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净化柴油机碳烟微粒和NOx的技术措施
作者:管理员    发布于:2016-06-06 10:46:00    文字:【】【】【

  1)沥青老化程度不同引起的差异;专题综述2)沥青加热温度不能过高,加热时间不能过长,骨料温度也不能过高;3)粗骨料在干燥筒和搅拌锅内产生二次破碎导致矿料级配变化;4)矿粉和细骨料含量在烘干过程中引起的矿料级配变化;5)筛分效率和混仓率导致的矿料级配变化;6)热集料残余含水量的差异导致沥青含量的变化;7)根据级配设计基本原理,由矿料表层面积总和决定沥青的用量。沥青混合料中矿粉和细骨料的表面积占矿质混合料总面积的80%以上。在矿料的干燥过程中,由于除尘装置风门开度调整的不同,细骨料的级配组成将发生变化。所以经常会出现实际拌和中混合料的油石比和试验室按配合比设计的油石比有较大出入。特别是需要用石屑时,这种情况更加明显。通常拌和楼所生产混合料含油量偏大。所以根据设备的除尘能力,适当调整除尘器风门开度,同时试验人员对热料仓特别是1号仓)全宽度取样,定期检查热集料级配,合理调整油石比都是十分必要的。

  通讯地址:广东省番禺市大石镇南浦广东省长大公路工程有限公司第四分公司设备部S11430)净化柴油机碳烟微粒和NOx的技术措施天津港第四港埠公司王兴亚天津大学李志军饶里刘天宇燃油改质和废气后处理所采取的机内措施。以及采用陶瓷蜂窝过滤器、DeNOx后处理器、CRT连续再生Sj捕集系统等机外净化措施等方面介绍了降低柴油机排气污染物碳烟微粒和NOx的技术措施和控制对策。

  柴油机具有耐用、清洁、高效、可靠性高等优点,其排出的C.0、HC.、NOx等污染物比汽油机低95%,02低25%,因而在世界各国得到广泛应用。但柴油机在工作过程中是处于富氧状态下,使得传统的用于汽油机的三效催化转化器TWC.Threewaycatlyst)不能有效地降低柴油机的NOx,且柴油机由于混合和燃烧的固有特点,其排出的碳烟微粒较多,因此柴油机排气污染控制的重点是碳烟微粒PM和专题综述1机内措施1.1进气系统采用增压并配合中冷技术来提高发动机进气充量,不仅使柴油机着火滞后期变短,机械效率增大,燃油消耗率减小,而且由于燃烧过程变好,也使得柴油机排放的碳烟微粒数目降低。同时采用中冷技术,可使柴油机的最高燃烧温度rz得到有效控制,NOx排放量也无明显增加。增压及增压中冷技术已成为提高柴油机性能的一种有效手段。

  技术是通过将排放出的废气引入进气通道中,减少了进气充量中的含氧量,使进气充量的热容量增加,从而使燃烧最高温度rz下降,减少NOx的排放。EGR技术的关键是在最大程度降低NOx排放的情况下,又不影响柴油机经济性和HC.与PM的排放,这需要采用有效的调整装置来优化整个柴油机工作范围内的废气再循环量。将电控技术与增压中冷技术结合使用,依发动机工况控制EGR量并与高压喷射结合可很好地解决降低NOx和碳烟微粒排放之间的矛盾。

  1.2燃烧系统柴油机生成NOx的根本原因在于高温、富氧和高温持续时间三者的同时存在,而碳烟微粒PM产生的根本原因在于非均质的燃烧过程,均质预混合燃烧可有效地控制PM的排放,提高燃油经济性。

  为了使柴油机的NOx排放与碳烟微粒排放都得到有效的控制,必须使混合气的过量空气系数保持在0.60.9之间。空气过多,排出的NOx增力口;空气过少,则碳烟微粒增多。从燃烧放热规律来看,就是努力降低预混合燃烧放热率的峰值以降低NOx生成,增大扩散燃烧的放热率峰值并使得燃烧持续期缩短以降低碳烟微粒排放和提高柴油机的经济性。

  形喷雾以缩短喷雾贯穿距离,喷油时刻大幅提前,喷油压力维持在可雾化的最小值,且为了限制喷雾贯穿,在喷油嘴前端设置了碰撞部,使喷油持续期限制在一定值,以实现燃油快速分散。

  燃油喷射系统是柴油机燃烧系统的核心。研究表明,提高喷油压力和减少喷孔直径可明显地改善喷入缸内的柴油雾化,从而改善缸内的燃烧过程,降低柴油机的碳烟微粒排放。德国BOSC.H公司的VP37型轴向柱塞式燃油分配泵,喷射压力高达95MPa,喷油孔径为0.158mm,可满足NOx和碳烟微粒排放低的要求。

  上海交通大学提出的燃油溶气喷射技术和国内外正在研究并应用的柴油机共轨式电控燃油喷射系统(CommonRailFuelInjectionSystem―CRSystem)等技术措施,都可以很好地降低柴油机的NOx和碳烟微粒排放。前者通过向柴油中溶入一定量的c.o2气体,改善了柴油的雾化;而后者由于采用C.R系统,可实现对燃油喷射定时和喷油量的柔性调节。

