能源研究与信息
第16卷第2期 Energy Research and Information Vol. 16 No. 2 2000 收稿日期
能源研究与信息 2000年 第16卷 ５４ 了以聚丙烯腈膜氦的专利申请
膜法分离气体的基本原理
通过半透膜的相对传递速率不同而得以分离的气体分离膜一般分为多孔膜
下面就这三种膜的典型分离机制做一简单介绍同时其空隙率要大多孔膜分离气体的原理主要以Knudsen 理论为基础
其动能为
2222112
121v m v m = 式中m 2为分子的质量v 2为分子的平均速度
其平均速度也不同
1.2 均质膜（非多孔膜） 与多孔膜相比均质膜不论是无机材料还是高分子材料都具有渗透性
耐压及抗化学侵蚀的扩散机理进行的
气体向膜的表面溶解（溶解过程）
因气体溶解产生的浓度梯度使气体在膜中向前扩散（扩散过程
气体由膜另一面脱附出去分压不同
从而达到分离气体的目的均质膜的高分离系数可以制备较高浓度的所需气体
多孔膜虽然具
有很高的渗透能力如果需要较高浓度的气体非对称膜是一种性能介于上述两种膜之间的气体分离膜气体分离过程就是在这一致密膜层中发生的即 溶解的气体通过聚合物表层的扩散
通过表层下部微孔过渡区的Knudsen 流动 通过多孔底层的Poisenille 流动从中可以看出而且非对称膜中均质层的厚度越薄
第2期 朱序和
气体系统的特性常数
压力
由以上
可见就必须减小
膜的厚度分离系数λ是表示气体分离膜分离混合气中各组分能力的重要指标假设膜供给侧混合气的组分
A
W B B 的摩尔浓度分别为Y A 则该膜的分离系数定义为
B
B
A A
B A B A Y W W Y W W Y
Y A B ??==λ
表1 醋酸纤维非对称膜与均质膜渗透系数的比较（22
）
均质醋酸纤维膜的渗透系数 910?×P
非对称醋酸纤维膜的渗透速率
J
0.19 0.71
Ar 0.032 0.11 0.37
CH 4 0.014 0.07 0.34
N 2 0.014 0.06 0.31 C 3H 8 <0.0001 0.03
0.19 *均质层0.5 μm; **均质层0.13 μm
?à2éó?
??óD?ú1è??íé±í2
A
能源研究与信息2000年第16卷５６
表2 某些气体对几种膜的渗透系数（cm3(STP)?cm/cm2?s?cmHg）
Table 2 Permeability coefficients of different membranes for some gases 膜材质温度(
10－10（10010－９8.010－１０ 3.0
1.510－１１
2.010－１３
聚乙烯（低密度）25 10－１０ 1.2610－１０9.7
10－８ 2.1610－７ 3.5210－８
天然橡胶25 1.5410－９9.5
10－１０
表3 某些高分子膜的气体渗透分离性能
Table 3 Gas permeability separation performance of some macromolecular membranes
渗透系数P
s
聚二甲基硅氧烷20 216 1120 352 181 1.94 6.19 1.19
天然橡胶25
聚丁二烯25
乙基纤维素25 53.4 113 14.7 4.43 3.41 25.6 12.0
乙烯
压缩排气等几个过程组成的
其他过程都是为做功过程进行准备的过程
内燃机因其所用的燃料不同分为汽油机和柴油机
压缩比但它们的燃烧过程是基本相同的一般将内燃机的燃烧过程分为滞燃下面对燃烧过程三个阶段的特点作
一简单描述和分析
第2期 朱序和
在这一阶段中
提高温度然后还要进行着火前
的一系列化学准备过程一
般来说减轻内燃机的机械负荷
这就要求在气缸中的氧气量充足尽快完成
化学准备过程
在这一阶段燃料的燃烧速度迅速加快温度都急剧上升
2.3 缓燃阶段
从气缸内出现最高压力到工质出现最高温度的阶段称为缓烧阶段燃烧仍以很快的速度进行由于活塞已离开上止点继续下降
故在此阶段工质压力开始下降
使工质对活塞的推动力不变但是
燃料分子与氧分子进行反应的机会减少燃料可能在氧分子不足的情况下进行燃烧产
生黑烟影响燃烧的经济性和排气的净化
急燃和缓燃阶段燃烧的燃料共占循环总供油量的80%以上
所以也有人将这两个阶段合并成为主燃阶段
就能对燃烧过程产生巨大影响
通过对内燃机燃烧诸阶段特点的分析增加内燃机进气中的氧气浓度提高燃料混合气形成的质量
缩短缓燃阶段进而提高内燃机的动力性能和经济性的关键
燃料只有完全氧化才能放出全部热量
而向气缸中供给充分的氧气供燃烧用则比较困难
目前提高动力性能
增压的优点是基本保证了燃烧完全同时由于空气量的增加动力性能也有较大的提高
内燃机的排气量也相应增加故经济性
的提高程度受到限制对环境也有一定影响
能源研究与信息2000年第16卷５８
3 富氧燃烧技术在内燃机燃烧中的应用可行性分析
根据上述分析笔者认为将利用气体分离
膜制备富氧空气的技术用于内燃机燃烧过程是完全可能的
(1) 利用膜分离技术可产生含氧量为28%~40%的富氧空气以供内燃机燃烧
进气中氧气含量的提高对改善内燃机的燃烧过程是十分有利的
为了通过分离膜得到更多的
）
由图2可见含氧量越高
因而抽风机系统所消耗的能源也越多
故在其制备富氧空气时不需消耗其它任何能源从而可以大大简化富氧空气的生产过程
对于内燃机节约能源减少对环境的污染均能产生十分有利的影响
由于供气中氧气含量的增加
燃烧温度增高动力性能提
高同时由于燃料分子与氧气分子接触的机会增加
从而燃料利用率大大提高内燃机排气总量减少
上述原因可使内燃机燃料消耗量大大下降其次目前在内燃机特别是柴油机上所采
用的废气涡轮增压技术虽然能够提高内燃机的动力性能第一
如此高转速的设备十分容易产生故障由于进气压力的增高和废气涡轮增压机及排气管道阻力（即排气背压）的压缩功和活塞排出废气所消耗的推出功均有所增加而采用富氧
第2期 朱序和
由于氧气浓度的升高
同时比废气涡轮增压方式可大大减少排气热损失在高原上运行的内燃机由于高原空气稀薄往往产生动力不足
利用富氧空气燃烧技术就可以解决这些问题减
少能源消耗
内燃机燃烧中采用富氧燃烧技术所存在的问题在于富氧气体分离膜的
价格还偏高 由于所需要的产气量较大造成富氧空气产生
设备的体积较大 对于在内燃机燃烧中采用富氧燃烧技术所开展的试验研究工作很
少但是笔者认为富氧气体分离
膜的价格会日趋合理
通过积极开展研究相信富氧燃烧技术必将在内燃机燃烧中得到广泛的应用
化学工业出版社
李疏松. 内燃机燃烧学．北京1990
[3] 刘颖. 船舶柴油机原理．北京1980
[4] 黄仲涛等. 无机膜技术及其应用．北京1999
Application of the Oxygen-Enriched Combustion
Technique to Diesel Engines
Xu-He Zhu
（Suzhou Communication Design and Research Institute, Suzhou 215004）
Abstract The oxygen-enriched combustion is a new type of efficient combustion technique of low emission and energy consumption. In this technique, macromolecular membranes are used to conduct selective separation of air in order to produce oxygen-enriched air (the oxygen content greater than 28%) for industrial combustion processes.
