Μάθηµα: «Θεωρία Καύσης Συστήµατα Καύσηςcourseware.mech.ntua.gr/ml22058/pdfs/M10_EKPOMPES -RYPOU...τους ανέµους, πτητικές οργανικές

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟΣχολή Μηχανολόγων Μηχανικών

ΜάθηµαΜάθηµα: «Θεωρία Καύσης : «Θεωρία Καύσης -- Συστήµατα Καύσης»Συστήµατα Καύσης»

Εκποµπές &

∆ιαχείρηση*

ΕκποµπέςΕκποµπές &&

∆ιαχείρηση∆ιαχείρηση**

PύπωνPύπων

Αναπλ. Καθ. Μ. Φούντη, ΕΜΠ 2004

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

• Ορισµός ρύπανσης – Επίδραση στην υγεία• Ταξινόµηση• Ρύποι από φλόγες προανάµειξης• Καταλυτική µετατροπή• Ρύποι από φλόγες διάχυσης

ΟΡΙΣΜΟΣΟΡΙΣΜΟΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ

Ο όρος "ρύπανση" στον ευρύτερο ορισµό του, σηµαίνει την επιβλαβή δράση µιας ξένης ουσίας σε ένα περιβάλλον. ∆εδοµένου ότι αυτός ο ορισµός δεν αναφέρει την προέλευση, καµία διάκριση δεν γίνεται µεταξύ των φυσικών και ανθρωπογενών πηγών ρύπανσης.

Υφίσταται όµως µια βασική ταξινόµηση, ο λεγόµενος «κατάλογος ρύπανσης», που διαχωρίζει την επιβάρυνση του περιβάλλοντος εξαιτίας της ανθρώπινης δραστηριότητας.

Ακόµη και χωρίς τη δράση του ανθρώπου, η ατµόσφαιρα περιέχει στοιχεία που προέρχονται από την ηφαιστειακή δραστηριότητα και µεταφέρονται από τους ανέµους, πτητικές οργανικές ενώσεις από τη χλωρίδα και την πανίδα και οξείδια του αζώτου από τις αποφορτίσεις κεραυνών και τη βακτηριακήδραστηριότητα στο χώµα.

Ο όρος "ρύπανση" στον ευρύτερο ορισµό του, σηµαίνει την επιβλαβή δράση µιας ξένης ουσίας σε ένα περιβάλλον. ∆εδοµένου ότι αυτός ο ορισµός δεν αναφέρει την προέλευση, καµία διάκριση δεν γίνεται µεταξύ των φυσικών και ανθρωπογενών πηγών ρύπανσης.

Υφίσταται όµως µια βασική ταξινόµηση, ο λεγόµενος «κατάλογος ρύπανσης», που διαχωρίζει την επιβάρυνση του περιβάλλοντος εξαιτίας της ανθρώπινης δραστηριότητας.

Ακόµη και χωρίς τη δράση του ανθρώπου, η ατµόσφαιρα περιέχει στοιχεία που προέρχονται από την ηφαιστειακή δραστηριότητα και µεταφέρονται από τους ανέµους, πτητικές οργανικές ενώσεις από τη χλωρίδα και την πανίδα και οξείδια του αζώτου από τις αποφορτίσεις κεραυνών και τη βακτηριακήδραστηριότητα στο χώµα.

Η ανθρωπογενής ρύπανση µπορεί να διαχωριστεί σε αυτήν που προέρχεται από διεργασίες καύσης, και αυτήν που εκπέµπεται µε άλλες βιοµηχανικές ή γεωργικές διαδικασίες.

Η ανθρωπογενής ρύπανση µπορεί να διαχωριστεί σε αυτήν που προέρχεται από διεργασίες καύσης, και αυτήν που εκπέµπεται µε άλλες βιοµηχανικές ή γεωργικές διαδικασίες.

ΠΗΓΕΣΠΗΓΕΣ ΡΥΠΑΝΤΩΝΡΥΠΑΝΤΩΝ

Ποσοστιαία συµµετοχή πηγών στις εκποµπές

ρυπαντών στην περιοχή της Αθήνας από αυτοκίνητα

(στοιχεία 1985)

0 20 40 60 80 100

Καπνός

Σωµατίδια

SO2

NOx

CO

HC

Πηγέςτόνοι % τόνοι % τόνοι % τόνοι %

Καπνός 3300 64 859 17 1035 19 5195 100Σωµατίδια 90 0 0 0 21206 100 21296 100SO2 1410 7 3690 21 12696 72 17796 100NOx 17400 67 1391 5 7181 28 25972 100CO 323750 100 380 0 449 0 324579 100HC 46200 68 190 0 21747 32 68137 100

Αυτοκίνητα Θέρµανση Βιοµηχανία Σύνολο

Βασικά Είδη Ρυπαντών

CO

SO2

HC

PM

O3

NOx

Βασικά Είδη Ρυπαντών

COΆχρωµο και άοσµο αέριο που παράγεται κυρίως λόγω της ατελούς καύσης υδρο-γονανθράκων (λ<1).Προέρχεται κυρίως από τα καυσαέρια των αυτοκινήτων. Λόγω µικρής ταχύτητας διάχυσης, δηµιουργεί πρόβληµα στηνπεριοχή όπου εκπέµπεται.Αντιδρά µε την αιµοσφαιρίνη και προκαλείελλειµµατική οξυγόνωση των ιστών.

SO2

HC

PM

O3

NOx

Βασικά Είδη Ρυπαντών

CO Άχρωµο αέριο µε χαρακτηριστική οξεία οσµή. Οξειδώνεται µε φωτοχηµική ή κατα-λυτική διαδικασία σε SO3 και σε επαφή µετην υγρασία σχηµατίζει Η2SO4, γνωστό εξαιρετικά διαβρωτικό οξύ που πίπτει µε βοήθεια της βροχής. Προκαλεί βλάβες στο αναπνευστικό σύστη-µα και µείωση ορατότητας. Καταστρέφειεπίσης τον φυτικό κόσµο. ∆ιαβρώνει επίσηςκατασκευές και µεταλλικά εξαρτήµατα.Πολύ µικρή περιεκτικότητα στα καυσαέρια των βενζινοκινητήρων.

SO2

HC

PM

O3

NOx

Βασικά Είδη Ρυπαντών

COΠροέρχονται πρωτογενώς από την εξάτµιση της βενζίνης αλλά κυρίως από την καύσηαυτής. Απορροφώνται από τα ιπτάµενα σω-µατίδια τέφρας και αιωρούνται.Μέσω φωτοχηµικών διαδικασιών µετατρέ-πονται σε αλδεΰδες και πολυαρωµατικούςυδρογονάνθρακες, ουσίες που προκαλούνκαρκίνο.

