降低柴油機(jī)排放污染物的策略

曹 琪，淑 芳

（內(nèi)蒙古自治區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010070）

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)工作的進(jìn)一步深化，我國社會大眾的生活水平得到較大程度的提高，社會大眾對于社會運(yùn)行效率的要求也愈來愈高，快節(jié)奏逐漸在社會發(fā)展中得到體現(xiàn)。而柴油機(jī)自身具有較高的技術(shù)優(yōu)勢，能夠極大提高相關(guān)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行效率，對于機(jī)械運(yùn)行質(zhì)量的提高有著巨大的影響。因此，在當(dāng)前時(shí)代下，柴油機(jī)逐漸融入于社會機(jī)械領(lǐng)域，為社會正常運(yùn)轉(zhuǎn)帶來較大的幫助。但是，隨著地球資源的逐漸枯竭，以及污染情況的逐步加重，我國對于環(huán)保理念也愈來愈深入，不斷在各個(gè)社會工程建設(shè)和運(yùn)轉(zhuǎn)中融入環(huán)保理念?；诖?，柴油機(jī)作為社會大型機(jī)械工程的重要設(shè)備以及部分輕型汽車的核心元件，在汽車污染物得到強(qiáng)有力管控的今天，也需要進(jìn)行環(huán)保優(yōu)化，降低柴油機(jī)自身的排放污染物。我國政府也積極響應(yīng)環(huán)保理念，出臺相關(guān)政策來控制柴油機(jī)等常見設(shè)備的污染物排放。因此，降低柴油機(jī)污染物排放已成為柴油機(jī)發(fā)展的主要趨勢，需要相關(guān)技術(shù)人員和專業(yè)人員引起重視。

1 柴油機(jī)排氣污染評價(jià)的指標(biāo)

1.1 碳顆粒分?jǐn)?shù)

測量柴油廢氣最常見的方法有測定元素碳（EC）和總碳（TC）顆粒分?jǐn)?shù)。美國政府工業(yè)衛(wèi)生學(xué)家會議（ACGIH）首先制訂了柴油廢氣中總柴油顆粒物（DPM）的限度，建議8h閾值（TLV）為0.15mg/m3，2001 年將該數(shù)值修改為0.05mg/m3[2]。

美國礦山安全與健康管理局（MSHA）于2001年發(fā)布了DPM 職業(yè)暴露標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)TC/EC 比為1.3（EC/TC=0.77）作為轉(zhuǎn)換因子，建議TC 的值為0.4mg/m3[2]。而這一標(biāo)準(zhǔn)在2008年修改為0.16mg/m3（TC）[2]。元素碳（EC）和總碳（TC）顆粒分?jǐn)?shù)標(biāo)準(zhǔn)的變更主要依據(jù)碳轉(zhuǎn)化系數(shù)（即EC/TC 比），而該系數(shù)受到許多因素包括燃料類型和發(fā)動機(jī)負(fù)荷等的影響[3-4]。

1.2 硫含量

燃料的變化可以顯著影響柴油廢氣的組成。Alander 等[2]的研究表明，低硫/低芳烴燃料的引入減少了柴油廢氣的污染。輕型至重型試驗(yàn)柴油車顯示雖然低硫低芳烴燃料不影響苯、甲苯、乙苯等化學(xué)物質(zhì)的含量，但確實(shí)較大程度上減少了的排放的多環(huán)芳烴含量[2]。

對配備重型柴油機(jī)的公交車隊(duì)的研究表明，與使用硫含量為500×10-6的柴油燃料相比，使用低硫柴油燃料（50×10-6硫）可使多環(huán)芳烴排放量減少90%以上[2]。將燃料中硫含量從1 473×10-6降低到47×10-6可顯著減少碳?xì)浠衔锱欧趴偭縖2]。

然而，添加甲醇的柴油燃料并沒有表現(xiàn)出與低硫燃料相同的優(yōu)點(diǎn)，同樣條件下，添加甲醇的低硫柴油燃料碳?xì)浠衔锱欧趴偭吭黾覽2]。對于添加乙醇的燃料，二甲苯在混合濃度下增加[2]。污染物增加程度受發(fā)動機(jī)負(fù)載條件影響較大。

