调合生物柴油发动机颗粒物氧化特性研究

为研究生物柴油对柴油机排放颗粒氧化特性的影响,利用MOUDI采样器采集不同燃料的排气颗粒物,分别借助透射电镜(TEM)、热重分析仪(TGA)研究颗粒物微观形貌及氧化特性,再利用高倍透射电镜(HRTEM)分析氧化过程中颗粒物微观结构的变化。结果表明:相比于纯柴油,燃用B20燃料(0#柴油掺混20%生物柴油)后,排气颗粒整体尺寸减小且局部重叠和堆积效应减弱,初始粒子粒径增加,全负荷工况下,B0、B20的初始粒子平均粒径分别为32.08 nm、43.42 nm;随着生物柴油掺混比增加,颗粒物起燃温度及最大氧化速率温度依次降低,B0、B5、B10、B20对应的最大氧化速率温度分别为605℃、572℃、524℃、507℃,但B20颗粒物氧化速率峰值较B0增加了约35%,表明B20颗粒物氧化速度加快;颗粒物氧化后的微观结构变化表明,掺烧生物柴油,颗粒物多核结构增多,内核尺寸约为5 nm,多核颗粒内核的氧化活性高于外壳且氧化过程中出现中空胶囊状结构,掺烧生物柴油使颗粒物氧化活性增加。     

柴油机燃烧颗粒物的生成机理与排放特性研究

为了实现柴油机的清洁燃烧,有必要对柴油机燃烧颗粒物的生成机理和排放特性进行系统的研究。通过尾气排放检测仪测量,分析柴油机燃烧生成颗粒物的组分及其生成机理;通过台架试验,分析不同负荷下颗粒物的质量特性和粒径分布,对颗粒物在纯氮气和纯氧气下进行热重分析,得出如下结论:柴油机颗粒物的排放量和颗粒数量峰值对应的粒径均与负荷有关,均随负荷的增加呈先降低后升高的趋势;颗粒的挥发性与氧化性则与颗粒的粒径大小相关。     

喷油参数对聚甲氧基二甲醚/柴油发动机燃烧及其颗粒物排放的影响

在电控共轨高速柴油机试验台上,对比研究了分别以纯柴油和聚甲氧基二甲醚(PODE)/柴油(φ_(PODE)=20%)为燃料时,喷射压力、预喷相位和主喷相位等喷油参数对发动机燃烧及其颗粒物排放特性的影响.结果表明:当喷射压力增大时,预喷燃料放热相位提前,预喷燃烧放热率幅值降低,主喷放热相位提前,最高爆压升高,积聚模态颗粒物排放显著降低,柴油发动机在小负荷下的核模态颗粒物排放大幅升高;当预喷相位提前时,预喷放热相位略微提前且峰值下降,引起小负荷工况下的主喷放热相位延迟,燃烧放热率峰值显著增大,缸压降低,增加了柴油发动机的核模态颗粒物排放而降低了积聚模态颗粒物的排放,且受发动机负荷影响明显;当主喷相位提前时,缸压峰值增大、放热相位提前,使得低负荷下的颗粒物排放升高,高负荷下的颗粒物排放降低;掺混PODE燃料后,柴油发动机的核模态颗粒物排放增大的趋势得到有效抑制.     

高压共轨柴油机Sub-220 nm超细颗粒物排放特性研究

超细颗粒物是雾霾的重要组分,对人体健康影响极大。在一台六缸高压共轨柴油机上研究不同工况下Sub-220 nm超细颗粒物的排放特性,结果表明:碳烟排放在小负荷时极低,且随着负荷的增加而增加;Sub-220 nm超细颗粒物排放数量浓度在小负荷时高,且随负荷的增加而降低;Sub-220 nm超细颗粒物数量浓度的粒径分布为在小负荷和满负荷时是双峰特性,其余工况是单峰特性;转速升高,缸内气流运动加强,超细颗粒物排放数量浓度明显降低,各特征直径明显降低。     