SO2

HC

PM

O3

NOx

Βασικά Είδη ΡυπαντώνΑιωρούµενα σωµατίδια : αποτελούν τον πιοπροφανή αλλά και σύνθετο ρυπαντή. Άκαυστα συστατικά στερεάς µορφής µε διαστάσεις που κυµαίνονται 1~200µm. Ταµεγαλύτερα κατακάθονται βαρυτικά η µέσωτης βροχής ενώ τα µικρότερα παραµένουν αιωρούµενα. Εκείνα µε διάµετρο <5µm διέρχονται του ρηνικού συστήµατος και επι-κάθονται στις κυψελίδες. Προκαλούν χρόνιες παθήσεις. Ορισµένα από αυτά (Pb) είναι τοξικά, ενώ άλλα (αµίαντος, βενζοπυρένιο) είναι καρκινογόνα.

CO

SO2

HC

PM

O3

NOx

Βασικά Είδη ΡυπαντώνΣε χαµηλές συγκεντρώσεις είναι φυσικό συστατικό της ατµόσφαιρας, αυξάνει όµως τοπικά σε πόλεις λόγω του πληθυσµού τωναυτοκινήτων. Προκαλεί το φωτοχηµικό νέφος µε επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγείαόπως τσούξιµο στα µάτια και στο λαιµό. Σευψηλές συγκεντρώσεις προσβάλει τις κυψελίδες, προκαλεί καταστολή τηςσύνθεσης DNA και διάσπαση των κυτταρικώνµεµβρανών. ∆ιαβρώνει επίσης το καουτσούκκαι τα βαµβακερά υφάσµατα, καθώς και ταφύλλα των φυτών.

CO

SO2

HC

PM

O3

NOx

Βασικά Είδη ΡυπαντώνCO Στα καυσαέρια των αυτοκινήτων συναντάται

κυρίως ΝΟ του οποίου η συγκέντρωση αυ-ξάνει ανάλογα µε την θερµοκρασία καύσης, σε αντίθεση µε HC,CO. Παράγεται επίσης αξιόλογο ποσόν ΝΟ2 το οποίο είναι και τοξικότερο του ΝΟ. Το ΝΟ2έχει έντονη οσµή και καφεκόκκινο χρώµα. Ερεθίζει τα µάτια, το βρογχικό σύστηµα καιτους πνεύµονες. Σε επαφή µε την υγρασία σχηµατίζει το εξαιρετικά διαβρωτικό νιτρικόοξύ.

SO2

HC

PM

O3

NOx

ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ -- ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΡΥΠΑΝΤΩΝΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΡΥΠΑΝΤΩΝ

Πρωτεύοντες ρύποι είναι αυτοί που εκπέµπονται κατευθείαναπό την πηγή.∆ευτερογενείς ρύποι αυτοί που παράγονται από αντιδράσειςµεταξύ των πρωτογενών ρύπων και της ατµόσφαιρας καιεπηρεάζουν το περιβάλλον και την ανθρώπινη υγειά µεπολλούς τρόπους.

Κύρια αποτελέσµατα της µόλυνσης του αέρα στην τροπόσφαιρα:

• Μετάλλαξη των ατµοσφαιρικών και καιρικών ιδιοτήτων.

• Ζηµίες στη βλάστηση.

• Φθορά υλικών κατασκευών.

• Ενδεχόµενη αύξηση αναπνευστικών νοσηµάτων και θνησιµότηταςστους ανθρώπους.

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΑΠΟ ΤΗΝ ΕΚΘΕΣΗ ΣΕ ΑΠΟ ΤΗΝ ΕΚΘΕΣΗ ΣΕ COCOΣΤΗΝ ΑΝΘΡΩΠΙΝΗ ΥΓΕΙΑ.ΣΤΗΝ ΑΝΘΡΩΠΙΝΗ ΥΓΕΙΑ.

ΕΛΕΓΧΟΣΕΛΕΓΧΟΣ ΡΥΠΑΝΤΩΝΡΥΠΑΝΤΩΝ

Ο έλεγχος εκποµπών ρυπαντών αποτελεί κύριο στόχο του σχεδιασµού µοντέρνων συστηµάτων καύσης.

Οι πρώτες έρευνες σχετικά µε την ατµοσφαιρική ρύπανση εστιάστηκαν στις ορατές µοριακές εκποµπές από τις βιοµηχανικές µονάδες και τους ηλεκτροπαραγωγικούς σταθµούς. Το 1950 έγινε ξεκάθαρα κατανοητό ότι η φωτοχηµική οµίχλη στην περιοχή π.χ. του Λος Άντζελες οφειλόταν κυρίως στις εκποµπές άκαυστων υδρογονανθράκων και ΝΟx από τα αυτοκίνητα.

Όρια εκποµπών στα αυτοκίνητα νοµοθετήθηκαν στην Καλιφόρνια το 1960 και τα διεθνή στάνταρ ποιότητας του αέρα οριοθετήθηκαν από την οµοσπονδία δράσης καθαρού αέρα (Clean Air Act) για διάφορους ρύπους.

Ο έλεγχος εκποµπών ρυπαντών αποτελεί κύριο στόχο του σχεδιασµού µοντέρνων συστηµάτων καύσης.

Οι πρώτες έρευνες σχετικά µε την ατµοσφαιρική ρύπανση εστιάστηκαν στις ορατές µοριακές εκποµπές από τις βιοµηχανικές µονάδες και τους ηλεκτροπαραγωγικούς σταθµούς. Το 1950 έγινε ξεκάθαρα κατανοητό ότι η φωτοχηµική οµίχλη στην περιοχή π.χ. του Λος Άντζελες οφειλόταν κυρίως στις εκποµπές άκαυστων υδρογονανθράκων και ΝΟx από τα αυτοκίνητα.

Όρια εκποµπών στα αυτοκίνητα νοµοθετήθηκαν στην Καλιφόρνια το 1960 και τα διεθνή στάνταρ ποιότητας του αέρα οριοθετήθηκαν από την οµοσπονδία δράσης καθαρού αέρα (Clean Air Act) για διάφορους ρύπους.

ΡΥΠΟΙΡΥΠΟΙ ΑΠΟ ΦΛΟΓΕΣ ΠΡΟΑΝΑΜΕΙΞΗΣ ΑΠΟ ΦΛΟΓΕΣ ΠΡΟΑΝΑΜΕΙΞΗΣ

Οι πρωτεύοντες ρύποι είναι:

οξείδια του αζώτου,

µονοξείδιο του άνθρακα,

άκαυστοι και µερικώς καµµένοι υδρογονάνθρακες

αιθάλη.

Οξείδια του θείου εκπέµπονται ανάλογα µε την ποσότητα του θείουπου περιείχε το καύσιµο.

