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.     

DOC/CCRT老化对柴油公交车气态物排放特性的影响

基于重型底盘测功机,研究新鲜及老化氧化型催化器(DOC)、氧化型催化器耦合催化型颗粒捕集器(DOC+CDPF,CCRT)对在用国Ⅲ柴油公交车进行中国典型城市公交车循环CCBC时一氧化碳(CO)、总碳氢化合物(THC)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO_2)和氮氧化物(NO_x)、二氧化碳(CO_2)等气态物排放特性的影响.结果表明:采用新鲜及老化DOC/CCRT,均可以降低CO、THC、NO排放,增加NO_2排放,NO_x及CO_2排放基本不变;在怠速、加速、减速及匀速这4种工况下,新鲜DOC比老化DOC对CO、THC氧化效率好,新鲜CCRT比老化CCRT对THC氧化效率好,但老化CCRT对CO氧化效率更好,新鲜DOC/CCRT比老化DOC/CCRT对NO减少幅度高,对NO_2增加幅度高,但对NO_x排放总量基本无影响.     

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.     

不同CDPF贵金属负载量对柴油公交车VOCs组分排放影响

基于重型底盘测功机,利用质子转移反应质谱(PTR-MS)研究了柴油公交车在中国典型城市公交车循环(CCBC)下,不同CDPF贵金属负载量对尾气中挥发性有机物(VOCs)组分排放特性的影响.结果表明,柴油公交车VOCs主要组分为含氧有机物(OVOCs)、芳香烃和烯烃等,且OVOCs占比达50%以上;在贵金属成分、配比相同时,VOCs减排率随CDPF贵金属负载量增加而增加:贵金属负载量为15 g·ft~(-3)(A型后处理装置)、25 g·ft~(-3)(B型)和35 g·ft~(-3)(C型)时,VOCs总量的减排率依次为36.2%、40.1%和41.4%.C型后处理装置对烷烃全循环减排率高达70.2%,且对OVOCs的催化有微弱优势;对于不饱和烃类,3种不同贵金属负载量的后处理装置均有一定催化效果,但无明显差异;A型对含氮有机物减排率可达50.5%,但减排率随贵金属负载量增加而降低.采用DOC+CDPF后能较好地降低公交车VOCs排放量进而降低臭氧生成潜势(OFP).同时考虑不同方案减排效果与成本因素,当加权系数分别为0.8和0.2时,B型为最优方案.     

DOC和CDPF对柴油公交车颗粒物组分影响

以一辆柴油公交车为试验样车,在重型底盘测功机上运行中国典型城市公交循环(CCBC),收集尾气颗粒物以分析柴油车安装不同后处理装置的颗粒物组分排放特性.结果表明,原机颗粒物总碳组分中元素碳(EC)比有机碳(OC)多,测得有机组分中,脂肪酸占60.9%,直链烷烃占32.4%,藿烷和PAHs较少.脂肪酸主要是C16:0,C18、C14和C18:1也较多,直链烷烃主要分布于C18~C24,C21H44和C22H46最多.PAHs质量排放以中小分子量为主,Pyr最多,FL和PA也较多,毒性则以中高分子量为主,Ba P毒性最强,B(b+k)F、Ba A以及Icd P也是主要毒性组分.DOC后PAHs总毒性降低2.7%,不同CDPF后总毒性进一步降低89.6%~93.8%.DOC和CDPF对总碳组分的减排率分别为18.9%和70.5%~72.5%,但对不同组分的减排效果差别较大,不同贵金属负载量的CDPF对各组分减排效果无明显影响.     

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.     

DOC+CDPF对国III重型柴油货车实际道路排放的影响

利用便携式车载排放测试系统（PEMS）对2辆加装氧化催化转化器（DOC）和催化型柴油颗粒捕集器（CDPF）与否的国III重型柴油货车进行实际道路排放测试.结果表明,2辆改造重型柴油车的CO、THC、固态颗粒物粒数（SPN）和黑碳（BC）实际道路排放因子分别为（1.31±0.37）g/（kW×h）、（0.20±0.03） g/（kW×h）、（7.13×10¹⁰±5.27×10¹⁰）个/（kW×h）和（0.69±0.06）mg/（kW×h）,相对于原始排放（拆除DOC+CDPF）分别降低52.48%、55.69%、99.91%和99.22%.从低速、中速到高速,CO和THC减排比例呈现上升趋势,然而运行工况对SPN和BC减排比例则无显著影响.加装DOC+CDPF会导致NO₂在NO_x中的占比升高,且从低速、中速到高速涨幅依次增大,但对NO_x无明显减排效益,其排放因子为9.53~9.83g/（kW×h）,远高于实验室排放限值.     

