第5章发动机排放污染与控制
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第5章发动机排放污染与控制
第5章发动机排放污染与控制
❖ 5.1.5发动机排气净化技术的发展 ➢ 从研究污染物的现象到研究生成机理 ➢ 从调整部分参数到发动机性能的全面优化 ➢ 从稳态常用工况控制到全工况范围的微机
控制 ➢ 从常规燃料的排放研究到燃用代用燃料的
排放研究 ➢ 从预测排放的简单模型到更为全面准确的
无
❖ 5.1.2发动机排放的污染物及其危害 内燃机排放污染物：
➢ CO、HC、NOX（NO、N2O、NO2等） ➢ CO2、CH4 ➢ PM(碳烟微粒) ➢ SOX、醇类、醛类(RCHO)﹑多环芳香烃(PAH) ➢ 其他未知污染物.
第5章发动机排放污染与控制
5.1.2发动机排放的污染物及其危害 危害：
第5章发动机排放污染与控制
❖ 5.1.2发动机排放的污染物及其危害 危害：
❖ NOX: 吸入较多的NO会造成中枢神经障碍，破坏造血机能， 引起贫血、神经衰弱，并降低肺对病菌的抵抗能力 NO2被人体吸收后变为硝酸，硝酸Baidu Nhomakorabea血红蛋白结合生 成变性血红蛋白，对心、肝、肾都有不良影响。浓度 在5ppm，能被感知，10～20ppm，有强烈的刺鼻味 ，50～300ppm，头痛出汗，300～500ppm，气管发 炎，大于500ppm，肺浮肿而死亡。 参与光化学反应会形成臭氧、醛和PAN。
预测模型的研究
第5章发动机排放污染与控制
第5章 发动机排放污染与控制 5.2 污染物生成机理及影响因素
❖ 5.2.1 CO生成机理
理论上，HC燃料完全燃烧时生成CO2和H2O。HC 的氧化过程：
R-H R- R-O2RCHORCOCO+RCO+OHCO2+H 因此，CO是烃燃料燃烧的中间产物。
SO2变成硫酸烟雾后，对人和环境有极大危害
含铅微粒，对血液、骨骼和神经细胞有损害作用，对生长发 育的儿童影响尤其严重。不同金属对人类的损伤是不一样 的，
第5章发动机排放污染与控制
❖ 5.1.3 发动机的排放指标 排放物浓度C 质量排放量G 排放物的比排放量g及排放率gT 浓度指数Kp 定额容积和比定额容积 行驶里程排放量Qv
第5章发动机排放污染与控制
❖ 5.1.4主要有害物的物理化学变化
CO的化学变化
2CO O2 2C2O
1 CO2O2 CO2
C O 3 H 2 C 4 H H 2 O C O O H C2 O H
第5章发动机排放污染与控制
❖ 5.1.4主要有害物的物理化学变化
NOx的化学变化 N O O 3 N2O O 2
自由基如OH、HO2等也能使NO转化为NO2： O H C O C2O H O H C O C2O H
H2O N O N2O OH
NO2经若干反应生成硝酸
OH NO 2 HN3O
N2O O 3 N3O O 2
N3O N2O N 2O 5
N2O5H2O 2HN 3 O
硝酸与氨作用生成硝酸氨
HN 3N O3H N第4 5H 章N 发动3机O 排放污染与控制
第5章发动机排放污染与控制
❖ 5.1.2发动机排放的污染物及其危害
危害：
❖ 微粒:危害与粒径大小有关
大气中小于5～10μm微粒可直接深入呼吸道及肺 叶组织并在其中沉积，造成机械性超负荷，从 而引起肺部组织病变。发动机排出微粒粒径一 般都在1μm以下，汽油机排除的微粒粒径一般 在0.02μm左右；柴油机排除微粒粒径一般在 0.1μm左右。这些微粒都处于在大气中能长期 悬浮的范围内，在其表面上通常还附有多种有 机物质，其中包含PAH,具有不同程度的诱变和 致癌作用，因而对人体有直接威胁。。
第5章发动机排放污染与控制
污染物分类
一次污染物
二次污染物
第一类硫化物 第二类氧化物
SO2 、 H2S CO 、CO2
SO2 、 H2SO4 、 MSO4
O3
第三类氮化物
NO 、NH3
第四类碳氢化合物 未然烃、醛
第五类卤化物
HF、HCl
第5章发动机排放污染与控制
NO2、 HNO3、 MNO3 醛、酮、过氧酰基 硝酸脂（PAN）
第5章 发动机排放污染与控制 5.1 大气污染及发动机排放
