柴油機(jī)的排放特征與有害排放物質(zhì)控制分析

0 引言

在現(xiàn)代化生產(chǎn)生活中，柴油機(jī)發(fā)揮了巨大的作用，柴油機(jī)不僅應(yīng)用于家用汽車和貨運(yùn)汽車，更廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械、船舶、礦山機(jī)械中，柴油機(jī)具有動力強(qiáng)勁、使用成本低、熱效率高等優(yōu)勢，已成為現(xiàn)階段重要的動力機(jī)械。隨著柴油機(jī)使用量的增多，柴油機(jī)的排放污染問題也受到了社會各界的關(guān)注，尤其在低碳與環(huán)保的大環(huán)境下，我國對于柴油機(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)要求一再升級。為實(shí)現(xiàn)社會的可持續(xù)健康發(fā)展，在柴油機(jī)性能升級的同時(shí)，還應(yīng)重點(diǎn)研究柴油機(jī)的排放影響因素，做到對排放中有害物質(zhì)的進(jìn)一步控制，努力提高柴油機(jī)使用的環(huán)保性。

1 柴油機(jī)排放污染的不利影響

在科學(xué)技術(shù)發(fā)展、人們生活水平不斷提升的同時(shí)，資源與環(huán)境問題已成為世界范圍的共性問題，柴油機(jī)的大量使用在一定程度上造成了大氣污染的加劇。導(dǎo)致柴油機(jī)出現(xiàn)排放污染的原因是多方面的，主要包括了燃燒不充分、尾氣處理不達(dá)標(biāo)、燃油不達(dá)標(biāo)、使用不規(guī)范等。柴油機(jī)排放的污染中含有大量的氮氧化物、硫化物、一氧化碳及顆粒物等，很多污染物長期混雜于空氣中，易引發(fā)呼吸系統(tǒng)和腎臟、肝臟等病變，還存在較大的致癌風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，大量的細(xì)小顆粒物在空氣中懸浮，造成了嚴(yán)重的霧霾，對交通安全也造成了十分不利的影響

。

2 柴油機(jī)的排放特性

柴油機(jī)尾氣中的主要污染物種類繁多，包括了一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮、氮氧化物、碳?xì)浠衔?、硫化物、含碳顆粒等，這些污染物隨尾氣一同排出會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，各類污染物所帶來的危害如下

。

2.1 含碳顆粒

柴油機(jī)與汽油機(jī)相比，在燃燒過程中會產(chǎn)生更多的小直徑顆粒物，其主要成分是碳，這些含碳顆粒具有一定的吸附性，能夠吸附周圍空氣中的有機(jī)物成分，而柴油機(jī)燃燒所產(chǎn)生的含碳顆粒可達(dá)汽油機(jī)20～30倍，甚至更多。這些懸浮在空氣中的微小顆粒不僅會影響視覺，還容易被人體吸入，導(dǎo)致肺部損傷，甚至引發(fā)癌癥。

3.3.5 增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)凝聚力 良好的團(tuán)隊(duì)關(guān)系有助于護(hù)理人員提高工作滿意度，也有利于優(yōu)化職業(yè)環(huán)境。護(hù)理人員作為醫(yī)療團(tuán)隊(duì)中不可或缺的部分，通過加強(qiáng)和其他部門人員的聯(lián)系、合作，發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢，如與醫(yī)生共同制定診療方案，為患者提供優(yōu)質(zhì)護(hù)理服務(wù)；與藥房溝通，加強(qiáng)對藥物的使用和管理；與宣傳部門聯(lián)系，宣傳積極向上的職業(yè)形象。

（4）布置任務(wù)2：前后4個(gè)學(xué)生為一小組，共同回憶、討論“人體內(nèi)生命活動的調(diào)節(jié)”的相關(guān)知識點(diǎn)，選擇合適的方法完成知識整合，以畫圖的形式展現(xiàn)出來。

實(shí)際工程設(shè)計(jì)通常會在圓柱殼上開各種孔，造成了幾何結(jié)構(gòu)不連續(xù)，不僅加大了開孔邊緣的應(yīng)力集中，而且削弱了殼體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，降低了殼體的承載力[16-18]。通常會采用補(bǔ)強(qiáng)的方法提高承載力，補(bǔ)強(qiáng)就是在開孔的周圍增加因開孔被削弱的金屬量，降低孔周圍局部區(qū)域的應(yīng)力，由于應(yīng)力集中只發(fā)生在孔的附近，在幾倍孔徑以外，應(yīng)力幾乎不受孔的影響[19]。

