Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
KHÍ XẢ CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ SỰ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG

KHÍ XẢ CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ SỰ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG

Tải bản đầy đủ - 0trang

2.1.2. Tính chất của xăng

Trị nhiệt của xăng cỡ 10000÷11000 Kcal/kg (giá trị nhiên liệu của

xăng). Tính bay hơi của xăng phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ thấp bay hơi

chậm, nhiệt độ cao bay hơi nhanh nhưng khơng hồn tồn tuyến tính. Tỷ

trọng của xăng nhẹ hơn nước ≈ 0,75kg/lít.

Xăng ơ tơ thường có trị số ốctan trong khoảng 80 đến gần 100. Hiện

nay ở nước ta phổ biến 3 loại xăng có trị số ốctan tương ứng là 90, 92, 95. Để

tăng khả năng chống kích nổ của xăng người ta pha nước chì vào xăng với tỉ

lệ 1/1000 (hay 1cc/lít). Nước chì này rất độc, để phân biệt xăng pha chì và

xăng khơng pha chì người ta dùng chỉ thị màu. Hiện nay đã cấm sử dụng loại

xăng này.

2.2. Thành phần các chất trong khí xả của động cơ xăng

Quá trình cháy lý tưởng của hỗn hợp hydrocacbon với khơng khí sinh

ra CO2, H2O và N2. Tuy nhiên, cũng như do tính chất phức tạp của các hiện

tượng lí hố diễn ra ngay trong q trình cháy nên trong khí xả của động cơ

đốt cháy cưỡng bức luôn chứa một hàm lượng đáng kể những chất độc hại

như các oxit nitơ (NO, N2O, NO2, gọi chung là NOx), monoxit cacbon (CO),

các hydrocacbon chưa cháy (HC).

Mặt khác để tăng cường tính chống kích nổ của xăng, người ta pha

vào xăng chất phụ gia chứa chì là tetraetyl chì Pb(C2H5)4. Sau khi cháy những

hạt chì có đường kính cực bé thốt ra theo khí xả, lơ lửng trong khơng khí và

trở thành chất ơ nhiễm đối với bầu khí quyển.

2.3. Tác hại của các chất trong khí xả của động cơ xăng

2.3.1. Đối với sức khoẻ con người

- CO: monoxit cacbon là sản phẩm khí khơng màu, khơng mùi, khơng

vị, sinh ra do oxy hố khơng hồn tồn cacbon trong nhiên liệu trong điều

kiện thiếu oxy. CO ngăn cản sự dịch chuyển của hồng cầu trong máu làm cho



Kho¸ luËn tèt nghiÖp

các bộ phận của cơ thể bị thiếu oxy. Khi nồng độ CO trong khơng khí lớn hơn

1000ppm thì 70% số hồng cầu bị khống chế dẫn tới tử vong. Ở nồng độ thấp

hơn, CO cũng có thể gây nguy hiểm lâu dài đối với con người: khi 20% hồng

cầu bị khống chế, nạn nhân bị nhức đầu, chóng mặt, buồn nơn và khi tỷ số

này lên đến 50%, não bộ con người bắt đầu bị ảnh hưởng mạnh.

- NOx: NOx là họ các oxit nitơ, trong đó NO chiếm đại bộ phận. NOx

được hình thành do N2 tác dụng với O2 với điều kiện nhiệt độ cao (vượt q

o



1100 C). NO khơng nguy hiểm mấy nhưng nó là cơ sở để tạo ra NO2, độc tính

của NO2 cao hơn gấp nhiều lần so với NO. NO2 là chất khí có màu hơi hồng,

có mùi, khứu giác có thể phát hiện khi nồng độ của nó trong khơng khí đạt

khoảng 0,12ppm. NO2 là chất khó hồ tan, do đó nó có thể theo đường hơ hấp

đi sâu vào trong phổi gây viêm và làm huỷ hoại các tế bào của cơ quan hô

hấp. Nạn nhân bị mất ngủ, ho, khó thở.