❖ 5.1.1 大气污染 ISO对大气污染的定义：空气污染通常指人类 活动及自然过程引起某些物质介入大气中， 呈现出足够的浓度，在大气中保留了足够的 时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和 福利或危害了环境。 自然过程: 森林火灾、岩石风化、火山活动等 福利: 自然资源、生物、建筑物等。
能量，再发射到地面的这些气体，使地球表面 变暖。 ❖ CO2可以吸收波长为15微米左右的红外线，故 CO2也称为温室气体。。
第5章发动机排放污染与控制
❖ 5.1.4主要有害物的物理化学变化 光化学烟雾生成 ❖ HC和氮氧化合物，在阳光作用下，经一系列化
学反应，生成以臭氧、醛、过氧酰基硝酸脂为 主的光化烟雾，烟雾是浅蓝色的刺激性烟雾。 ❖ 光化学烟雾生成的基本原理
❖ 5.1.4主要有害物的物理化学变化 SO2的化学变化
太阳光照射下，吸收波长200～400nm的紫外 线光能hr，发生光氧化作用而产生SO3，然后 与水蒸汽化合形成硫酸
2S2 O O 2h r2S3 O
S3 O H2O H2S4 O
第5章发动机排放污染与控制
❖ 5.1.4主要有害物的物理化学变化 温室效应 ❖ 温室效应：通过吸收地球反射的一部分红外线
COHb/O2Hb <0.1
CO对人体的毒害 症状 无症状
0.1～0.2
头痛、注意力下降、心慌
0.2～0.3
剧烈头痛、头晕、无力
0.3～0.45
呕吐、虚脱
0.45～0.6
昏迷
>0.6
死亡
第5章发动机排放污染与控制
❖ 5.1.2发动机排放的污染物及其危害 危害：
❖ HC: 破坏造血机能，引起贫血、神经衰弱，并降低 肺对病菌的抵抗能力 光化烟雾的主要产生源 PAH 致癌 醛类对眼、呼吸道、血液有毒害
第5章发动机排放污染与控制
❖ 5.1.2发动机排放的污染物及其危害
危害：
❖ 其他排放物
二氧化碳：温室效应
醛类(RCHO)：排气产生臭味、具有刺激性，长时间受浓度 较大甲醛影响，眼睛、上呼吸道和中枢神经会受到危害。
SO2：具有刺激性，浓度达到8ppm时，刺激鼻喉，引起咳 嗽。若浓度进一步增大，引起呼吸困难，形成支气管炎、 哮喘，甚至肺肿，直至死亡。
第5章发动机排放污染与控制
❖ 5.1.5发动机排气净化技术的发展 ➢ 从研究污染物的现象到研究生成机理 ➢ 从调整部分参数到发动机性能的全面优化 ➢ 从稳态常用工况控制到全工况范围的微机
控制 ➢ 从常规燃料的排放研究到燃用代用燃料的
排放研究 ➢ 从预测排放的简单模型到更为全面准确的
无
❖ 5.1.2发动机排放的污染物及其危害 内燃机排放污染物：
➢ CO、HC、NOX（NO、N2O、NO2等） ➢ CO2、CH4 ➢ PM(碳烟微粒) ➢ SOX、醇类、醛类(RCHO)﹑多环芳香烃(PAH) ➢ 其他未知污染物.
第5章发动机排放污染与控制
5.1.2发动机排放的污染物及其危害 危害：
第5章发动机排放污染与控制
❖ 5.1.2发动机排放的污染物及其危害 危害：
❖ NOX: 吸入较多的NO会造成中枢神经障碍，破坏造血机能， 引起贫血、神经衰弱，并降低肺对病菌的抵抗能力 NO2被人体吸收后变为硝酸，硝酸Baidu Nhomakorabea血红蛋白结合生 成变性血红蛋白，对心、肝、肾都有不良影响。浓度 在5ppm，能被感知，10～20ppm，有强烈的刺鼻味 ，50～300ppm，头痛出汗，300～500ppm，气管发 炎，大于500ppm，肺浮肿而死亡。 参与光化学反应会形成臭氧、醛和PAN。
预测模型的研究
第5章发动机排放污染与控制
第5章 发动机排放污染与控制 5.2 污染物生成机理及影响因素
❖ 5.2.1 CO生成机理
理论上，HC燃料完全燃烧时生成CO2和H2O。HC 的氧化过程：
R-H R- R-O2RCHORCOCO+RCO+OHCO2+H 因此，CO是烃燃料燃烧的中间产物。
SO2变成硫酸烟雾后，对人和环境有极大危害
含铅微粒，对血液、骨骼和神经细胞有损害作用，对生长发 育的儿童影响尤其严重。不同金属对人类的损伤是不一样 的，
第5章发动机排放污染与控制
❖ 5.1.3 发动机的排放指标 排放物浓度C 质量排放量G 排放物的比排放量g及排放率gT 浓度指数Kp 定额容积和比定额容积 行驶里程排放量Qv
