船舶柴油機(jī)的排放污染-

1、關(guān)于船舶柴油機(jī)的排放污染新鄉(xiāng)海運(yùn)學(xué)校袁洪巖柴油機(jī)排放論文分類(lèi):輪機(jī)教研室論文摘要:通過(guò)對(duì)船舶柴油機(jī)排放污染物及其危害介紹,并對(duì)其控制措施進(jìn)行簡(jiǎn)要分析,為控制船舶柴油機(jī)的排放污染提供了一個(gè)較為有效的途徑。關(guān)鍵詞:排放;船舶柴油機(jī);污染;一引言隨著船舶運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展,船舶柴油機(jī)的排氣對(duì)大氣環(huán)境的污染日益加劇。據(jù)瑞典資料導(dǎo)報(bào)統(tǒng)計(jì),一臺(tái)船用中速柴油機(jī),以每年運(yùn)轉(zhuǎn)4000小時(shí)計(jì)算,月產(chǎn)生1500噸的NO x。在全球范圍內(nèi),船舶柴油機(jī)的排氣引起的大氣污染約占510%,局部地區(qū)(如挪威已達(dá)3040%。國(guó)際海事組織(IMO在1997年9月審議通過(guò)了MARPOL73/78公約的新增附則防止船舶造成大氣污染規(guī)則,對(duì)

2、船舶柴油機(jī)的排放提出了嚴(yán)格的限制。因此,控制船舶柴油機(jī)的的排氣污染已刻不容緩。二、船舶柴油機(jī)的排放污染及其危害1、廢氣的有害成分柴油機(jī)排出的廢氣是由燃燒產(chǎn)物與剩余空氣組成的?？煞譃橛泻Τ煞趾蜔o(wú)直接危害(簡(jiǎn)稱(chēng)無(wú)害成分兩類(lèi),無(wú)害成分有二氧化碳(CO2、水蒸汽(H2O、過(guò)量空氣以及殘余氮(N2等;有害成分又稱(chēng)污染物,包括一氧化碳(CO、氮氧化物(NO x、碳?xì)浠衔?HC、二氧化硫(SO2、三氧化硫(SO3、臭氧和微粒物質(zhì)等。我國(guó)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)把廢氣中的有害成分及CO2和碳煙等統(tǒng)稱(chēng)為排放物,簡(jiǎn)稱(chēng)排放。2、柴油機(jī)排放物的危害(1氮氧化物(NO x:柴油機(jī)排氣中的氮氧化物90%以上是NO,少量是NO2,因此用

3、NO x表示。NO是無(wú)色氣體,本身毒性不大,但在大氣中會(huì)緩慢氧化成NO2,NO2是一種棕色的刺激性氣體,對(duì)肺和心肌有很強(qiáng)的毒害作用。NO2是在地面附近形成光學(xué)煙霧的主要因素之一。(2碳?xì)浠?HC:HC包括未燃和未完全燃燒的燃油、潤(rùn)滑油及其裂解和部分氧化的產(chǎn)物,如烷烴、烯烴、芳香烴、醛、酮、酸等數(shù)百種成分。烷烴基本上無(wú)味,對(duì)人體健康不產(chǎn)生直接影響。烯烴略帶甜味,有麻醉作用,對(duì)粘膜有刺激,它是與氮氧化物一起在太陽(yáng)光的紫外線作用下形成有毒的光化學(xué)煙霧的罪魁禍?zhǔn)字?。芳香烴對(duì)血液和神經(jīng)系統(tǒng)有害,特別是多環(huán)芳香烴(PAH及其衍生物有致癌作用。醛類(lèi)是刺激性物質(zhì),對(duì)眼、呼吸道、血液有毒害。(3微粒:柴油機(jī)

4、排出的微粒物質(zhì)主要有黑煙、藍(lán)煙和白煙。黑煙是燃油不完全燃燒生成的碳煙。黑煙不但影響視線,對(duì)人的呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生危害,而且由于在碳煙微粒的孔隙中吸附有SO2和多環(huán)芳香烴,有致癌的危險(xiǎn)。藍(lán)煙和白煙往往發(fā)生在柴油機(jī)起動(dòng)和低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),它們都是燃油或潤(rùn)滑油的微粒,但粒度不同,藍(lán)煙顆粒更細(xì)小。在藍(lán)煙和白煙排出的同時(shí),由于有燃燒中間生成物(如甲醛等排出,故有刺激性與臭味。(4一氧化碳(CO:CO是無(wú)色無(wú)嗅的有毒氣體。吸入人體后能與血紅蛋白結(jié)合成碳氧血紅蛋白,導(dǎo)致人體組織缺氧,發(fā)生惡心、頭暈等,嚴(yán)重時(shí)窒息死亡。在柴油機(jī)的排氣中CO含量較少,只在高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)排放量較高。(5二氧化硫(SO2:SO2是燃油中的硫分在