柴油机生物柴油-甲醇混合燃料燃烧与排放特性

分别在100mL生物柴油（M0燃料）中添加10mL甲醇、20mL甲醇与12mL油酸,经过相关处理后形成新的微乳化燃料M10燃料与M20燃料。以台架试验与排放分析法为基础,当发动机转速点为1 500r/min、平均有效压力分别为0.088 9、0.177 0、0.266 0、0.354 0、0.443 0、0.531 0MPa时,分别对3种燃料的燃烧特性与排放特性进行了试验研究。试验结果表明：与M0燃料相比,M10燃料与M20燃料的滞燃期延长,燃烧持续期缩短,3种燃料的最大滞燃期分别为6°、7°、8°;M10燃料与M20燃料的峰值压力、峰值压力升高率以及峰值燃烧放热率均增大,3种燃料的最大峰值压力升高率分别为1.236、1.377、1.280MPa/（°）,3种燃料的最大峰值燃烧放热率分别为0.280、0.281、0.297kJ/（°）;M10燃料与M20燃料的HC、CO与碳烟排放均降低;NOx排放没有明显变化。     

气口喷射预混合燃料对生物柴油发动机排放特性的影响

在单缸发动机上研究了气口喷射正庚烷、二甲氧基甲烷(DMM)和乙醇的生物柴油发动机的排放特性.结果表明:气口喷射正庚烷时整个燃烧过程呈现明显的三阶段放热,预混合其他两种燃料时仅仅为单阶段放热;采用预混合燃烧可以同时降低NOx和烟度排放,但是预混合乙醇可以得到最大的降低效果;在预混合燃料当量比一定的条件下,随着总当量比增加预喷正庚烷时NOx增长速率最大,预喷DMM时烟度增长最快,预喷乙醇时HC排放显著高于其他两种预混合燃烧且受负荷影响不大;在总当量比一定下,随着预混合比例增加,HC和CO排放逐渐增加,NOx排放逐渐降低,达到某一临界比例后,CO排放开始降低,NOx排放开始增加,而HC排放基本上不变;烟度总是随着预混合比例增加而降低.     

燃烧过程中有害物质的富集与超细颗粒物的形成

燃煤排放的超细颗粒物及其上富集的有害物质已对环境和人类健康造成了巨大危害.通过对烟煤在沉降炉内燃烧试验研究,综合分析了煤粉粒径、燃烧温度、氧气含量对一次颗粒物形成的影响,并探讨了烟煤的膨胀特性及其对颗粒物形成的影响;采用最新的采样方法和系统从空气动力学直径角度对多台燃煤锅炉除尘器入口、出口的飞灰颗粒进行13级分级取样,得到了除尘器前后飞灰颗粒、元素的质量粒径分布规律、元素分布富集规律及不同除尘器对不同粒径颗粒的除尘效率;揭示了有害元素在超细颗粒物上的分布规律;针对燃后区化学团聚促进作用进行了实验研究,发现团聚剂能较好促进超细颗粒物团聚,使烟尘排放减低50%.     

煤制油质量与燃烧排放特性探讨

近些年我国煤化工产业发展较快,煤基合成油是化工产业重要组成部分,随着我国各项应用技术全面发展,在产业关键技术应用发展、重要设备自主化研究、产品生产规模扩大等方面,我国煤制油产业都获取了较快发展,煤制油技术逐步完善。据相关资料统计显示,在2015年我国煤制油年产量能达到278万t,年产量在132万t,进一步推动我国煤制油技术进入全新的发展阶段。     