1.3 生物燃料

生物柴油的使用與多環(huán)芳烴的下降有關(guān)。最常見生物柴油是幾種動物或植物油源轉(zhuǎn)化而來，如牛脂、向日葵種子或油菜籽[5]。隨著燃料混合物中生物柴油含量的增加，不同污染物排放不成比例減少[2]。使用生物柴油可以減小顆粒物的質(zhì)量，但在某些條件下，小于40nm 的超細(xì)顆粒的數(shù)量則增加[2]。

大多數(shù)研究表明，碳?xì)浠衔镫S著生物柴油的使用而減少，但變化程度高度依賴于發(fā)動機(jī)的工作特性[2]。B10（生物柴油含量10%）輕型柴油機(jī)臺架試驗(yàn)大豆油顯示苯和甲苯的排放量顯著減少[2]。當(dāng)B20（生物柴油含量20%）在一臺重型發(fā)動機(jī)上進(jìn)行了檢測，有幾種芳烴如苯、乙苯和三甲基苯，隨著B20 共混物的使用，排放增加[2]。

2 柴油機(jī)的排放污染物成因

柴油機(jī)工作的三大要素是油、氣以及壓力，其主要就是使得噴入缸內(nèi)的燃油與進(jìn)入氣缸中的空氣相互融合，隨后再通過活塞的壓縮工作，使得燃油和空氣混合物爆發(fā)燃燒、釋放較大的能量?；谶@樣的工作原理，可以看出若想優(yōu)化柴油機(jī)自身的工作技術(shù)，最為關(guān)鍵的就是針對這三大要素進(jìn)行完善，而降低柴油機(jī)的排放污染物也是一樣，需要從這三個(gè)方面進(jìn)行入手。關(guān)于柴油機(jī)的排放污染物，主要是HC、CO、SOX、NOX以及PM。其中HC 是柴油機(jī)重要的排放污染物，對于自然環(huán)境和人體健康有著極大的消極影響力。其排放的主要原因是由于燃燒的不完全所分解出來的產(chǎn)物，是柴油機(jī)排放污染物的重要成分，也是當(dāng)前對柴油機(jī)排放污染物治理的重要方面。其次，就是CO 的排放，CO 也是由于柴油機(jī)自身混合氣的燃燒不完全，或者是柴油機(jī)在燃燒過程中，溫度控制不到位，導(dǎo)致實(shí)際的燃燒溫度較低，使得燃燒不均勻，從而造成CO 無法充分得到氧化，最終只能夠進(jìn)行排放工作，CO 的排放推動溫室效應(yīng)的發(fā)生，過度排放極易導(dǎo)致自然環(huán)境平衡破壞，不利于自然環(huán)境的良性循環(huán)發(fā)展。SOx同樣也是柴油機(jī)的主要排放物，其對于自然環(huán)境具有較強(qiáng)的破壞效果，是導(dǎo)致酸雨、溫室效應(yīng)的罪魁禍?zhǔn)?。而SOx的排放主要是由于柴油機(jī)對S 元素的燃燒，S 元素燃燒后就容易釋放大量的SOx，若不加以控制和凈化，就容易對自然環(huán)境造成危害。另外，NOx是N 元素和O 元素在柴油機(jī)燃燒后產(chǎn)生的。PM 則是碳基顆粒物，其主要也是由于燃燒不完全而產(chǎn)生的。以上就是柴油機(jī)排放的主要污染物，也是我國降低柴油機(jī)污染物效果的重要工作核心。

3 柴油機(jī)前技術(shù)優(yōu)化處理措施

3.1 燃料代用

柴油機(jī)所排放的污染物中，有很大部分是由于對元素的燃燒而產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)所排放的。要想從根本上減少這一污染物的排放，最為關(guān)鍵的就是找出合適的燃燒代替品，使得既能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的燃燒工作，又能夠減少污染物的排放，達(dá)到減少污染的效果。而當(dāng)前，最為常用的燃料代用品就是天然氣、液化石油氣等資源，通過這些資源，能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的S、N、O 單一元素燃燒，提升燃燒效果的同時(shí)減少污染物排放。

3.2 柴油凈化工作

柴油自身的質(zhì)量也是造成污染物排放量大的重要因素，對此，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該引起重視，積極進(jìn)行柴油凈化工作。借助技術(shù)優(yōu)勢，提高柴油質(zhì)量，減少柴油中含硫量和芳香烴的含量，從而可以極大減少PM 的排放量。