Τα προαναµεµειγµένα µείγµατα έχουν πολύ µικρό ποσοστό θείου.

Το φυσικό αέριο δεν περιέχει σχεδόν καθόλου θείο και η βενζίνηλιγότερο από 600 ppm S κατά µάζα.

ΟΞΕΙ∆ΙΑΟΞΕΙ∆ΙΑ ΤΟΥ ΑΖΩΤΟΥΤΟΥ ΑΖΩΤΟΥ

Το ΝΟ σχηµατίζεται µέσω διαφόρων µηχανισµών. O Bowmanπροσδιόρισε τις παρακάτω 3 κατηγορίες:

Ο εκτεταµένος Zeldovich (ή θερµικός) µηχανισµός στον οποίο τα στοιχεία Ο, ΟΗ και Ν2 βρίσκονται σε ισορροπηµένες τιµές και τα άτοµα Ν είναι σε σταθερή κατάσταση.

Μηχανισµοί µέσω των οποίων ΝΟ σχηµατίζεται πιο γρήγορα απ’ ότι προβλεπόταν σε σχέση µε τον παραπάνω θερµικό µηχανισµό, είτε από α) τις διαδροµές Fenimore για CN και ΗCN, β) τις ενδιάµεσες διαδροµές του Ν2Ο είτε γ) σαν αποτέλεσµα της υπερ-ισορροπίας συγκεντρώσεων Ο και κλάσµατος ρίζας ΟΗ-, σε συνδυασµό µε το εκτεταµένο πλάνο Zeldovich.

Ο µηχανισµός καυσίµου αζώτου, κατά τον οποίο το ασταθές-καιόµενο άζωτο µετατρέπεται σε ΝΟ.

ΕΛΕΓΧΟΣΕΛΕΓΧΟΣ ΕΚΠΟΜΠΩΝ ΝΟΕΚΠΟΜΠΩΝ ΝΟxx

Για εφαρµογές όπου επικρατεί θερµικός σχηµατισµός ΝΟ, ο χρόνος, η θερµοκρασίακαι η διαθεσιµότητα οξυγόνου είναι πρωταρχικές µεταβλητές που επιδρούν στηνπαραγωγή ΝΟx. Η αντίδραση Ο+Ν->ΝΟ+Ν έχει πολύ µεγάλη θερµοκρασία ενεργοποίησης (ΕΑ/Ru

= 38,370 Κ), ενώ ο ρυθµός αντίδρασης αυξάνει ραγδαία σε θερµοκρασίες πάνω από1800Κ. Για αδιαβατική καύση υπό σταθερή πίεση, µέγιστη συγκέντρωση ΝΟ (κινηµατικά ή

θερµικά σχηµατιζόµενο) παρουσιάζεται για Φ=0,9 περίπου. Έλεγχος µπορεί ναεπιτευχθεί όταν η καύση γίνεται σε συνθήκες πλούσιες σε κάυσιµο.Μειώνοντας την µέγιστη αδιαβατική θερµοκρασία καύσης µπορούµε να µειώσουµε

σηµαντικά τις εκποµπές ΝΟx. Σε βιοµηχανικούς καυστήρες και µηχανές έναυσης µεσπινθήρα, αυτό µπορεί να επιτευχθεί αναµειγνύοντας το αέριο καύσιµο µε καυσαέριο(η καύσιµο) –ανακυκλοφορία καυσαερίου. (Αύξήση θερµοχωρητικότηταςκαυσαερίων για µια δοσµένη ποσότητα απελευθερωµένης θερµότητας, ώστε τελικάνα µειωθεί η θερµοκρασία καύσης).Άλλος τρόπος µείωσης της θερµοκρασίας καύσης σε µηχανές έναυσης µε

σπινθηριστή, είναι η καθυστέρηση στον χρονισµό του σπινθηριστή. Oκαθυστερηµένος χρονισµός αλλάζει τις ιδιότητες της καύσης, έτσι ώστε η µέγιστηπίεση να συµβεί όταν το πιστόνι είναι αρκετά µακρυά από το ΑΝΣ (ελάχιστη ένταση), καταλήγοντας σε χαµηλές πιέσεις και θερµοκρασίες.

Στο διάγραµµα αυτό φαίνεται καθαρά η επίδραση του συντελεστήΦ (λόγος αέρα/ στοιχειοµετρικό) στιςεκποµπές ΝΟx (καθώς και άλλων ρυπαντών.

Αυτό το αποτέλεσµα φαίνεται εύκολα στο σχήµα 15.2 όπου κάθε καµπύλη αντιπροσωπεύειδιαφορετικό χρονισµό έναυσης. Σηµαντική µείωση οικονοµίας καυσίµου επιτυγχάνεται µε τουςκαθυστερηµένους χρονισµούς.

Η σταδιακή καύση όπου λαµβάνει µέρος µια ακολουθία καύσης πλούσια-φτωχή ή φτωχή-πλούσια, είναι επίσης µια στρατηγική ελέγχου για το ΝΟx. Η βασική ιδέα φαίνεται στοσχήµα που ακολουθεί για µια πλούσια-φτωχή ακολουθία. Η ιδέα εδώ είναι αρχικά ναεκµεταλλευτεί η καλή σταθερότητα και οι χαµηλές εκποµπές του Νοx, που σχετίζονται µεπλούσια καύση και διαδοχικά, να ολοκληρώσει την καύση των άκαυστων CO και H2 σε έναφτωχό στάδιο, όπου η παραγωγή ΝΟx είναι επίσης χαµηλή. Για να είναι η σταδιακήπροώθηση αποτελεσµατική η µίξη πλούσιου προϊόντος και αέρα πρέπει να είναι πολύαπότοµη αλλιώς ένα σηµαντικό ποσό θερµότητας πρέπει να αφαιρεθεί ανάµεσα στα στάδια. Υποθέστε την ιδανική βαθµιαία καύση που στο σχήµα αντιπροσωπεύεται από την διαδροµή0-1-2’-2, όπου η καµπύλη µε σχήµα καµπάνας αντιπροσωπεύει την απόδοση ΝΟx γιασυγκεκριµένη ώρα διαµονής ∆t-rich. Στο πλούσιο στάδιο η ποσότητα σχηµατισµένου ΝΟxστο χρόνο ∆t-rich αντιπροσωπεύεται από την γραµµή 1-2’ χωρίς περαιτέρω σχηµατισµό ΝΟx. Στο φτωχό στάδιο το CO και H2 οξειδώνονται και ένα επιπλέον ποσό ΝΟx σχηµατίζεται(ευθεία 2΄-2) στο χρόνο που σχετίζεται µε το φτωχό στάδιο ∆t-lean. Αν η µίξη δεν είναιακαριαία όπως θα έπρεπε να είναι σε κάθε πραγµατική εφαρµογή, τότε έχουµε επιπλέονσχηµατισµό ΝΟx κατά την διεργασία µίξης καθώς η στοιχειοµετρία περνά µέσα από τηνπεριοχή υψηλών βαθµών σχηµατισµού ΝΟx (διαδροµή 1-3). Προφανώς η επιτυχία στησταδιακή προώθηση εξαρτάται από το πόσο καλά ελέγχεται η διαδικασία µίξης στην πράξη. Παρότι η ιδανική σταδιακή καύση (0-1-2’-2) αντιπροσωπεύεται σαν µια διάδοχη από δυοπροαναµεµειγµένες καύσεις, οι περισσότερες αληθινές διεργασίες µετατρέπονται σε µηπροαναµεµειγµένες λόγω της αρχικής θέσης µίξης από πλούσια προϊόντα και δευτερογενούςαέρα. Οι Siewert και Turns [16] περιέγραψαν την υλοποίηση µιας ιδανικής σταδιακήςδιαδοχής στην οποία χρησιµοποιούνται δυο διαφορετικοί κύλινδροι µηχανής έναυσης µεσπινθηριστή. Τα πλούσια προϊόντα ψύχονται και αναµειγνύονται µε αέρα πριν την έναρξη καιολοκλήρωση της καύσης στον δεύτερο κύλινδρο. Οι εκποµπές ΝΟx µετρήθηκαν σε πολύχαµηλά επίπεδα, όµως οι ρύποι CO και άκαυστων υδρογονανθράκων βρέθηκαν σεαπαράδεκτα υψηλά επίπεδα, χωρίς περαιτέρω διαχείριση.

