FBC-DPF在柴油机颗粒物控制中的应用研究

目前针对加装FBC-DPF(燃油添加剂-柴油机颗粒捕集器)后的柴油机放特性研究较少,并且缺乏FBC-DPF对颗粒物中PAHs排放量的影响效果研究. 为全面评估加装FBC-DPF后柴油机颗粒物排放特性和FBC-DPF对柴油机尾气中的颗粒物排放污染控制效果,在发动机台架上对装有FBC-DPF的重型柴油机进行了颗粒物排放特性试验. 利用电子低压撞击仪(ELPI)测量加装FBC-DPF前、后柴油机颗粒物的数浓度与粒径分布,用玻璃纤维滤膜采集加装FBC-DPF前、后尾气中的固相PAHs,利用色谱质谱联用仪对加装FBC-DPF前、后尾气中的固相PAHs进行定量分析. 结果表明:①加装FBC-DPF后柴油机排放的颗粒物数浓度大幅降低,FBC-DPF对尾气中颗粒物的捕集效率平均值在95%左右;②加装FBC-DPF后柴油机固相PAHs总比排放量有所降低,在大负荷区域降幅在25.0%~88.0%之间;③加装FBC-DPF前的颗粒物中位直径为30~89nm,而加装FBC-DPF后的颗粒物中位直径为41~98nm,平均增幅为38.2%. 对于国Ⅳ及未来国Ⅴ柴油机排放法规,FBC-DPF是解决柴油机颗粒物排放的有效手段;此外,FBC-DPF可以大幅降低柴油机尾气中的有毒成分,并且能够适应高含硫量的燃油环境.      

柴油机颗粒后处理技术对颗粒物排放的影响

本文利用一台满足国Ⅲ排放标准的电控共轨柴油发动机,研究了氧化型催化转化器(DOC)、燃油催化剂型的壁流式颗粒捕集器(FBC-DPF)和带有DOC的壁流式颗粒捕集器(DOC+DPF)三种不同的柴油机颗粒物净化装置对柴油机颗粒物排放的影响,定量研究了不同转速和负荷下,这三种后处理装置前后颗粒物数量和质量的变化。研究显示:DOC对颗粒物的净化效率大约在20%~30%之间,FBC-DPF对颗粒物的净化效率大约在90%~98%之间,DOC+DPF对颗粒物的净化效率也超过了90%。结果表明壁流式的颗粒捕集器对柴油机颗粒物有较高的净化效果。     

生物柴油对柴油机排放细颗粒物及其中多环芳烃的影响

在柴油发动机台架上,考察普通柴油和2种原料不同的生物柴油(B100-1,大豆油为原料;B100-2,废油为原料)在2个固定转速不同负荷的4个工况点的细颗粒物PM2.5及其中多环芳烃(PAHs)的排放特性.用石英滤膜采集了尾气中的细颗粒物,并用GC/MS分析了颗粒物中的PAHs.生物柴油在高负荷时降低了柴油机PM2.5的排放速率,最大降幅达到了37.3%,在低负荷情况下增加了PM2.5排放速率.在所测试的工况下,生物柴油的颗粒相PAHs的排放速率较普通柴油均有不同程度的降低,最大降幅达到77.6%.生物柴油不但降低了PAHs的排放速率,还降低了PAHs在PM2.5中的质量百分比.B100-2的PM2.5和PAHs的平均排放速率比B100-1分别增加14.7%和17.8%.3种燃料排放PM2.5中的PAHs的主要化合物相似,均以小分子量为主,其中以菲的含量最高,2~3环PAHs超过总排放50%.生物柴油排放的PAHs毒性当量与柴油相比有较大程度地下降.     

催化型连续再生颗粒捕集器对生物柴油发动机排放颗粒理化特性的影响

以某重型柴油机为原机,研究氧化催化转化器(Diesel Oxidation Catalyst,简称"DOC")与催化型颗粒捕集器(Catalyzed Diesel Particulate Filter,简称"CDPF")结合而成的催化型连续再生颗粒捕集器(Catalyzed Continuously Regeneration Trap,简称"CCRT")对燃用B20混合燃料柴油机颗粒排放理化特性的影响.试验结果表明:生物柴油发动机安装CCRT装置后排放的颗粒质量和数量均显著低于原机.CCRT装置对不同粒径颗粒的捕集效率不同,对聚集态颗粒的捕集效果略优于核态颗粒.与原机相比,安装CCRT后PAHs总排放量下降,在检测到的20种PAHs中有17种排放量减少.按环数比较,原机及安装CCRT装置后PAHs均以三环和四环为主.CCRT装置的安装使生物柴油发动机排放颗粒中化学成分毒性降低.     