Based on a thorough analysis and investigation of the fundamentals of the macromolecular-membrane separation technique and the combustion process in diesel engines, the engineering feasibility of applying the oxygen-enriched combustion technique to diesel engines was discussed in detail in this presentation. It was concluded that applying this new combustion technique will improve the performance of diesel engines, reduce emissions and energy consumption.
Keywords oxygen-enriched combustion; macromolecular membrane separation; diesel engine
作者简介朱序和工程师1982年毕业于大连工学院造船工程系船舶内燃机专业
能源应用技术研究和产品开发工作
论文题目发动机RCCI燃烧技 术方案研究学生姓名______________________________________ 学生学号S150200369 _______________________ 专业班级________ 学院名称__________ 指导老师杨小龙_____________________________ 2015年10月日
摘要 在环境问题日益严重的今天，汽车排放的净化处理技术显得愈加重要。以现有的后处理技术，虽然可以使排放数值达到标准，但是其后续的费用、复杂的结构、昂贵的原料使得排放性和经济性无法得到平衡。 本文旨在解决过分依赖后处理来提高排放所引出的问题，通过优化缸内燃烧过程，运用RCCI技术降低排放、减轻后处理负担，最大限度的平衡经济性和排放性的国四柴油机技术的匹配。RCCI ( Reactivity Con trolled Compressio n Ign itio n)是比较新的一种低温预混合燃烧并且可以实现燃烧相位可控的均质稀燃技术，本文通过进气道喷射汽油进 行预混合，在缸内直喷直喷柴油后压燃混合气，通过两种燃油质量比的改变控制燃烧相位，达到小负荷不熄火、高负荷不粗暴的目的，同时有着较高的热效率。为了进一步净化CO和HC的排放污染，搭配催化氧化技术(DOC)的RCCI内燃机，可以在原有极低的NOx和soot排放的基础上达到四种排放物数值同时降低到国四标准以下的程度，并且有望实现对于燃烧效率和排放性能的平衡。 关键词：国四排放标准，RCC DOC PFI，DI
1、引言 1.1课题背景及目的和意义 环境与发展是世界各国普遍关注的焦点问题，发展不仅是满足当代人的需要，还要考虑和不损害后代人的生存条件。因此，保护人类赖以生存的环境成为世界共同关心的问题。汽车污染是环境污染的主要途径，为了人类的可持续发展，防治汽车污染已经成了刻不容缓的全球性问题，这就需要我们共同努力在科技创新、节能减排等方面来防治汽车污染。汽车作为人们日常生活中不可或缺的部分，其造成的排放对于环境的影响愈加严重⑴。世界各国对于汽车排放的法规颁布随着技术的发展日趋严格，排放性能的要求对于汽车的研发环节的影响也同样占据了越来越重的比例。相比于汽油机，柴油机的良好的热效率和经济性，以及很低的CO和HC排放，受到厂商和研发机构的青睐。然而，传统CDC柴油机存在一个难以解决的问题一一NOx和soot碳烟的排放无法降低。原因在于，高温富氧促进了NOx的生成，而为了减少NOx排放而降低燃烧温度的做法，又减少了对soot的氧化，从而增加了soot的排放。因为传统CDC柴油机缸内燃烧以扩散燃烧为主，这种矛盾很难解决，只能通过改变燃烧机理，利用新的燃烧方式来尝试解决。 1.2国内排放法规现状 目前地方政府的措施已取得了一些成效，据统计，从2000年到2010年，在中国机动车保有量总量翻3倍多的情况下，污染物排放量仅增加了0.3倍，各项污染物均实现50%以上的消减，采取的控制措施累计减少了3800万吨氮氧化物、4450万吨碳氢化合物、2.387亿吨一氧化碳和700万吨颗粒物的排放。 轻型柴油车国四标准于2005年颁布，规定从2011年7月1日起，全部正在制造和已经售出的轻型汽车，必须符合国四污染物排放标准。然而，由于尚未出台国四车用燃油标准，仍然无法保证符合标准的车用燃油全国范围内的及时供应，决定将国四标准施行日期推延至2013年7月1日［2］。 2013年7月1日，国四限定实施日期即将到来前，部分整车企业得到消息，由于SCR后处理技术所需要的尿素供应仍然无法确保供应，因此，相关国家部门将国四排放 标准实施日期再次推迟。同时，自2013年7月1日起，国三排放的车型将不再允许上工信部公告。 事实上，很多大型柴油机厂商早都已经开始基于国四标准提前进行产能和技术建设。其中，
富氧燃烧技术在工业锅炉上的应用 一、概述 通常空气中氧的含量为20.93％、氮为78.1％及少量惰性气体等，在昆明地区空气中氧的含量约为20.8％,在燃烧过程中只占有空气总量的1／5左右的氧参与燃烧，而占空气总量约4／5的氮和其他惰性气体非但不助燃，反而将随烟气带走大量的热能。人们把含氧量大于20.93％的空气叫做富氧空气。富氧空气参与燃烧给燃烧提供了足够的氧气，使可燃物充分燃烧，减少了固体不完全燃烧的排放，减少了氮和其他惰性气体随烟气带走的热能。将具有明显的节能和环保效应。 目前富氧可以通过深冷分离法、变压吸附法及膜分离法获得。膜法富氧技术是近年发展的非常适合各种锅炉、窖炉做助燃用途的高新技术，它具有流程简单、体积小、自身能耗低、使用寿命长、投资较少等特点，被工业发达国家称之为“资源的创造性技术”。 二、膜法富氧原理 膜法富氧是利用空气中各组分透过富氧膜时的渗透速率不同，在压力差驱使下，使空气中的氧气优先通过而得到富氧空气。膜法富氧助燃系统包括空气过滤器、鼓风机、富氧膜组件、水环真空泵、真空表、调节阀、气水分离器、除湿增压电控系统、富氧预热器和喷嘴。 