——军环科技热红外伪装消烟装置助力国防隐身
问题分析与技术分享 | 柴油发电机黑、白、蓝烟及热红外辐射的伪装 |
摘要：国防工程地下柴油发电站是国防工程常用的战备电源。柴油发电机因各种原因经常会产生有黑烟、白烟或者蓝烟，直接排放容易暴露工程目标，同时高温烟气产生的热辐射也是直接暴露工程目标的主要征候。做好全时消烟和热红外伪装，是有效防范可见光侦察和热红外侦察的有效手段。热红外伪装消烟装置是依托军环科技公司多项专利生产的高科技产品，能有效防范化解排烟和热红外伪装的困扰，助力国防工程加强综合伪装，提高其战术技术性能。
一、故障现象
柴油发电机正常工作时，排出的废气呈淡灰色，只是在加速时会出现一股黑色排烟，所以当出现烟色异常时，会出现以下现象。
1、冒黑烟
这是柴油发电机不完全燃烧的特征。此比时排出的废气中有大量固体炭粒。有时甚至带火星，并伴随排气温度的升高（如图2）。
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图1 柴油发电机冒黑烟现象 |
排气冒黑烟（碳烟）黑烟也称碳烟，柴油发动机排气冒黑烟主要是燃料混合气过浓，可燃混合气形成不良或燃烧不完善等原因造成的。柴油发动机在高温、高压燃烧条件下（燃烧过程曲线如图3所示），
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图2 柴油发动机燃烧过程曲线图 |
局部缺氧、裂解并脱氢而形成的以碳为主要成分的固体微小颗粒，是燃烧室内燃料燃烧不完全的表现。由于柴油发动机是非均质燃烧，燃烧室内各区域的化学反应条件是不一致的，而且随着时间而变化的，所以黑烟很可能是由许多不同途径生成的。柴油是复杂的碳氢化合物，喷入燃烧室内未燃烧的柴油受高温分解，形成炭黑，排气时随同废气一起排出形成黑色烟雾。黑烟是不完全燃烧产物，是烃燃烧在高温缺氧情况下裂解过程释出并聚合而成的。某些情况下燃油喷射在燃烧室壁面上，形成液态油膜，油膜是最后蒸发的一部分，它的燃烧取决于其蒸发速度和燃料蒸气与氧的混合速度。如果周围气体中氧的浓度太低，或混合的速度不够时，从油膜蒸发的燃料气体将被分解，并产生未燃烃、不完全氧化产物和黑烟。
2、冒白烟
这是柴油发电机废气中水或燃油蒸汽的特征。此时柴油发电机排出的废气呈白色雾状，并伴随着柴油发电机功率下降和转速不稳。燃油系统在柴油发动机上部件位置如图4所示。
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图3 燃油系统部件在柴油发动机上位置图 |
白烟是指排气烟色为白色，它与无色不同，白色是水蒸气的白色，表示排烟中含有水分或含未燃烧的燃油成分。白烟呈液珠状态，和蓝烟相比较直径稍大，一般大于1μm。在光的折射下呈白色，柴油发动机的白烟是未燃烃（含燃油和润滑油）、水蒸气以及不完全燃烧的中间产物（如含氧碳氢），除水蒸气外，它们也都属于微粒范畴。柴油发动机在刚起动时或冷机状态时，排气管冒白烟，是因为柴油发动机气缸内温度低油气蒸发而形成，冬季尤为明显。柴油发动机在寒冷天气运行时，柴油发动机温度低，排气管温度也低，有水蒸气排气凝结成水气形成白色排烟，是正常现象。若当柴油发动机温度正常，排气管温度也正常时，仍然排出白色烟雾，说明柴油发动机工作不正常，可判断为柴油发动机故障。
3、冒蓝烟
此时柴油发电机排出的废气呈蓝色雾状，并伴有呛人的烟味和柴油发电机机油消耗增加。排气冒蓝烟，一般情况下是柴油发动机使用日久，慢慢开始烧机油引起的，随着蓝色烟雾的加重，烧机油越来越多，就应考虑维修柴油发动机了。有时燃油中混有水分，或有水分漏入燃烧室中，引起燃烧的改变，柴油发动机会冒浅蓝色烟。
二、后果危害
柴油发电机当出现烟色异常时会带来功率下降、燃油消耗增加
、机油消耗增加、污染排放物增加、使设备寿命减低等危害的同时，对于军事工程来说，还造成以下严重后果，直接危害工程的生存能力。
