柴油机微粒排放的净化技术及发展趋势设计929840.doc
《柴油机微粒排放的净化技术及发展趋势设计929840.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《柴油机微粒排放的净化技术及发展趋势设计929840.doc(36页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、柴油机微粒排放的净化技术及发展趋势柴油机微粒排放的净化技术及发展趋势目 录摘要2Abstract3第一章 绪 论41. 柴油车尾气问题2. 全世界的管制动向43. 对使用中车辆尾气对策的必要性44. 对于柴油机微粒控制技术方面4第二章 柴油机微粒排放的污染71. 柴油机颗粒物形成机理及危害72. 国内外排放标准73. 柴油机颗粒物分析技术84. 柴油机颗粒物毒性研究10第三章 降低柴油机有害排放物的几种控制技术101. 进一步优化燃烧系统,特别重视开发和选择喷射系统102. 增压及可变气门配气定时113. 全电子优化控制114. 排气后处理技术115. 改进燃料126. 代用燃料12第四章 柴
2、油机微粒捕捉器121. 微粒捕捉器(DPF)的组成和结构及工作原理122. 过滤材料133. 再生164. 广州新力研究成功柴油机微粒捕捉器18结论20参考文献21致谢语23摘 要介绍了柴油机颗粒排放物的产生机理、组成成分及国内外现有的排放法规。结合近年来国内外对柴油机颗粒物检测分析方法和毒理学的研究进展,描述了现有分析方法的特点和尾气颗粒物的危害。综述微粒捕捉器在过滤材料和再生两大关键技术的研究现状和存在的问题,并浅析微粒捕捉器技术的发展趋势。还介绍了一种燃媒剂再生微粒捕集器( Fuel Borne Catalyst DieselParticulate Filter, FBC - DPF)的
3、结构及原理,并结合发动机台架试验数据,分析了该微粒捕集器对柴油机排气微粒的改善效果,同时研究了该微粒捕集器的强制再生过程,以及对柴油发动机的动力性和燃油经济性的影响。试验结果表明,该微粒捕集器具有较大的应用前景。关键词:柴油机 微粒物 捕集器ABSTRACTDiesel particulate emissions described the generation mechanism, the composition of the existing emissions regulations at home and abroad. The recent development of diesel
4、 particulate matter and toxicological testing of analytical methods progress, describes the characteristics of existing analysis methods and exhaust particulate matter hazards. Summary of Particulate Filter in the filter material and regeneration status of two key technologies and problems and of pa
5、rticulate trap technology trends. Also introduced a fuel regeneration particulate filter media agent (Fuel Borne Catalyst DieselParticulate Filter, FBC - DPF) of the structure and principles, combined with engine test data, analysis of the particulate filter to improve the effect of diesel exhaust p
