纯生物柴油掺PODE对船机燃烧及颗粒排放的影响

在一台船舶柴油机上对D100(纯柴油)、B100(纯生物柴油)和B90P10(纯生物柴油与PODE(聚甲氧基二甲醚)按9:1体积比掺混组成的混合燃料)3种燃料的燃烧过程和颗粒物排放进行了试验研究.结果表明,B100和B90P10的缸内最高压力相比D100依次升高,最高燃烧压力对应的曲轴转角依次提前;低负荷时,B100和B90P10的压力升高率峰值、放热率峰值及燃烧初期的燃烧温度与D100相比依次明显增加.B100可大幅降低船舶柴油机的碳烟,掺混PODE碳烟排放进一步降低;高负荷和低负荷时,B90P10的碳烟颗粒排放因子分别为11.80和17.77mg/(kW·h),与D100相比降幅分别达64.21%和76.34%.B100和B90P10的颗粒物排放总数量显著高于D100,且增加的颗粒以小粒径的核模态为主.     

柴油/碳酸二甲酯燃烧颗粒的微观结构和分形特征

为降低柴油机颗粒物排放,探讨了柴油机燃用柴油/碳酸二甲酯混合燃料燃烧颗粒微观结构和分形特征的变化规律. 采用扫描电镜、透射电镜和SAXS(同步辐射小角X射线散射)相结合的方法,针对DMC(碳酸二甲酯)添加量(以w计)对柴油机燃烧颗粒微观结构和分形特征参数的影响规律进行了研究. 结果表明:与柴油燃烧颗粒相比,D10〔w(DMC)为10%〕、D20〔w(DMC)为10%〕燃烧颗粒的碳粒子平均层面间距分别增加了5.3%、15.1%,弯曲度平均值分别增加了4.0%和10.3%,表明燃烧颗粒的氧化活性增加;与柴油相比,D10、D20燃烧颗粒的质量分形维数分别增加了0.44和0.52,下限均升高了0.2,SAXS与电镜图像对燃烧颗粒的质量分形维数的分析结果相一致,即质量分形维数随DMC添加量的增加而升高,表明燃烧颗粒的团聚程度提高;与柴油燃烧颗粒相比,D10、D20燃烧颗粒表面分形维数的下限分别升高了0.1和0.2,表明其燃烧颗粒表面的粗糙程度和不规则程度提高;与柴油燃烧颗粒相比,D10、D20燃烧颗粒的活化能分别降低了3.9和7.9 kJ/mol,表明燃烧颗粒的氧化活性随着DMC添加量的增加而增强,验证了燃烧颗粒微观尺寸结构和分形特征的研究结果. 研究显示,柴油中添加DMC能够提高燃烧颗粒的氧化活性,燃烧颗粒的氧化活性越强,其在后处理过程中就越易被氧化,有助于降低柴油机的颗粒物排放.      

正丁醇/柴油复合燃烧对轻型柴油机排放的影响

通过在一台轻型柴油机上加装低压共轨实现在进气歧管上的正丁醇喷射,喷射压力恒定为0.35 MPa;柴油采用缸内直喷,喷射压力恒定为120 MPa;采用自主开发的电控单元(ECU)分别控制柴油与正丁醇的喷射,实现正丁醇/柴油复合燃烧.试验研究了在2800 r·min~(-1)不同负荷下正丁醇喷射量对排放量及颗粒物粒径分布的影响.结果表明:随正丁醇喷射量增加,NO_x和碳烟排放减少,高负荷时降低幅度较大;HC和CO排放增加,低负荷时增加幅度较大;颗粒物生成总量降低且粒径分布重心左移;低负荷时相比于大粒径颗粒物,正丁醇对小粒径颗粒物数浓度的减少更明显;大粒径颗粒物减少比例与小粒径颗粒物减少比例的差距随正丁醇喷射量的增加而减小.     