三、富氧燃烧分析 助燃空气中氧浓度越高，燃料燃烧越完全，但富氧浓度太高，会导致火焰温度太高而降低炉膛受热面的寿命，同时制氧投资等费用增高，综合效益反而下降，因此国内外研究均表明，助燃空气富氧浓度一般在26～30％时为最佳。 1、据测试氧含量增加4－5%，火焰温度可升高200－300℃。火焰温度的升高，促进整个炉膛温度的上升，炉堂受热物质更容易获得热量，热效率大幅提高。 2、燃料在空气中燃烧与在纯氧中的燃烧速度相差甚大，如氢气在空气中的燃烧速度最大为280cm/s，在纯氧中为1175cm/s，是在空气中的4.2倍，天然气则高达10.7倍。富氧助燃，可以使燃烧强度提高、燃烧速度加快，从而获得较好的热传导，使燃料燃烧的更完全。 3、燃料的燃点温度不是一个常数，它与燃烧状况、受热速度、富氧用量、环境温度等密切相关，如CO在空气中为609℃，在纯氧中仅388℃，所以用富氧助燃能降低燃料燃点，提高火焰强度、减小火焰尺寸、增加释放热量等。 4、用普通空气助燃，约五分之四的氮气不但不参与助燃，还要带走大量的热量。一般氧浓度每增加1%，烟气量约下降2～4.5%，从而能提
第五章 内燃机混合气的形成和燃烧 5．1内燃机缸内的气体流动 缸内气流运动对混合气形成和燃烧过程的影响，从而影响动力性、经济性、燃烧噪声、排放等。 一、涡流 在进气过程中形成的绕气缸轴线有组织的气流运动，称为进气涡流。主要由进气道形状和发动机转速决定。 产生方法：1、带导气屏的进气门；2、切向气道；3、螺旋气道。 评价方法：气道稳流试验台；Ricardo 方法； 流量系数：定义为流过气门座的实际空气流量与理论空气流量比0F Q C Av = 涡流强度：叶片风速仪或涡流动量计。 流体计算软件（CFD ）；激光测量方法。 二、滚流 在进气过程中形成的绕气缸轴线垂直线旋转的有组织的空气旋流，称为滚流或横轴涡流。 作用：增强压缩末期的湍流强度和湍流动能。 是汽油机实现稀薄燃烧的重要手段，四气门蓬顶形燃烧室汽油机。 斜轴涡流：既有绕气缸轴线旋转的横向分量，也有绕气缸轴线垂直线旋转的纵向分量。 三、挤流 在压缩过程后期，活塞表面的某一部分和气缸盖彼此靠近时所产生的径向或横向气流运动称为挤流。增强燃烧室内的湍流强度。 四 湍流 在气缸中形成的无规则的气流运动称为湍流，是一种不定常气流运动。分为：气流流过固体表面时产生的壁面湍流和同一流体不同流速层之间产生的自由湍流。 ()()U t U u t =+ 五、热力混合 在旋转气流中火焰向燃烧室中心运动，又将中心部分的新鲜空气挤向外壁，促进空气与未燃燃料混合的作用称为热力混合作用。 5.2 点燃式内燃机的燃烧 一、预混燃烧与扩散燃烧的概念 在燃烧过程中，如果混合过程比燃烧反应要快得多或者在火焰到达之前燃料与空气已充分混合，这种可燃混合气的燃烧为预混燃烧。主要包括汽油机和气体燃料发动机。 柴油机的大部分燃料是在着火后喷入气缸的，它处于一边与空气混合、一边燃烧的情况下，由于混合过程比反应速率慢，燃烧速率由混合过程控制，这就是扩散燃烧。 二、点火过程：
富氧燃烧技术在生物质锅炉的应用的探讨摘要： 根据生物质锅炉燃烧特点、燃料特性，结合富氧燃烧技术特点，阐述了对生物质锅炉利用富氧燃烧技术解决飞灰含碳量高、炉膛负压不稳定、燃烧过程空气需求量大、排烟量大等瓶颈问题，提出见解和分析。 前言： 在世界能源消费中，生物质能源约占16％左右，而在欠发达地区则占63％以上。全球大概有25亿人生活所用的能源90％以上都是生物质能源。中国是人口最多的国家，同时又处在一个经济的快速发展的时期，能源的需求和消费尤为巨大。日益短缺的化石燃料资源，以及燃烧化石燃料造成大气污染，已成为人们关注和忧虑的焦点。 21世纪，中国将会面对环境保护和经济增长的双重压力。因此，转变能源生产和消费结构的模式，开发和利用生物质能和其他可再生能源和清洁能源，建立新的可持续发展的能源利用体系，为保障和促进可持续发展和环境保护有着深远的意义。
生物质能是人类在远古时代就开始利用的能源，中东战争所造成的世界能源危机使人们开始关注和重视开发和利用可再生能源。人们清醒的认识到石油和煤等化石燃料不可再生和所造成的环境等一系列问题使人类的可持续发展遇到了前所未有的重大问题。使用化石燃料会产生“酸雨”，“臭氧耗破坏”，“温室效应”和其他环境问题，人类的生存和发展正面临着巨大的挑战。而为了解决因为使用化石能源所造成的一系列问题，人类正积极探索和研究可再生清洁能源以替代化石燃料。2014年4月18日李克强主持召开新一届国家能源委员会首次会议，明确了国家能源发展战略： “节约、清洁、安全”三大能源战略方针。 “节能优先、绿色低碳、立足国内、创新驱动”四大能源战略。加快构建低碳、高效、可持续的现代能源体系。 二、生物质锅炉运行分析； 据统计，现在生物质能消费占世界总能耗的16％左右，位于煤，石油，天然气之后，位居第四。其中，发展中国家占总生物质能的生物能源的使用量的75％，发达国家占25％左右，部分国家生物能源的使用量甚至占能源使用总量的60%。
HUNAN UNIVERSITY 流体力学论文 论文题目发动机RCCI燃烧技 术方案研究 学生姓名明阳 学生学号S150200369 专业班级动力工程及工程热物理 学院名称机械与运载工程学院 指导老师杨小龙 2015年10月日
摘要 在环境问题日益严重的今天，汽车排放的净化处理技术显得愈加重要。以现有的后处理技术，虽然可以使排放数值达到标准，但是其后续的费用、复杂的结构、昂贵的原料使得排放性和经济性无法得到平衡。 本文旨在解决过分依赖后处理来提高排放所引出的问题，通过优化缸内燃烧过程，运用RCCI技术降低排放、减轻后处理负担，最大限度的平衡经济性和排放性的国四柴油机技术的匹配。RCCI（Reactivity Controlled Compression Ignition）是比较新的一种低温预混合燃烧并且可以实现燃烧相位可控的均质稀燃技术，本文通过进气道喷射汽油进行预混合，在缸内直喷直喷柴油后压燃混合气，通过两种燃油质量比的改变控制燃烧相位，达到小负荷不熄火、高负荷不粗暴的目的，同时有着较高的热效率。为了进一步净化CO和HC的排放污染，搭配催化氧化技术（DOC）的RCCI内燃机，可以在原有极低的NOx和soot排放的基础上达到四种排放物数值同时降低到国四标准以下的程度，并且有望实现对于燃烧效率和排放性能的平衡。 关键词：国四排放标准，RCCI，DOC，PFI，DI