ΜονοξείδιοΜονοξείδιο του άνθρακα (του άνθρακα (CO)CO)

Το CO είναι ένα κύριο στοιχείο προϊόντων στις πλούσιες καύσεις. Στις συνήθεις εφαρµογές τωνπερισσότερων συσκευών οι πλούσιες συνθήκες γενικώς αποφεύγονται. Παρόλα αυτά σε µηχανέςέναυσης µε σπινθηριστή χρησιµοποιείται κατά την εκκίνηση για να αποφθεχθεί σβήσιµο και στοπλήρες φορτίο για να προσδώσει µέγιστη ισχύ. Για στοιχειοµετρικά µείγµατα και ελαφρώς φτωχάµείγµατα, το CO βρίσκεται σε ουσιώδεις ποσότητες σε τυπικές θερµοκρασίες καύσης, σαναποτέλεσµα του διαχωρισµού του CO2. H πάνω καµπύλη στο σχήµα 15.6 δείχνει τηνσυγκέντρωση CO στα καυσαέρια, από 1.2% (κατ’ όγκο) για Φ=1 έως 830 ppm για Φ=0.8 γιααδιαβατική καύση σε ατµοσφαιρική πίεση, φλόγας προπανίου. Οι συγκεντρώσεις µονοξειδίου τουάνθρακα πέφτουν ραγδαία µε τη θερµοκρασία όπως φαίνεται και στο σχήµα 15.6 για ναισορροπήσουν σε θερµοκρασίες 1500Κ. Γι'αυτό εάν το CO µείνει σε ισορροπία καθώς εξάγεταιχρήσιµη ενέργεια από τα προϊόντα καύσης, πολύ µικρά επίπεδα CO θα βρεθούν στο σύστηµακαυσαερίων. Σε κλίβανους όπου ο χρόνος παραµονής είναι της τάξης του δευτερολέπτου, ηισορροπία είναι πολύ πιθανόν να επικρατήσει. Παρόλα αυτά σε µηχανές έναυσης µε σπινθηριστήόπου οι θερµοκρασίες πέφτουν ραγδαία κατά την διαδικασία έκτασης του εµβόλου και εξαγωγήςτων καυσαερίων, το CO δεν βρίσκεται σε ισορροπία και περνάει στη δέσµη καυσαερίων(εξάτµισης) ψυχόµενο σε επίπεδα µεταξύ µέσης και µέγιστης θερµοκρασίας και πίεσης, καιθερµοκρασίες και πιέσεις καυσαερίων (εξάτµισης)

ΆκαυστοιΆκαυστοι Υδρογονάνθρακες (Υδρογονάνθρακες (HC)HC)

Στους περισσότερους κινητήρες που χρησιµοποιούν προαναµεµειγµένα αντιδρώντα, οιάκαυστοι υδρογονάνθρακες είναι συνήθως αµελητέοι. Μια εξαίρεση σε αυτό είναι οι µηχανέςέναυσης µε σπινθηριστή. Το πρόβληµα των µηχανών έναυσης µε σπινθηριστή για τις εκποµπέςυδρογονανθράκων έχει µεγάλη βιβλιογραφία και οι σηµειώσεις του Heywood’s παρέχουν µιαυπέροχη αναφορά σε αυτό το θέµα. Σε αυτό το τοµέα θα αναφερθούµε στις πιο αξιοσηµείωτεςαπόψεις αυτού του προβλήµατος.

Κατά την διεργασία της ψύξης της φλόγας. δια της οποίας η φλόγα σβήνει σε µικρήαπόσταση από ψυχωµένη επιφάνεια. Αυτή η ψυκτική διεργασία αφήνει µια µικρή στρώση άκαυστουµείγµατος κοντά στα τοιχώµατα. Εάν αυτή η «ψυχρή επίστρωση» συµβάλει στην εκποµπή άκαυστωνυδρογονανθράκων, εξαρτάται από την διαδοχική διάχυση- µετάδοση θερµότητας µε συναγωγή καιτης διεργασίας οξείδωσης. Σε µηχανές έναυσης µε σπινθηριστή, οι περισσότεροι από τουςυδρογονάνθρακες ψυχωµένοι από το τοίχωµα, εν τέλη αναµειγνύονται µε ζεστά αέρια καιοξειδώνονται. Ακόµα άκαυστοι υδρογονάνθρακες µπορούν να απορρεύσουν από ψυχόµενες φλόγεςκαι κατά την είσοδο τους σε διακενώσεις, όπως αυτές που σχηµατίζονται στην άνω επιφάνεια τουεµβόλου και της κεφαλής. Το σπείρωµα του σπινθηριστή µπορεί επίσης να αποτελέσει πηγήάκαυστων υδρογονανθράκων. Στο σχήµα που ακολουθεί φαίνεται ο µηχανισµός παραγωγήςάκαυστων υδρογονανθράκων, που σχετίζεται µε το βάθος ρωγµατώσεων σε κινητήρες. Άλλεςγνωστές συνεισφορές στις εκποµπές άκαυστων υδρογονανθράκων σε κινητήρες, είναι ηπροσρόφηση και η διαδοχική εισχώρηση του καύσιµου στις επιστρώσεις λαδιού στα τοιχώµατα τουκυλίνδρου. Μια παρόµοια διεργασία µπορεί να συµβεί και µε τις επικαθίσεις στα τοιχώµατα τουκυλίνδρου, που σε αµόλυβδα καύσιµα, είναι πλούσιες σε άνθρακα. Εκποµπές άκαυστωνυδρογονανθράκων µπορούν ακόµα να απορρεύσουν από ηµιτελή διάδοση φλόγας στο µεγαλύτεροτµήµα του φορτίου. Αυτό συµβαίνει στα φτωχά η διαλυµένα µείγµατα πλησιάζοντας τα όρια τηςευφλεκτότητας.