2.2 氮氧化物

水蒸氣本身是一種清潔排放物，但由于其與尾氣中的有害物質(zhì)一同排出，會與二氧化碳、二氧化硫等結(jié)合成為有害的酸性液態(tài)蒸氣，對自然環(huán)境和人身健康均存在一定危害。

2.3 一氧化碳

柴油機(jī)尾氣中的一氧化碳主要是由于柴油燃燒不充分產(chǎn)生的，由于燃燒的時(shí)間不足以將可燃碳成份全部氧化成為二氧化碳，部分未完全氧化的油污則會生成一氧化碳。少量的一氧化碳對人體危害較小，但達(dá)到一定濃度后會因一氧化碳與血紅蛋白結(jié)合而導(dǎo)致人的缺氧窒息。

2.4 二氧化碳

二氧化碳是柴油機(jī)燃燒氧化還原反應(yīng)的主要產(chǎn)物之一，二氧化碳作為大氣的主要組成成分，其本質(zhì)并不屬于有害氣體，但隨著人們生產(chǎn)生活的持續(xù)推進(jìn)，空氣中的二氧化碳濃度逐漸增多，影響大氣層，并造成了明顯的溫室效應(yīng)，這就要求人類通過不斷優(yōu)化柴油機(jī)技術(shù)來降低二氧化碳的排放量。

2.5 水蒸氣

氮氧化物主要包括一氧化氮和二氧化氮兩類。在柴油機(jī)燃燒的過程中，排放出的氮氧化物以一氧化氮為主，少量的一氧化氮不會造成人體的直接不適，但其在空氣中的含量達(dá)到一定比例后，則可能造成中樞神經(jīng)功能紊亂而影響內(nèi)臟功能。一氧化氮隨尾氣釋放到空氣中后會在陽光的照射下逐漸氧化，成為二氧化氮，而二氧化氮對人體的危害更大，其與空氣中的水蒸氣結(jié)合后形成懸浮的硝酸蒸氣，長期在這種空氣中生活會增加支氣管病變的可能。

2.6 碳?xì)浠衔?/h3>

柴油機(jī)轉(zhuǎn)速對于有害物質(zhì)的排放有直接關(guān)系，當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，由于汽缸內(nèi)的溫度較低且分油器的工作頻率也偏低，易因柴油的霧化質(zhì)量不合格而引起不完全燃燒。當(dāng)轉(zhuǎn)速過高時(shí)，由于汽缸內(nèi)運(yùn)行頻率高，短時(shí)間內(nèi)燃油與空氣很難實(shí)現(xiàn)均勻混合，也會引起不完全燃燒而產(chǎn)生大量有害物質(zhì)。針對這一情況，一方面應(yīng)積極利用電控技術(shù)實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)控制邏輯的優(yōu)化，避免其長期處于過低或過高的轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)。另一方面對于使用柴油機(jī)的汽車、農(nóng)業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械等，應(yīng)進(jìn)一步提高駕駛員駕駛的規(guī)范性，避免不合理駕駛造成的排放超標(biāo)問題

。

2.7 硫化物

3.1.1 進(jìn)氣方式的優(yōu)化

零中頻接收機(jī)雖然結(jié)構(gòu)簡單,但也存在著一些問題[5],最明顯的兩個(gè)問題是I/Q失配導(dǎo)致誤碼率增加,以及直流偏移導(dǎo)致信噪比降低。直流偏移也是零中頻結(jié)構(gòu)沒有被廣泛采用的重要原因之一。

2.8 光學(xué)煙霧

光學(xué)煙霧主要指在陽光中紫外線的作用下，尾氣排放中的氮氧化物和碳?xì)浠衔锂a(chǎn)生一系列的復(fù)雜化學(xué)變化，并生產(chǎn)大量臭氧、醛類等多種有害物質(zhì)，不同物質(zhì)相互混合，形成淺藍(lán)色煙霧。光學(xué)煙霧會造成人體中毒，并對農(nóng)作物、林業(yè)植被產(chǎn)生危害。