6、articles, and studied the forced particulate filter regeneration process, and diesel engine power and fuel economy impact. The results showed that the particulate filter has a larger prospect.Key words:Property diesel particulate arrest devices series第一章 绪 论1. 柴油车尾气问题 汽车给中国城市交通和物资流通带来了方便的同时也带来了大气污染等
7、问题。中国大城市的大气污染已成为严重的问题。其中从柴油车中排出的粒子状物质(PM)给我们的健康带来了很大的危害。柴油车尾气对健康的影响 柴油车尾气中含有的粒子状物质( PM )会导致肺癌及呼吸系统疾病对人体健康的影响令人担忧。已经有了关于吸入柴油车尾气的老鼠精子生产能力降低的所谓环境激素影响的研究报告。除能用肉眼看到的黑烟以外还有有机溶剂可溶物质和硫磺酸为主要成分的微粒子的集合,所以只控制用肉眼看到的黑烟是不能说明完全控制了PM。2. 全世界的管制动向 美国1988年开始对PM进行管制,以后进行了阶段性的强化。欧洲共同体管制是从1992年开始进行对PM进行管制的。日本1997年开始长期管制,2
8、005年实施了新长期管制规定。中国2007年1月1日开始实施欧III标准 。国家环保总局正式规定,中国达欧洲IV、V阶段排放标准分别于2010年和2012年的1月1日开始执行。并且为强制性。3. 对使用中车辆尾气对策的必要性新车的管制强化,对于大气污染的改善效果也只能通过重新购买新车的方式渐渐地体现出来。中国尾气超过排放规定值制造的柴油车、仍然排出大量的PM和NOx,行驶在路面上。要解决严重的大气污染问题,不但要考虑对新车的对策,也要考虑对使用车辆的对策。4. 对于柴油机微粒控制方面 目前降低柴油机微粒的方法主要分为机内净化和机外后处理方面。在机内净化方面,多采用高压共轨技术、电控技术、燃烧室
9、结构优化、喷射正时优化、增压、减少机油消耗、排气再循环等。随着排放标准的日益严格,机内净化是远远不够的。最近的研究结果表明,采用上述方法只能改变微粒的质量排放量,不能改变其微粒的数量,而且使微粒变得更细,增加了危害性。要想达到欧洲4号、5号排放标准,微粒后处理技术将成为控制柴油机微粒排放的主要措施。对于在用车的碳烟微粒排放控制,后处理技术尤为重要。应用较多的柴油机微粒后处理分为两类:一类是用蜂窝陶瓷作为滤芯,其效率较高。具有代表性的企业美国的康宁公司生产的后处理排放装置,从1993年至今,在欧美市场已经投放了150万个。但是这种应用蜂窝陶瓷作为滤芯的微粒捕捉技术,但其再生难以实现,通过燃烧器再
10、生、电热再生、微波再生和催化剂再生等方法都很易使滤芯因为过热或局部过热而破坏。近来,美国和欧洲正在应用的连续再生过滤器(CRTContinuousRegeneratingTrap)虽然能够较好地解决再生问题,但其需要车辆燃用低硫柴油(含硫量不大于50ppm),这一点不太适合中国目前的国情。最近美国和欧洲正在应用的连续再生过滤器(CRTContinuousRegeneratingTrap)能够较好地解决再生问题。但其需要车辆燃用低硫柴油(含硫量不大于50ppm),这一点不太适合中国目前的国情。另一类是使用贵金属作催化剂的催化氧化转换器(OCCOxidationCatalytic Converte
11、r ),它可以氧化柴油机排气中的大部分HC、CO及微粒中的可溶有机成分SOF,但不能氧化固态的碳颗粒。可使微粒中的SOF降低90左右,从而使得微粒总排放量相应地降低2550。由于OCC不收集固态的碳颗粒,所以它就不需要技术复杂、成本较高的再生系统,当然,它的效率也远低于微粒过滤系统。其缺点在于它可能导致硫酸盐排放的增加。因为贵金属催化剂有将SO2转化成硫酸盐微粒的倾向,这就要求降低燃油中的硫含量。否则,硫酸盐的增加有可能平衡可溶有机物(SOF)的减少,甚至使总微粒排放增加。目前,美国、欧洲、日本和香港都已使用低硫的燃油,这使OCC的使用成为一种可能。对于中国的目前柴油中的含硫量确定了该技术在中
