Причины образования токсичных компонентов в ОГ ДВС

Предполагаемый механизм образования NO из топливного азота

I+R+NO+…; (13)

I+NO→N2+…; (14)

где R — компоненты, не содержащие азота.

Возможно, что I представляет собой NH2, а R — это ОН.

При содержании в топливе азота в количестве 1,4% от веса было зафиксировано в процессе сгорания увеличение выделения NO примерно в 10 раз.

Ряд исследований, выполненных на лабораторных установках с добавкой к топливу азотосодержащих соединений (пиридина, аммиака и др.), показал, что количество образовавшихся окислов азота не зависит от типа азотосодержащего компонента и определяется содержанием чистого азота в топливе.

Установлено также, что степень окисления азота топлива зависит от его концентрации в топливе и от вида пламени. Так, например, при α=1,1 в предварительно перемешанном пламени метана в воздухе и добавке аммиака от 1 до 9,3% степень превращения NH3 в NO уменьшается с 95 до 63%. В диффузионном пламени NO образуется в 2—3 раза меньше, чем в предварительно перемешанном.

В пламени при сжигании азотосодержащих топлив были зафиксированы концентрации окислов азота, значительно превышающие равновесные:

N2 + О2⇆2NO. (15)

Это можно объяснить тем, что механизм образования NO включает также реакции (13). (14), поэтому невозможно сравнивать действительные концентрации NО с равновесными по уравнению (15), которое справедливо только для образования NО в зоне продуктов сгорания из атмосферного азота.

Исследования Р. А. Липштейна показывают, что при перегонке нефти азотистые соединения остаются в тяжелых фракциях. Фракции с температурой перегонки до 350°С содержат не более 4% всего азота, находящегося в нефти. Поэтому для дизельных топлив, а тем более бензинов, получаемых из нефти, можно не учитывать при анализе образования NO реакции с топливным азотом.

Однако для используемых в тихоходных дизелях моторных топлив (ДТ-1, ДТ-2, ДТ-3), у которых только 15% составляющих топлив перегоняется до температуры 250°С, а также для мазутов нельзя пренебрегать содержанием топливного азота.

Общепринятой теорией образования окиси азота из атмосферного азота и кислорода в процессе сгорания является термическая теория.

Основные положения этой теории приведены ниже.

1. Окисление азота происходит за фронтом пламени в зоне продуктов сгорания.

2. Выход оксидов азота зависит от максимальной температуры горения, концентрации азота и кислорода в продуктах сгорания и не определяется природой топлива (при отсутствии в топливе азота).

3.Окисление азота происходит по цепному механизму:

N2 + О ⇆ NO + N — 316 кДж/моль; (16)

N + О2 ⇄ NO + О + 136 кДж/моль. (17)

Главной является реакция (16). Её скорость определяется концентрацией атомарного кислорода. Когда в газовой смеси есть водяные пары, процесс образования NO может стать комбинированным и включать вместе с реакциями (16) и (17) следующие реакции:

ОН + N2 = NO + NH; (18)

NH + 02 = NO + OH. (19)

Но все-таки главным механизмом термического образования является цепная реакция через атомы кислорода(16).

4.Выход NO определяется скоростью охлаждения продуктов сгорания.

5.При сгорании бедных смесей (при малой подвижности реакции) выход NO зависит от максимальной температуры взрыва, то есть от кинетики ее образования. При сгорании богатых смесей выход NO уже не определяется максимальной температурой взрыва и зависит от кинетики разложения, то есть от "закалки" образовавшейся окиси азота.

6. Концентрация окислов азота не будет больше равновесной при максимальной температуре взрыва.

7. Махе-эффект (неравномерное распределение температуры в зоне продуктов сгорания) заметно влияет на выход NO при горении бедных смесей и слабо при горении богатых смесей.

Для анализа образования окиси азота в цилиндре двигателей внутреннего сгорания имели место попытки применения бимолекулярного механизма. В некоторых случаях при использовании указанного механизма было получено достаточно хорошее совпадение опытных и расчетных концентраций NO. Однако расчеты показывают, что при условиях, существующих в цилиндре двигателей в процессе сгорания, доля бимолекулярного механизма в общем процессе образования NO незначительна (по сравнению с цепным механизмом). В последние годы в связи с выделением в атмосферу значительных количеств окислов азота с отработавшими газами двигателей внутреннего сгорания было проведено много исследований для выяснения механизма образования окислов азота в цилиндрах двигателей различных типов и влияния на количество окислов азота в отработавших газах параметров рабочего процесса. Исследование процесса образования окислов азота в цилиндре двигателя внутреннего сгорания усложняется изменением объема камеры сгорания (из-за движения поршня), гетерогенностью топливовоздушной смеси, движением смеси в камере сгорания, диссоциацией продуктов сгорания, неравномерностью распределения топлива по отдельным цилиндрам и цикловой неравномерностью. Установлено, что при максимальных температурах цикла в дизелях и двигателях с искровым зажиганием (Tmах=1800÷2800 К) из окислов азота практически образуется только NO. В отработавших газах двигателей с искровым зажиганием содержание NО составляет 99% количества всех окислов азота (NOx), а в отработавших газах дизелей — более 90%. В выпускной системе двигателя (при наличии кислорода в продуктах сгорания) после выхода отработавших газов в атмосферу происходит окисление NO до NO2 по реакции

Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Другие материалы

Биоразнобразие Каспийского моря
Каспийское море-озеро, расположенное во внутриматериковой впадине на границе Европы и Азии, является самым большим внутренним водоемом на Земле с водосборной территорией около 3,5 млн. км2 и общей площадью около 400 000 км2 (за период инструментальных измерений площадь моря менялась приблизительно от 350 00 ...