公交车燃用生物柴油的颗粒物水溶性离子排放

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,试验研究了柴油（D100）,体积混合比例分别为5%（B5）、10%（B10）和20%（B20）的废食用油制生物柴油-柴油混合燃料的尾气颗粒物水溶性离子（Water soluble ions,WSI）排放特性.结果表明：国Ⅴ柴油公交车尾气颗粒物呈弱酸性;WSI约占颗粒物质量的3%,主要集中在PM_0.5~2.5和PM_2.5~18粒径段,阴离子占WSI总量的72%~79%;废食用油制生物柴油对公交车尾气颗粒WSI种类没有影响;随着废食用油制生物柴油混合比例的增加,公交车尾气颗粒物WSI阴、阳离子浓度、颗粒物酸性整体增大,WSI浓度峰值向小粒径段移动;CaCl₂和NaCl可能是柴油公交车尾气颗粒物Cl^-、Ca²⁺、Na⁺的主要存在形式;控制废食用油制生物柴油硫、Na⁺、Ca²⁺和Cl^-含量,优化缸内燃烧减少NO_x排放,对降低柴油公交车尾气颗粒物WSI排放具有重要意义.     

不同地质成熟度家用燃煤燃烧颗粒物及多环芳烃的排放特征

选取了7种不同成熟度的原煤,模拟煤炭家用取暖燃烧过程,基于稀释通道采样方法,测定了PM_2.5、有机碳（OC）、元素碳（EC）和多环芳烃（PAHs）的排放因子（Emission factors,EFs）,分析了原煤自身特征参数与污染物排放因子的关系,并计算了原煤排放PAHs的特征比值.结果表明,地质成熟度高的无烟煤燃烧PM_2.5、OC、EC和PAHs的排放因子最低,分别为（0.28±0.07）、（0.07±0.04）、（0.003±0）g·kg^-1和（1.15±0.84）mg·kg^-1.随着地质成熟度的降低,PM_2.5、OC、EC和PAHs的排放因子呈波动上升的趋势,具有中等地质成熟度（挥发分为28.08%）的烟煤PM_2.5、OC和PAHs的排放因子最高,分别为（5.17±0.33）、（2.50±0.93）g·kg^-1、（240.39±180.55）mg·kg^-1,比地质成熟度高的无烟煤高出1～2个数量级.相关关系...     

在用国Ⅲ/国Ⅳ/国Ⅴ柴油公交车的颗粒物质量及固态PM2.5数量排放特性

利用法规认证全流稀释定容采样系统以及满足精度要求的颗粒物排放分析系统,运行GB/T 19754—2005《重型混合动力电动汽车能量消耗量试验方法》推荐的中国典型城市公交循环(CCBC),分析了在用国Ⅲ/国Ⅳ/国Ⅴ柴油公交车以及在用国Ⅲ柴油公交车进行DOC(氧化催化转化器)+CDPF(催化型颗粒捕集器)改造后的颗粒物质量、固态PM_2.5数量排放特性.结果表明:国Ⅲ、国Ⅳ、国Ⅴ柴油公交车的颗粒物质量排放因子分别为63.77、63.20和14.42 mg/km,固态PM_2.5数量排放因子分别为3.87×1013、3.10×1013和2.77×1013 km-1.与国Ⅲ柴油公交车相比,国Ⅳ柴油公交车的颗粒物质量、固态PM_2.5数量排放因子分别降低了1%和20%;国Ⅴ柴油公交车分别降低了77%和28%;进行DOC+CDPF改造的国Ⅲ公交车颗粒物质量、固态PM_2.5颗粒数量排放因子分别为1.78 mg/km和3.19×1011 km-1,比未改造前分别降低了97%和99%.中国典型城市公交循环的低速(0～21.8 km/h)、中低速(0～37.5 km/h)、中高速(0～51.7 km/h)和高速(0～60.0 km/h)4类行驶工况中,低速行驶工况的固态PM_2.5数量排放因子最高,约是整个循环的2倍;在加速、匀速、减速、怠速4种行驶模式中,加速行驶模式产生的固态PM_2.5单位时间排放量最高,其分别为减速和怠速行驶模式下的10和6倍.研究显示,提高柴油公交车的平均车速,降低加速行驶比例有利于降低其颗粒物排放;DOC+CDPF可显著降低国Ⅲ柴油公交车的颗粒物排放.      