国Ⅴ柴油机燃用丁醇-柴油混合燃料颗粒粒径分布特性试验研究

在一台不做任何改动的国Ⅴ共轨柴油机上,运用发动机排气颗粒数量和粒径分析仪EEPS,结合实测空燃比,在外特性以及最大转矩转速和额定转速两个不同转速的负荷特性下,对比研究了柴油机燃用不同体积分数(10%、15%、20%、30%、40%)的丁醇-柴油混合燃料(Bu10、Bu15、Bu20、Bu30、Bu40)和国Ⅴ柴油(D100)对排气颗粒数量浓度、质量浓度及颗粒数量浓度粒径分布特性的影响.结果表明,外特性下,随着转速的升高,丁醇-柴油混合燃料和纯柴油的颗粒数量浓度粒径分布都向单峰对数正态分布转变.随丁醇掺混比例的增加,核模态颗粒和小粒径聚集态颗粒排放数量浓度在各工况下都有不同程度的降低;大粒径聚集态颗粒数量排放在低速低负荷时会略有增加,而在高速高负荷时会略有降低或基本不变.掺混丁醇后,各工况的颗粒总数量浓度和总质量浓度都会降低,在高速高负荷时最明显.     

DOC对燃用调合生物柴油发动机PM排放的影响

为研究氧化催化转化器(DOC)对柴油机燃用不同调合生物柴油(BO、B10、B20)后排气颗粒物粒径分布及组分的影响规律,利用MOUDI对颗粒物进行分级采样,对分级颗粒称重得到质量浓度分布,利用热重分析仪分析颗粒物热重特性及组分变化.结果表明:未加装DOC时,随着生物柴油比例的增加,各粒径级颗粒物质量浓度均降低,B20降幅最大;颗粒物质量浓度峰值范围内的粒径大小处于0.18~0.32μm,SOF质量分数依次升高,无机盐和Soot质量分数依次降低.加装DOC后,颗粒物质量浓度降低,DOC对粒径大于1μm颗粒转化效果不明显,聚集态颗粒质量浓度转化效率明显高于粗粒子态颗粒,B20聚集态转化效率最高,可达61.6%.随着转速的升高,转化效率明显降低,颗粒中SOF质量分数降低,H_2O、Soot,无机盐质量分数均增大.     

DOC对柴油机燃用生物柴油颗粒物微观形貌及SOF组分的影响

为研究氧化催化转化器（DOC）对柴油机燃用调合生物柴油（B0,B20）后排放颗粒物微观形貌及可溶性有机组分（SOF）的影响规律,对DOC作用前后的排气颗粒物进行采样,利用透射电镜（TEM）和气相色谱-质谱仪（GC-MS）开展颗粒物理化特性研究.结果表明：未加装DOC时,与B0相比,B20排放颗粒物基本碳粒子粒径减小,分形维数增加,团聚堆积现象加剧;SOF组分中的脂类和酸类物质质量分数增加,烷烃类、芳香烃和酚类物质质量分数减少,C26~C35的质量分数降低.加装DOC后,B0和B20排气颗粒物团簇程度降低,分形维数降幅分别为10.1%和15.5%;SOF组分中芳香烃类和酚类物质质量分数增加,烷烃类、脂类、酸类质量分数减小,C15~C25质量分数下降;B0排放颗粒物SOF中C26~C35质量分数降低41.4%,而B20增加865.8%.     

国Ⅴ公交车燃用生物柴油的颗粒物碳质组分排放特性

以一辆国Ⅴ柴油公交车为研究对象,在重型底盘测功机上运行中国典型城市公交循环,研究了纯柴油（D100）,体积混合比例分别为5%,10%和20%餐厨废弃油脂制生物柴油-柴油混合燃料（即B5,B10,B20）的颗粒物（PM）碳质组分排放特性.结果表明：国Ⅴ柴油公交车尾气颗粒物碳质组分包括有机碳（OC）和元素碳（EC）,OC占73%~82%,OC的主要组分是OC2和OC3,生物柴油对车辆尾气颗粒物OC组成比例没有影响;随着生物柴油混合比例的增加,公交车尾气颗粒物OC和OC+EC排放呈降低的趋势,EC排放增加,且B10的OC排放较高;PM_0.05~0.1,PM_0.1~0.5,PM_0.5~2.5,PM_2.5~18 4个粒径段颗粒物中,PM_0.1~0.5的OC和EC排放最高,PM_2.5~18的EC排放几乎为零,生物柴油可改善公交车尾气超细颗粒（PM_0.05~0.1）的OC排放,对公交尾气颗粒物EC排放基本没有影响;公交使用生物柴油混合燃料尾气颗粒物OC/EC减小,且PM_0.05~0.1和PM_0.5~2.5OC/EC降低幅度明显,对大气二次气溶胶的影响减弱.     

