柴油机的排放特征与有害排放物质控制分析

2022-08-15李莲花

农机使用与维修 2022年8期

0 引言

在现代化生产生活中，柴油机发挥了巨大的作用，柴油机不仅应用于家用汽车和货运汽车，更广泛应用于农业机械、工程机械、船舶、矿山机械中，柴油机具有动力强劲、使用成本低、热效率高等优势，已成为现阶段重要的动力机械。随着柴油机使用量的增多，柴油机的排放污染问题也受到了社会各界的关注，尤其在低碳与环保的大环境下，我国对于柴油机的排放标准要求一再升级。为实现社会的可持续健康发展，在柴油机性能升级的同时，还应重点研究柴油机的排放影响因素，做到对排放中有害物质的进一步控制，努力提高柴油机使用的环保性。

1 柴油机排放污染的不利影响

在科学技术发展、人们生活水平不断提升的同时，资源与环境问题已成为世界范围的共性问题，柴油机的大量使用在一定程度上造成了大气污染的加剧。导致柴油机出现排放污染的原因是多方面的，主要包括了燃烧不充分、尾气处理不达标、燃油不达标、使用不规范等。柴油机排放的污染中含有大量的氮氧化物、硫化物、一氧化碳及颗粒物等，很多污染物长期混杂于空气中，易引发呼吸系统和肾脏、肝脏等病变，还存在较大的致癌风险。同时，大量的细小颗粒物在空气中悬浮，造成了严重的雾霾，对交通安全也造成了十分不利的影响

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2 柴油机的排放特性

柴油机尾气中的主要污染物种类繁多，包括了一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮、氮氧化物、碳氢化合物、硫化物、含碳颗粒等，这些污染物随尾气一同排出会造成严重的环境污染，各类污染物所带来的危害如下

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2.1 含碳颗粒

柴油机与汽油机相比，在燃烧过程中会产生更多的小直径颗粒物，其主要成分是碳，这些含碳颗粒具有一定的吸附性，能够吸附周围空气中的有机物成分，而柴油机燃烧所产生的含碳颗粒可达汽油机20～30倍，甚至更多。这些悬浮在空气中的微小颗粒不仅会影响视觉，还容易被人体吸入，导致肺部损伤，甚至引发癌症。

3.3.5 增强团队凝聚力良好的团队关系有助于护理人员提高工作满意度，也有利于优化职业环境。护理人员作为医疗团队中不可或缺的部分，通过加强和其他部门人员的联系、合作，发挥专业优势，如与医生共同制定诊疗方案，为患者提供优质护理服务；与药房沟通，加强对药物的使用和管理；与宣传部门联系，宣传积极向上的职业形象。

（4）布置任务2：前后4个学生为一小组，共同回忆、讨论“人体内生命活动的调节”的相关知识点，选择合适的方法完成知识整合，以画图的形式展现出来。

实际工程设计通常会在圆柱壳上开各种孔，造成了几何结构不连续，不仅加大了开孔边缘的应力集中，而且削弱了壳体结构强度，降低了壳体的承载力[16-18]。通常会采用补强的方法提高承载力，补强就是在开孔的周围增加因开孔被削弱的金属量，降低孔周围局部区域的应力，由于应力集中只发生在孔的附近，在几倍孔径以外，应力几乎不受孔的影响[19]。

2.2 氮氧化物

水蒸气本身是一种清洁排放物，但由于其与尾气中的有害物质一同排出，会与二氧化碳、二氧化硫等结合成为有害的酸性液态蒸气，对自然环境和人身健康均存在一定危害。

2.3 一氧化碳

柴油机尾气中的一氧化碳主要是由于柴油燃烧不充分产生的，由于燃烧的时间不足以将可燃碳成份全部氧化成为二氧化碳，部分未完全氧化的油污则会生成一氧化碳。少量的一氧化碳对人体危害较小，但达到一定浓度后会因一氧化碳与血红蛋白结合而导致人的缺氧窒息。

