周志強(qiáng)(中國北車集團(tuán)大連機(jī)車車輛有限公司,遼寧　大連　116022）

機(jī)車柴油機(jī)排放及污染控制研究

周志強(qiáng)
(中國北車集團(tuán)大連機(jī)車車輛有限公司,遼寧大連116022）

摘要：本文主要介紹了中國北車集團(tuán)大連機(jī)車車輛有限公司的柴油機(jī)產(chǎn)品，闡述了機(jī)車柴油機(jī)排放的主要污染物及控制技術(shù)，介紹了幾種主要污染物的危害和來源，提供了幾種有效的控制方法，對未來機(jī)車柴油機(jī)的研發(fā)提出了要求。

關(guān)鍵詞：機(jī)車柴油機(jī)；污染物；控制

近年來，空氣污染問題已經(jīng)嚴(yán)重影響了人們的生活，人們對空氣污染問題越來越重視。國家已經(jīng)出臺(tái)了很多政策來對空氣污染進(jìn)行控制。機(jī)車柴油機(jī)的排放物是空氣污染的主要來源之一，控制機(jī)車柴油機(jī)污染物的排放是未來機(jī)車柴油機(jī)發(fā)展的重點(diǎn)方向。

1　大連機(jī)車車輛有限公司柴油機(jī)產(chǎn)品介紹

大連機(jī)車車輛有限公司的柴油機(jī)產(chǎn)品主要是中速大功率柴油機(jī)，已經(jīng)形成了240系列，265系列和270系列，功率覆蓋700kW-6800kW的全系列產(chǎn)品。主要用于鐵路機(jī)車，近年來大量用于船舶、發(fā)電等其他領(lǐng)域。

2　機(jī)車柴油機(jī)排放污染物

機(jī)車柴油機(jī)是內(nèi)燃機(jī)車的心臟，為機(jī)車提供動(dòng)力，但是由于柴油機(jī)燃燒不充分，空氣純度不夠，燃燒產(chǎn)生廢氣等原因，柴油機(jī)會(huì)排放出對大氣污染的物質(zhì)，這些污染物會(huì)影響空氣質(zhì)量，對環(huán)境造成影響，甚至?xí)＜叭祟惿?/p>

機(jī)車柴油機(jī)在運(yùn)行過程中，排放的主要污染物包括一氧化碳（CO)、氮氧化合物（NOx)、碳?xì)浠衔铮℉C)、二氧化硫（SO2)、炭煙等。我國相關(guān)法律法規(guī)規(guī)定柴油機(jī)的排放濃度不得超過如下限值(見表1)。

表1　柴油機(jī)的排放濃度

其中，CO是一種無色無味的有毒氣體，當(dāng)被人體吸入時(shí)，會(huì)與血紅蛋白結(jié)合，導(dǎo)致缺氧，危害中樞神經(jīng)，引起頭痛、頭暈、四肢無力等中毒癥狀，嚴(yán)重時(shí)會(huì)危及人的生命。

碳?xì)浠衔铮℉C)包括未燃燒和未完全燃燒的燃油、潤滑油及其裂解和部分氧化產(chǎn)物，如烷烴、烯烴、環(huán)烷烴、芳烴、醛、酮和有機(jī)酸等成分。HC會(huì)刺激眼黏膜、喉嚨以及支氣管，對血液有毒害。

NOx是NO、NO2等氮氧化物的總稱。高濃度的NO對肺有嚴(yán)重的損害。

SO2具有刺激性氣味，吸入過多會(huì)引起咳嗽、氣喘等。

SO2也是形成酸雨的主要物質(zhì)，并會(huì)對土壤產(chǎn)生嚴(yán)重的傷害，對農(nóng)作物，人類都是及其不利的。

炭煙（PM)主要由直徑為0.1-10μm的多孔性炭粒構(gòu)成，是最近幾年國家嚴(yán)厲整治的污染物之一，國家每天都會(huì)對PM2.5進(jìn)行監(jiān)測與播報(bào)?，F(xiàn)在空氣中炭煙的含量已經(jīng)嚴(yán)重的影響了人們的生活與健康。