  1.3燃油和代用燃料柴油的主要参数为密度、含硫量、芳香烃含量和十六烷值。柴油机运转中,柴油中约有98%的硫转化为气体S02,其余2%左右生成硫酸盐颗粒随尾气排出。研究表明:柴油含硫量由0.3%减少到0.05%时,颗粒物污染将减少9%.十六烷值是影响NOx排放的主要参数,十六烷值由40增加到50,NOx排放下降约11%.面对低硫、低芳烃、高十六烷值含氧柴油要求,世界各国都纷纷制定新的柴油标准,规定柴油含硫量应小于0.05W%、芳烃含量小于35V%,以后逐年加严。采用含硫、芳烃少高十六烷值富氧柴油可大幅改善柴油机碳烟微粒排放。

  加之只有C.-H键和C.-0键,没有C.-C.键,因此燃烧生成的排放物C.CKHC.和碳烟微粒低。由于它蒸发潜热大,可采用较大的EGR率,十六烷值比柴油高,着火延迟期短,因此可以抑制NOx生成和低的压力升高率,是一种较理想的新兴代用燃料。发动机上燃用DME的试验结果表明:自然吸气式发动机排放水平可达目前Euro3和加洲ULEV标准,燃烧噪声降低15dBA),燃用DME同时采用冷却EGR技术,NOx排放可降至1.36g/kW*h,且颗粒排放几乎不增加,只是燃油消耗率略有增加。柴油机燃用DME虽可使柴油机排放大幅改善,但目前仍有一些问题亟待解决。如燃料的储运、燃油系统改进新型低压30MPa燃油喷射系统)、泄漏和润滑等问题。

  气体燃料生要是天然气C.NG和液化石油气LPG)和空气混合较充分,无需汽化,加之不含铅,因此燃烧充分并可大幅改善柴油机的排放。目前由柴油机改装的单燃料天然气发动机和由柴油/C.NG、柴油-LPG改装的双燃料发动机已极大地改善了内燃机的排放,特别是城市建设用的工程机械和公交汽车内燃机等,已在清洁城市的大气环境中做出了贡献。但由于C.NG和LPG的一些特点,目前尚有一些问题需进一步研究解决。一是启动慢、加速性差、排温高和易失火问题,二是耐久安全性、资源和供气站推广应用等,相信不久的将来,C.NG、LPG等气体燃料将在内燃机上获得更加广泛的应用。

  润滑油是柴油机颗粒中有机可溶物SOF的重要来源,约占SOF的70%90%,采用压力活塞环,优化活塞设计,降低润滑油耗量,降低润滑油中含硫量,都可有效地降低柴油机颗粒排放。

  2机外措施目前降低NOx和碳烟微粒的措施一种是采用推迟供油提前角措施降低最高燃烧温度7*使机内NOx降低,然后采用陶瓷蜂窝过滤器等捕集排气中的PM,在机外降低柴油机的碳烟微粒。但陶瓷蜂窝过滤器使用一段时间后背压会升高,当排气背压达到1620kPa时,发动机性能将变差,因此陶瓷蜂窝过滤器的再生问题成为这一方法能否实用的关键。目前再生的方法有电加热法、微波再生法、喷油助燃法等。陶瓷过滤器经再生后背压降低,重新起到滤清作用。颗粒过滤器虽未大量投入使用,但随着环保法规的逐步加严,颗粒过滤器将普遍用在柴油机上。

  利用静电旋流分离净化方法捕集柴油机微粒也是降低柴油机碳烟的一种有效方法。目前关于微粒的排放法规还仅限于排放因子/km、g/kWh)的限制上,由于微粒的大小及组成对人体、动物的危害不同,目前人们已开始着手研究微粒的大小对人体、动物的危害及具有这一尺寸大小微粒的生物毒性如何等。这一研究成果将使关于微粒的排放法规制定由量控变为质控,使其更加趋于科学合理。

  降低NOx和碳烟微粒的另一种方法是采用机内措施把颗粒排放降至规定的限值并采用DeNOx催化转换器在机外降低NOx.该方法需要在柴油机排气尾管中喷入尿素水溶液,使柴油机排出的NOx还原为N2,在DeNOx后再装备氧化催化转换器使多余的NH3氧化为N2和水。这一方法虽然需另设尿素储存箱,配液控制也较复杂,价格较高,但该方专题综述法在降低油耗上的得益是其它方案所无法实现的,得到人们广泛的重视。

  目前开发的CRT连续再生捕集)系统对颗粒后处理较为有利。该系统由陶瓷颗粒过滤器和氧化催化器组成。NO在氧化催化器中转变成N02,N02又与颗粒过滤器中的颗粒氧化,随后进行连续的再生过程。由于S02会阻碍N02的形成且生成的硫酸盐会阻塞颗粒过滤器的表面,因此CRT系统需要使用不含硫的柴油或含SlOppm)。

  等离子体Plasma)后处理技术由于可以同时降低NOx和PM,是一种很有潜在应用前景的技术,但2005年以前还不能投入使用。

  3结束语柴油机的主要有害排放物NOx和碳烟微粒,其影响因素复杂,相应的净化措施需从柴油机的各个组成系统综合考虑。除文中介绍的方法外,最近,众多研究者开始采用高压多次喷射,加强缸内混合燃烧使碳烟微粒达到要求,即使柴油机产生均质稀薄低温型预混合燃烧,使柴油机的碳烟微粒得到极大的降低。NOx由于稀薄低温燃烧,产生的量较小,再辅以冷却EGR、DeNOx后处理催化转化器等使NOx排放达到极低的水平。解决柴油机NOx、碳烟微粒排放还需进一步优化柴油构成,降低柴油中的含硫量和优化润滑油的构成,降低润滑油的硫、磷含量等。

脚注信息
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