空气污染可因弄脏或化学变质而影响原 材料，
浓烟和颗粒物会弄脏衣服和建筑物 酸性或碱性颗粒会腐蚀原材料（如油漆、
石质建筑物、纺织品等） 臭氧极易损坏橡胶制品．
第08章排气污染与控制
n 二、一氧化碳（CO）
n CO是碳氢燃料在燃烧过程中重要的中间产物 n 燃料分子（RH，R代表碳氢根）经高温氧化生成