4 柴油機(jī)機(jī)內(nèi)技術(shù)優(yōu)化處理措施

柴油機(jī)機(jī)內(nèi)部分是柴油機(jī)運(yùn)行的重要部分，是柴油機(jī)技術(shù)的中樞區(qū)域。對柴油機(jī)進(jìn)行降低排放污染物工作需要不斷對柴油機(jī)機(jī)內(nèi)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。其中，多氣門技術(shù)就是柴油機(jī)機(jī)內(nèi)技術(shù)的主要優(yōu)化措施。近幾年來，我國柴油機(jī)制造紛紛將柴油機(jī)氣門技術(shù)優(yōu)化至4氣門的2進(jìn)2排以及3進(jìn)2排等氣門技術(shù)模式。通過對氣門技術(shù)的優(yōu)化，提高柴油機(jī)的充氣量，提升柴油機(jī)的工作效率。其次，通過多氣門技術(shù)，還能夠保證噴油器能夠在柴油機(jī)內(nèi)得到很好的位置安放，讓噴油器能夠更好地接近燃燒室中心，從而提升整體的燃燒效率，降低燃燒的不完全情況發(fā)生頻率，減少不必要的油耗。最后，借助多氣門技術(shù)，還能夠在最大程度上減少污染物的排放。利用多氣門技術(shù)，可以在不同的負(fù)荷階段調(diào)整柴油機(jī)的渦流強(qiáng)度，從而達(dá)到控制NOx和HC 排放量的效果。

5 柴油機(jī)機(jī)外技術(shù)優(yōu)化處理措施

5.1 NOX催化轉(zhuǎn)化器

在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)配設(shè)NOx催化轉(zhuǎn)化器，能夠使得柴油機(jī)在特定溫度下，對NOx進(jìn)行排放控制，相較于技術(shù)優(yōu)化前，能夠減少五分之一的NOx排放量。也基于這樣的技術(shù)優(yōu)勢，NOx催化轉(zhuǎn)化器近幾年得到較為廣泛的利用，能夠大大降低NOx的排放量，是降低柴油機(jī)排放污染物的重要技術(shù)優(yōu)化措施。

5.2 微粒過濾器

微粒過濾器是降低柴油機(jī)排放污染物的重要技術(shù)，尤其是針對于柴油機(jī)的PM 污染物排放，更是有著巨大的影響。微粒過濾器中有濾芯，這些濾芯自身帶有極小的孔隙，能夠快速捕捉到柴油機(jī)排放的PM 顆粒，也正是由于這樣的技術(shù)特性，其對于PM 排放治理有著巨大的幫助。但是，在過濾過程中，使用微粒過濾器會導(dǎo)致排氣背壓升高，極不利于柴油機(jī)的正常工作，嚴(yán)重影響運(yùn)用機(jī)能，對于柴油機(jī)的實(shí)際工作帶來不利效果。因此，針對于這一情況，還需要對微粒過濾器中的PM 顆粒進(jìn)行及時(shí)的清理，從而使過濾器復(fù)原到最佳狀態(tài)。通過這一工作后，才能夠保證柴油機(jī)機(jī)能不受損的情況下，完成PM 過濾工作，這一清潔過程也叫做過濾器的再生過程。

6 結(jié)束語

綜上所述，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國對于工業(yè)機(jī)械的運(yùn)用要求和標(biāo)準(zhǔn)也愈來愈高。不僅需要工業(yè)機(jī)械設(shè)備能夠達(dá)到預(yù)期的生產(chǎn)效率和工作狀態(tài)，還要求其能夠綠色環(huán)保，減少對于自然界污染物的排放。而柴油機(jī)作為主要的工業(yè)機(jī)械設(shè)備，一直受污染物排放多的問題所限制，不能夠得到全面的應(yīng)用和發(fā)展。因此，針對柴油機(jī)降低污染物的技術(shù)優(yōu)化工作也愈來愈重要，需要相關(guān)技術(shù)人員和管理人員引起重視，積極認(rèn)識柴油機(jī)工作過程和排放污染物，對柴油機(jī)進(jìn)行機(jī)內(nèi)、機(jī)外的雙重技術(shù)優(yōu)化，從根本上減少柴油機(jī)排放的污染物數(shù)量。