CHƯƠNG 3:THÀNH PHẦN KHÍ THẢI NOX pptx

CHƯƠNG 3:THÀNH PHẦN KHÍ THẢI NO
X
3.1. NO
X
là gì?
-
NOx là tên gọi chung của oxyde nitơ gồm các chất NO, NO
2
và
N
2
O.
-
NOx hình thành như thế nào?
NOx hình thành do sự kết hợp giữa oxy và nitơ ở điều kiện
nhiệt độ cao.
- Mức độ phát sinh ô nhiễm trung bình của quá trình cháy nhiên liệu
hydrocarbure như thế nào?
Chất ô nhiễm
Lượng phát sinh
(g/kg nhiên liệu)
NO
X
20
CO
200
HC 25
Bồ hóng 5

CHƯƠNG 3:THÀNH PHẦN KHÍ THẢI NO

X
3.2. Cơ chế hình thành NO
X
trong động cơ xăng như thế nào?
3.2.1. Cơ chế hình thành Monoxyde Nitơ (NO)

Trong họ NOx thì NO chiếm tỉ lệ lớn nhất.

NOx chủ yếu do N2 trong không khí nạp vào động cơ tạo ra.

Nhiên liệu xăng hay Diesel chứa rất ít nitơ nên ảnh hưởng của
chúng đến nồng độ NOx không đáng kể.

Sự hình thành NO do oxy hóa nitơ trong không khí có thể được
mô tả bởi cơ chế Zeldovich:
N + O
2
 NO + O (2-1)
O + N
2
 NO + N (2-2)
N + OH  NO + H (2-3)
- Phản ứng (2-3) xảy ra khi hỗn hợp rất giàu.

CHƯƠNG 3:THÀNH PHẦN KHÍ THẢI NO
X
3.2. Cơ chế hình thành NO
X
trong động cơ xăng như thế nào?
3.2.1. Cơ chế hình thành Monoxyde Nitơ (NO)

N + O
2
 NO + O (2-1)
O + N
2
 NO + N (2-2)
N + OH  NO + H (2-3)
- NO tạo thành trong màng lửa và trong sản phẩm cháy phía
sau màng lửa.
1
0,5
10
20
t(ms)
X/X
e
3000K
2800K
2600K
2500K
0
Hình 3.1. Sự phụ thuộc nồng độ
NO theo nhịêt độ.

CHƯƠNG 3:THÀNH PHẦN KHÍ THẢI NO
X
3.2. Cơ chế hình thành NO
X
trong động cơ xăng như thế nào?
3.2.1. Cơ chế hình thành Monoxyde Nitơ (NO)

3.2.2. Cơ chế hình thành Dioxyde Nitơ (NO
2
)
Nồng độ NO
2
có thể bỏ qua so với NO nếu tính toán theo nhiệt
động học cân bằng trong điều kiện nhiệt độ bình thường của ngọn
lửa.
Kết quả trên có thể áp dụng gần đúng trong trường hợp động cơ
đánh lửa cưỡng bức.
Đối với động cơ Diesel, người ta thấy có đến 30% NOx dưới
dạng NO
2
.

Dioxyde nitơ NO
2
được hình thành từ monoxyde nitơ NO và các
chất trung gian của sản vật cháy theo phản ứng sau:
NO + HO
2
 NO
2
+ OH (2-4)

CHƯƠNG 3:THÀNH PHẦN KHÍ THẢI NO
X
3.2. Cơ chế hình thành NO
X
trong động cơ xăng như thế nào?

3.2.1. Cơ chế hình thành Monoxyde Nitơ (NO)
3.2.2. Cơ chế hình thành Dioxyde Nitơ (NO
2
)
Trong điều kiện nhiệt độ cao, NO
2
tạo thành có thể phân giải
theo phản ứng:
NO
2
+ O  NO + O
2
(2-5)
Trong trường hợp NO
2
sinh ra trong ngọn lửa bị làm mát ngay
bởi môi chất có nhiệt độ thấp thì phản ứng (2-5) bị khống chế,
nghĩa là NO
2
tiếp tục tồn tại trong sản vật cháy. Vì vậy khi động
cơ xăng làm việc kéo dài ở chế độ không tải thì nồng độ NO
2

trong khí xả sẽ gia tăng.

