Механизмы образования загрязняющих веществ

Окислы азота. Камерами сгорания выбрасываются в основном окись азота NO и двуокись азота NO₂. Эти окислы взаимодействуют в присутствии углеводородов под действием солнечного света с образованием бурого смога. При сжигании традиционных топлив NO образуется в основном в результате окисления азота воздуха и в наиболее высокотемпературных областях камер сгорания. При этом принято выделять три основных механизма:

– термический (механизм Зельдовича) – непосредственное окисление азота кислородом в высокотемпературных зонах;

– «быстрый» – через реакции N₂ с углеводородными радикалами;

– N₂O механизм – через реакции с образованием N₂O как промежуточного вещества.

В традиционных камерах сгорания с раздельной подачей топлива и воздуха основная часть химических процессов протекает в областях с околостехиометрическим составом (диффузионный режим горения). При этом основная часть NO _х (до 88 %) образуется по термическому механизму (механизму Зельдовича). Большую часть в окислах азота обычно составляет окись азота NO. Образование NO происходит в соответствии с цепным механизмом Зельдовича:

O₂ => 2O

O + N₂ => NO + N

N + O₂ => NO + O.

Процесс образования окиси азота эндотермичен и присходит с заметной скоростью только при температурах выше 1800К, поэтому NO образуется только в горячих зонах и достигает максимальной концентрации на режимах работы двигателя с наибольшей мощностью.

Установлено, что выброс NOx экспоненциально возрастает с повышение температуры пламени согласно соотношению NOx∞exp(0.009T) и линейно возрастает с повышением времени пребывания продуктов сгорания в высокотемпературных зонах.

Окись углерода. Окись углерода образуется как промежуточное вещество в процессе окисления углеродосодержащих топлив. Превращение СО в СО₂ практически полностью определяется элементарной реакцией:

СО + ОН → СО₂ + Н.

Так как эта реакция является единственной, определяющей превращение СО в СО₂, то можно сделать вывод о том, что весь углерод, первоначально содержащийся в топливе, превращается в СО₂. Отсюда следует, что борьба с выбросами СО сводится не к предотвращению образования этого вещества, а к проблеме завершения реакции его окисления.

Несгоревшие углеводороды. Основной причиной выбросов С _х Н _у является неполное сгорание топлива, что связано в основном с относительно низким качеством перемешивания топлива, воздуха и продуктов сгорания. Для завершения реакции в период контакта топлива и воздуха температура газа должна быть достаточно высокой. На практике снижение уровня эмиссии органических веществ и рост полноты сгорания достигается путем повышения эффективности перемешивания и увеличением времени пребывания смеси в зоне горения.

Окислы серы. Данные вещества образуются после реакции сернистых соединений, содержащихся в топливе, с кислородом. Отложение сернистых солей и образование серной кислоты на металлических поверхностях порождают серьезную проблему коррозии камеры сгорания. Так как практически вся содержащаяся в топливе сера окисляется до SO _x, то единственный эффективный метод снижения выбросов этих окислов – очистка топлива от серы в процессе рафинирования. [1]