1、引言 1.1 课题背景及目的和意义 环境与发展是世界各国普遍关注的焦点问题，发展不仅是满足当代人的需要，还要考虑和不损害后代人的生存条件。因此，保护人类赖以生存的环境成为世界共同关心的问题。汽车污染是环境污染的主要途径，为了人类的可持续发展，防治汽车污染已经成了刻不容缓的全球性问题，这就需要我们共同努力在科技创新、节能减排等方面来防治汽车污染。汽车作为人们日常生活中不可或缺的部分，其造成的排放对于环境的影响愈加严重[1]。世界各国对于汽车排放的法规颁布随着技术的发展日趋严格，排放性能的要求对于汽车的研发环节的影响也同样占据了越来越重的比例。相比于汽油机，柴油机的良好的热效率和经济性，以及很低的CO和HC排放，受到厂商和研发机构的青睐。然而，传统CDC柴油机存在一个难以解决的问题——NOx和soot碳烟的排放无法降低。原因在于，高温富氧促进了NOx的生成，而为了减少NOx排放而降低燃烧温度的做法，又减少了对soot的氧化，从而增加了soot的排放。因为传统CDC柴油机缸内燃烧以扩散燃烧为主，这种矛盾很难解决，只能通过改变燃烧机理，利用新的燃烧方式来尝试解决。 1.2 国内排放法规现状 目前地方政府的措施已取得了一些成效，据统计，从2000年到2010年，在中国机动车保有量总量翻3倍多的情况下，污染物排放量仅增加了0.3倍，各项污染物均实现50%以上的消减，采取的控制措施累计减少了3800万吨氮氧化物、4450万吨碳氢化合物、2.387亿吨一氧化碳和700 万吨颗粒物的排放。 轻型柴油车国四标准于2005年颁布，规定从2011年7月1日起，全部正在制造和已经售出的轻型汽车，必须符合国四污染物排放标准。然而，由于尚未出台国四车用燃油标准，仍然无法保证符合标准的车用燃油全国范围内的及时供应，决定将国四标准施行日期推延至2013年7月1日[2]。 2013年7月1日，国四限定实施日期即将到来前，部分整车企业得到消息，由于SCR后处理技术所需要的尿素供应仍然无法确保供应，因此，相关国家部门将国四排放标准实施日期再次推迟。同时，自2013年7月1日起，国三排放的车型将不再允许上工信部公告。
内燃机工作过程的研究方法 摘要： 关键词： 1引言 内燃机是将燃料的化学能转换为机械能，且不断连续运转的机械装置。内燃机的工作过程实质上是 连续复杂的热力循环过程，大致分为三个过程：燃烧放热过程，缸内工质流动及热交换过程，进排 气系统热力学和气体动力学过程。研究内燃机工作过程的目的在于在保证内燃机正常工作的条件下， 如何提高内燃机的热效率，发出最大的功率，同时降低内燃机的油耗和低的污染物排放。因此评价 内燃机的性能指标，主要针对动力性和经济性提出，如平均指示压力、指示热效率、指示燃油热效 率等。上述三个过程都将影响到内燃机的各性能指标，而内燃机工作过程的复杂性增加了研究的难 度，也使得研究方法多样。本文将主要讨论内燃机工作过程的研究方法、所用试验仪器及测试原理、 仪器的使用条件等。 2燃烧模拟装置 内燃机工作过程研究最多属燃烧放热过程，燃烧的好坏直接关系到内燃机的效率、排放等；燃 烧过程也是最复杂的，受到各种边界条件的影响；针对不同边界条件对燃烧性能的影响，试验仪器 主要在定容燃烧弹、快速压缩机、单缸试验机及激波管等。各种测试和数据采集设备也随着相关科 学的发展而日新月异，研究领域也向着数字化、微观化、可视化的方向深入发展。 2.1定容燃烧装置 定容燃烧弹(简称容弹)主要模拟活塞在上止点附近时燃烧室中的燃烧，其特点是结构简单，能够 方便地改变热力参数(包括燃空比、残余废气系数、压力和温度)、湍流参数以及点火参数(火花塞位 置、电极间隙与点火能量)。研究这些参数中单一参数的变化对燃烧过程的影响，因而成为内燃机燃 烧理论基础研究中重要的工具和试验平台[5] [6]。根据试验目的不同，定容燃烧弹的结构形式多种多 样。 2.1.1可变湍流参数的定容燃烧弹 西安交大研制的定容燃烧弹通过带有通孔的板(简称孔板)的快速平动改变燃烧弹内混合气的湍流参数，研究不同湍流强度、尺度对燃烧性能的影响。图1为此燃烧测试系统的试验装置图，它包括定容燃烧弹湍流发生系统、混合气配制系统、点火系统、燃烧压力测量系统、纹影与高速摄影系统以及时序控制系统共7个子系统[7]。 图1 试验装置图
一．膜法富氧燃烧技术简介 富氧是应用物理或化学方法将空气中的氧气进行收集，使收集后气体中的富氧含量≥21%。 现有的富氧方式主要有： (1)增压增氧方式 增压增氧主要用在飞机上,通过增加机舱内的压力,使空气密度增加,由于空气中含氧量的比例是一定的(氧在空气中的体积比为20 95%),空气密度增加后,空气中氧的绝对质量也增加,从而达到增加氧的目的。 (2)制氧机制氧方式 制氧机制氧广泛用在各个领域,制氧机有3大类:第一是利用空气为原料,通过物理的方法,把氧气从空气里分离出来。在1个大气压下,液态氧的沸点是-183℃,而液态氮的沸点是-196℃,当控制液态空气的沸点在-183℃以下高于-196℃时,液态氮首先蒸发,留下来的是液态氧,这种方法可制得纯度很高的氧气,再用很大的压力(一般150个大气压)压入钢瓶贮存起来,供工厂、医院使用,贮存在钢瓶的氧气还可向氧气袋充氧,供个人或旅行者使用。平时我们所见的氧气瓶供氧、氧气袋供氧都是使用这种方法制出的氧气。第二种是常压(或叫低压)制氧方法,所需压缩空气的压力在1ＭＰａ以内,这是近十几年发展起来的制氧方法,也叫膜制氧方法。膜制氧方法的原理可参见文献。第三种是ＰＳＡ分子筛制氧方法,ＰＳＡ分子筛制氧是使用一种变压吸附制氧设备,这种设备主要由空气净化系统,ＰＳＡ氧氮分离系统,氧气缓冲、检测系统等组成。
(3)化学制氧方式 化学制氧是利用含氧化合物为原料,通过与催化剂的反应,制出氧气。使用的含氧化合物必须具备两个条件:一是这种含氧化合物是较不稳定的,在加热时容易分解放出氧气;二是这种含氧化合物里含氧的百分比是比较高的,能分解放出较多的氧气。一般用氯酸钾(分子式是ＫＣｌＯ3),它含氧的百分比达40%,在氯酸钾里加入少量黑色的二氧化锰(ＭｎＯ2)粉末,氯酸钾会迅速分解,有多量的氧气放出。氯酸钾分解放出的氧气常用“排水集气法”收集,供试验、呼吸等使用。氧立得就是利用这种原理制氧的。 二．富氧燃烧 用比通常空气（含氧21%）含氧浓度高的富氧空气进行燃烧，称为富氧燃烧。它是一项高效节能的燃烧技术，在玻璃工业、冶金工业及热能工程领域均有应用与用普通空气燃烧有以下优点： 1.高火焰温度和黑度 2.加快燃烧速度，促进燃烧安全。 3.降低燃料的燃点温度和减少燃尽时间。 4.降低过量空气系数，减少燃烧后的烟气量。 富氧燃烧: oxygen enriched combustion 变压吸附制氧设备在富氧助燃特点: ①节能效果显著 应用于各个燃烧领域均能大幅提高燃烧热效率，如在玻璃行业中平均节油（气）为20%-40%，在工业锅炉、加热炉、炼铁断和水泥厂机立窑等应用节能量为20%-50%，显著提高热能使用效率。