CHƯƠNG 3:THÀNH PHẦN KHÍ THẢI NO
X
3.2. Cơ chế hình thành NO
X
trong động cơ xăng như thế nào?

3.2.1. Cơ chế hình thành Monoxyde Nitơ (NO)
3.2.2. Cơ chế hình thành Dioxyde Nitơ (NO
2
)
3.2.3. Cơ chế hình thành Protoxyde Nitơ (N
2
O)
Protoxyde nitơ N
2
O chủ yếu hình thành từ các chất trung
gian NH và NCO khi chúng tác dụng với NO.
NH + NO  N
2
O + H
NCO + NO  N
2
O + CO
 N
2
O chủ yếu được hình thành ở vùng oxy hóa có nồng độ
nguyên tử H cao, mà hydrogène là chất tạo ra sự phân hủy mạnh
protoxyde nitơ theo phản ứng:
N
2
O + H  NH + NO
N
2
O + H  N
2
+ OH

CHƯƠNG 3:THÀNH PHẦN KHÍ THẢI NO
X
3.2. Cơ chế hình thành NO
X
trong động cơ xăng như thế nào?
3.2.1. Cơ chế hình thành Monoxyde Nitơ (NO)
3.2.2. Cơ chế hình thành Dioxyde Nitơ (NO
2
)
3.2.3. Cơ chế hình thành Protoxyde Nitơ (N
2
O)
 N
2
O chủ yếu được hình thành ở vùng oxy hóa có nồng độ
nguyên tử H cao, mà hydrogène là chất tạo ra sự phân hủy mạnh
protoxyde nitơ theo phản ứng:
N
2
O + H  NH + NO
N
2
O + H  N
2
+ OH
Chính vì vậy N
2
O chỉ chiếm tỉ lệ rất thấp trong khí xả của
động cơ đốt trong (khoảng 3 ÷ 8ppmV)

CHƯƠNG 3:THÀNH PHẦN KHÍ THẢI NO
X
3.2. Cơ chế hình thành NO
X
trong động cơ xăng như thế nào?
3.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự hình thành NO
x
.
3.3.1. Đối với động cơ đánh lửa cưỡng bức.
 Những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự hình thành
NO là:
Hệ số dư lượng không khí của hỗn hợp;
Hệ số khí sót;
Góc đánh lửa sớm.
Ảnh hưởng của tính chất nhiên liệu đến nồng độ NO có
thể bỏ qua so với ảnh hưởng của các yếu tố này.

CHƯƠNG 3:THÀNH PHẦN KHÍ THẢI NO
X
3.2. Cơ chế hình thành NO
X
trong động cơ xăng như thế nào?
3.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự hình thành NO
x
.
3.3.1. Đối với động cơ đánh lửa cưỡng bức.
3.3.1.1. Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí.
0,8
1000

2000
3000
4000
1,0
1,2
a
NO(ppm)
Hình 3.2. Biến thiên nồng độ NO theo hệ số dư không khí a

CHƯƠNG 3:THÀNH PHẦN KHÍ THẢI NO
X
3.2. Cơ chế hình thành NO
X
trong động cơ xăng như thế nào?
3.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự hình thành NO
x
.
3.3.1. Đối với động cơ đánh lửa cưỡng bức.
3.3.1.1. Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí.
0,8
1000
2000
3000
4000
1,0
1,2
a
NO(ppm)
Nhiệt độ cháy đạt giá trị cực đại tương
ứng với hệ số dư lượng không khí

khoảng 0,9, nghĩa là khi hỗn hợp hơi
giàu.
Tuy nhiên trong điều kiện đó nồng độ
O
2
thấp nên nồng độ NO không đạt giá trị
lớn nhất.