柴油机燃用生物柴油燃烧与排放

研究了柴油机燃用0号柴油和生物柴油的燃烧放热规律．通过对燃烧特征参数的计算分析,发现生物柴油的燃烧始点有所提前,滞燃期缩短;燃烧初期放热尖峰出现时刻对应的曲轴转角有所提前,瞬时放热率峰值下降;燃烧持续期延长．同时还比较了柴油机燃用生物柴油和0号柴油的经济性和排放特性,发现燃油消耗率增加12％,而各种排放污染物除NOx略有上升外,CO、HC和颗粒物PM均显著下降．     

乙醚生物柴油混合燃料发动机的燃烧和排放特性

为了研究添加乙醚对生物柴油性能的影响,在1台单缸柴油机上对BD100生物柴油、D2.5(乙醚体积分数为2.5%)与D5(乙醚体积分数为5%)3种燃料的燃烧与排放特性进行了对比试验研究。研究结果表明:与BD100相比,D2.5与D5的燃烧始点在1 500r/min时几乎相同,在1 800r/min时略有延迟;峰值燃烧压力及峰值燃烧放热率增加,但对应的曲轴转角完全相同;第2峰值燃烧放热率明显降低,从而减少了燃烧过程的后燃量;燃烧放热率型心对应曲轴转角靠近上止点,提高了循环定容度,有利于提高有效热效率;有效燃油消耗率明显降低且有效热效率明显提高;1 800r/min负荷特性下,碳烟排放分别平均下降了20.78%与39.59%;1 800r/min负荷特性下,CO排放分别平均降低了27.82%与47.14%;1 800r/min负荷特性下,NOx排放分别平均增加3.41%与7.73%;HC排放没有明显规律。研究结果表明添加乙醚可以改善生物柴油的燃烧和排放特征。     

生物油/生物柴油萃取液的燃料物性及发动机燃烧排放特性

为了提升生物油的品质以实现其在柴油机上的应用,采用生物柴油对生物油进行溶剂萃取提质处理,获得了上层萃取液,并对该萃取液的物性及其在柴油机中的燃烧与排放特性进行了研究。萃取液的热重和红外光谱分析表明:生物油中的醇类、醚类、酮类、羧酸类物质等易挥发的轻组分和少量的大分子化合物被提取至生物柴油中,形成了上层萃取液。测量萃取液的燃料物性发现:在30℃时,与生物柴油相比,萃取液的密度升高了0.9%,黏度降低了11.4%,表面张力降低了0.4%,萃取液作为车用燃料时其雾化和蒸发特性相较生物柴油有所提升。萃取液的燃烧与排放特性研究表明:与生物柴油相比,萃取液具有较长的滞燃期和预混燃烧期,具有较短的燃烧持续期和较高的瞬时放热率峰值;燃用萃取液时有效热效率降低了1.3%,但常规排放明显降低,HC、CO、NO_x和碳烟排放分别降低了20.3%、37.8%、8.7%和14.8%。研究结果表明:生物油/生物柴油萃取液的物性及其发动机性能接近甚至优于生物柴油,生物柴油萃取生物油的方法是实现生物油在柴油机上应用的较好选择。     

超细煤粉燃烧NOx析出特性试验

对超细煤粉在一维热态煤粉炉内燃烧时煤粉粒径、炉膛温度、过量空气系数及煤种等因素对NOx释放特性的影响规律进行了试验研究．研究结果表明：超细煤粉NOx的排放浓度低于常规粒径煤粉;NOx的排放浓度,随过量空气系数的增加而明显增加;煤种不同,NOx排放规律不同,煤粉超细化后,龙口褐煤的排放量明显减少,晋城无烟煤则变化不大;NOx的排放浓度随温度的升高而升高。     