ΣωµατίδιαΣωµατίδια ((PM)PM)

Η εκποµπή αιωρούµενων σωµατιδίων από προαναµεµειγµένες καύσεις, απορρέουν µόνο απόπλούσιες διεργασίες ή προσθετικά καυσίµου. Αφαιρώντας τον τετρααιθυλιούχο µολύβδο απόβενζίνες, εξαλήφθηκαν ουσιαστικά οι εκποµπές στερεών σωµατιδίων από µηχανές έναυσης µεσπινθηριστή. Μείγµατα καυσίµου-αέρα αρκετά πλούσια για να παράγουν αιθάλη είναι συνήθως τοαποτέλεσµα κάποιας δυσλειτουργίας, παρά κάποιας συγκεκριµένης εφαρµογής. Ο πίνακας πουακολουθεί δείχνει τα ανώτερα όρια κλάσµατος (Φc) για το σχηµατισµό αιθάλης (P=1atm)προαναµεµειγµένης φλόγας για διάλυµα καυσίµου-αέρα. Η αιθάλη σχηµατίζεται σε ισοδύναµηαναλογία ίση η µεγαλύτερη από Φc. Για προαναµεµειγµενές καύσεις η διαφορά στην πρόκλησηαιθάλης για διάφορους τύπους καυσίµου, σχετίζεται όχι µόνο µε την δοµή του καυσίµου αλλά καιαπό τις διαφορές στη θερµοκρασία φλόγας, όπως συζητήθηκε από τον Glassman.

ΚαταλυτικήΚαταλυτική ΜετατροπήΜετατροπή

Καταλυτική µετατροπή, είναι η πρωταρχική τεχνική για τον ταυτόχρονο έλεγχο εκποµπώννιτρικού οξέος, µονοξειδίου του άνθρακα και άκαυστων υδρογονανθράκων για µηχανές έναυσηςµε σπινθηριστή. Στα ακόλουθα σχήµατα και φαίνονται οι κύριοι τύποι καταλυτικών µετατροπεώνπου συνήθως χρησιµοποιούνται. Και στους δυο τύπους ευγενή καταλυτικά µέταλλα πχ. πλατίνα, παλλάδιο και ρόδιο παρέχουν την δυνατότητα για αντιδράσεις οξείδωσης µονοξείδιου τουάνθρακα και άκαυστων υδρογονανθράκων καθώς ταυτοχρόνως µειώνει τα οξείδια του αζώτου. Για να πετύχει αποτελεσµατικά η µετατροπή πχ. καταστροφή των ρύπων πρέπει η σύνθεση τουρεύµατος καυσαερίων που περνά µέσα από τον µετατροπέα να είναι κοντά στην στοιχειοµετρική(Φ=1).

ΕπίδρασηΕπίδραση θερµοκρασίας και λόγου αέρα θερµοκρασίας και λόγου αέρα

Slide 10

ΕκποµπέςΕκποµπές Μη Μη ΠροαναµεµειγµένηςΠροαναµεµειγµένης ΚαύσηςΚαύσης

Παρόλο που η χηµική διεργασία είναι η ίδια στις προαναµεµειγµένες και µη προαναµεµειγµένεςκαύσεις, η πρόσθετη φυσική διεργασία που σχετίζεται µε τις µη προαναµεµειγµένες καύσεις πχ. εξάτµιση και µίξη µπορούν να παράγουν ένα φάσµα συστατικών που καταλαµβάνει ένα µεγάλοεύρος της στοιχειοµετρίας. Για παράδειγµα, το συνολικό µείγµα µπορεί να είναι στοιχειοµετρικό, αλλά κατά την καύση µπορεί να υπάρχουν περιοχές που είναι αρκετά πλούσιες ενώ άλλες πολύφτωχές. Αυτή η άποψη για τις µη προαναµεµειγµένες καύσεις, συµβάλει στην πολυπλοκότητα τουσχηµατισµού ρύπων σε τέτοια συστήµατα. Σε µερικές περιπτώσεις η καύση µπορεί να συµβείουσιαστικά σε προαναµεµειγµένη µορφή, όταν η εξάτµιση του καυσίµου και η διαδοχική µίξη είναιαρκετά ραγδαίες ακόµα και αν ο σέρας και το καύσιµο µπαίνουν από διαφορετικά σηµεία µέσα στοθάλαµο καύσης. Σε τέτοια συστήµατα η παραγωγή ρύπων πρέπει να διερµηνευτεί µε τοπροαναµεµειγµένο πλαίσιο εργασίας που συζητήθηκε προηγούµενα. Λόγω της µεγάληςπολυπλοκότητας σχηµατισµού ρύπων σε µη προαναµεµειγµένα συστήµατα και λόγω του ότι οιεκποµπές σε τέτοια συστήµατα συνήθως εξαρτόνται από συγκεκριµένες λεπτοµέρειες (γιαπαράδειγµα το µέγεθος των σταγόνων διανοµής του σπρέι καυσίµου) παρουσιάζουµε εδώ µιασύντοµη εισαγωγή στο θέµα αυτό.

ΟξείδιαΟξείδια του Αζώτουτου Αζώτου

Σε αυτόν τον τοµέα θα δούµε τα χαρακτηριστικά εκποµπών ΝΟx για ένα απλό µηπροαναµεµειγµένο σύστηµα, σε µια κατακόρυφη φλόγα jet σε αδρανές περιβάλλον.