1、造成电站可见光暴露
大量的浓烟直接暴露地下电站的具体位置，平时易被别有用心的敌特分子关注，战时容易直接被敌方锁定目标位置（如图8）。普通大众也经常有意无意利用自媒体散布特殊位置产生浓烟的照片从而易被别有用心的敌特情报分子收集关注。也经常被误以为山火而呼救假山火、报假警造成忙乱。
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浓烟中往往含有大量未燃烧固体颗粒或者液体雾气，高温的固体颗粒或者液体雾气是直接产生烟气热红外的载体，因而直接暴露电站排烟的位置，极易被热红外侦察器材捕获并识别（如图5）。
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图5 热红外侦察示意图 |
3、对人体健康危害大
柴油机的主要排放污染物是NO`和PM，对人类、动物、植物和制成品等都有不同程度的危害，污染物的危害程度取决于这些有害物质的毒性、在空气中的浓度、吸入沾污空气的时间以及每1min吸入的体积（如图10）。其中柴油发电机排气中的颗粒（亦称微粒或颗粒物）对人类健康的危害性与颗粒大小及其组成有关。颗粒愈小，停滞于人体肺部、支气管的比例愈大，对人体的危害就愈大，其中0.1、0.5μm的微粒对人体危害最大，会引起气喘、支气管炎和肺气肿等慢性病。柴油机排出的微粒大多小于0.3μm，其主要成分是碳及其吸附的有机物质。特别是吸附物中有多种多环芳香烃，具有不同程度的致癌。浓烟越大越多，也表明其中的颗粒物越多，对官兵的心身健康造成伤害；另外随着人们环保意识的增加，由此带来的环保投诉和军民纠纷也越来越多。
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图6 柴油发电机排气中的颗粒物 |
三、伪装技术措施
柴油发电机在伴随保障中产生的异常烟气，首先要从机器自身的性能状态进行排查检修维护，努力保持设备良好的技术状态。但柴油发电机异常烟气难以在持续保障期间判定并采取预先防范的措施进行处理，进而避免造成目标的可见光暴露。同时高温烟气对周边建构筑物和伪装植被的热辐射，直接放大了目标的热红外暴露斑点，成为目标暴露的主要征候。因此，必须采取有效措施加以防范，提高目标的伪装防护能力。军环科技公司热红外伪装消烟装置主要性能指标满足一级伪装等级相关要求，其中消除黑烟达到格林曼黑度<1级；消除蓝色和白色雾气达到目测无雾(>50m)；伪装波段3~5μm 、8~14 μm,出烟口表面平均辐射温度不高于背景平均辐射温度2K；热红外暴露斑点小于1m；设备运行不用水。能持续有效满足工程伪装防护的需要，安装便捷，维护简单，战场适应性强，是国防工程伪装防护的优先产品。
地下工程柴油发电站暴露征候主要：一是电站排烟口排烟管热红外；二是电站启动初期及运行过程中排放的黑烟；三是电站运行期间可能发生的蓝烟、白烟。
其中问题二主要是因为柴油存在杂质、燃烧不充分造成，特别是战备柴油黑烟略为严重，尤其在启动初期黑烟浓度最大。目前军环科技公司已有成熟的技术方案和产品可以解决，并且在多个隐蔽工程成功运用。该公司获得专利的针对柴油机黑烟处理的第三代（人工清理再生型）和第四代（自动再生免维护型）颗粒捕集器，具有黑烟处理效率＞95%，GB16297-1996规定之林格曼黑度一级以下，GB36886-2018不透光系数＜0.5m-1，运行成本和维护成本基本为零，维护便捷，可反复使用，使用寿命与发电组寿命相当。有些可利用附加贵金属进行氧化再生后反复持续使用，延长使用寿命。
问题三蓝烟主要是因为烧机油，白烟主要是柴油不纯，含水多，产生水汽后遇到冷空气结露形成白雾。控制好柴油质量，加装高过滤精度的油水分离器，并按期保养，保持好机组性能质量即可消除。