发动机燃烧新技术——Hcci 发动机均质充量压缩着火HCCI（homogeneous charge compression ignition）燃烧是一种全新的燃烧方式。是将燃料、空气及再循环燃烧产物所形成的预混合气被活塞压缩，自燃、着火、做功的过程。 一、HCCI燃烧方式概述 HCCI是均匀的可燃混合气在气缸内被压缩直至自行着火燃烧的方式。随着压缩过程的进行，气缸内的温度和压力不断升高，已混合均匀或基本混合均匀的可燃混合气多点同时达到自燃条件，使燃烧在多点同时发生，而且没有明显的火焰前锋，燃烧反应迅速，燃烧温度低且分布较均匀，因而，只生成极少的NOx和微粒（PM），在低负荷时具有很高的热效率。HCCI发动机主要具有以下几个特点： 1．超低的NOx和PM排放。 2．燃烧热效率高。HCCI发动机的热效率甚至超过了直喷式柴油机。 3．HCCI燃烧过程主要受燃烧化学动力学控制。 4．HCCI发动机运行范围较窄，HCCI发动机燃烧受到失火（混合气过稀）和爆燃（混合气过浓）的限制，使发动机运行范围变窄。对于高十六烷值燃料，由于HCCI发动机燃烧非常迅速，在高负荷工况下（混合气浓度大）易发生爆
震；对于高辛烷值的燃料，由于HCCI燃烧为稀薄燃烧，发动机在小负荷工况下容易失火。 5．HCCI发动机HC、CO排放偏高。这主要是由于HCCI 燃烧通常采用较稀的混合气和较强的EGR，因缸内温度较低造成的。 二、柴油机HCCI燃烧的特点 实现柴油机HCCI燃烧要面临两方面的困难：一是柴油粘度大，挥发性差，难以形成均质混合气；二是柴油作为高十六烷值燃料，容易发生低温自燃反应，均质混合气的燃烧速度控制困难，易造成粗暴燃烧。 柴油HCCI的燃烧放热表现出特别的两个阶段。第一阶段（放热曲线上较小的峰值）与低温化学动力学有关（冷焰或蓝焰）；第二阶段（放热曲线上较大的峰值）是主燃烧期；第一阶段是第二阶段的焰前反应，焰前反应放出的热量加热了余下的充量，同时余下的充量继续被压缩，经历短时间的延迟后，余下的充量达到着火条件，几乎同时着火，使放热率迅速升高，表现在放热曲线上出现大的峰值。 因此，HCCI燃烧速度较快，燃烧始点和放热率对压缩过程中充量的温度、压力等很敏感，控制起来很困难。如果HCCI燃烧控制得较好，则可在拓宽的大空燃比范围内进行高效稳定的燃烧，循环波动压力小，工作柔和。
富氧燃烧技术富氧燃烧技术与污染物排放富氧燃烧是一种新兴的燃烧技术。富氧燃烧能够显著提高燃烧效率和火焰温度，但由于制氧成本较高的问题，在上世纪80年代经历黄金成长期之后，发展速度放缓。而后随着制氧方法的进步，尤其是富氧膜技术的进展，富氧燃烧技术近20年来逐渐推广。而且，富氧燃烧也便于在现有锅炉设备上改造实现，具有可预期的良好发展前景。 与普通的空气燃烧相比，富氧燃烧技术可以显著节约能源，其对环境的影响方面也具有不同特点。其中既有有利的一面，也有不利的一面。本文主要从较为常见的碳排放、粉尘污染、二氧化硫和氮氧化物的排放四个方面来讨论富氧燃烧对环境的影响。 1 富氧燃烧对碳排放的影响 在对CO2排放限制越发严苛的当代社会，节能减排是全社会关注的焦点。常规的燃烧方式都存在着不足之处，局部缺氧会产生不完全燃烧，火焰温度偏低也会产生不完全燃烧，浪费燃料，而作为粉尘排放的未燃烧燃料也会造成大气污染。
富氧燃烧针对缺氧区，局部增氧，可使燃料燃点降低，燃烧速度增快，燃料燃烧更 __，而火焰温度则会提高。根据维恩位移定律，辐射强度与温度的四次方成正比，可使热能的利用率大幅提升。 同时，富氧燃烧可以减少鼓风机进风量和高温烟气的排放量，可降低热能损失。空气中氧气的含量占20.94%，而不助燃的氮气占78.097%。在燃烧过程中，氮气带走了大量热量，采用富氧燃烧后可减少进风量，即减少了热能的流失，并且由于风量的下降，可以使用功率更小的风机。 假设燃料完全燃烧，空气含氧量φ=21%，理论氧气量为Vo，过量空气系数a=1.2，实际空气量为Va，则 Va=a 根据以上公式，设某工况理论氧气量为1 m3/s，可列表1。 对某煤种燃烧的分析，当助燃空气含氧率从21%升高至30%时，理论空气量减少30.0%，理论烟气量减少28.8%，损失减少16.3%。据介绍，日本将23%的富氧用于化铁炉，节能高达26.7%；美国在铸造炉上使用23%～24%的富氧，平均节能44%；国内的武汉钢厂采用富
1绪论 1.1课题背景及意义 1.2国内外研究现状 1.3本文研究内容 2燃烧分析的数据采集、信号分析的原理与方法2.1燃烧分析数据采集方法 2.1.1示功图的概念及用途 2.1.2气缸压力测量方法 2.1.3压力测量精度的主要影响因素及修正方法2.2气缸压力数据预处理 2.3燃烧放热计算原理 2.3.1燃烧放热计算的假设条件 2.3.2基本微分方程 2.3.3燃烧放热率计算步骤 3燃烧放热计算程序 3.1内燃机燃烧放热计算的需求分析 3.2程序设计平台的选择 3.3程序结构和流程 3.4程序的数据结构及变量说明 3.5输出量 3.6图形化界面 4燃烧放热计算结果分析 4.1实验条件 4.2计算结果 4.3误差分析 4.4敏感参数分析 4.5 MA TLAB与FORTRAN计算结果的对比 5与燃烧分析仪的嵌入集成的研究 5.1硬件系统 5.2 LabView简介 5.3算法与燃烧分析仪的嵌入集成 6结论与展望 6.1全文总结 6.2展望