IV.IV.α.1 Τυρβώδης Φλόγα α.1 Τυρβώδης Φλόγα ΕγχυτήραΕγχυτήρα

Η δοµή της φλόγας jet µπορεί να παρουσιαστεί, υποθέτοντας ότι το ΝΟ παράγεται σε µια λεπτήστρωµατοποιηµένη περιοχή της γραµµικής φλόγας, στο µέσο και κάτω µέρος αυτής και στιςσχετικά µεγάλες και διευρυµένες ζώνες αντίδρασης στο πάνω µέρος της. Οι απλοί µηχανισµοίθερµικής υπερ-ισορροπίας -Ο και Feminor για τον σχηµατισµό ΝΟ είναι πιθανόν ναενεργοποιηθούν σε φλόγες jet υδρογονανθράκων, καθώς ο καθορισµός τις σχετικής συµβολήςκάθε µηχανισµού απόδοσης ολικού αριθµού ΝΟ είναι ακόµα ένα θέµα έρευνας. Σε εφαρµογές όπουη θερµοκρασία φλόγας είναι αρκετά υψηλή, για παράδειγµα φλόγες σε κλίβανο µε τοιχώµαταακτινοβολίας, ή φλόγες που χρησιµοποιούν οξυγονωµένο αέρα, οι εκποµπές ΝΟx είναι κατάλληλαελεγχόµενες από την κινητική του Zeldovich.Σύµφωνα µε την κινητική του Zeldovich στα προαναµεµειγµένα µείγµατα, η θερµοκρασία, ησύνθεση και ο χρόνος είναι σηµαντικές µεταβλητές για τον καθορισµό εκποµπών ΝΟx και αυτές οιµεταβλητές επίσης ελέγχουν τις προαναµεµειγµένες φλόγες. Για την ανάλυση αυτή, θαπεριοριστούµε στην γενικότητα ότι θερµικό ΝΟ παράγεται αρχικά σε περιοχές φλόγας που έχουνταυτοχρόνως υψηλές θερµοκρασίες και συγκεντρώσεις ατόµων Ο και ΟΗ πχ. συνθήκες κοντά στιςστοιχειοµετρικές. Αυτές οι περιοχές µπορεί να είναι από λεπτά γραµµικά στρώµατα περιοχώνφλόγας, χαµηλά στην φλόγα jet ή στην ευρύα περιοχή της άκρης της φλόγας. Η λεπτοµερήςδιανοµή θερµοκρασίας και σύνθεσης, µέσα σε αυτές τις περιοχές καθορίζεται από τη µηχανική τουρευστού, την χηµική κινητική και θερµικά αποτελέσµατα. Οι ευρύτερες περιοχές µε µεγαλύτερουςχρόνους παραµονής είναι ιδιαίτερα ευαίσθητες στις απώλειες θερµότητας από ακτινοβολία.

Στο παρακάτω σχήµα φαίνεται η εκποµπή ΝΟx για απλές jet φλόγες προπανίου-αέρα σε σχέση µετην εκλυόµενη θερµική ενέργεια και αιθανίου-αέρα. Παρατηρούµε ότι η χαρακτηριστική τάση µε τοποσοστό απελευθέρωσης θερµότητας ποικίλλει και µε τον τύπο καυσίµων και µε την αρχικήδιάµετρο εγχυτήρα.Αυτή η αλλαγή εξηγείται από τα αντισταθµιζόµενα αποτελέσµατα της παραµονής του χρόνου και τηςθερµοκρασίας. Αυξάνοντας την παροχή καυσίµου (και αναλόγως τον ρυθµό εκλυόµενης θερµότητας) ελαττώνουµε γενικούς και τοπικούς χρόνους παραµονής που τείνουν να ελαττώσουν το σχηµατισµόΝΟ. Μειωµένος χρόνος παραµονής επιτρέπει επίσης στην φλόγα να είναι πιο διαβατική µιας καιλιγότερος χρόνος είναι διαθέσιµος για να συµβούν ραγδαίες απώλειες. Μικρότερες φλόγες επίσηςαποδίδουν µικρότερους χρόνους παραµονής. Γι'αυτό βλέπουµε ότι για τις πιο φωτεινές και µεγάλεςφλόγες οι επιδράσεις της θερµοκρασίας επικρατούν, προκαλώντας τάση για αύξηση του ΝΟ µε τηνέκλυση θερµότητας.

Η σηµασία της ακτινοβολίας της φλόγαςαπεικονίζεται πιο καθαρά στα αποτελέσµατατου ακόλουθου σχήµατος όπουχρησιµοποιούνται 4 καύσιµα µε διαφορετικέςφωτεινότητες και χαρακτηριστικάακτινοβολίας. Όπως φαίνεται στο πάνω µέροςτου σχήµατος οι φλόγες αιθανίου είχαν τοµεγαλύτερο κλάσµα ακτινοβολίας καιακολουθούν το µεθάνιο και µείγµαµονοξειδίου του άνθρακα και υδρογόνου. Αυτό είναι σύµφωνο µε την συζήτηση περίτάσης παραγωγής αιθάλης στις µηπροαναµεµειγµένες φλόγες (κεφάλαιο 9). Ηπρόσθεση Ν2 στο καύσιµο έχει δυο συνέπειες: Πρώτον το διάλυµα προκαλεί την ελάττωσητης θερµοκρασίας στην αδιαβατική φλόγα καιδεύτερον το Ν2 ελαττώνει το ποσό τηςσχηµατιζόµενης αιθάλης στην φλόγα. Για τιςπιο φωτεινές φλόγες (C2H4) η µείωση στιςαπώλειες ακτινοβόλου θερµότηταςαντισταθµίζεται περισσότερο από τηναδιαβατική επίδραση θερµοκρασίας φλογώνκαι τη χαρακτηριστική αύξηση θερµοκρασιώνφλογών. Για τις µη-φωτεινές φλόγες CO-H2κυρίαρχο ρόλο παίζει η αδιαβατικήθερµοκρασία φλόγας. Οι φλόγες C3H8 καιCH4 παρουσιάζουν ενδιάµεσα χαρακτηρίστικα.

ΕξοπλισµόςΕξοπλισµός Βιοµηχανικής ΚαύσηςΒιοµηχανικής Καύσης

Επιπρόσθετα στους λέβητες αυτή η κατηγορία συσκευών περιλαµβάνει διαδικασίες θέρµανσης, κλίβανους και φούρνους που όλοι καίουν πρωτευόντως φυσικό αέριο. Οι νοµοθετικοί έλεγχοι γιαεκποµπές ΝΟx από βιοµηχανική καύση, είναι αρκετά πιο πρόσφατοι για παράδειγµα σε σύγκριση µετα αυτοκίνητα. Γι'αυτό έχουµε και πολύ λιγότερες πληροφορίες για της εκποµπές ΝΟx. Στον πίνακαπου ακολουθεί παρουσιάζονται τα νοµοθετηµένα στάνταρ κατά California South Coast Air Quality Manager District για τις εκποµπές ρύπων από βιοµηχανικές µονάδες. Για µερικές συσκευέςαπαιτείται µεγάλη µείωση ώστε να συµµορφωθεί µε τις προδιαγραφές. Η οµοσπονδία Clean Air Act Amendments του 1990 επίσης απαίτησε ακόµα χαµηλότερες εκποµπές από βιοµηχανικές πήγες.