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.     

柴油轿车颗粒多环芳烃的排放特性

以一辆柴油轿车为研究样车,分别使用纯柴油、生物柴油掺混比例为10%的B10燃油,进行了NEDC整车循环工况试验,测取了该车HC、CO、NOx、颗粒等法规限制的排放,利用气相色谱-质谱法对采集的排气颗粒样品进行了分析,重点研究了颗粒中多环芳烃的排放特性.结果表明,与柴油相比,燃用B10燃油的HC、CO、NOx和颗粒等常规排放均有所降低;两种燃料产生的颗粒多环芳烃排放中均以荧蒽和芘最多,与纯柴油相比,燃用B10燃油产生的低环数PAHs排放略有增加,中高环数的PAHs排放降幅明显.苯并[a]芘等效毒性分析结果显示燃用B10燃油的BEQs值比纯柴油降低了21.6%,表明柴油轿车燃用生物柴油后,排气颗粒的多环芳烃毒性有所下降.     

DOC+CDPF对生物柴油燃烧颗粒排放特性的影响

以一台满足国五排放法规的车用柴油机为样机,研究加装氧化催化转化器DOC与催化型颗粒捕集器CDPF(DOC+CDPF后处理装置)前后,柴油机燃用B20燃料(燃料含20%体积掺混比的生物柴油)的颗粒排放特性.结果表明,在未加装该后处理装置时,该机排气颗粒数量浓度的粒径分布呈双峰形态,B20燃料的排气颗粒数量浓度的峰值粒径在10nm和50nm附近,纯柴油的排气颗粒数量浓度的峰值粒径在50nm和200nm附近.在颗粒粒径小于120nm的区域,该机燃用B20燃料的排气颗粒数量浓度大于纯柴油.加装该后处理装置后,该机排气颗粒数量浓度的粒径分布呈多峰形态,峰值粒径在10nm、20nm和60nm附近.加装DOC+CDPF后,不论是柴油还是B20燃料,与原机相比,柴油机排气颗粒总数量下降明显,其中60~200nm粒径范围的颗粒数量浓度降幅更为显著.在相同工况下,DOC+CDPF对柴油机燃用B20燃料的颗粒总数量净化效率高于纯柴油.     

不同后处理器对DMCC发动机PM排放的影响

在一台整车排放达到国Ⅲ标准的YC4D140电控单体泵增压中冷柴油机上加装甲醇喷射系统,改成柴油甲醇组合燃烧(DMCC)发动机.使用AVL 415S烟度计和DMS 500快速颗粒物光谱仪研究不同后处理器对DMCC发动机颗粒物(PM)排放的影响.试验结果表明,各工况下单独CDPF、DOC+CDPF基本可以消除发动机产生的干炭烟.DOC+CDPF后处理方式与单独CDPF相比,颗粒物捕集效率明显提高,且前者对颗粒物中核态部分的捕集效果更加突出.甲醇掺烧后,炭烟和颗粒物几何平均直径降低.经CDPF和DOC+CDPF处理,415S烟度计测得的炭烟进一步降低;DMS颗粒物光谱仪显示的颗粒物粒径,因其中核态部分大部被氧化捕集而仅余较大几何平均直径的部分.小负荷时经CDPF和DOC+CDPF处理,颗粒物的几何平均直径会增大,大负荷时则相反.各工况下相比于CDPF,DOC+CDPF对核态颗粒物捕集更有效.