3　污染物生成機(jī)理

CO主要是由于燃油的不完全燃燒產(chǎn)生的。通常由于以下原因會(huì)造成燃油的不完全燃燒：

（1）參與反應(yīng)的空氣量少于燃油量，導(dǎo)致反應(yīng)空氣量與燃油量不匹配；

（2）參與反應(yīng)的空氣不足或純度不夠，缺少氧化劑；

（3）燃油與空氣燃燒的時(shí)間過短。

HC的生成機(jī)理非常復(fù)雜，所以其的產(chǎn)生原因也有很多種，其中一種原因是從活塞與氣缸之間的間隙泄露出來，經(jīng)曲軸箱和排氣管排放到大氣中；還有一種原因是由于燃油和機(jī)油的蒸發(fā)及不完全燃燒產(chǎn)生的。

NOx是在燃燒過程中，以不同的濃度生成的。由于柴油機(jī)在燃燒過程中溫度很高，會(huì)使得柴油機(jī)中的O2與空氣中的N2發(fā)生反應(yīng)生成NO。之后NO又會(huì)與O2發(fā)生反應(yīng)，生成NO2。NO與NO2的總稱為NOx。

同時(shí)，在燃油燃燒的過程中也會(huì)產(chǎn)生NOx。

SO2是燃油中的硫元素與空氣中的氧氣反應(yīng)生成的。在燃油中，很多物質(zhì)均包含有硫元素，在高溫燃燒時(shí)，會(huì)有硫元素與O2結(jié)合反應(yīng)生成SO2，而二氧化硫會(huì)進(jìn)一步被氧化成SO3，SO3與H2O結(jié)合形成硫酸，與雨水一起落下形成酸雨。

炭煙主要是在柴油機(jī)燃燒過程中形成的，在不同的工況和條件下，柴油機(jī)排出不同型式的煙。當(dāng)柴油機(jī)冷機(jī)啟動(dòng)時(shí)，將會(huì)排放出白煙，主要為液體顆粒，當(dāng)燃燒的機(jī)油較多時(shí)，白煙變成藍(lán)煙，當(dāng)負(fù)荷增大后，則出現(xiàn)最常見的黑煙。

4　機(jī)車柴油機(jī)排放控制技術(shù)

機(jī)車柴油機(jī)排放物造成污染的主要原因有燃料與空氣混合不好、燃料與空氣的純度不高以及排放后的處理技術(shù)不能滿足要求。表2給出了降低機(jī)車柴油機(jī)排放物的一些措施。

表2　降低機(jī)車柴油機(jī)排放的技術(shù)措施

（1）提高燃油和空氣的純度。使用高純度的燃油，對參與反應(yīng)的空氣純度進(jìn)行嚴(yán)格控制，在源頭上保證燃油和參與燃燒的空氣的質(zhì)量，降低污染物排放。

（2）加大噴油壓力。提高燃油噴射壓力可以進(jìn)一步細(xì)化燃油噴霧顆粒，燃油與空氣的接觸面積加大，燃油蒸發(fā)的時(shí)間變短，改善氣缸內(nèi)的燃燒狀況。

（3）柴油機(jī)炭煙微粒過濾器。炭煙是機(jī)車柴油機(jī)的主要排放物。目前最好的方法就是通過后處理裝置來進(jìn)行控制。微粒過濾器被實(shí)踐運(yùn)用具有較好的效果。如圖所示為柴油機(jī)微粒過濾器原理：在過濾器入口設(shè)置一個(gè)燃燒器，通過噴油器向燃燒器內(nèi)噴入少量燃油，并攻入二次空氣，利用火花塞或電熱塞將其點(diǎn)燃，最終將停留在濾芯上的微粒燒掉。微粒過濾器的濾芯由多孔陶瓷制造，它有較高的過濾效率。排氣穿過多孔陶瓷濾芯進(jìn)入排氣管，將微粒留在濾芯上。

（4）廢氣再循環(huán)（EGR)。廢氣再循環(huán)系統(tǒng)將一部分廢氣送回到進(jìn)氣管，與新鮮空氣混合再次進(jìn)入燃燒室。但由于廢氣具有惰性，其可以降低燃燒速度，減緩壓力形成時(shí)間，降低燃燒室溫度，這樣可以有效地降低NOx排放。

5　結(jié)論

通過以上分析可以說明機(jī)車柴油機(jī)排放物的污染對人類以及環(huán)境的危害是非常大的，在今后機(jī)車柴油機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)過程中，一定要認(rèn)真考慮排放物的污染情況，采取有效措施降低排放污染物，促進(jìn)機(jī)車柴油機(jī)向更節(jié)能、更環(huán)保、更先進(jìn)的方向發(fā)展。