重型车用柴油机燃烧与排放特性分析

针对某重型车用柴油机的燃烧特性与污染物排放特点,通过台架试验方法测试了不同转速和不同负荷下重型车用柴油机的燃烧特性、主要污染物PM与NO_x排放。结果表明:对该重型车用柴油机,在外特性高转速工况下,滞燃期增长,缸内燃烧过程中扩散燃烧所占比重增加;在柴油机常用转速1 400 r/min情况下,随着柴油机负荷增加,滞燃期逐渐缩短,燃烧持续期呈先缩短后增加的趋势,扩散燃烧所占比重增加。在外特性低转速工况,柴油机缸内的滞燃期较长,燃烧温度高,碳烟和NO_x排放均较高;在高负荷工况,由于供油量加大,燃烧持续期变长、燃烧温度高,碳烟和NO_x排放也比较高。     

预混均质充量压缩燃烧发动机燃烧与排放特性

为改善柴油机的燃烧和排放特性,在一台2105柴油机上开展了二甲醚(DME)预混比和废气再循环(EGR)对二甲醚-柴油双燃料预混均质充量压缩燃烧(PCCI)发动机的燃烧与排放特性影响的试验研究,通过在进气道预混DME和缸内直喷柴油实现了PCCI燃烧模式。试验结果表明:随着DME预混比的增加,放热过程由两阶段放热发展到三阶段放热,燃烧始点前移,最高爆发压力逐渐增大且对应的相位不断提前;冷EGR导致的PCCI发动机最高爆发压力下降的程度、瞬时放热率峰值及压力升高率峰值对应的相位滞后程度均随着DME预混比的增加逐渐减弱;随着DME预混比的增大和EGR率的减小,当量有效燃油消耗率逐渐降低,有效热效率逐渐升高;DME预混比和EGR率增大可有效降低NOx排放,但是HC和CO排放有所增加。文中工况下最优DME预混比为30%。     

废气再循环对燃用生物柴油发动机排放的影响

基于一台匹配冷却废气再循环系统(EGR)的轻型高压共轨柴油机,试验研究了EGR与主喷正时对燃用生物柴油发动机排放特性的影响.结果表明:外特性下,燃用生物柴油后,发动机的氮氧化合物(NO_x)排放明显增加,而总碳氢化合物(THC)排放和超细颗粒排放数量浓度都明显降低.在转速为2 200r·min~(-1)的25%负荷下,随着EGR率的增加,NO_x排放、超细颗粒总数量浓度都明显减少,THC排放以及燃油消耗率都降低,而随着主喷的滞后,NO_x排放和超细颗粒总数量浓度也明显减少,但燃油消耗率和THC排放却增加;在50%负荷,随着EGR率的增大和主喷的滞后,NO_x排放和超细颗粒总数量浓度也明显减少,但THC排放和燃油消耗率都增加;主喷正时对超细颗粒数量的影响相对较小.综合考虑排放和燃油经济性,在25%负荷时采用较大EGR率(26%)和较早主喷(提前7.7°曲轴转角)方案,而在50%负荷时采用中等EGR率(18%)和较早主喷(提前6.3°曲轴转角)方案.     

燃煤电站超低排放烟气颗粒物排放测试及特性分析

针对5台应用超低排放技术的燃煤电站机组,对其除尘单元的烟尘深度脱除能力及湿法脱硫单元的协同除尘能力进行现场测试分析.结果表明,通过燃煤电站超低排放技术改造可显著降低烟尘排放水平.采用低低温电除尘、电袋复合、旋转电极及高频电源等技术对除尘单元进行超低排放改造,除尘设备出口烟尘浓度为10.89~22.94 mg/m3,除尘效率均在99.86%以上,且工况变化时脱除效率稳定.应用托盘、单塔双循环、双塔双循环等技术对湿法脱硫系统进行超低排放改造,测试期间WFGD系统出口烟尘排放浓度分别为2.09,10.48,20.40 mg/m3,WFGD系统协同除尘效率分别为87.18%,85.52%,79.80%.相比改造前烟尘协同脱除能力均有明显提升,其中双塔双循环WFGD系统对细颗粒的脱除能力显著高于单塔系统.     

