康明斯柴油發電機主要排放污染物的生成機理
2.1.CO生成機理
CO的生成主要有三種途徑:一是柴油發電機進氣與柴油噴霧混合不均勻導致局部混合氣過量空氣系數Φa<1,局部燃燒缺氧導致不完全燃燒生成CO;二是已成為燃燒產物的CO2和H2O在高溫條件下產生熱解反應進而生成CO;三是排氣過程中HC未完全氧化生成CO。
2.2.HC生成機理
排放的HC一般是未燃HC,是指沒有燃燒或部分燃燒的碳氫化合物的總稱。一般認為柴油發電機中HC的產生主要有兩種途徑:一是由于滯燃期中形成的過稀混合氣在燃燒室內不能滿足自燃或擴散火焰傳播的條件,導致HC的氧化反應無法開始或瞬間終止,生成未燃HC;二是燃燒過程后期低速離開噴油嘴的燃油與進氣不良好混合形成的過濃混合氣不能著火及燃燒,生成未燃HC。
2.3.NOX生成機理
柴油發電機排放的NOX主要是NO和NO2,其中NO占據了NOX排放的85% - 95%。NO本身無毒無害,但NO隨著排氣進入大氣后會緩慢氧化成有毒的NO2,因此NOX生成機理主要針對NO討論。NO的生成途徑有三個:一是激發NO的生成;二是燃料NO的生成;三是高溫NO的生成。前兩者NO的生成量極少,可以忽略不計,因此NO的主要生成方式為高溫NO的生成。其反應機理如下:
N2+O→NO+N
N+O2→NO+O
N+OH→H+NO
由上式可以知道影響NO生成的因素為高溫、富氧和反應時間。
2.4.PM生成機理
柴油發電機排放的PM主要成分有碳粒、硫酸鹽、可溶性有機成分和含金屬元素的灰分等。其中碳粒的生成是一個非平衡過程,現在比較流行的理論認為生成碳粒的過程是燃油分子大量分解和原子分子重新排列的過程。當燃油噴射到高溫空氣中時,輕質烴很快蒸發氣化,而重質烴會以液態暫時存在,液態的烴在高溫缺氧條件下直接脫氫碳化,成為焦炭狀的液相析出型碳粒,粗度一般較大。而已氣化的輕質烴,經過不同途徑,產生氣相析出型碳粒,粒度相對較小。氣相的燃油分子在高溫缺氧的情況下發生部分氧化和熱裂解,不斷脫氫形成原子級的碳粒子,逐漸聚合成直徑為2nm的碳煙核心(碳核);氣相的烴和其它物質在碳核表面的凝聚,以及碳核相互碰撞發生的凝聚,使碳核繼續增大,成為直徑為20-30nm的碳煙基元;而碳煙基元經過相互聚集形成直徑為1μm以下的球狀或鏈狀的多孔性聚合物。硫酸鹽主要由燃料中硫分經燃燒反應生成。而含金屬元素的灰分來源于各種添加劑以及運動件之間相互摩擦產生的磨屑。