5、燃燒時(shí)的產(chǎn)物。它具有刺激性,直接危害人的眼鼻和喉粘膜,引起呼吸器官炎癥。另外,它進(jìn)一步氧化的產(chǎn)物SO 3與水分作用產(chǎn)生硫酸并形成酸雨。三船舶柴油機(jī)排放污染的控制措施柴油機(jī)排放污染的控制,重點(diǎn)是NO x與顆粒,其次是HC 。但NO x與顆粒之間存在相互關(guān)聯(lián)的關(guān)系,即在一方改善的同時(shí)另一方會(huì)惡化,這就為柴油機(jī)的排放控制造成了特殊的困難。大量研究表明,要有效地控制柴油機(jī)有害物的排放,必須從柴油機(jī)燃燒過(guò)程的改進(jìn)、排氣后處理及改善燃油品質(zhì)入手。1、燃燒過(guò)程的改進(jìn)研究表明,在柴油機(jī)燃燒過(guò)程中,碳粒在燃燒溫度大于1500K,過(guò)量空氣系數(shù)小于0.6的過(guò)濃混合氣中形成,NO x在燃燒溫度大于2300K 的富氧條

6、件下生成。因此,要同時(shí)降低 NO x和顆粒排放,需尋找一個(gè)同時(shí)滿足限制NO x和顆粒生成的條件。為了降低NO x 排放,必須降低燃燒溫度,這可以通過(guò)在預(yù)混合燃燒階段將可燃混合氣量減到最小程度來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了降低顆粒排放物,在擴(kuò)散燃燒階段必須保持良好的燃油和空氣的混合以及高的火焰溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了達(dá)到上述目的,在柴油機(jī)中,采用高壓噴射、引導(dǎo)噴射、電控噴射、廢氣再循環(huán)、直接噴水等證明是有效的。1高壓噴射:高壓噴射對(duì)控制排放是極其重要的。高壓噴射采用較常規(guī)高得多的噴射壓力(大于150MPa ,小噴孔直徑,較大的燃燒室開(kāi)口,短的噴油持續(xù)期。研究表明,高壓噴射改善了霧化質(zhì)量,加大了噴油速率,增加了卷入油束的空

7、氣量,燃油與空氣的混合和燃燒速度加快,顆粒排放顯著降低。高噴射壓力和短噴油持續(xù)期可在噴油終點(diǎn)保持不變的情況下推遲噴油定時(shí),從而在保證燃油消耗率和顆粒排放不變的情況下使最高燃燒壓力和NO x排放量降低。2電控噴射及引導(dǎo)噴射:既保證發(fā)動(dòng)機(jī)性能又抑制NO x和顆粒的生成。3廢氣再循環(huán):廢氣再循環(huán)是實(shí)現(xiàn)低NO x排放的重要措施。采用廢氣再循環(huán)后,由于進(jìn)氣中氧濃度降低而使其熱容量增加,以獲得較低的燃燒溫度從而降低NO x的生成。但隨著廢氣再循環(huán)量的增加,燃燒過(guò)程會(huì)變慢以致使顆粒排放和油耗率增加。電控廢氣再循環(huán)和高壓噴射是解決NO x和顆粒之間矛盾的有效措施之一。4直接噴水:直接噴水技術(shù)采用雙噴嘴油頭,一個(gè)噴油,一個(gè)噴水,水油比為0.4-0.7 ,將油水分層噴入氣缸,這可以降低燃燒溫度從而降低NO x。噴水系統(tǒng)可以隨時(shí)開(kāi)關(guān)而不影響柴油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。5新型燃燒方式:柴油機(jī)缸內(nèi)混合氣的不均勻性必然產(chǎn)生高的NO x排放,這主要是由于柴油機(jī)燃燒的主體是擴(kuò)散燃燒,火焰前鋒實(shí)際上是1.0 的擴(kuò)散火焰,其溫度高達(dá) 2700K,極有利于NO x的生成。為解決這一問(wèn)題,近年來(lái)出現(xiàn)了許多新型燃燒方式,如“兩階段燃燒系統(tǒng)”和“稀薄燃燒系統(tǒng)”等。2、排氣后處理排氣后處理是對(duì)排出的廢氣在進(jìn)入大氣環(huán)境前進(jìn)行處理,使廢氣中的有害成分的含量進(jìn)一步降低。柴油機(jī)排氣后處理,一方面是對(duì)碳煙等微粒的捕集,如水洗法、靜電分離法