- HC: hydrocacbon có mặt trong khí xả do q trình cháy khơng hồn

tồn khi hỗn hợp giàu, do cháy bỏ lửa khi hỗn hợp nghèo hoặc do hiện tượng

cháy khơng bình thường. Chúng gây tác hại đến sức khoẻ con người chủ yếu

là do các hydrocacbon thơm. Khi nồng độ của benzen trong máu lớn hơn

40ppm thì nó có tác dụng gây ung thư máu và gây rối loạn hệ thần kinh trung

3



ương khi nồng độ lớn hơn 1g/m , nó cũng là nguyên nhân gây các bệnh về gan.

- Chì: chì có mặt trong khí xả do tetraetyl chì Pb(C2H5)4 được pha vào

xăng để tăng tính chống kích nổ của nhiên liệu. Chì trong khí xả động cơ tồn

tại dưới dạng những hạt có đường kính cực bé nên dễ xâm nhập vào cơ thể

qua da hoặc qua đường hô hấp. Khi đã vào được trong cơ thể, khoảng từ 30

đến 40% lượng chì này đi vào máu. Sự hiện diện của chì gây xáo trộn sự trao

đổi iôn ở não, gây trở ngại cho sự tổng hợp enzim để hình thành hồng cầu,

đặc biệt nó tác động lên hệ thần kinh làm trẻ em chậm phát triển trí tuệ. Chì



Kho¸ ln tèt nghiƯp

bắt đầu gây nguy hiểm đối với con người khi nồng độ của nó trong máu vượt

q 200 đến 250mg/lít.

2.3.2. Đối với mơi trường

2.3.2.1. Thay đổi nhiệt độ khí quyển

Sự hiện diện của các chất ô nhiễm, đặc biệt là các chất gây hiệu ứng

nhà kính trong khơng khí trước hết ảnh hưởng đến q trình cân bằng nhiệt

của bầu khí quyển. Trong số những chất gây hiệu ứng nhà kính, người ta quan

tâm đến khí cacbonic (CO2) vì nó là thành phần chính trong sản phẩm cháy

của nhiên liệu có chứa thành phần cacbon.

Quả đất nhận năng lượng từ mặt trời và bức xạ lại ra không gian một

phần nhiệt lượng mà nó nhận được. Bức xạ mặt trời đạt cực đại trong vùng

ánh sáng thấy được (có bước sóng trong khoảng 0,4÷0,73mm) còn bức xạ cực

đại của vỏ trái đất nằm trong vùng hồng ngoại (có bước sóng trong khoảng

7÷15mm).

Các chất khí khác nhau có dải hấp thụ, bức xạ khác nhau. Do đó,

thành phần các chất khí có mặt trong khí quyển có ảnh hưởng đến sự trao đổi

nhiệt giữa mặt trời, quả đất và không gian. Cacbonic là chất khí có dải hấp thụ

bức xạ cực đại ứng với bước sóng 15mm, vì vậy nó được xem như trong suốt

đối với bức xạ mặt trời nhưng là chất hấp thụ quan trọng đối với tia bức xạ

hồng ngoại từ mặt đất. Một phần nhiệt lượng do lớp khí CO2 giữ lại sẽ bức xạ

trở lại về trái đất làm nóng thêm bầu khí quyển.

Nồng độ khí CO2 càng tăng làm cho nhiệt độ trái đất cũng tăng dần

dẫn tới những thảm hoạ thiên tai như: một phần băng ở hai cực tan ra làm

tăng chiều cao mực nước biển, gây lũ lụt; làm thay đổi chế độ mưa gió và sa

mạc hố thêm bề mặt trái đất.



Kho¸ ln tèt nghiÖp

2.3.2.2. Ảnh hưởng đến sinh thái

Sự gia tăng của NOx, đặc biệt là N2O có nguy cơ làm huỷ hoại lớp ơzơn

ở thượng tầng khí quyển, lớp khí cần thiết để lọc tia cực tím phát xạ từ mặt

trời.

Mặt khác, các chất khí có tính axit như SO2, NO2 bị oxy hố thành

thành axit sunfuric, axit nitơric hồ tan trong mưa, trong tuyết, trong sương

tạo thành mưa axit làm huỷ hoại thảm thực vật, gây ăn mòn các cơng trình

kim loại.