柴油车尾气碳烟颗粒物捕集装置的研究

研究了用γ-氧化铝涂覆后的蜂窝状堇青石做填料制成过滤器来捕集柴油车尾气碳烟颗粒物,对γ-氧化铝涂覆条件进行了优化,使用质量浓度测定系统测量了加装过滤器前后碳烟颗粒物的排放量.结果表明,80h内过滤器对碳烟颗粒物的过滤效率达60%～90%.      

重型柴油公交车实际道路颗粒物排放的理化特征

为研究重型柴油公交车实际道路颗粒物排放的理化特征,采用车载排放测试方法,选取了2辆国Ⅲ和4辆国Ⅳ柴油公交车,对气态污染物和颗粒物排放因子、粒径分布及颗粒物中的组分(包括碳组分、离子、元素和有机组分)排放特征进行了实测分析.结果表明:测试车辆的颗粒数量主要集中在100 nm以下粒径段,颗粒质量排放总体呈倒U型分布,粒径峰值位于300 nm左右.OC和EC分别占尾气颗粒物总质量的36.10%±8.94%和27.97%±10.00%,离子和元素组分分别占7.75%±1.01%和22.71%±3.09%.柴油质量对柴油车尾气颗粒物成分具有较大影响,燃用国Ⅲ柴油的车辆尾气中富含S、Ca、Mg、Na等元素组分,其主要来自燃油中的硫分和杂质.在可检出的弱极性可溶有机物中,正构烷烃和脂肪酸的含量较为丰富,分别占颗粒物总质量的1.95%和5.13%,此外还有一定量的藿烷和PAHs(多环芳烃).其中,正构烷烃组分主要分布于C19～C29,正构烷酸主要集中在C12、C14、C16和C18等偶数碳组分.国Ⅲ和国Ⅳ柴油公交车的PAHs排放因子分别为198.2、62.5 μg/km,以3环和4环PAHs为主,菲、荧蒽、芘、惹烯、苯并荧蒽、、苯并[123-cd]芘和苯并苝是较为主要的PAHs组分.需要指出的是,由于采用定比例稀释方法,颗粒物中组分的测试结果可能与其实际排放存在一定偏差.      

DOC+CDPF配方对柴油公交车颗粒物排放特性影响

为研究不同DOC+CDPF（催化型连续再生颗粒捕集器）配方对公交车颗粒物排放特性的影响,以一辆满足国Ⅲ排放的柴油公交车为试验样车,在重型底盘测功机上分别进行了加装3种不同DOC+CDPF的柴油机在中国典型城市公交车循环（CCBC）中的排放特性试验,分析了不同贵金属负载量对柴油机颗粒物排放特性的影响.结果表明：在相同贵金属配比情况下,当DOC+CDPF催化剂配方中贵金属负载量较高时,颗粒物浓度降幅较大.3种方案的颗粒物质量浓度综合减排率分别为99.3%、98.8%、96.4%,平均降幅达到98.2%;当使用DOC+CDPF后,柴油机颗粒物粒径分布由双峰对数分布变为三峰对数分布,但不同催化剂配方下对应的粒径最大峰值点会偏移;采用DOC+CDPF装置后,发动机排放背压略有增加.且当贵金属负载量越高时,装置压降增量越少,被动再生性能越优异.     