生物柴油的碳烟形貌及影响因素分析

使用热场发射扫描电子显微镜拍摄了5种生物柴油和0号柴油在常温常压状态下燃烧产生的碳烟照片,分析了碳烟粒子的形貌及影响形貌和生成量的因素。研究表明,碳烟粒子多呈球状,平均直径在35～75nm之间,粒径分布符合高斯分布,总体排列呈现链状或者块状;碳烟形貌及生成量与火焰温度、燃料的氧含量、芳香烃含量、硫含量以及十六烷值等因素有关,与柴油相比,生物柴油燃烧火焰温度高、含氧量高、芳香烃和硫含量少,十六烷值高,使生物柴油的碳烟粒径普遍较小,整体排列更紧密,粘结程度更强。     

燃烧温度对柴油固体颗粒物形貌及氧化特性影响的试验研究

依据柴油机缸内的燃烧环境状态,采用TF-1200X管式炉,采集了柴油在不同温度条件下燃烧产生的颗粒物.应用扫描电镜SEM、X射线衍射仪和热重分析仪,对不同燃烧温度下颗粒的平均粒径、计盒维数、元素质量分数、颗粒表面氧化活性等变化规律进行了研究.结果表明:燃烧温度介于523～623 K之间时,柴油燃烧形成的固体颗粒物主要由颗粒状焦组成,呈片状和珠串状,颗粒中的C元素质量分数随燃烧温度的增加而增加,颗粒着火温度、活化能随燃烧温度的增加而降低;燃烧温度大于723 K时,颗粒呈球状和团簇状,平均粒径随温度的增加而减小,颗粒的C元素质量分数、计盒维数及活化能随燃烧温度的增加而增加,颗粒着火温度随燃烧温度的增加呈上升趋势;柴油在523～923 K之间燃烧形成的颗粒物,随着热重氛围气中氧体积分数的增加,颗粒氧化放热速率增加,活化能变化不大.     

太湖地区几种水稻土团聚体颗粒组中PAHs的分布及其环境意义

以太湖地区代表性的青紫泥、黄泥土、白土等3种水稻土为研究对象,采用低能量分离-分散法提取得到不同粒径的团聚体颗粒组,用HPLC测定了本土和分离得到的团聚体颗粒组中16种PAHs的含量.结果表明,供试水稻土不同粒径的团聚体颗粒组中PAHs含量分布存在差异,PAHs总含量以＜2μm粒径的团聚体颗粒组最高,其次是200～2000μm粒径的团聚体颗粒组,PAHs在这2个团聚体颗粒组有明显富集现象(富集系数为1.25～3.92);而20～200μm和2～20 μm粒径的团聚体颗粒组中PAHs含量小于本土,呈现亏缺现象(富集系数为0.64～0.88).考虑到不同粒径团聚体颗粒组的相对组成,水稻土中PAHs主要分布于20～200μm和200～2000μm 2个团聚体颗粒组中,而在＜2μm粒径的团聚体颗粒组中最少.PAHs在不同粒径的团聚体颗粒组中的含量分布与其总有机碳、腐殖质碳、胡敏酸碳的含量有关,并在很大程度上受芳构化疏水性有机物含量的控制.因此,水稻土不同粒径团聚体颗粒中有机碳及其组分的性质影响着这些团聚体颗粒组分对PAHs的吸持与固定.     

