柴油發(fā)電機的廢氣排放標準
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柴油發(fā)電機的廢氣排放標準
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隨著經(jīng)濟的發(fā)展和生活水平的提高，人們對于環(huán)境的要求也越來越高。柴油發(fā)電機組對環(huán)境的污染主要有兩方面：一是有害排放物，主要來源于柴油發(fā)電機的燃燒所產(chǎn)生的NOx（氮氧化物）和PM（顆粒）的排放對周圍空氣造成的污染；二是機組工作時產(chǎn)生的噪聲，主要來源于柴油發(fā)電機和發(fā)電機兩部分。為了減少和控制排放和噪聲對環(huán)境的污染，世界各地，特別是發(fā)達國家相繼出臺了相應(yīng)的法律、法規(guī)作為強制手段加以限制。能否有效地保證柴油發(fā)電機良好的經(jīng)濟性、動力性和降低對環(huán)境的污染是現(xiàn)代柴油發(fā)電機組發(fā)展的關(guān)鍵所在。
柴油發(fā)電機組中，柴油發(fā)電機的廢氣排放是造成環(huán)境污染的重要來源之一，其成分中，除99.7％（75.7％的N2、10％的CO2、8％的水蒸氣和6％的O2）對人類無害外，其余0.3％（0.2％的NO、0.01％的NO2、0.03％的HC、0.05％的CO、0.01％的SO2和小于0.01％的PM）都是有害物質(zhì)，它是形成酸雨和破壞臭氧層的罪魁禍首。柴油發(fā)電機對環(huán)境的污染主要有下列三個方面：一是柴油發(fā)電機的廢氣排放物對大氣的污染；二是噪聲對環(huán)境的污染；三是廢油、廢水對土壤或地表水的污染。其中，尤以廢氣排放對人類健康的危害最大。柴油發(fā)電機排放的廢氣中包含有氣態(tài)、液態(tài)及固態(tài)的污染物。氣態(tài)污染物中含有CO2、CO、H2、NOx、SO2、HC、氧化物、有機氮化物及含硫混合物等；液態(tài)污染物中含有H2SO4、HC、氧化物等；固態(tài)污染物有碳、金屬、無機氧化物、硫酸鹽以及多環(huán)芳烴（PAH）和醛等碳氫化合物。
上述污染物中，最主要的是CO、HC、NOx以及固體顆粒（Particle Matter 簡稱 PM）。CO是柴油不完全燃燒產(chǎn)生的無色無味氣體；HC也是柴油不完全燃燒和氣缸壁淬冷的產(chǎn)物；NOx是NO2與NO的總稱，它們都是在燃燒時空氣過量、溫度過高而生成的氮氣燃燒產(chǎn)物，NO在空氣中即被氧化成NO2，NO2呈紅褐色并有強烈氣味；PM是所排氣體中可見污染物，它是由柴油燃燒中裂解的碳、未燃碳氫化合物、機油與柴油在燃燒時生成的硫酸鹽等組成的顆粒，也就是常見的由排氣管冒出的黑煙。相對汽油機而言，柴油發(fā)電機的CO和HC排放量較少，主要排放的污染物是NOx和PM。
CO通過呼吸道進入人體后，會同血紅蛋白結(jié)合，破壞血液中的氧交換機制，使人缺氧而損害中樞神經(jīng)，引起頭痛、嘔吐、昏迷和癡呆等后果，嚴重時會造成CO中毒。
HC中含有許多致癌物質(zhì)，長期接觸會誘發(fā)肺癌、胃癌和皮膚癌。
NO2刺激人眼黏膜，引起結(jié)膜炎、角膜炎，吸入肺臟還會引起肺炎和肺水腫。
HC和NOx在陽光強烈時的紫外線照射下，會產(chǎn)生光化學煙霧，使人呼吸困難、植物枯黃落葉、加速橡膠制品與建筑物的老化。
PM被吸入人體后會引起氣喘、支氣管炎及肺氣腫等慢性??；在碳煙顆粒上吸附的PAH等有機物，更是極有害的致癌物。
柴油發(fā)電機排放物的生成與燃油的分布情況密切相關(guān)。在圖1上示出NOx、未燃HC和碳煙（soot）在預(yù)混燃燒和擴散（或稱混合控制）燃燒階段時氣缸內(nèi)的生成情況。NOx產(chǎn)生在高溫已燃氣體區(qū)，但由于在已燃區(qū)的溫度和燃空比分布不均勻，NOx最大生成率應(yīng)出現(xiàn)在燃空比接近化學計量值的區(qū)域。碳粒是在濃混合氣區(qū)和接近油束核心區(qū)處生成，然后當遇到空氣時再氧化出現(xiàn)黃焰（yellow flame）。未燃碳氫和醛類出現(xiàn)在火焰遇氣缸壁淬冷時，或者在特別稀混合氣處，火焰無法傳入，此外在燃燒即將結(jié)束時，由噴油器高壓油腔（nozzle sac volume）內(nèi)汽化之柴油或由于存在不正常的二次噴油進入氣缸的柴油，也是未燃碳氫重要的生成源。目前對到底是多環(huán)芳香烴 PAH（polycyclic aromatic hydrocarbons）還是碳粒（soot）是致癌因素仍有一些爭論。
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圖1 直噴柴油發(fā)電機在預(yù)混和擴散燃燒階段有害排放物的生成情況示意 |
對于增壓柴油發(fā)電機而言，由于空燃比較大，因此其主要有害物的排放為NOx和PM，其他均很小。
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