柴油-甲醇雙燃料重載柴油機(jī)氣體和微粒排放特性的研究.pdf

1、隨著石油能源對外依存度逐年增大和排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，尋找高效清潔的替代能源成為緩解石油能源壓力和減少內(nèi)燃機(jī)有害排放的重要途徑之一。甲醇作為一種可再生燃料，其來源廣泛，制備工藝成熟，有著較為優(yōu)越的理化性質(zhì)，前期的研究表明，采用柴油/甲醇雙燃料燃燒（DMDF-Diesel/Methanol Dual Fuel）方式將甲醇作為燃料應(yīng)用于壓燃式發(fā)動機(jī)上，不僅能實(shí)現(xiàn)對柴油的替代，而且能夠降低發(fā)動機(jī)有害排放，對實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)有著重要的意義。隨著

2、我國排放法規(guī)的逐步加嚴(yán)，特別是近年來公眾對大氣中霧霾出現(xiàn)的日益關(guān)注，探討一條低顆粒物排放的壓燃式發(fā)動機(jī)清潔燃燒之路是擺在內(nèi)燃機(jī)學(xué)科的一個重要任務(wù)。本課題在是在對DMDF燃燒特性的大量研究基礎(chǔ)上，針對壓燃式發(fā)動機(jī)采用DMDF燃燒方式并結(jié)合對氣體排放、煙度排放和微粒排放的尾氣后處理技術(shù)進(jìn)行了深入研究，主要研究工作及其所得的結(jié)論如下：
　　首先，針對發(fā)動機(jī)在燃用甲醇燃料時非常規(guī)排放-甲醛檢測方法進(jìn)行比較研究，分別使用氣相色譜法（GC），

3、高效液相色譜法（HPLC）和傅里葉紅外變換分析法（FTIR）對同一工況下發(fā)動機(jī)燃用不同摻混比例的甲醇/汽油時甲醛排放進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果表明傅里葉紅外光譜分析法對甲醛的檢測值高于色譜法。FTIR操作簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時在線檢測，但是由于受到排氣中其他物質(zhì)的干擾以及系統(tǒng)標(biāo)定的影響，檢測精度較色譜法有一定程度的降低；氣相色譜法和高效液相色譜法對甲醛的檢測具有較好的一致性，且精度較高，但操作復(fù)雜，不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時在線檢測。
　　其次，分別對增壓

4、中冷機(jī)械泵柴油機(jī)和增壓中冷電控單體泵柴油機(jī)進(jìn)行改造使其實(shí)現(xiàn)DMDF燃燒，研究了DMDF燃燒的基本特征以及替代率，進(jìn)氣溫度和排氣背壓對甲醛排放，干炭煙煙度，不透光煙度，微粒數(shù)量濃度分布和質(zhì)量濃度分布的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)柴油機(jī)相比，DMDF燃燒改變了純柴油時放熱率的形式，推遲了著火始點(diǎn)，使放熱率峰值增加，初始放熱率急劇升高；雙燃料燃燒過程中擴(kuò)散燃燒的比例降低，預(yù)混燃燒的比例增加。特別是小負(fù)荷時放熱基本是均質(zhì)壓燃的單峰放熱形式，大負(fù)荷

5、時是準(zhǔn)均質(zhì)預(yù)混燃燒的雙峰形式，使得DMDF模式形成了以氣相燃燒為主的燃燒和放熱。與純柴油相比，DMDF的甲醛排放有較大幅度的增加，且隨著替代率的增加，甲醛排放逐漸升高，在高替代率時是純柴油的十倍以上；DMDF能夠大幅度的降低發(fā)動機(jī)干碳煙煙度和不透光煙度，隨著替代率的增加，干炭煙煙度和不透光煙度都逐漸減少，最大降幅在70％以上；DMDF對發(fā)動機(jī)微粒排放有較大的影響，在中小負(fù)荷時，隨著替代率的增加，微粒數(shù)量濃度和質(zhì)量濃度逐漸降低，在大負(fù)荷時

6、，對于增壓中冷電控單體泵柴油機(jī)，由于甲醇自燃導(dǎo)致微粒排放有所增加；較高的進(jìn)氣溫度對甲醛的生成有一定程度的降低作用，而隨著進(jìn)氣溫度的降低，微粒數(shù)量濃度和質(zhì)量濃度逐漸減少，隨著排氣背壓的增大，微粒數(shù)量濃度和質(zhì)量濃度逐漸增加。
　　再者，針對DMDF燃燒及其排放的生成特性，研究了采用后處理技術(shù)對發(fā)動機(jī)有害排放物的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，DMDF燃燒結(jié)合雙DOC（DDOC-double Diesel Oxidation Catalyst）和D

7、OC緊耦合POC（DPOC–Diesel Oxidant Catalyst+Particulate Oxidation Catalyst）能夠大幅度降低發(fā)動機(jī)常規(guī)氣體排放（HC，CO，NOx）和煙度排放（干炭煙煙度和不透光煙度）以及微粒排放（微粒數(shù)量濃度和質(zhì)量濃度）。對于尾氣中甲醛排放，采用DDOC和DPOC可以將其消除，DDOC甚至可以減少到比原柴油機(jī)還要低的水平。此外，研究結(jié)果還表明，DMDF燃燒方法能夠大幅度提高POC對干炭煙煙度