2.3.2.3. Ảnh hưởng đến thực vật



Tỉ lệ gia tăng CO2

100

2,5ppm

80

60



40

20



8ppm



9ppm

Ảnh hưởng



Phục hồi

t(s)



0

100

Hình 2.2: Ảnh hưởng của NO đến quang hợp



Tỉ lệ gia tăng CO2

100

1,6ppm

80



3,2ppm



60



5,8ppm



40



Ảnh hưởng



Phục hồi

t(s)



20



0



100



Hình 2.3: Ảnh hưởng của NO2 đến quang hợp

Khi nồng độ NOx lớn hơn 0,5÷0,7ppm chúng sẽ làm giảm sự quang

hợp của cây. Sự giảm quang hợp đạt đến trạng thái cân bằng đối với NO

nhanh hơn đối với NO2 và sau khi môi trường hêt ơ nhiễm thì sự quay trở lại

trạng thái ban đầu đối với NO nhanh hơn đối với NO2.

2.4. Cơ chế hình thành các chất độc hại trong khí xả của động cơ xăng

2.4.1.



Cơ chế hình thành NOx

NOx được hình thành từ phản ứng oxy hoá nitơ trong điều kiện nhiệt



độ cao của quá trình cháy. Thành phần của NOx phụ thuộc nhiều vào nồng độ

oxy của hỗn hợp và nhiệt độ của quá trình cháy. Trong điều kiện nhiệt độ cao,

nồng độ oxy càng nhiều thì nồng độ NOx càng lớn.

2.4.1.1. Sự hình thành NO (monoxit nitơ)

Trong thành phần của NOx, NO chiếm tới từ 90÷98%. Sự hình thành

của NO được mô tả bởi cơ chế Zeldovich. Trước hết, oxy bị phân huỷ thành

oxy nguyên tử ở nhiệt độ cao:

O2



2O



(2.1)



Tiếp theo là các phản ứng với sự tham gia của các ngun tử có tính

năng hoạt hố cao:

N2 + O



NO + N



(2.2)



N + O2



NO + O



(2.3)



Ngồi ra NO còn được hình thành từ các phản ứng sau:

N + OH



NO + H



(2.4)



N2 + O2

2NO

(2.3)

NO được tạo thành trong màng lửa và trong sản phẩm cháy phía sau

màng lửa. Trong động cơ, quá trình cháy diễn ra trong điều kiện áp suất cao,

vùng phản ứng rất mỏng, thời gian cháy rất ngắn, thêm vào đó áp suất trong

xilanh tăng trong quá trình cháy, điều này làm nhiệt độ của bộ phận khí cháy

trước cao hơn nhiệt độ đạt được ngay sau khi ra khỏi màng lửa nên đại bộ

phận NO hình thành trong khu vực sau màng lửa.

2.4.1.2. Sự hình thành NO2 (peoxit nitơ)

NO2 được hình thành từ NO và các chất trung gian của sản phẩm cháy

theo phản ứng:

NO + HO2



NO2 + OH



(2.6)



Trong điều kiện nhiệt độ cao NO2 tạo thành có thể được phân giải theo

phản ứng:

NO2 + O



NO + O2



(2.7)



Khi NO2 sinh ra trong ngọn lửa bị làm mát ngay bởi mơi chất có nhiệt

độ thấp thì phản ứng (2.7) bị khống chế, nghĩa là NO2 tiếp tục tồn tại trong

sản vật cháy.

2.4.1.3. Sự hình thành N2O

N2O chủ yếu hình thành từ các chất trung gian NH và NCO khi chúng

tác dụng với NO:



NH + NO



N2 O + H



NCO + NO



N2O + CO



(2.8)

(2.9)



Kho¸ ln tèt nghiƯp

N2O chủ yếu được hình thành ở vùng oxy hố có nồng độ nguyên tử H

cao mà H là chất tạo ra sự phân huỷ mạnh N2O theo phản ứng:

N2O + H



NH + NO



(2.10)



N2O + H



N2



(2.11)



+ OH



Chính vì vậy N2O chiếm tỉ lệ rất thấp trong khí thải của động cơ đốt trong.