Στο ενδιαφέρον παραπάνω φαίνονται διάφορες στρατηγικές για την µείωση εκποµπών ΝΟxαπό εξοπλισµό φυσικού αερίου. Μερικές από αυτές τις συσκευές, χρησιµοποιούνται και γιαπετρελαιοκίνητο εξοπλισµό. Οι τεχνικές µείωσης χωρίζονται σε αυτές που σχετίζονται µεαλλαγές στην καύση και αυτές που σχετίζονται µε τον έλεγχο θέσης καύσης (post-combustion control). Σε κάθε γενική ταξινόµηση υπάρχουν διάφορες συγκεκριµένες τεχνικές.

Επιγραµµατικά, οι τεχνικές µείωσης εκποµπών ΝΟx σε βιοµηχανικές εφαρµογέςείναι οι εξής :

• Καύση µε µικρή περίσσεια αέρα• Σταδιακή (στρωµατική) καύση• Ελάττωση της θερµοκρασίας καύσης• Χρήση καυστήρων χαµηλού ΝΟx • Καύση oxy/gas• Επανάκαυση• Επιλεκτική µη καταλυτική µείωση (SNCR)• Επιλεκτική καταλυτική µείωση (SCR)

ΚαυστήρεςΚαυστήρες Γενικής ΧρήσηςΓενικής Χρήσης

Οι ηλεκτροπαραγωγικοί λέβητες γενικής χρήσης, παράγουν περίπου το 34% των εκποµπώνΝΟx από πηγές καύσης στην Αµερική και εντάσσονται στα πιο αυστηρά στάνταρ εκποµπώνπαγκοσµίως. Αυτοί οι λέβητες συνήθως λειτουργούν µε άνθρακα (54,3% το 1972), ακολουθούν αυτοί που λειτουργούν µε αέριο (27%) και τέλος αυτοί που χρησιµοποιούνπετρέλαιο (18,6%). Αυτά τα καύσιµα χρησιµοποιούνται πολλές φορές σε συνδυασµό.Η καύση άνθρακα και µαζούτ αποτελεί µια επιπλέον πηγή ΝΟx σε συσκευές που καινέ φυσικόαέριο και ελαφρά µείγµατα καυσίµου λόγο του δραστικού αζώτου στο καύσιµο. Τα ελαφράµείγµατα καυσίµου έχουν µικρή ποσότητα αζώτου σε σύγκριση µε τον άνθρακα, ενώ τα βαριάαποστάγµατα καυσίµου που µπορούν να περιέχουν µέχρι ένα µικρό ποσοστό αζώτου κατάβάρος.

Για τις µονάδες καύσης αερίου, όλες οι τεχνικές τροποποίησης καύσης και µέθοδοι µετέπειταεπεξεργασίας που συζητούνται στο προηγούµενο τµήµα µπορούν να υιοθετηθούν για τηµείωση NOx. Για τους λέβητες πετρελαίου και µε κάρβουνου, οι τροποποιήσεις καύσης πουτείνουν να περιορίσουν τη διαθεσιµότητα Ο2, π.χ., χαµηλή περίσσεια αέρα και οργανωµένηκαύση, πετυχαίνουν να µειώσουν το θερµικό και καύσιµο ΝΟx, ενώ οι τεχνικές µείωσηςθερµοκρασίας (π.χ., έγχυση FGR και ύδατος) έχουν την επίδρασή τους πρώτιστα σε θερµικόNOx. Στους λέβητες που καίνε πετρέλαιο ή κάρβουνο, περίπου 20-40% του καύσιµου Νµετατρέπεται σε NOx που εµφανίζεται στις εξατµίσεις.

ΣτροβιλοµηχανέςΣτροβιλοµηχανές & Κινητήρες & Κινητήρες DieselDiesel

Οι στροβιλοκινητήρες αφ’ ενός, και οι µηχανές diesel αφ' ετέρου, µπορούν να είναι κινητές ήστάσιµες, και η καύση να εµφανίζεται σε υψηλή πίεση. Για τους στάσιµους στροβίλους αερίου, ηκαύση εµφανίζεται σε ένα φάσµα 10-15 ατµοσφαιρών, ενώ οι στροβιλοµηχανές αεροσκαφώνλειτουργούν σε 20-40 ατµόσφαιρες. Οι µηχανές diesel λειτουργούν σε ακόµα υψηλότερεςπιέσεις, µέχρι 100 ατµόσφαιρες. Η συµπίεση του αέρα από τις ατµοσφαιρικές συνθήκες σε αυτέςτις υψηλές πιέσεις οδηγεί τον αέρα που εισάγεται στον θάλαµο καύσης, σε θερµοκρασίες αρκετάπαραπάνω από ατµοσφαιρικό. Οι χρόνοι παραµονής έχουν τη διάρκεια µερικών χιλιοστών τουδευτερολέπτου στις µηχανές αεροσκαφών και 10-20 msec στις στάσιµες εφαρµογές. Στιςµηχανές diesel, και στις στροβιλοµηχανές χωρίς ελέγχους εκποµπής, οι ποσότητες ΝΟδιαµορφώνονται στις υψηλής θερµοκρασίας, πλησίον-στοιχειοµετρικές περιοχές της φλόγας. Εποµένως, οι τεχνικές τροποποίησης καύσης που υιοθετούνται για να µειώσουν το NOx είναιεκείνες που µειώνουν τις θερµοκρασίες. Η επανακυκλοφορία των καυσαερίων υιοθετείται σταdiesels, και η έγχυση ύδατος ή ατµού στους στάσιµους στροβίλους. Ο πρόσφατος συγχρονισµόςεγχύσεων στα diesels µειώνει επίσης τις µέγιστες θερµοκρασίες και, ως εκ τούτου, τις εκποµπέςNOx.