低温等离子体治理柴油机尾气污染的研究进展

柴油发动机以其良好的燃油经济性和动力学特性得到广泛应用,但是其尾气排放中的氮氧化物有害气体和难以分解的微粒物含量较多,造成了严重环境污染。目前,研究开发中的柴油机尾气后处理技术,如还原催化转化、氧化催化转化和微粒捕集等,存在催化剂价格昂贵、催化活性低、有效温度范围小和捕集器保持清洁状态困难等不足。国内外大量的研究结果证明,基于气体放电的低温等离子体技术能有效降低柴油机尾气污染物排放,且无二次污染。本文通过低温等离子体的产生,柴油机尾气中的氮氧化物和微粒物的净化,综合介绍了低温等离子体净化柴油机尾气技术的研究进展,针对当前研究中存在的问题,论述了今后的发展趋势。     

关中地区道路移动源细颗粒物排放特征研究

道路移动源排放的细颗粒物是城市大气颗粒物的主要来源,其排放量、粒径分布和化学组分等特征是评价区域环境颗粒物排放水平及制定相应管控措施的基础.本研究通过抽样调查与观测数据,采用MOVES模型计算了2019年关中地区道路移动源细颗粒物排放量,并利用台架测试法收集了36辆机动车尾气颗粒物,分析了细颗粒物粒径分布和化学组分特征.结果表明,关中地区机动车尾气、刹车磨损和轮胎磨损的PM_2.5排放量分别为3543.77、593.45和117.61 t,西安市机动车PM_2.5排放总量占关中地区机动车PM_2.5总排放量的46.8%.重型货车为机动车PM_2.5主要排放源,其保有量仅占机动车总保有量的2.3%,但排放了53.6%的PM_2.5;不同燃料类型机动车对尾气PM_2.5的排放贡献率不同,柴油车最大,为87.5%.在匀速工况下,柴油车、汽油车和天然气车尾气细颗粒物的数浓度峰值粒径分别为73、9和9 nm,而在加速工况下分别为73、17和17 nm;在加速工况下,这3类燃料机...     

汽油车技术发展对尾气排放影响研究进展

近年来,汽油车尾气排放已成为城市大气污染的主要来源之一.为减少油耗、温室气体和大气污染物的排放,汽油直喷技术(GDI)、醇类燃料替代以及混合动力系统等新兴技术被应用到汽车产品中,该研究对GDI发动机汽车、醇类燃料车和混合动力车的颗粒物(PM)、氮氧化物(NO_x)、总碳氢化合物(THC)的排放研究进行梳理和总结,综合评估先进动力技术和醇类燃料的环境影响.结果表明:GDI汽油车的PM排放因子为进气道喷射(PFI)汽油车的1.2~5倍,加装汽油颗粒物捕集器(GPF)后GDI汽油车的PM排放大幅下降,同时具备催化能力的GPF可减少NO_x和THC排放.与汽油车相比,乙醇燃料车PM排放量减少了35%~56%,尾气THC排放减少了10%~44%,但挥发性有机物(VOCs)蒸发排放增加了20%~41%,其主要来自于日呼吸损失.各类型车辆的NO_x排放差异较小,比较结果存在一定的不确定性.混合动力车相比传统内燃机汽车污染物减排优势明显,可积极推广其在公共交通和私家车队中的应用.建议今后研究应着重关注以下几个方面:①GDI和混合动力车在实际条件下排放污染物的环境影响;②醇类燃料车VOCs蒸发排放控制技术及相关法规标准的完善;③新兴技术汽油车排放污染物的生成机理及其影响因素.      

贵金属和助剂负载量对柴油公交车CDPF颗粒净化性能的影响

为研究CDPF(催化型颗粒捕集器)贵金属和助剂负载量对柴油公交车颗粒排放特性的影响,对一台满足国Ⅲ排放法规的柴油公交车进行改造,加装4种不同后处理装置,并进行道路实车排放试验.结果表明,CDPF贵金属负载量越高,排气颗粒数量浓度越低,在中高车速下尤为明显(60 km·h-1车速下贵金属负载量增加5 g·ft-3,颗粒排放总数降低70.8%).贵金属负载量对排放颗粒物中核态颗粒的影响大于聚集态颗粒.在保证对排气颗粒的净化效果的前提下,在CDPF中添加适量镧系助剂,可使贵金属和助剂负载量大幅降低.不同后处理方案对加速工况不敏感,净化效果差异较小,但减速工况,各方案对颗粒的净化效果差异较大.     