车用柴油机燃用棕榈生物柴油的颗粒物排放特性研究

在满足国Ⅳ排放法规的车用柴油机上研究了燃用不同掺混体积比例的棕榈油生物柴油的颗粒物排放特性.试验中棕榈油生物柴油的掺混比例分别为0%、10%、20%、50%和100%,采用DMS500型快速颗粒光谱仪测试分析了发动机在外特性和负荷特性时的颗粒物数量浓度、质量浓度及粒径分布.研究结果表明:随生物柴油掺混比例的增加,颗粒物质量浓度降低.燃用生物柴油后颗粒物的数量浓度在大负荷明显降低,中小负荷呈升高趋势.生物柴油的排气颗粒物呈核态和凝聚态的双峰分布特征,核态数量浓度所占比例高于柴油,凝聚态的质量浓度所占比例略低于柴油.生物柴油颗粒物的几何平均直径小于柴油.     

Emissions of particulate matter and associated polycyclic aromatic hydrocarbons from agricultural diesel engine fueled with degummed, deacidified mixed crude palm oil blends

Mixed crude palm oil(MCPO),the mixture of palm fiber oil and palm kernel oil,has become of great interest as a renewable energy source.It can be easily extracted from whole dried palm fruits.In the present work,the degummed,deacidified MCPO was blended in petroleum diesel at portions of 30% and 40% by volume and then tested in agricultural diesel engines for long term usage.The particulates from the exhaust of the engines were collected every 500 hr using a four-stage cascade air sampler.The 50% cut-off aerodynamic diameters for the first three stages were 10,2.5 and 1μm,while the last stage collected all particles smaller than 1μm.Sixteen particle bounded polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs) were analyzed using a high performance liquid chromatography.The results indicated that the size distribution of particulate matter was in the accumulation mode and the pattern of total PAHs associated with fine-particles(< 1μm) showed a dominance of larger molecular weight PAHs(4-6 aromatic rings),especially pyrene.The mass median diameter,PM and total PAH concentrations decreased when increasing the palm oil content,but increased when the running hours of the engine were increased.In addition,Commercial petroleum diesel(PB0) gave the highest value of carcinogenic potency equivalent(BaP eq) for all particle size ranges.As the palm oil was increased,the BaP eq decreased gradually.Therefore the degummed-deacidified MCPO blends are recommended for diesel substitute.     

生物柴油排放微粒特性的试验研究

在1台直喷式增压柴油机上进行了生物柴油和柴油的排放微粒特性试验.用80 L/min定量泵和装有直径90　mm的玻纤滤膜采样器在排气管内采集微粒,利用激光粒度仪和色谱-质谱联用仪,分析了微粒的粒径分布和微粒中的可溶性有机物以及16种多环芳烃.结果表明,生物柴油排放微粒的体积粒径呈单峰分布,其平均直径d₃₂.和中位直径d(0.5)都随转速的增加而减少.高转速时生物柴油排放微粒的d₃₂和d(0.5)均高于柴油,而低转速时均低于柴油.生物柴油的SOF排放质量浓度为12.3～31.5 mg/m³,占微粒质量的38.2％～58.0％,均明显高于柴油.生物柴油排放微粒中的总多环芳烃排放浓度为2.9～4.7 μg/m³,与柴油相比下降29.1％～92.4%.     

柴油机EGR氛围颗粒的空间结构与表面形态分析

为揭示EGR(废气再循环)对柴油机颗粒表面形态以及空间结构的影响,针对不同EGR率下产生的柴油机颗粒,采用颗粒粒径分析仪以及X射线小角散射等分析手段,研究了EGR对柴油机排气颗粒粒径、数浓度和质量浓度的影响,分析了颗粒团聚程度、团粒间隙尺寸以及表面形态等参数随EGR率的变化规律.结果表明:随着EGR率从10%增至30%,颗粒数浓度峰值粒径向大粒径方向偏移,粒径在10～50 nm的核模态颗粒数浓度分别降低了14.7%和29.4%;粒径在50～500 nm的积聚态颗粒数浓度分别增加了17.1%和139.4%;总颗粒数浓度也有较大幅度增加,分别增加了4.5%和72.1%.采用EGR后,颗粒的质量分形维数和表面分形维数分别增加了12.1%和18.2%,表明EGR会使颗粒的质量分布不均匀,表面粗糙程度增加.随着EGR率的增加,颗粒的团粒间隙分布有明显差异,EGR率为0时的团粒间隙尺寸主要分布在8～11 nm,EGR率为30%时的团粒间隙尺寸主要分布在4～6 nm,表明EGR可在总体上降低团粒间隙尺寸和数浓度,增加了颗粒的团聚程度和空间结构的紧密程度.研究结果对于拓宽EGR的工况使用范围、提高DPF等后处理装置的工作效率、进一步降低柴油机的NO_x和颗粒排放具有重要意义.      