做好伪装的关键重点和难点问题是问题一，柴油发电机排烟初始温度可达500-600℃。热红外伪装一般要求排烟口和周围环境的辐射温差不超过3℃。因此排烟口的热红外伪装问题成了工程伪装的重点和难点。目前应用较多的技术方案两种：
一）冷却式伪装技术
即消烟降温机组，其使用大量水使其降温消烟，有一定效果，但需要大量冷却水，日常维护管理麻烦，特别是除垢除油污等，还容易因冷却水温度升高后排放造成水的热红外暴露（如图7）。
图7消烟降温机组与排烟管连接示意图
二）非冷却式伪装技术
即不需要对排出烟气进行降温，采取一种气层隔离技术，使得排出烟气不与排烟管口外围壁面接触发生热传导，防止热红外侦察到排烟口。该技术不需要用水，日常维护也简单如见图8及图9。
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图8 | 图9 |
非冷却式伪装技术路径目前主要有以冷体腔的伪装型排气口为代表的气层隔离技术，该技术能取得一定效果，有效控制了排烟口与烟气之间的热传导，在开阔地带使用效果较好。但因为排出后的烟气始终集聚在排烟口外周环境，外周环境仍然因排出烟气的热产生热红外暴露特征。
三）射流式热红外伪装技术
该技术方案是军环科技公司发明专利技术，是气层隔离技术的另一个有效技术路径，即通过一定气流速度喷射，借助射流气流形成一定气流束的特点，在排烟管外周加遮蔽盖的方式进行伪装，在一定气流速度下，遮蔽盖与排烟管之间也形成一定的附壁流进一步隔离热传导，进而进一步强化热红外伪装效果（如图10）。通过高速气流快速将高温气体吹散消融到大气中，避免排出烟气在外周环境长时间集聚而造成周围环境温度升高暴露目标。通过加载绿联净化专利技术黑烟颗粒捕集器处理，有效解决黑烟、蓝烟、白烟和热红外伪装等问题。该技术在广东某军级地下指挥防护工程、团级地下指挥防护工程技术改造中运用实践，取得良好效果。
图10
该技术不受地形地貌和气候条件制约，可广泛应用于我国全境各类工程的热红外伪装处理，也可运用到移动电站、机车、野战炊事等。
对于地下柴油发电站来说，由于受多种原因所影响，柴油发动机在工作中会出现烟色异常是常见现象之一。对此我们不仅要加强重视，勤于观察并分析烟色不正常现象产生的原因，并据此采取相对应的措施进行处理，从而在切实做好综合伪装的同时，有效地保障柴油发动机良好的战术技术性能。同时，要采取有效防可见光侦察和防热红外侦察技术措施，扎实做好工程伪装，提高工程生存防护能力。
军环科技公司提供柴油发电机热红外伪装消烟装置、消烟降温余热利用装置、热红外伪装机组、消雾热红外伪装开式冷却塔、热红外伪装冷却装置、热红外伪装消雾闭式冷却塔、隐身移动电源、应急给水处理器（车）、应急排水处理器（车）等产品，承接柴油发电站消烟热红外伪装技术改造、中央空调冷却塔消雾热红外伪装技术改造、工业余热利用、余热发电、废气发电、冷热电联供能源站建设、军事环境保护及绿色能源拓展业务 ，并代理优质二氧化硅气凝胶、伪装网、伪装服、伪装涂料、隐身吸波板材、屏蔽材料、给水排水处理等各种伪装隐身产品，涵盖满足工程、装备和军事活动的各种伪装隐身需求，努力为伪装防护、军事给水排水保障、军事环境保护等提供一体化解决方案。
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军环科技是集研发、设计、制造的高新技术企业。公司先后获得了柴油发电机组热红外伪装消烟、柴油发电机组消烟降温余热利用热红外伪装、热红外伪装冷却消雾塔、隐身电源等发明专利、软件著作权等成果。
核心团队来自原国防工程设计、建设和维护管理一线深耕领域沉淀超过二十年的资深骨干团队等。核心技术源头、资金、资源为国防（人防）伪装防护和军事环境保护一站解决交付方案提供保驾护航。
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