CHƯƠNG 3:THÀNH PHẦN KHÍ THẢI NO
X
3.2. Cơ chế hình thành NO
X
trong động cơ xăng như thế nào?
3.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự hình thành NO
x
.
3.3.1. Đối với động cơ đánh lửa cưỡng bức.
3.3.1.1. Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí.
0,8
1000
2000
3000
4000
1,0
1,2
a
NO(ppm)
Khi hệ số dư lượng không khí tăng,
ảnh hưởng của sự gia tăng áp suất riêng
O

2
đến nồng độ NO lớn hơn ảnh hưởng
của sự giảm nhiệt độ cháy nên NO đạt
giá trị cực đại ứng với hệ số dư lượng
không khí khoảng 1,1 (hỗn hợp hơi
nghèo) .

CHƯƠNG 3:THÀNH PHẦN KHÍ THẢI NO
X
3.2. Cơ chế hình thành NO
X
trong động cơ xăng như thế nào?
3.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự hình thành NO
x
.
3.3.1. Đối với động cơ đánh lửa cưỡng bức.
3.3.1.1. Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí.
0,8
1000
2000
3000
4000
1,0
1,2
a
NO(ppm)
Nếu độ đậm đặc của hỗn hợp tiếp
tục giảm thì tốc độ của phản ứng
tạo thành NO cũng giảm do nhiệt
độ cháy thấp. Điều ấy giải thích sự

giảm nồng độ NOx khi tăng hệ số
dư lượng không khí.

CHƯƠNG 3:THÀNH PHẦN KHÍ THẢI NO
X
3.2. Cơ chế hình thành NO
X
trong động cơ xăng như thế nào?
3.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự hình thành NO
x
.
3.3.1. Đối với động cơ đánh lửa cưỡng bức.
3.3.1.1. Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí.
3.3.1.2. Ảnh hưởng của hệ số khí sót.
Trước khi cháy, hỗn hợp trong xi lanh bao gồm không khí,
hơi nhiên liệu và khí sót.
Khí sót có mặt trong hỗn hợp là do khí cháy của chu trình
trước còn sót lại trong xy lanh hay do hồi lưu khí xả.
Khi không có sự hồi lưu, lượng khí sót trong xi lanh phụ
thuộc vào tải, góc độ phối khí và đặc biệt là khoảng trùng
điệp giữa các xupap thải và nạp.

CHƯƠNG 3:THÀNH PHẦN KHÍ THẢI NO
X
3.2. Cơ chế hình thành NO
X
trong động cơ xăng như thế nào?
3.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự hình thành NO
x
.

3.3.1. Đối với động cơ đánh lửa cưỡng bức.
3.3.1.1. Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí.
3.3.1.2. Ảnh hưởng của hệ số khí sót.
Trước khi cháy, hỗn hợp trong xi lanh bao gồm không khí,
hơi nhiên liệu và khí sót.
Khi khoảng trùng điệp tăng thì lượng khí sót tăng làm giảm
nồng độ NO.

CHƯƠNG 3:THÀNH PHẦN KHÍ THẢI NO
X
3.2. Cơ chế hình thành NO
X
trong động cơ xăng như thế nào?
3.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự hình thành NO
x
.
3.3.1. Đối với động cơ đánh lửa cưỡng bức.
3.3.1.1. Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí.
3.3.1.2. Ảnh hưởng của hệ số khí sót.
50
40
30
20
10 0
20
10
1000
2000
3000
3000

2000
1000
NO(ppm)
EGR(%)
A/F=15
16
17
A/F=15
16
17
NO(ppm)
Gãc ®¸nh löa sím

CHƯƠNG 3:THÀNH PHẦN KHÍ THẢI NO
X
3.2. Cơ chế hình thành NO
X
trong động cơ xăng như thế nào?
3.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự hình thành NO
x
.
3.3.1. Đối với động cơ đánh lửa cưỡng bức.
3.3.2. Đối với động cơ diezel.