1.1课题背景及意义 近年来，汽车工业已成为全球最大的制造业，年生产能力已达到6500万辆，全球汽车保有量已达9亿辆。由于内燃机是目前燃烧效率最高的热力发动机，故广泛的应用于国民经济的各个领域和国防部门，它所发出的总功率占全世界所有动力装置总功率的90％，它所排出的有害物质又是环境污染的最大源泉，全世界的汽车交通占温室气体排放的20％，全球机动车数量的高速增长给气候带来了严重的问题。因此为了节约能源和降低污染，各工业发达国家十分重视内燃机气缸内燃烧的研究工作。 为了降低内燃机的排放，必须从缸内工作过程着手，分析污染物产生的原因，内燃机数据采集和分析已成为内燃机生产和性能研究工作中必不可少的一个环节。随着内燃机应用的范围在不断扩大，品种和数量在不断增长，对内燃机中各系统零件的性能、使用寿命等技术指标的要求也愈来愈高。因此，对内燃机的工作过程、燃料及扩大燃料的品种、新型结构的研究以及设计和研制合乎要求的产品并对原有产品的分析改造，以满足各种用途的需要，自然就成为内燃机动力工程技术人员的重要任务。在内燃机试验中，除了要定性地观察一些物理和化学现象以外，更重要地是对运行过程中许多有关地物理量和化学量进行精确地定量的测定，如果没有先进的测量方法和测试设备，包括先进的数据处理方法和相应的设备，也就没有先进的内燃机检测技术。所以，若要设计性能更加优良的内燃机，优化燃烧，提高排放的要求，就需要对内燃机各方面的性能进行深入的研究。影响内燃机各方面性能的因素虽然是多种多样的，但燃烧过程具有举足轻重的地位。内燃机的动力性、经济性及排放特性与燃烧过程有着密切的关系。内燃机燃烧过程与其主要工作特性、功率、效率和排放以及部分的机械和热负荷、噪音、振动等都直接紧密地相耦合，所以要改进和完善内燃机的总体性能和某些局部特性，都必须首先在燃烧过程的改善和优化方面下功夫，对燃烧放热过程的深入分析是对发动机性能研究和改善的有效手段。由于内燃机的燃烧过程所占的时间极短，所处的空间很小，更重要的是内燃机的燃烧反应物是很不均匀的，并且经常是流动和扰动的反应物和燃烧产物处于同一容积。这一切就构成内燃机的燃烧过程是一个十分复杂多变的物理-化学过程。但是现在借助微机系统高性能数据采集卡各种传感器（压力传感器、针阀升程传感器、滤波器和电荷放大器等）就能够将大量的燃烧过程物理信息测量记录处理与显示。从这些信息和图形可以比较可靠地分析研究内燃机燃烧过程的完善程度，为进一步改善燃烧过程提供了科学的依据。 气缸压力分析是分析发动机燃烧状况的重要方法。气缸压力携带了内燃机工作过程的大量有用信息，并且与内燃机工作过程的评价参数和性能指标有着密切的关系。各缸的工作参数、排放指标、性能指标等的差异都全部或部分地反映在气缸压力上。在内燃机的状态监测和故障诊断中，气缸压力是表征内燃机运行状态的最好指标之一，内燃机的工作状态及故障大都可以通过气缸压力随时间（或曲轴转角）的变化曲线反映出来。因此采集气缸内压力并对其进行统计或热力学分析是内燃机产品设计、改进或研究的重要方法。内燃机气缸气体压力曲线（示功图）是深入研究内燃机工作过程及动力性能指标的重要内容。通过对示功图分析可得出工作过程的最高燃烧压力和其所在的曲轴转角位置等重要参数。示功图既是内燃机性能参数计算和放热规律分析的依据，又是内燃机燃烧过程数学模拟精确程度的评价标准。利用实测示功图，可以计算内燃机的燃烧放热规律，对实际内燃机的燃烧过程进行分析，可以研究内燃机的循环变动。并且，可以借助示功图进行内燃机最佳状态调整及故障诊断，故国内外对其研究较多。因此，内燃机数据采集与燃烧分析技术得到了迅速的发展。 1.2国内外研究现状 现在，国内外己研究出许多发动机数据采集和分析用的仪器设备，并随着微电子技术和
生产技术经验 文章编号:1000-2871(2000)02-0026-04 富氧燃烧技术的应用Ξ 戴树业,韩建国,李 宏 (华北制药股份有限公司玻璃分公司,河北 石家庄050041) 摘要:介绍富氧燃烧在燃油玻璃窑炉上的应用及改进经验。 关键词:玻璃窑炉;燃油;富氧燃烧 中图分类号:T Q171.6+25.3 文献标识码:B Application of Oxyboosted Burning T echnology DAI ShuΟye,H AN JianΟguo,LI Hong 1 概述 富氧燃烧就是采用比空气中含氧量高的空气来进行助燃。两方发达国家及前苏联早在70年代就开始这项技术的研究,并在70年代末80年代初取得了良好的效果。象日本松下电气产业公司和大阪煤气公司开发的富氧装置,其所用的膜材料是聚硅氧烷与聚对羟基苯乙烯的交联共聚体,能生产含氧量为28%的富氧空气。美国通用电气公司UOP公司制造的富氧发生器可生产30%浓度的富氧空气。我国80年代中期开始此项技术的研究,中科院大连化物所自1986年起一直从事国家“七五”和“八五”科技攻关项目:卷式富氧膜、组件、装置及其应用和开发的研究,并且研制成功“LT V-PS富氧膜、<100×1000mm卷式组件及装置Ⅰ型”。 我公司现有4台马蹄焰蓄热室窑炉,面积在23～28m2之间,主要生产药用玻璃管,对玻璃的熔制质量要求较高,熔化率低,能耗高。随着市场经济竞争日趋激烈,能源价格上涨,成本不断提高。节能挖潜、降低成本对于耗能大户玻璃行业来说至关重要,而采用新技术是最佳途径。我公司1992年就开始对富氧燃烧进行调研工作,但当时富氧膜成本高,使用周期短,工艺设备不成熟,故障率高,一些厂家的使用效果不理想。以后几年我们一直在关注该技术的发展。随着时间的推移,技术的成熟,我公司于1996年上马富氧燃烧项目。 2 膜法富氧制取技术 众所周知,空气中的主要成分是氧占20.94%,氮占78.09%。而氧气、氮气在特制的高分子膜中的溶解度大小和扩散速率不同。膜法富氧就是利用空气中各组分透过高分子富氧 Ξ收稿日期:1999-09-16
内燃机燃烧与排放控制研究计划 一、研究背景 汽车从发明到今天已经一个多世纪了。在现代社会，汽车已成为人们工作、生活中不可缺少的一种交通工具。汽车在为人们造福的同时，也带来大气污染、噪声和交通安全等一系列问题。2013年伊始，全国多地遭遇雾霾天气，北京更是连续6日深陷其中，PM2.5浓度指数多次“爆表”。 从1993年开始，我国已成为石油净进口国。2012年，我国进口原油2.85亿吨，对外依存度达到了58.7%。通行观点认为，石油进口依存度超过50%，就说明该国已进入能源预警期。日前，环保部发布了《2012年中国机动车污染防治年报》，公布2011年全国机动车污染排放状况。年报显示，我国已连续三年成为世界机动车产销第一大国，机动车污染已成为我国空气污染的重要来源，是造成灰霾、光化学烟雾污染的重要原因。机动车排放的污染物主要包含四项：氮氧化物（NOx）、颗粒物（PM）、碳氢化合物（HC）和一氧化碳。2011年，全国机动车四项污染物排放4607.9万吨，比2010年增加3.5%，而汽车的排放量占到了机动车排放总量的84.7%。