2.4 二氧化碳

二氧化碳是柴油机燃烧氧化还原反应的主要产物之一，二氧化碳作为大气的主要组成成分，其本质并不属于有害气体，但随着人们生产生活的持续推进，空气中的二氧化碳浓度逐渐增多，影响大气层，并造成了明显的温室效应，这就要求人类通过不断优化柴油机技术来降低二氧化碳的排放量。

2.5 水蒸气

氮氧化物主要包括一氧化氮和二氧化氮两类。在柴油机燃烧的过程中，排放出的氮氧化物以一氧化氮为主，少量的一氧化氮不会造成人体的直接不适，但其在空气中的含量达到一定比例后，则可能造成中枢神经功能紊乱而影响内脏功能。一氧化氮随尾气释放到空气中后会在阳光的照射下逐渐氧化，成为二氧化氮，而二氧化氮对人体的危害更大，其与空气中的水蒸气结合后形成悬浮的硝酸蒸气，长期在这种空气中生活会增加支气管病变的可能。

2.6 碳氢化合物

柴油机转速对于有害物质的排放有直接关系，当转速较低时，由于汽缸内的温度较低且分油器的工作频率也偏低，易因柴油的雾化质量不合格而引起不完全燃烧。当转速过高时，由于汽缸内运行频率高，短时间内燃油与空气很难实现均匀混合，也会引起不完全燃烧而产生大量有害物质。针对这一情况，一方面应积极利用电控技术实现柴油机控制逻辑的优化，避免其长期处于过低或过高的转速下运转。另一方面对于使用柴油机的汽车、农业机械、工程机械等，应进一步提高驾驶员驾驶的规范性，避免不合理驾驶造成的排放超标问题

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2.7 硫化物

3.1.1 进气方式的优化

零中频接收机虽然结构简单,但也存在着一些问题[5],最明显的两个问题是I/Q失配导致误码率增加,以及直流偏移导致信噪比降低。直流偏移也是零中频结构没有被广泛采用的重要原因之一。

2.8 光学烟雾

光学烟雾主要指在阳光中紫外线的作用下，尾气排放中的氮氧化物和碳氢化合物产生一系列的复杂化学变化，并生产大量臭氧、醛类等多种有害物质，不同物质相互混合，形成浅蓝色烟雾。光学烟雾会造成人体中毒，并对农作物、林业植被产生危害。

3 有害物质的控制方式

3.1 柴油机技术优化

柴油机的尾气中还包含少量的硫化物，主要为二氧化硫和三氧化硫，二氧化硫排出后在空气中也会逐渐转化成为三氧化硫，遇水后硫化物会转换成为亚硫酸，可能造成呼吸道的损伤。

氮氧化物治理技术主要是针对尾气排放中的一氧化氮和二氧化氮进行重点治理，并兼具对含碳颗粒、一氧化碳等有害物质的处理，氮氧化物治理技术主要包括两种形式：一是选择性催化还原(SCR)，二是吸附后还原(NSR)。选择性催化还原通常以铂或铁、钴、铜的氧化物，作为氧化催化主剂并与硫化氢等做为还原剂，利用排气余温实现对尾气中的氮氧化物进行氧化还原反应，从而减少氮氧化物的排放量。吸附后还原主要是利用硅胶、活性炭等具有良好吸附能力的材料对氮氧化物进行吸附，并促进氮氧化物被吸附后与氧气进行反应，将一氧化氮氧化成为二氧化氮，并对所生成的二氧化氮或水溶性硝酸进行回收

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3.2.3 氮氧化物治理技术

柴油燃烧不完全产生一氧化碳的同时还可能会产生一定量的碳氢化合物，如芳香烃、烯烃、酮、醛等，大部分碳氢化合物具有很强的毒性，易引起多种内脏疾病、支气管疾病、眼黏膜疾病，甚至引发白血病等。

3.2 排放净化技术

3.2.1 氧化型催化转化器(DOC)