国Ⅳ柴油机颗粒物与颗粒态多环芳烃排放特征

针对一台轻型柴油机,采用国Ⅳ柴油,在不使用和使用后处理装置的条件下,进行ESC循环工况(分别记为ESC-0、ESC-DP)和ETC循环工况(分别记为ETC-0、ETC-DP)下的发动机台架测试.每次测试用一对滤膜采集颗粒物,采样前后分别称重以确定颗粒物质量,进而计算排放因子.用气相色谱-质谱联机(GC-MS)分别分析每张滤膜上颗粒物的多环芳烃(PAHs)组分.ESC-0、ESC-DP、ETC-0、ETC-DP的颗粒物排放因子分别为0.12,0.05,0.48,0.16 g/(kW·h);相应的PAHs排放因子分别为69,35,174,76 μg/(kW·h).后处理分别使颗粒物和PAHs减排56%~68%和49%~56%.总PAHs中,三环PAHs占比重最大(64%±9%).PHE在总PAHs中占比重最大(54%±9%).PAHs的分布与其物理化学特性、柴油中的芳烃含量有关.PAHs特征比值FA/(FA+PY)为0.37~0.51.     

轻型汽油车尾气PM2.5的排放特征

为研究轻型汽油车尾气PM_2.5的排放特征,利用整车测试台架和颗粒物稀释采样系统,对12辆轻型汽油车尾气的PM_2.5进行了采集,并进一步分析了PM_2.5排放因子及其碳质组分——OC(有机碳)和EC(元素碳)的排放特征;在此基础上,参考文献研究结果,计算了我国轻型汽油车分阶段PM_2.5排放因子,结合活动水平数据估算轻型汽油车PM_2.5排放量.结果表明:测试的国Ⅰ前~国Ⅳ轻型汽油车PM_2.5平均排放因子分别为(73.2±3.8)(50.5±45.4)(34.7±18.4)(22.6±10.3)和(1.0±0.2)mg/km,随排放阶段升级而显著降低.OC是轻型汽油车尾气PM_2.5中的主要碳质组分,在TC(总碳)中所占比例超过90%. 2012年我国轻型汽油车PM_2.5排放量为21 828.7 t,占机动车颗粒物排放总量的3.5%,其中仅占轻型汽油车保有量17%的国Ⅰ及以前车辆排放了约43%的PM_2.5. 研究显示,轻型汽油车尤其是国Ⅰ及国Ⅰ前车辆颗粒物排放不容忽视,在机动车颗粒物减排工作中应给予足够重视.      

缸内直喷汽油车颗粒物化学组分特征

随着缸内直喷汽油车（GDI）的大量使用,其尾气颗粒物排放问题日益凸显.研究缸内直喷汽油车尾气颗粒物构成组分是有效控制其颗粒物排放的重要前期工作之一.选取了5辆满足国六排放标准的缸内直喷汽油车进行了尾气颗粒物碳质成分、水溶性离子和多环芳烃（PAHs）组分分析.结果发现,各类碳质是测试车辆尾气颗粒物中的主要成分,平均占比约70%.颗粒物碳质中有机碳质（OC）多于核态碳质（EC）,OC/EC比值在1.03~3.43之间.测量了颗粒物中多种水溶性离子的含量,结果表明Ca²⁺和SO₄^2-是尾气颗粒物中的主要水溶性离子,主要来源均为机油添加剂.此外,结果还发现GDI车辆尾气颗粒物中高环PAHs排放占比较高,对人体健康危害大,需要重点关注.     

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%.     

DOC+POC对重型柴油机性能及常规气态物排放特性的影响研究

以某电控高压共轨重型柴油机为试验样机,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,对比研究了重型柴油机加装氧化催化转化器(diesel oxidation catalyst,DOC)耦合颗粒氧化催化器(particle oxidation catalyst,POC)后处理装置前后的动力经济性和常规气态物排放特性。研究结果表明:加装DOC+POC装置后,排气温度基本在后处理装置的工作温度范围里,随着转速增大,排气背压迅速增大;动力性和经济性变化不大,扭矩降幅在2%以内,燃油消耗率上升幅度也在2%左右;而CO和THC体积排放量有大幅下降,NOx也有小幅下降,分别平均下降98%、94%和3%,CO2排放有小幅的增加,平均增幅为4.3%。     