ΆκαυστοιΆκαυστοι Υδρογονάνθρακες & Υδρογονάνθρακες & COCO

Στα συστήµατα καύσης χωρίς προανάµειξη, υπάρχουν δύο πηγές άκαυστων υδρογονανθράκων καιµονοξειδίου άνθρακα που προκύπτουν άµεσα από τη φύση της µη-προαναµεµειγµένης καύσης. Κατ' αρχάς, υπερβολικά φτωχές περιοχές δηµιουργούνται µέσα στους θαλάµους καύσης που δενυποστηρίζουν τη γρήγορη καύση. Τα χαρακτηριστικά των εγχυτήρων καυσίµου και η ανάµειξη καυσίµου-αέρα είναι σηµαντικές παράµετροι σε αυτόν τον µηχανισµό. ∆εδοµένου ότι µια κανονική φλόγα δενδιαδίδεται πέρα από τις αδύνατες περιοχές, προκαλείται η πυρόλυση καυσίµων και παράγονται τα µερικάπροϊόντα οξείδωσης. Μεταξύ αυτών είναι οξυγονωµένα συστατικά, όπως οι αλδεΰδες, και µονοξείδιοάνθρακα. Ο «φτωχός» µηχανισµός περίσσειας είναι ιδιαίτερα σηµαντικός στα ελαφρά φορτία όταν τοποσό υπερβολικού αέρα είναι µεγάλο. Η δεύτερη πηγή προϊόντων ατελούς καύσης άµεσα σχετικών µε µη-προαναµεµειγµένη καύση είναι ηδηµιουργία των υπερβολικά πλούσιων περιοχών που στη συνέχεια δεν αναµιγνύονται ικανοποιητικά µετον πρόσθετο αέρα, ή η έλειψη επαρκούς χρόνου για την ολοκλήρωση των αντιδράσεων οξείδωσης. Οιπλούσιες περιοχές είναι πιθανότερο να είναι µια πηγή άκαυστων και µερικώς καµµένων συστατικών σταβαριά φορτία, όπου τα επίπεδα υπερβολικού αέρα είναι χαµηλά.

Οι πρόσθετοι µηχανισµοί που µπορούν να οδηγήσουν στα άκαυστα και µερικώς καµµένα συστατικά είναιοι ακόλουθοι: • Απορρόφηση τοιχωµάτων κυλίνδρου (µηχανές diesel) • Ατελής καύση στους εγχυτήρες στροβιλοκινητήρων αεροσκαφών• Υγροποίηση καυσίµου στον χώρο µεταξύ της βάσης βαλβίδων εγχυτήρων και της οπής που εκτίθενταιστο χώρο καύσης.• Περιστασιακός σχηµατισµός πολύ µεγάλων σταγονίδιων καυσίµου (gas-turbine µηχανές).

ΣωµατίδιαΣωµατίδια (ΡΜ)(ΡΜ)

Εξαιρώντας την τέφρα που παράγεται από την καύση άνθρακα, που αφαιρείται από το ρεύµακαυσαερίων µε ηλεκτροστατικά φίλτρα, τα αρχικά αιωρούµενα συστατικά που παράγονται σε µη-προαναµεµειγµένη καύση είναι η αιθάλη. Ο σχηµατισµός της αιθάλης µπορεί να θεωρηθεί εγγενήςιδιότητα των περισσότερων φλογών διάχυσης. Η αιθάλη διαµορφώνεται στις πλούσιες περιοχέςτων φλογών διάχυσης, και εάν η αιθάλη εκπέµπεται ή όχι από µια φλόγα εξαρτάται από τονανταγωνισµό µεταξύ των διαδικασιών σχηµατισµού αιθάλης και οξείδωσης αιθάλης. Οιτροποποιήσεις συστηµάτων καύσης για να ελαχιστοποιήσουν την αιθάλη µπορούν έτσι ναενεργήσουν για να µειώσουν το ποσό αιθάλης που παράγεται πριν από την οξείδωση ή/και για νααυξήσουν τα ποσοστά οξείδωσης. Στις µηχανές diesel, οι µοριακές παγίδες χρησιµοποιούνται ωςσυσκευές ελέγχου µεταανάφλεξης.

ΟξείδιαΟξείδια του Θείου (του Θείου (SOxSOx))

Στις διαδικασίες καύσης, όλο το θείο που είναι παρόν στα καύσιµα εµφανίζεται ως SO2 ή SO3 στα προϊόντα καύσης. Λόγω αυτής της ποσοτικής µετατροπής του θείου των καυσίµων, υπάρχουν µόνο δύο πιθανοί τρόποι να ελεγχθούν οι εκποµπές SΟx: αφαίρεση του θείου από τακαύσιµα, ή αφαίρεση του SOx από τα αέρια προϊόντων. Και οι δύο τεχνικές χρησιµοποιούνται σεποικίλους βαθµούς στην πράξη. Ο άνθρακας και τα υπόλοιπα πετρέλαια είναι ιδιαίτεραπεριεκτικοί σε θείο, ενώ υπάρχει πολύ λίγο θείο στην αµόλυβδη βενζίνη. Το ποσό SO3 που παράγεται είναι χαρακτηριστικά µόνο µερικά τοις εκατό του ποσού SO2, αν καιSO3 βρίσκεται συνήθως σε µεγαλύτερο ποσόν από τις συγκεντρώσεις ισορροπίας. Το τριοξείδιοθείου αντιδρά εύκολα µε το νερό σε θειικό οξύ (SO3+H2O->H2SO4). Kατά συνέπεια, το θειικόοξύ διαµορφώνεται στα ρεύµατα εξάτµισης λόγω της ταυτόχρονης παρουσίας SO3 και του H2O. Εκτός από τα προφανώς επιβλαβή αποτελέσµατα της παραγωγής του θειικού οξέος, το SO3 διαβρώνει επίσης τους τριοδικούς καταλύτες, γι’αυτό και τα επίπεδα θείου είναι χαµηλά στηβενζίνη ευρείας κατανάλωσης. Η µοίρα του SO2 στην ατµόσφαιρα είναι πρωτογενώς να οξειδωθεί, από τις ελεύθερες ρίζες OH-στις αντιδράσεις αέριας φάσης, ή δευτερογενώς από το έχει απορροφηθεί σε ένα µόριο ή ένασταγονίδιο. Η επόµενη αντίδραση µε το νερό παράγει έπειτα το θειικό οξύ. Η συνηθέστεραχρησιµοποιηµένη µέθοδος αφαίρεσης SOx από τους οχετούς καυσαερίων περιλαµβάνει τοαντιδρόν SO2 µε τον ασβεστόλιθο (CaCO3) ή τον ασβέστη (CaO). Σε αυτήν την µέθοδο ελέγχουένας υγρός πηλός ασβεστόλιθου ή ασβέστη ψεκάζεται σε έναν πύργο µέσω του οποίουπερνούντα καυσαέρια. Οι γενικές αντιδράσεις για τη διαδικασία είναι, για τον ασβεστόλιθο : CaCO3 + SO2 + 2H2O -> CaSO3 · 2H2O + CO2 και για τον ασβέστη : CaO + SO2 + H2O ->CaSO3 · 2H2O.

ΣύνοψηΣύνοψη

Επιπτώσεις των εκποµπών από τα συστήµατα καύσης. Σχηµατισµός και τον έλεγχος εκποµπών από προαναµεµειγµένα συστήµατα, και από µη-προαναµεµειγµένα συστήµατα.Ιδιαίτερη έµφαση δόθηκε στις εκποµπές NOx λόγω της τρέχουσας σηµασίας τους.