12、国应用存在很大的障碍。 中国国内一些大型企业和科研机构近年来一直在对柴油机排放的机外处理技术进行研究,因为中国依靠国内技术暂时难以在大多数型号的柴油发动机上仅靠机内净化达到欧洲三号排放标准。中国国内在这方面的研究工作。例如:(1)3.5吨以上清洁柴油车技术研究与开发(玉柴与清华、吉大、天津运校合作)(2)奇瑞低排放柴油机技术研究与开发(奇瑞汽车公司与天内所合作) 上述研究的这些中国国家科技部支持的柴油机后处理总成的开发,都说明了该技术项目的重要性和技术难度。 日本广岛精研工业株式会社依靠自己的专利技术,最近推出了一种新型的柴油机尾气净化装置,该装置的技术特点:(1)该产品采用0.02mm厚度的
13、不锈钢箔,经过精密特型冲压制成滤芯,可以完全取代目前通常采用的蜂窝陶瓷滤芯,使得生产出来的碳烟颗粒采集、氧化催化装置,其流通性远远高于陶瓷过滤器,不会对背压产生大的影响。由此技术制作的净化装置,尺寸大小不会改变原装消音器装置的大小形状。(2) 该产品是通过该公司开发的纳米粒子催化剂,经过超微加工到金属表面,氧化触媒能够高效促进PM的燃烧,不会像陶瓷过滤器容易产生微粒堵塞等问题,对PM的净化率可达90%以上。(3)对正在使用中的车辆进行改装十分方便。根据日本国土交通省行驶规定,对在用车辆(五十菱4吨车:1994年管制车)进行了试验,该车安装了该装置,行驶1万公里后也达到了93%以上的PM触媒燃烧
14、。该技术项目在再生方面,大大优于美国的技术产品,颗粒排放物收集的滤芯生产技术和工艺具有独特性,是日本公司的专利技术。该碳烟颗粒净化装置在日本获得的4项专利l 【日本专利(DPC项目)】環境浄化的一种新型系统 (特願2004-72750)金属超微粒子的製造以及製造装置(特願2004-75770)微粒子除去装置 (特願2004-129860)流体的浄化装置(特願2004-71613)第二章柴油机微粒排放的污染1. 柴油机颗粒物形成机理及危害 1.1形成机理 柴油机颗粒排放物是一个复杂的、动态的组成。它由碳烟、来源于未燃燃料和润滑油的可溶性有机组分、燃料中的硫燃烧后生成的硫酸盐、机油中的灰分以及添加
15、剂等组成。各成分在微粒中所占的比例会随着发动机的工况特征、技术水平和燃油品质等因素的不同而发生变化。柴油机排放颗粒物产生的主要原因是由于燃料燃烧不均匀或不完全,在高温缺氧条件下氧化、裂解而形成。在发动机运行过程中,外界空气温度、压力、湿度、燃料、工况等都会影响发动机污染物的形成。1.2组成及其危害 排气微粒(PM即part I cu late matter)大致可分为两种组份:一种是可溶于有机溶液的可溶性有机组份(SOF即soluble organic fraction),主要来源于未燃烧的燃料、润滑油及其中间产物;另一种是不溶于有机溶液的干组份,主要由游离态的碳和硫酸盐组成。由于硫酸盐含量相
16、对较少,一般称之为碳烟(DS即drysoot)。微粒对环境及人类的危害主要来源于化学成份非常复杂的可溶组份,其中许多多环芳烃具有很强的“三致”作用和生物蓄积性,因此受到广泛关注。1976年美国环保局提出的129种“优先污染物”中,多环芳烃类化合物有16种。空气中细颗粒物(空气动力学当量直径2.5m,以PM2.5表示)是对人体健康最有毒害的污染物之一,因为它富集了空气中有毒重金属、酸性氧化物、有机污染物、细菌和病毒,且大部分可进入人体的肺部在肺泡沉积。目前许多学者对大气环境中不同粒径颗粒物的源解析、组分进行了比较深入的研究,并调查显示机动车尾气排放、汽车扬尘是PM2.5的重要来源,因此严格控制柴
17、油机污染物的排放已成当务之急。2 国内外排放标准 最近几年,国内外对车用柴油机的排放,尤其是其PM和NOX的排放,提出了越来越严格的限制。机动车排放的欧洲法规(指令)标准1992年前已实施若干阶段,欧洲从1992年起开始实施欧、1996年起开始实施欧、2000年起开始实施欧、2005年起开始实施欧。其排放限制逐年降低,见图1。3 柴油机颗粒物分析技术 柴油机排气微粒研究的第一步是把SOF从颗粒物中分离出来,测取SOF和DS的含量。分离SOF的方法主要有3种:热解质量分析法、萃取法和真空挥发法等。在前人的研究中,从颗粒物中分离出SOF基本都采取索氏萃取方法。 3.1颗粒物组分的分析 随着科技的发