其中，汽车对CO、HC的贡献比例分别达到了80.6%、76.9%，而对NOx、PM的贡献比例则高达90.4%和94.9%。 二、研究计划的目的 针对现在绝大部分机动车都是汽油机或者柴油机，所以改善内燃机的燃烧过程和控制废气的排放对如今石油资源的不断匮乏和环境问题日益恶化有很大的帮助。第一，石油资源是不可再生资源，用完了就没有了，所以通过改善燃烧过程，优化燃烧路径，已达到减少燃油消耗。提高燃油经济性，相对的减少了燃油的消耗量。第二，通过污染物的排放，尽可能的减少污染，达到国际先进的排放标准。将汽车排放废气污染降至最低，还一个健康的大气环境给我们。 三、研究内容及拟采取的技术路线与设计方案 本研究计划主要研究内燃机的燃烧过程和对排放的控制。通过对内燃机燃料的选择，进气管道的设计，气缸的结构参数（燃烧室的形状，压缩比等）设计，适应各工况的燃油喷射时刻正时，对氧传感器和三效催化转换器的闭环控制的优化设计等一系列措施来优化燃烧过程，降低燃油消耗率，降低排放。
基金项目:湛江市2004年重大科技攻关项目(项目编号:2004-3) 富氧燃烧的节能特性及其对环境的影响 郑晓峰,冯耀勋,贾明生 (广东海洋大学工程学院,广东湛江524088) 摘要:本文从富氧燃烧的节能特性及其对环境的影响两方面来探讨富氧燃烧。随着氧气制备技术的低成本化,采用富氧燃烧对于当前来讲可以很好地提高燃烧效率从而达到节能的效果,同时也要注意其对环境的影响。 关键词:富氧燃烧;节能;环境 中图分类号:T K16 文献标识码:B 文章编号:1004-7948(2006)07-0026-03 1引言 迄今为止,人类消费能源的80%是通过燃烧的途径得到的,而燃烧过程的排放物也是造成环境污 染的主要原因。围绕如何提高资源的利用率并在利用的同时尽可能地降低对环境造成的影响,各种高效率、低污染燃烧技术的开发非常活跃,高温空气燃烧、催化燃烧、富氧燃烧等技术已显示了其广阔的应用前景。 富氧燃烧采用比空气中氧含量高的空气来助燃,富氧的极限就是使用纯氧。富氧燃烧可以显著提高燃烧效率和火焰温度,长久以来主要是应用在玻璃熔窑和金属冶炼等需要高温操作的行业。随着膜法制氧技术、变压吸附PSA 法(Pressure Swing Adsorption )等新型制氧技术的成熟和利用,富氧成本将会不断降低,使得富氧燃烧技术的应用领域不断扩大,在燃气发电系统、工业锅炉、生物质能和废弃物能的利用等多方面都具有应用前景。2富氧燃烧节能特性 富氧燃烧具有节能特性主要是由其燃烧特点来决定的,其主要特点如下[1 ～5]: (1)火焰温度大幅度提高,以甲烷燃烧为例(见图1):30%富氧空气时的绝热火焰温度为2500K ,比通常空气燃烧提高近300K;氧浓度大于80%时的火焰温度接近3000K ,层流燃烧速度增大到近3m/s ,而普通空气的层流燃烧速度仅为0145m/s 。通过富氧助燃可以提高燃烧强度,加快燃烧速度,获得较好的热传导,同时温度提高有利于燃烧反应; (2)由于惰性成分的氮气浓度大大降低,无谓的能源消耗大幅度降低,30%～40%的富氧空气燃烧 图1 氧气质量浓度对最高温度、火焰传播速度的影响 就可以降低燃料消费20%～30%,提高了热效率;(3)烟气量大幅度减低,纯氧燃烧时的烟气体积只有普通空气燃烧的1/4,烟气中的CO 2浓度增加,有利于回收CO 2综合利用或封存,实现清洁生产;烟气中高辐射率的CO 2和水蒸气浓度增加,可促进炉内的辐射传热; (4)设备尺寸缩小,燃烧系统的设备投资成本和维护费用降低。3富氧燃烧应用现状 由上述特点可知富氧燃烧作为一项具有良好开发前景的高效节能技术具有很广阔的市场前景。目前在冶金、建材等需要高温工况的行业已有应用,低热值的生物质燃料以及固体废弃物的富氧燃烧也是最近发展的热点。 311富氧燃烧技术在金属冶炼中的应用 目前世界富氧消耗中,钢铁占50%以上[6],各个大型钢铁厂基本上采用了富氧鼓风。现代的钢、铁联合企业都自建有配套的氧气厂,富氧鼓风可以增大处理能力,降低热消耗水平,提高高炉煤气质量[7]。炼钢过程中,由于炼钢方法不一样,富氧使用情况也不同。对于转炉或平炉炼钢法,采用的是 — 62— 节 能EN ER GY CONSERVA TION 2006年第7期 (总第288期)
富氧燃烧技术 一、富氧燃烧可以提高燃烧区的火焰温度。 研究表明，火焰温度随着燃烧空气中氧气比例增加而显著提高，详见图1。富氧燃烧可明显提高火焰温度，提高火焰对配合料和玻璃液的加热效果。燃烧过程是空气中的氧参与燃料氧化，并同时发出光和热的过程。热的传递一般通过辐射、传导和对流三种形式进行。这三种形式何种作用最大主要取决于：火焰类型和形状、加入空气中的含氧量及燃烧设备周围的情况等。由于热传递速率与温度的四次方成正比，所以提高燃烧温度将会大大增加热辐射。 火焰温度与氧浓度的关系图 由火焰温度与氧浓度的关系图可知：A)火焰温度随富氧空气氧浓度的提高而增高；B)随氧浓度的继续提高，火焰温度的增加幅度逐渐下降。为有效利用富氧空气，氧浓度不宜选得过高，一般按空气过剩系数m＝1～1.5组织火焰时，富氧空气浓度取23～27％为宜，其中空气含氧量从21％增加到23％时，效果最明显；C)空气过剩系数不宜过大，否则，同样浓度的富氧空气助燃，火馅温度较低。通常在组织燃烧时，控制在1.05～1.1，以达到既能获得较高火焰温度又能燃烧完全的效果。 火焰温度与氧浓度的关系图所示的是理论火焰温度值，实际值要低得多。因为普通燃料燃烧后的最终产物都是二氧化碳和水，它们加热到1500℃时会分解为一氧化碳、氧和氢。也就是说，任何碳氢化合物燃料的高温火焰混合物都将出现CO2、