3 有害物質(zhì)的控制方式

3.1 柴油機(jī)技術(shù)優(yōu)化

柴油機(jī)的尾氣中還包含少量的硫化物，主要為二氧化硫和三氧化硫，二氧化硫排出后在空氣中也會逐漸轉(zhuǎn)化成為三氧化硫，遇水后硫化物會轉(zhuǎn)換成為亞硫酸，可能造成呼吸道的損傷。

氮氧化物治理技術(shù)主要是針對尾氣排放中的一氧化氮和二氧化氮進(jìn)行重點(diǎn)治理，并兼具對含碳顆粒、一氧化碳等有害物質(zhì)的處理，氮氧化物治理技術(shù)主要包括兩種形式：一是選擇性催化還原(SCR)，二是吸附后還原(NSR)。選擇性催化還原通常以鉑或鐵、鈷、銅的氧化物，作為氧化催化主劑并與硫化氫等做為還原劑，利用排氣余溫實(shí)現(xiàn)對尾氣中的氮氧化物進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，從而減少氮氧化物的排放量。吸附后還原主要是利用硅膠、活性炭等具有良好吸附能力的材料對氮氧化物進(jìn)行吸附，并促進(jìn)氮氧化物被吸附后與氧氣進(jìn)行反應(yīng)，將一氧化氮氧化成為二氧化氮，并對所生成的二氧化氮或水溶性硝酸進(jìn)行回收

。

3.2.3 氮氧化物治理技術(shù)

柴油燃燒不完全產(chǎn)生一氧化碳的同時(shí)還可能會產(chǎn)生一定量的碳?xì)浠衔?，如芳香烴、烯烴、酮、醛等，大部分碳?xì)浠衔锞哂泻軓?qiáng)的毒性，易引起多種內(nèi)臟疾病、支氣管疾病、眼黏膜疾病，甚至引發(fā)白血病等。

3.2 排放凈化技術(shù)

3.2.1 氧化型催化轉(zhuǎn)化器(DOC)

氧化型催化轉(zhuǎn)化器在柴油機(jī)尾氣凈化中應(yīng)用非常廣泛，其主要是利用氧化反應(yīng)將排氣中的一氧化碳、部分有機(jī)物及碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化為二氧化碳和水，氧化型催化轉(zhuǎn)化器的工作需要以鉑、鈀等稀有金屬做為催化劑，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。氧化型催化轉(zhuǎn)化器對于一氧化碳和碳?xì)浠衔锏娜コ瘦^高，分別可達(dá)70%和90%，也具有一定的去除有害含碳顆粒物的能力，但僅能去除40%左右。

3.2.2 顆粒捕捉器(DPF)

顆粒捕捉器主要是利用過濾技術(shù)來去除排氣中的有害含碳顆粒物，其在汽車、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械應(yīng)用較多。傳統(tǒng)的顆粒捕捉器多采用陶瓷材質(zhì)(圖3)，新型顆粒捕捉器也采用合金密織的金屬帶纏繞而成。顆粒捕捉器能夠降低約90%～95%的有害顆粒排放量，有效避免了傳統(tǒng)柴油機(jī)使用過程中冒黑煙等現(xiàn)象，部分顆粒捕捉器也設(shè)計(jì)有氧化還原的結(jié)構(gòu)，能夠在過濾的同時(shí)去除有害的氮氧化物及碳?xì)浠衔锏取＿€有一些柴油機(jī)械將氧化型催化轉(zhuǎn)化器和顆粒捕捉器組合使用，從而達(dá)到更好的尾氣凈化效果。

3.1.2 運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)與合理駕駛

美軍網(wǎng)絡(luò)空間司令部在組建之初，并沒有立即組建直屬作戰(zhàn)力量，而是在各軍種成立網(wǎng)絡(luò)空間司令部，將各軍種已有的通信、網(wǎng)絡(luò)、信息作戰(zhàn)力量納入軍種網(wǎng)絡(luò)空間司令部架構(gòu)下；再根據(jù)需要，專門進(jìn)行論證并組建網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)分隊(duì)，由各軍種結(jié)合各自特點(diǎn)和作戰(zhàn)任務(wù)承建，網(wǎng)絡(luò)空間司令部負(fù)責(zé)統(tǒng)一指揮；已經(jīng)建成的133支網(wǎng)絡(luò)空間任務(wù)部隊(duì)分屬各軍種，其中，陸軍41支、海軍40支、空軍39支、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)13支，這些力量構(gòu)成了美軍網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)力量的主體，在網(wǎng)絡(luò)空間司令部的統(tǒng)一籌劃和指揮下遂行作戰(zhàn)任務(wù)。