国内民用燃煤烟气中多环芳烃排放因子研究

模拟国内民用燃煤过程.确定燃煤排放烟气中PAHs的排放因子、PAHs在烟气气相与颗粒相之间的分配、特征排放谱以及不同燃烧方式的影响.结果表明:以15种母体PAHs加和计,燃煤排放因子的变化范围为71～882 mg·k8-1,排放因子和有毒PAHs组份排放量由高至低依次为烟煤、蜂窝煤和无烟煤,主要毒性成份存在于颗粒相中.PAH组份的气-固相分配比例与其饱和蒸汽压存在显著的正相关关系.燃煤类型和燃煤中挥发组份对烟气PAHs排放因子、气-固相分配以及排放谱分布具有决定性作用.另外,不同燃烧方式对燃煤排放因子也有一定影响,缺氧条件会导致排放系数升高.     

北京市西三环地区大气颗粒物中多环芳烃的分布特性

于2012年3—12月在北京市西三环地区按粒径分6级采集大气颗粒物样品,采用气相色谱-质谱(GC-MS)对颗粒物样品中16种优控PAHs(多环芳烃)进行分析. 结果表明:颗粒物中ρ(∑₁₆PAHs)(PAHs的总质量浓度)季节变化显著,表现为冬季>春季>秋季>夏季,并且与ρ(PM)(PM为颗粒物)呈良好线性相关;不同粒径颗粒物中ρ(PAHs)呈向小粒子富集的趋势,PM_2.1中ρ(PAHs)约占ρ_sum(∑₁₆PAHs)〔6级颗粒物中ρ(∑₁₆PAHs)总和〕的64%~87%;除夏季3环PAHs占优势外,其他季节均以4~ 5环PAHs占优势;同时,随着粒径的减小,PAHs有向高环数富集的趋势. 运用主成分分析和多元线性回归法进行源解析发现,机动车尾气排放和燃煤是本地区大气颗粒物中PAHs的主要来源;不同粒径颗粒物中的PAHs来源有差异,2.1~10.2μm粒径段颗粒物中PAHs主要来源于机动车尾气排放,贡献率为63.0%;而1.3~2.1μm和<1.3μm的颗粒物中PAHs均主要来源于燃煤,贡献率分别为56.8%和58.7%.      

我国钢铁工业一次颗粒物排放量估算

针对我国钢铁工业生产工艺以及颗粒物控制技术的分类,建立了一个细化到排放节点的自下而上的颗粒物排放模型.结合我国钢铁工业各地区活动水平以及颗粒物控制技术分布的历史变化趋势分析,利用此模型计算了2006—2012年我国钢铁工业一次颗粒物的排放系数和排放量.模型计算结果显示,2006年以来,我国钢铁工业颗粒物控制水平不断提高,PM_(2.5)、PM_(2.5)~10和PM10的排放系数分别降低了21.2%、19.3%和19.0%.钢铁工业一次颗粒物排放量在2006—2011年间持续增长,2011年TSP排放量为602×104t,PM10排放量为200×104t,PM_(2.5)排放量为124×104t;2012年排放量出现下降,TSP排放量为561×104t,PM10排放量为187×104t,PM_(2.5)排放量为116×104t.2012年我国钢铁工业一次PM_(2.5)排放量中的有组织排放占39.5%,无组织排放占60.5%;除加严有组织源管控之外,减少颗粒物无组织排放,对于钢铁工业颗粒物排放控制也非常重要.我国钢铁工业颗粒物排放量分布不均衡,河北、山东、江苏、辽宁、山西5个省的排放超过全国总排放的50%.     

公交车实际道路颗粒物排放的数浓度特征

为获得城市公交实际道路颗粒物数量排放特性,利用车载排放测试系统(PEMS)在实际道路上对公交车颗粒物排放特征及粒径分布进行了研究. 结果表明:公交车车速低于30 km/h的工况占总工况的78.9%,其中车速小于10 km/h的工况所占比例最大,为33.7%;车速高于40 km/h的工况仅占总工况的2.1%. 利用低压荷电捕集器(ELPI)测试的粒径分布表明,公交车进、出站和稳定车速工况下排放的颗粒物数浓度峰值均出现在粒径为70 nm附近;粒径小于70 nm的颗粒物数浓度在3种不同工况下占颗粒物总数浓度的55.4%～69.7%;粒径大于770 nm的颗粒物非常少,其数浓度占颗粒物总数浓度的比例均小于0.1%.