掺混聚甲氧基二甲醚对柴油机排放的影响

为研究聚甲氧基二甲醚（PODE）/柴油混合燃料对柴油机颗粒物（PM）粒径分布和各模态颗粒捕集效率的影响,将PODE按照体积百分比0%、10%、20%和30%与柴油混合,在不对柴油机做任何改动的情况下,进行排放测试,测量NO_x排放和DPF前后的颗粒粒径分布.结果表明：随着PODE掺混比提高,NO_x排放在10%~50%负荷工况下呈上升趋势,75%~100%负荷工况下呈先上升后下降的趋势;NO₂/NO_x随着PODE掺混比的提高呈上升趋势.PODE的添加可有效降低PM排放.与柴油相比,燃用PODE掺混比20%的混合燃料时,降低PM效果最好;100%负荷工况下,PM总数量浓度降低了18.93%,总体积浓度降低了31.27%.掺混PODE,使DPF对PM的捕集效果减弱,10%~50%负荷工况下较为明显,但捕集率依然可以达到95%以上.     

A comparative study of particle size distribution from two oxygenated fuels and diesel fuel

Oxygenated fuels are known to reduce particulate matter (PM) emissions from diesel engines. In this study, 100% soy methyl ester (SME) biodiesel fuel (B100) and a blend of 10% acetal denoted by A-diesel with diesel fuel were tested as oxygenated fuels. Particle size and number distributions from a diesel engine fueled with oxygenated fuels and base diesel fuel were measured using an Electrical Low Pressure Impactor (ELPI). Measurements were made at ten steady-state operational modes of various loads at two engine speeds. It was found that the geometric mean diameters of particles from SME and Adiesel were lower than that from base diesel fuel. Compared to diesel fuel, SME emitted more ultra-fine particles at rated speed while emitting less ultra-fine particles at maximum speed. Ultra-fine particle number concentrations of A-diesel were much higher than those of base diesel fuel at most test modes.     

添加剂对柴油机燃用乙醇柴油时排放颗粒特性的影响

为研究十六烷值改进剂和消烟剂对柴油机燃用乙醇柴油时颗粒排放特性的影响,在乙醇柴油中加入0.1%(以w计)、0.3%和0.5%的十六烷值改进剂或消烟剂,并在YZ4DB3柴油机上分别对这些燃料的排气烟度、颗粒比排放和粒径分布等进行研究. 结果表明:含添加剂的乙醇柴油颗粒物排放远低于0#柴油,降幅在50%以上;与0#柴油相比,添加0.3%十六烷值改进剂的乙醇柴油降低颗粒排放效果较显著,降幅高达64.2%,而添加0.1%消烟剂的乙醇柴油颗粒物排放降幅更高达84.0%,表明消烟剂的降颗粒效果更加显著. 柴油机燃用柴油时,排放颗粒的粒径呈双峰分布,峰值分别在0.56和0.18μm左右;但燃用含添加剂的乙醇柴油时,排放颗粒的粒径则呈单峰分布,其峰值均在>0.56~1.00μm粒径范围内. 柴油机燃用含添加剂的乙醇柴油后,0.18~0.32μm粒径范围内的排放颗粒显著减少,但在>0.32~1.00μm粒径范围内增加;同时,排放颗粒物中的积聚模态颗粒占排放颗粒总质量的比例降低,而粗粒子模态颗粒的所占比例相应增加. 排气烟度与积聚模态颗粒质量分布密切相关. 研究结果表明,柴油添加剂能够显著改善柴油机颗粒物排放特性,有利于改善大气质量.