18、展和环境问题的出现,研究人员在对大气污染物中检测到的有害组分源解析时发现机动车排放贡献不可忽视。在颗粒物组分分析方面,气相色谱,液相色谱,气质、液质联用等方法较为成熟,为许多学者所应用,除此之外,宋崇林等采用了热重分析发测定柴油机中有机可溶成分SOF含量。以下对研究结果做出概述。国外对柴油机颗粒物组分的研究始于20世纪70年代初。最初I.M.Khan等仅限于对柴油机燃烧产生的碳烟和凝结物的研究。FrancisW.Karasek等初次利用气质联用技术测定了吸附在柴油机颗粒物上的有机物,被确定的碳氢化合物有35种之多,其中包括正构烷烃、多环芳烃和酚醛类含氧化合物。DilipR.Choudhury等
19、于1981年提取柴油机排气颗粒中的多环芳烃,并用高效液相色谱-紫外光谱法分离13。H.Y.Tong等用GC-FID对柴油机排气微粒中的含氧多环芳烃,硝基多环芳烃,邻苯二甲酸酯进行了定量分析14。国内对柴油机颗粒物的研究起步于20世纪80年代,李疏松等分别采用稀释法和不稀释法进行采样,用过滤收集器将颗粒物采集到玻璃纤维滤膜上,测得颗粒排放量及其随负荷的变化情况。何元等采用电子显微分析仪对柴油机排放颗粒物进行观测,得出固体物质包括粉尘颗粒、碳颗粒及金属颗粒,并对其来源进行了详细分析。张延峰等分析车用柴油机排气颗粒物组分得出有机酸、有机碱、脂肪烃类、芳香烃类、中极性和高极性有机物6种组分在SOF中的
20、比例。王桂华等在十三工况下采集排气微粒,分析结果表明:微粒SOF组分中80%左右为正构烷烃和支链烷烃,碳数为C9C28,余下组分为多环芳烃及少量其它有机物;同一工况下,随采样温度升高,微粒排放质量流量、SOF组分种类均呈现减少的趋势。谭丕强等分析了一台增压中冷直喷式柴油机排气微粒的SOF成分。结果表明,怠速及中低负荷工况下SOF排放量较低,随着负荷上升排放量增加,在最大扭矩和标定转速工况下达到最高。 3.2颗粒物中多环芳烃的检测 由于多环芳烃具有较强的累积毒性效应,国内外许多学者将研究重点放在了颗粒物有机可溶性组分中多环芳烃(PAHs)的定性定量上。SarahG.Riddle等从轻型汽油车颗粒
21、排放物中检测出大量多环芳烃20,其中以分子量为300374的68环芳香烃居多,且研究显示,某些多环芳烃异构体比苯并a芘具有更大的毒性。MoacirTavaresJr等检测了巴西隆德里纳公交车站柴油机排放的PAHs,发现有10种多环芳香烃,平均浓度范围为(1.40.3)ng/m3。SandroBrandenberger等研究发现润滑油对有机物排放有着显著贡献,同时也是PAHs的重要排放源。RuideAbrantes等利用逆流高效液相色谱法,检测到轻型柴油车排气颗粒中总多环芳烃值介于1.1335.801mg/km。潭建军等针对柴油机颗粒物中PAHs组分提出了预处理和分析方法。文章对比了各种提取和分
22、析方法,用二氯甲烷作溶剂索式提取,再用高效液相色谱法对荧蒽、苯并a蒽、苯并b荧蒽、苯并k荧蒽、苯并a芘、二苯并a,h蒽和苯并ghi苝进行定量分析。蔡智鸣等采集了多种柴油车尾气管(连消声器)中沉积的碳烟颗粒冷凝物样品,对其中有机污染物的化学组成和含量进行了研究。结果检出144种有机化合物及其同分异构体,BaP含量为1127g/g。4. 柴油机颗粒物毒性研究 前人的研究表明柴油机颗粒物是大气污染的主要来源,且对人体呼吸系统具有较强的负面效应,故国内外许多学者已对尾气颗粒物的毒性研究做出报道。柴油机排气微粒已被确定为人体致癌物质,并与呼吸道过敏症,心肺发病率和死亡率的增加密切相关,然而其致突变性、致
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 柴油机 微粒 排放 净化 技术 发展趋势 设计 929840
链接地址:https://www.31doc.com/p-2082745.html