直喷汽油机颗粒物生成及排放特性研究进展

通过对缸内直喷汽油机颗粒物生成机理、排放特性以及影响因素的研究进行综述,了解到直喷汽油机碳烟的生成主要源于缸内壁面油膜的池火燃烧和局部混合气过浓的影响,多环芳香烃是碳烟生成的主要前驱物;直喷汽油机颗粒物排放要高于进气道喷射汽油机以及装有颗粒捕集器的柴油机,并且与发动机运行及控制参数、混合气组织方式、燃油理化特性等有较大关系,通过优化燃烧组织措施,采用含氧燃料等方法能有效降低颗粒物排放.     

双卷流燃烧系统的双燃料发动机燃烧排放特性

为解决因生物柴油粘度过大,以及低温燃烧导致的燃油雾化、燃烧性能和排放恶化等问题,利用AMESim软件和AVL_FIRE软件对发动机燃烧室进行双卷流（DS）改造,对喷油提前角、喷孔直径进行优化匹配。结果表明:双卷流（DS）燃烧室燃油分布更加均匀,在运行范围内燃烧速率和功率比浅盆型燃烧室具有更大的优势;同时在加快燃油扩散速率和提高空气利用率方面具有显著的作用;在提高发动机动力性和经济性方面具有明显的优势。采用DS燃烧室、喷油提前角20.6°、喷孔直径0.28 mm组合结构形式的柴油机,其NO排放比原机降低81.83%,指示功率比原机降低7.73%。研究结果可为船用柴油机双燃料低温燃烧性能优化提供一定的指导依据。     

城市道路轻型汽油车细颗粒物的排放特性

为研究轻型汽油车在南京市区道路上的细颗粒物排放特征,建立了车载测试系统.通过对比实际道路和底盘测功机测试结果探讨了机动车速度、加速度及行驶工况对细颗粒物排放的影响.实际道路下,加速状态下的车辆颗粒物数量、质量浓度明显高于其他行驶状态;在低速情况下,核模态(Dp＜50 nm)细颗粒物数量浓度较大,高速条件下积聚模态(50 nm＜Dp＜565 nm)的颗粒数量较多.底盘测功机试验的颗粒物平均数量浓度为车载试验下的1.62倍,但质量浓度仅为车载试验的0.18倍.粒径100 nm以下的细颗粒物数浓度占整个测试的绝大部分.高速及急加速下,车辆会产生更多细颗粒物.结果表明:实际道路轻型汽油车的细颗粒物排放特性可用该车载系统来描述.     

SCR脱硝过程中细颗粒物排放特性

为了减少选择性催化还原(SCR)脱硝过程中细颗粒物的形成,针对商用V_2O_5-WO_3/TiO_2脱硝催化剂,采用电称低压冲击器(ELPI)、PM_(10)/PM_(2.5)采样器、X线衍射(XRD)、高分辨率扫描电镜和能谱仪的联用技术(HRSEM/EDX)等对SCR脱硝反应器出口烟气中细颗粒粒径分布、形貌、元素及物相组成等进行测试分析。研究结果表明:SCR脱硝系统出口细颗粒物主要为亚微米级(dp1μm)硫酸铵、硫酸氢铵,同时存在少量硅铝质颗粒;反应温度、NH_3与NO的摩尔比(n(NH_3)/n(NO))、SO_2质量浓度、水蒸气体积分数增加时,细颗粒形成量与SO_2氧化率之间存在显著的关联性,主要因为SO_2氧化成SO_3后,继而与NH_3和H_2O生成硫酸铵、硫酸氢铵细颗粒;O_2体积分数增加促使硅铝质颗粒的形成,但这些硅铝质颗粒物的生成与SO_2氧化量无关,因此O_2体积分数增加时,细颗粒形成量与SO_2氧化率之间相关性略差。降低SO_2的氧化率有助于降低亚微米级硫酸铵、硫酸氢铵细颗粒;控制O_2体积分数有助于减少硅铝质颗粒。