第5章发动机排放污染与控制
❖ 5.1.4主要有害物的物理化学变化
CO的化学变化
2CO O2 2C2O
1 CO2O2 CO2
C O 3 H 2 C 4 H H 2 O C O O H C2 O H
第5章发动机排放污染与控制
❖ 5.1.4主要有害物的物理化学变化
NOx的化学变化 N O O 3 N2O O 2
自由基如OH、HO2等也能使NO转化为NO2： O H C O C2O H O H C O C2O H
H2O N O N2O OH
NO2经若干反应生成硝酸
OH NO 2 HN3O
N2O O 3 N3O O 2
N3O N2O N 2O 5
N2O5H2O 2HN 3 O
硝酸与氨作用生成硝酸氨
HN 3N O3H N第4 5H 章N 发动3机O 排放污染与控制
第5章发动机排放污染与控制
❖ 5.1.2发动机排放的污染物及其危害
危害：
❖ 微粒:危害与粒径大小有关
大气中小于5～10μm微粒可直接深入呼吸道及肺 叶组织并在其中沉积，造成机械性超负荷，从 而引起肺部组织病变。发动机排出微粒粒径一 般都在1μm以下，汽油机排除的微粒粒径一般 在0.02μm左右；柴油机排除微粒粒径一般在 0.1μm左右。这些微粒都处于在大气中能长期 悬浮的范围内，在其表面上通常还附有多种有 机物质，其中包含PAH,具有不同程度的诱变和 致癌作用，因而对人体有直接威胁。。
第5章发动机排放污染与控制
污染物分类
一次污染物
二次污染物
第一类硫化物 第二类氧化物
SO2 、 H2S CO 、CO2
SO2 、 H2SO4 、 MSO4
O3
第三类氮化物
NO 、NH3
第四类碳氢化合物 未然烃、醛
第五类卤化物
HF、HCl
第5章发动机排放污染与控制
NO2、 HNO3、 MNO3 醛、酮、过氧酰基 硝酸脂（PAN）
第5章 发动机排放污染与控制 5.1 大气污染及发动机排放
❖ 5.1.1 大气污染 ISO对大气污染的定义：空气污染通常指人类 活动及自然过程引起某些物质介入大气中， 呈现出足够的浓度，在大气中保留了足够的 时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和 福利或危害了环境。 自然过程: 森林火灾、岩石风化、火山活动等 福利: 自然资源、生物、建筑物等。
能量，再发射到地面的这些气体，使地球表面 变暖。 ❖ CO2可以吸收波长为15微米左右的红外线，故 CO2也称为温室气体。。
第5章发动机排放污染与控制
❖ 5.1.4主要有害物的物理化学变化 光化学烟雾生成 ❖ HC和氮氧化合物，在阳光作用下，经一系列化
学反应，生成以臭氧、醛、过氧酰基硝酸脂为 主的光化烟雾，烟雾是浅蓝色的刺激性烟雾。 ❖ 光化学烟雾生成的基本原理
❖ 5.1.4主要有害物的物理化学变化 SO2的化学变化
太阳光照射下，吸收波长200～400nm的紫外 线光能hr，发生光氧化作用而产生SO3，然后 与水蒸汽化合形成硫酸
2S2 O O 2h r2S3 O
S3 O H2O H2S4 O
第5章发动机排放污染与控制
❖ 5.1.4主要有害物的物理化学变化 温室效应 ❖ 温室效应：通过吸收地球反射的一部分红外线
COHb/O2Hb <0.1
CO对人体的毒害 症状 无症状
0.1～0.2
头痛、注意力下降、心慌
0.2～0.3
剧烈头痛、头晕、无力
0.3～0.45
呕吐、虚脱
0.45～0.6
昏迷
>0.6
死亡
第5章发动机排放污染与控制
❖ 5.1.2发动机排放的污染物及其危害 危害：
❖ HC: 破坏造血机能，引起贫血、神经衰弱，并降低 肺对病菌的抵抗能力 光化烟雾的主要产生源 PAH 致癌 醛类对眼、呼吸道、血液有毒害
第5章发动机排放污染与控制
❖ 5.1.2发动机排放的污染物及其危害
危害：
❖ 其他排放物
二氧化碳：温室效应
醛类(RCHO)：排气产生臭味、具有刺激性，长时间受浓度 较大甲醛影响，眼睛、上呼吸道和中枢神经会受到危害。
SO2：具有刺激性，浓度达到8ppm时，刺激鼻喉，引起咳 嗽。若浓度进一步增大，引起呼吸困难，形成支气管炎、 哮喘，甚至肺肿，直至死亡。