2.4.2. Cơ chế hình thành CO (monoxit cacbon)

CO được hình thành trong phản ứng cháy thiếu oxy

2C + O2 = 2CO

Khi hệ số dư lượng khơng khí  càng nhỏ tức là nồng độ oxy trong

hỗn hợp ít thì nồng độ CO trong khí xả càng lớn.

+ Khi   1, quá trình cháy thiếu oxy nên sinh ra nhiều CO.

+ Khi   1, về lý thuyết thừa oxy nhưng vẫn có một lượng nhỏ CO.

Lý do là trong buồng cháy vẫn có những vùng cục bộ có   1, tại đó q

trình cháy thiếu oxy.

2.4.3. Cơ chế hình thành HC (hydrocacbon)

Sự phát sinh HC là do quá trình cháy khơng hồn tồn hoặc do một bộ

phận hỗn hợp nằm ngoài khu vực lan tràn màng lửa. Điều này xảy ra do sự

không đồng nhất của hỗn hợp hoặc do sự dập tắt của màng lửa ở khu vực gần

thành hay trong các không gian chết, nghĩa là ở khu vực có nhiệt độ thấp. sự

hình thành HC trong động cơ đánh lửa cưỡng bức được giải thích theo các cơ

chế sau:

- Sự tôi màng lửa trên thành bưồng cháy: trong quá trình cháy, màng

lửa lan tràn khắp buồng cháy. Lớp hồ khí sát vách các chi tiết có nhiệt độ

thấp nên khi màng lửa lan tràn tới đây sẽ bị dập tắt, do đó nhiên liệu tại đây

khơng được đốt cháy.



Kho¸ ln tèt nghiƯp

- Ảnh hưởng của các không gian chết: các không gian chết được xem

là nguyên nhân chủ yếu phát sinh HC như: khe hở giữa pittông, xecmăng và

xilanh, không gian quanh nấm và đế xupap . . . Trong quá trình nén, hỗn hợp

bị đẩy vào các không gian chết. Do tỷ số giữa diện tích bề mặt và thể tích của

khơng gian chết lớn nên lượng hỗn hợp dồn vào đây bị làm mát nhanh chóng.

Trong q trình cháy, do sự dồn ép của màng lửa, hồ khí tiếp tục được đẩy

vào khơng gian chết. Khi màng lửa lan tràn tới không gian chết thì bị dập tắt

do nhiệt độ thấp, hồ khí tại đây không được đốt cháy.

- Sự hấp thụ và giải phóng HC ở màng dầu bơi trơn: pha dầu bơi trơn

vào nhiên liệu sẽ làm gia tăng mức độ phát sinh HC. Khi pha 5% dầu bôi trơn

vào nhiên liệu thì nồng độ HC trong khí xả có thể tăng gấp đôi hay gấp 3 so

với trường hợp động cơ làm việc với nhiên liệu không pha dầu bôi trơn.

Trong q trình nạp, màng dầu bơi trơn được tráng trên mặt gương xilanh.

Khi cháy hết nhiên liệu, màng dầu bay hơi, giải phóng hơi nhiên liệu và q

trình này tiếp tục trong thời kì giãn nở và thải. Trong quá trình đó, một bộ

phận hơi này sẽ hồ trộn với khí cháy ở nhiệt độ cao và bị oxy hố, một bộ

phận khác hồ trộn với hỗn hợp khí cháy ở nhiệt độ thấp, khơng bị oxy hố,

làm tăng HC.

- Nồng độ HC tăng theo độ đậm đặc của hỗn hợp. Tuy nhiên, khi độ

đậm đặc của hỗn hợp quá thấp, HC cũng tăng do sự bỏ lửa hay do sự cháy

khơng hồn tồn ở một số chu trình cơng tác.



CHƯƠNG 3:

SỬ DỤNG LPG - GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO HIỆU SUẤT

NHIỆT VÀ GIẢM Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG



3.1. Đặc tính của LPG

3.1.1. Thành phần chính của LPG

LPG là khí dầu mỏ hóa lỏng (Liquefied Petroleum Gas), là hỗn hợp

khí chủ yếu gồm 2 hydrocacbon no là propan (C3H8) và butan (C4H10) đã

được hóa lỏng với áp suất khoảng 7atm. Thành phần hỗn hợp LPG có tỉ lệ

propan/butan: 50/50 ± 10% (mol).