通過優(yōu)化進(jìn)氣方式降低有害物質(zhì)的排放，主要可從兩方面進(jìn)行柴油機(jī)技術(shù)的優(yōu)化：一是對進(jìn)氣進(jìn)行預(yù)升溫，研究數(shù)據(jù)表明，當(dāng)進(jìn)氣溫度偏低時(shí)，汽缸內(nèi)柴油油霧與空氣形成的混合氣體升溫緩慢，易導(dǎo)致燃燒時(shí)機(jī)的滯后，導(dǎo)致出現(xiàn)燃燒不完全問題，若在此種情況下對進(jìn)氣進(jìn)行適當(dāng)升溫，則有利于提高燃燒效率，進(jìn)而降低氮氧化物、一氧化碳及碳?xì)浠衔锏呐欧?；二是適當(dāng)提升進(jìn)氣壓力，利用更高的進(jìn)氣壓力提高柴油油霧與空氣的混合均勻度，進(jìn)而提高燃燒效率降低燃空比，減少有害物質(zhì)的生成。

3.2.4 四效催化技術(shù)

運(yùn)用實(shí)證分析法，對從“中國裁判文書網(wǎng)”以“患者知情同意”為關(guān)鍵詞檢索到的95份判決書進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，通過圖表的方式將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以直觀的形式予以展現(xiàn)，以判決書及統(tǒng)計(jì)結(jié)果為基礎(chǔ)，分析司法實(shí)踐中侵害患者知情同意權(quán)責(zé)任糾紛案件的特點(diǎn)、問題提出相應(yīng)的完善對策。

四效催化技術(shù)是一次性處理所有有害排放物的新技術(shù)，其能夠同時(shí)處理尾氣中含量最多的一氧化碳、氮氧化物、碳?xì)浠衔?、含碳顆粒，逐漸成為柴油機(jī)排放處理技術(shù)發(fā)展方向，但其現(xiàn)階段的應(yīng)用大多局限于汽車領(lǐng)域及科研領(lǐng)域，其實(shí)際的應(yīng)用效果仍有待進(jìn)一步的研究和優(yōu)化。

3.2.5 方案對比

本研究在對綜合管廊監(jiān)控管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，對于提高市政人員的工作效率有重要的意義，希望通過本文對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠?yàn)槲覈芾缺O(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的相關(guān)人員提供參考。

不同尾氣處理方案的差異性對比如表1所示，可見從處理質(zhì)量看，DOC+DPF和SCR兩個(gè)方案更有優(yōu)勢，具體的實(shí)施應(yīng)根據(jù)柴油機(jī)的使用環(huán)境和開發(fā)成本綜合考量。

3.3 燃油品質(zhì)優(yōu)化

在我國柴油機(jī)的實(shí)際使用中，常伴隨有柴油品質(zhì)不達(dá)標(biāo)的問題。例如，部分柴油中的十六烷值偏低，會造成燃燒過程產(chǎn)生的氮氧化物含量增加，但若十六烷值偏高，則會產(chǎn)生更多的一氧化氮和碳?xì)浠衔?。因此，?yīng)針對柴油機(jī)研制和配比更優(yōu)質(zhì)的柴油，并通過教育和培訓(xùn)加強(qiáng)柴油機(jī)使用人員通過正規(guī)途徑合理添加柴油，以提高柴油機(jī)和柴油的匹配程度，減少污染物質(zhì)的排放。

4 結(jié)語

從資源利用與環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā)，加強(qiáng)對柴油機(jī)排放污染的控制已經(jīng)勢在必行，柴油機(jī)的生產(chǎn)企業(yè)和相關(guān)的研發(fā)機(jī)構(gòu)在不斷優(yōu)化柴油機(jī)性能的同時(shí)也應(yīng)加強(qiáng)對排放污染物的控制，結(jié)合污染物的產(chǎn)生特性及尾氣處理技術(shù)降低柴油機(jī)尾氣造成的環(huán)境與人身健康威脅，促進(jìn)柴油機(jī)技術(shù)的合理化發(fā)展。

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