CO、H2、H2O、O2、CH。由于CO2和H2O高温分解反应是吸热反应，所以实际火焰温度比理论火焰温度要低得多。 (2)富氧燃烧改变了燃料与助燃气体的接触方式,降低燃料的燃点温度，可明显缩短火焰根部的黑区，增大有效传热面积。当用重油作燃料时，它先蒸发成气体，主要是氢气和一氧化碳，其燃点温度为500～600℃，当富氧空气参与助燃时，其燃烧条件得到改善，从而降低重油的燃点温度，使火焰变短，火焰强度提高，释放热量增加。尤其是玻璃熔窑燃料燃烧时，通常将燃料喷枪置于助燃空气的下方，由于不能及时混合，在火焰根部常有低温区存在，形成所谓的黑区。黑区的存在减小了火焰在熔窑内的覆盖区域，降低了传热效果。 (3)富氧燃烧可以加快燃烧速度，改善燃料的燃烧条件，使得燃烧在窑内充分完成，减少了在蓄热室内的残余燃烧，因而能充分地利用燃料。下表中示出各种燃料应用空气和氧气助燃的燃烧速度比较情况，由表可见，各种气体燃料在纯氧中的燃烧速度大大加快。由于加入氧气后提高了火焰温度，因此增加了燃烧速度。燃烧速度实际上是一种定性的说法。如乙炔是一种燃烧速度快的燃料，其火焰短而密实；天然气是一种比乙炔燃烧速度相对慢的燃料，其火焰较长，但只要燃烧完全，都可放出很大热量。因此，要使燃料达到完全燃烧，必须使燃料和空气混合均匀或充分接触。富氧空气参与助燃后，能加快燃烧速度，提高燃烧强度、使火焰变短，获得较好的热传导，同时由于提高了燃烧温度，所以有利于燃烧反应完全。另外，因为1摩尔C在不完全燃烧的情况下比完全燃烧时少释放出约70％左右的热量。排出尾气中的CO含量增加，热损失呈直线增加。CO热损失增加，单位蒸汽的热耗也近似直线增加。所以说富氧燃烧促进燃料燃烧完全，是节约热能的重要原因。 (4)富氧燃烧使燃烧所需空气量减少，废气带走的热量下降。排出废气的容积比与燃烧空气中氧浓度(％)的关系如下图所示。通常的燃烧只有占空气总量1／5的氧气参与燃烧，其余约占4／5的氮气非但不助燃，反而要带走燃烧产生的大量热量，从烟气中排出。使用富氧空气的情况下，燃料燃烧完全，自然排出废气减少，排烟热损失也相应减少从而节能。
Introduction to Combustion Chemistry The gasoline-powered internal combustion engine takes air from the atmosphere and gasoline, a hydrocarbon fuel, and through the process of combustion releases the chemical energy stored in the fuel. Of the total energy released by the combustion process, about 20% is used to propel the vehicle, the remaining 80% is lost to friction, aerodynamic drag, accessory operation, or simply wasted as heat transferred to the cooling system. Modern gasoline engines are very efficient compared to predecessors of the late '60s and early '70s when emissions control and fuel economy were first becoming a major concern of automotive engineers. Generally speaking, the more efficient an engine becomes, the lower the exhaust emissions from the tailpipe. However, as clean as engines operate today, exhaust emission standards continually tighten. The technology to achieve these ever-tightening emissions targets has led to the advanced closed loop engine control systems used on today's Toyota vehicles. With these advances in technology comes the increased emphasis on maintenance, and when the engine and emission control systems fail to operate as designed, diagnosis and repair. Understanding the Combustion Process To understand how to diagnose and repair the emissions control system, one must first have a working knowledge of the basic combustion chemistry which takes place within the engine. That is the purpose of this section of the program. The gasoline burned in an engine contains many chemicals, however, it is primarily made up of hydrocarbons (also referred to as HC. Hydrocarbons are chemical compounds made up of hydrogen atoms which chemically bond with carbon atoms. There are many different types of hydrocarbon compounds found in gasoline, depending on the number of hydrogen and carbon atoms present, and the way that these atoms are bonded. Inside an engine, the hydrocarbons in gasoline will not burn unless they are mixed with air. This is where the chemistry of combustion begins. Air is composed of approximately 21% oxygen (02), 78% nitrogen (N2), and minute amounts of other inert gasses.