氧化型催化转化器在柴油机尾气净化中应用非常广泛，其主要是利用氧化反应将排气中的一氧化碳、部分有机物及碳氢化合物转化为二氧化碳和水，氧化型催化转化器的工作需要以铂、钯等稀有金属做为催化剂，其结构如图2所示。氧化型催化转化器对于一氧化碳和碳氢化合物的去除率较高，分别可达70%和90%，也具有一定的去除有害含碳颗粒物的能力，但仅能去除40%左右。

3.2.2 颗粒捕捉器(DPF)

颗粒捕捉器主要是利用过滤技术来去除排气中的有害含碳颗粒物，其在汽车、工程机械、农业机械应用较多。传统的颗粒捕捉器多采用陶瓷材质(图3)，新型颗粒捕捉器也采用合金密织的金属带缠绕而成。颗粒捕捉器能够降低约90%～95%的有害颗粒排放量，有效避免了传统柴油机使用过程中冒黑烟等现象，部分颗粒捕捉器也设计有氧化还原的结构，能够在过滤的同时去除有害的氮氧化物及碳氢化合物等。还有一些柴油机械将氧化型催化转化器和颗粒捕捉器组合使用，从而达到更好的尾气净化效果。

3.1.2 运转状态与合理驾驶

美军网络空间司令部在组建之初，并没有立即组建直属作战力量，而是在各军种成立网络空间司令部，将各军种已有的通信、网络、信息作战力量纳入军种网络空间司令部架构下；再根据需要，专门进行论证并组建网络作战分队，由各军种结合各自特点和作战任务承建，网络空间司令部负责统一指挥；已经建成的133支网络空间任务部队分属各军种，其中，陆军41支、海军40支、空军39支、海军陆战队13支，这些力量构成了美军网络空间作战力量的主体，在网络空间司令部的统一筹划和指挥下遂行作战任务。

通过优化进气方式降低有害物质的排放，主要可从两方面进行柴油机技术的优化：一是对进气进行预升温，研究数据表明，当进气温度偏低时，汽缸内柴油油雾与空气形成的混合气体升温缓慢，易导致燃烧时机的滞后，导致出现燃烧不完全问题，若在此种情况下对进气进行适当升温，则有利于提高燃烧效率，进而降低氮氧化物、一氧化碳及碳氢化合物的排放；二是适当提升进气压力，利用更高的进气压力提高柴油油雾与空气的混合均匀度，进而提高燃烧效率降低燃空比，减少有害物质的生成。

3.2.4 四效催化技术

运用实证分析法，对从“中国裁判文书网”以“患者知情同意”为关键词检索到的95份判决书进行统计分析，通过图表的方式将统计数据以直观的形式予以展现，以判决书及统计结果为基础，分析司法实践中侵害患者知情同意权责任纠纷案件的特点、问题提出相应的完善对策。

四效催化技术是一次性处理所有有害排放物的新技术，其能够同时处理尾气中含量最多的一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、含碳颗粒，逐渐成为柴油机排放处理技术发展方向，但其现阶段的应用大多局限于汽车领域及科研领域，其实际的应用效果仍有待进一步的研究和优化。

3.2.5 方案对比

本研究在对综合管廊监控管理系统进行设计的过程中，对于提高市政人员的工作效率有重要的意义，希望通过本文对系统的设计，能够为我国管廊监控管理系统设计和应用的相关人员提供参考。

不同尾气处理方案的差异性对比如表1所示，可见从处理质量看，DOC+DPF和SCR两个方案更有优势，具体的实施应根据柴油机的使用环境和开发成本综合考量。

3.3 燃油品质优化

在我国柴油机的实际使用中，常伴随有柴油品质不达标的问题。例如，部分柴油中的十六烷值偏低，会造成燃烧过程产生的氮氧化物含量增加，但若十六烷值偏高，则会产生更多的一氧化氮和碳氢化合物。因此，应针对柴油机研制和配比更优质的柴油，并通过教育和培训加强柴油机使用人员通过正规途径合理添加柴油，以提高柴油机和柴油的匹配程度，减少污染物质的排放。