3.1.2. Tính chất của LPG

o



Ở nhiệt độ 0 C trong mơi trường khơng khí bình thường, với áp suất

bằng áp suất khí quyển, LPG bị biến dạng từ thể lỏng sang thể hơi theo tỉ lệ

thể tích 1lít LPG thể lỏng hóa thành khoảng 250 lít ở thể hơi.

3



LPG là nhiên liệu nhẹ, ρ=0,51÷0,58 (g/cm ), vận tốc bay hơi nhanh, dễ

dàng khuếch tán hòa trộn với khơng khí tạo thành hỗn hợp cháy nổ.

Ở thể lỏng, tỷ trọng của LPG nhẹ hơn nước: butan từ 0,55÷0,58 lần,

propan từ 0,5÷0,53 lần; ở thể hơi trong mơi trường khơng khí với áp suất bằng

áp suất khí quyển, LPG nặng hơn so với khơng khí: butan 2,07 lần, propan

1,55 lần.

LPG khơng mùi, khơng màu, khơng vị, khơng có độc tố. Nhiệt độ của

o



o



LPG khi cháy rất cao khoảng 1900 C÷1950 C. Trị nhiệt của LPG vào khoảng

12000 kcal/kg.

LPG không lẫn tạp chất ăn mòn và các tạp chất có chứa lưu huỳnh, vì

vậy khơng làm ăn mòn các thiết bị sử dụng.



3.1.3. Chỉ số ốctan

LPG có chỉ số ốctan cao khoảng từ 98÷100, vì vậy LPG có tính chống

kích nổ cao mà không cần pha thêm chất phụ gia.

3.2. Hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG

Hệ thống phun nhiên liệu khí vào đường ống nạp nhờ độ chân không

tại họng venturi được dùng phổ biến. Tuy nhiên, những hệ thống phun nhiên

liệu mới thể hiện nhiều ưu điểm hơn, đặc biệt là hệ thống phun nhiên liệu khí

hóa lỏng ngay trước xupap nạp. Hệ thống này có ưu điểm là ngăn chặn sự bốc

cháy của hỗn hợp trên đường nạp, hiệu suất của động cơ được nâng cao và

mức độ phát ô nhiễm giảm đi rõ rệt.

LPG có thể cung cấp cho động cơ ở dạng khí hay dạng lỏng. Ưu điểm

của việc sử dụng LPG dưới dạng khí là sự đồng nhất hồn hảo của hỗn hợp

ga-khơng khí và tránh hiện tượng ướt thành đường nạp bởi nhiên liệu lỏng,

hiện tượng này rất nhạy cảm khi động cơ khởi động và khi làm việc ở chế độ

chuyển tiếp. Điều này cho phép giảm mức độ phát sinh ô nhiễm (từ 30 đến

80% so với động cơ xăng). Nhược điểm của việc cung cấp dạng này là quá

trình điều khiển dài và sự cung cấp ga liên tục làm hạn chế khả năng khống

chế tỉ lệ khơng khí/ga, đặc biệt là giai đoạn quá độ của động cơ; công suất của

động cơ giảm đi khoảng từ 5 đến 8% do tổn thất lượng khơng khí nạp do khí

ga chiếm chỗ.

Hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG bằng cách phun ở dạng lỏng có thể

sử dụng ưu thế của LPG để hạn chế những nhược điểm trên. Ưu điểm của

việc phun LPG lỏng là tạo khả năng kiểm soát được độ đậm đặc ở mỗi lần

phun với thời gian rất ngắn, từ đó có thể khống chế được mức độ phát ơ

nhiễm khi động cơ làm việc ở chế độ quá độ. Sự bốc hơi của LPG làm giảm

đáng kể nhiệt độ khí nạp, do đó làm tăng hệ số nạp của động cơ. Mặt khác,



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

KHÍ XẢ CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ SỰ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×