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+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.     

公交车燃用生物柴油的颗粒物排放特性

采用美国TSI公司的EEPS颗粒数量及粒径分析仪,对国Ⅳ排放柴油公交车燃用纯国Ⅳ柴油BD0,纯餐饮废油制生物柴油BD100及国Ⅳ柴油和生物柴油掺混体积比分别为5%、10%、20%、50%的混合燃料(BD5、BD10、BD20、BD50)的颗粒物排放特性进行了试验研究.结果表明,颗粒物数量及质量排放随车速加速度的增加均呈逐渐增加趋势,而随生物柴油掺混比例的增加而降低;不同车速区间下,颗粒物数量排放的粒径分布均呈双峰分布;不同加速度区间下,颗粒物数量排放的粒径分布由减速时的双峰分布逐渐过渡到加速时的单峰分布;随生物柴油掺混比例的增加,聚集态颗粒物数量下降显著,且峰值向小粒径方向移动,核态颗粒物数量变化不大,颗粒物几何平均粒径Dg变小.     

DOC+CDPF对重型柴油车颗粒物道路排放特性的影响

基于道路试验,通过车载排放测试系统研究DOC+CDPF对重型柴油车颗粒物排放的影响。研究结果显示:在原车排放中,颗粒物质量(PM)大部分是聚集态颗粒物,其占总颗粒物质量的97.5%;颗粒物数量(PN)大部分是核膜态颗粒,其占总颗粒物数量的93.8%。对于粒径分布,原车排放颗粒物数量与质量均呈对数双峰状,安装DOC+CDPF后处理装置后,粒径分布图变为三峰状。其中DOC+CDPF对聚集态颗粒质量的减排率为85%~90%,对聚集态颗粒数量、核膜态颗粒质量与数量的减排率均在90%以上。     

住宅建筑室内PM_(2.5)污染特征与控制

基于道路试验,通过车载排放测试系统研究DOC+CDPF对重型柴油车颗粒物排放的影响。研究结果显示:在原车排放中,颗粒物质量(PM)大部分是聚集态颗粒物,其占总颗粒物质量的97.5%;颗粒物数量(PN)大部分是核膜态颗粒,其占总颗粒物数量的93.8%。对于粒径分布,原车排放颗粒物数量与质量均呈对数双峰状,安装DOC+CDPF后处理装置后,粒径分布图变为三峰状。其中DOC+CDPF对聚集态颗粒质量的减排率为85%~90%,对聚集态颗粒数量、核膜态颗粒质量与数量的减排率均在90%以上。     

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.     

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.     

正丁醇对柴油机颗粒组分与形貌特征的影响

为探讨柴油机燃用正丁醇-柴油混合燃料降低颗粒排放的机理,采用热重分析仪与场发射扫描电子显微镜,重点对正丁醇-柴油混合燃料燃烧的颗粒形貌特征进行研究,分析了颗粒的组分、微观结构以及粒径分布随w(正丁醇)的变化规律. 结果表明:正丁醇-柴油混合燃料燃烧的颗粒呈团簇状结构,随着w(正丁醇)的增加,团聚程度逐渐提高,排列结构更加紧密;颗粒的粒径逐渐减小,柴油、B5、B10〔B5、B10是指w(正丁醇)分别为5%、10%的正丁醇-柴油混合燃料〕燃烧的颗粒平均粒径分别为1.43、0.85、0.52 μm;颗粒中的主要成分为碳烟,其质量分数约为60%,随着w(正丁醇)的增加,碳烟和可溶有机物组分的质量分数有所增加,硫酸盐、金属等不易挥发组分以及金属元素的质量分数逐渐减少. 研究显示,添加正丁醇,可促进颗粒转化、改善颗粒的氧化过程,使颗粒向小粒径方向移动;由于颗粒中可溶有机物组分含量增加,因此提高了颗粒在碰撞过程中凝并的概率,致使颗粒的团聚程度增加.      

DOC技术对柴油机排放颗粒物数浓度的影响

利用ELPI(电子低压冲击器)对不同转速、不同负荷以及安装DOC(氧化催化转化器)前后颗粒物排放及粒径分布进行了研究. 结果表明:无论安装DOC与否,柴油机排放颗粒物数浓度均随发动机转速的增加而增加. 增大负荷,颗粒物数浓度峰值处的粒径也随之增大. 经过DOC催化转化后,柴油机排放颗粒物的大部分仍呈单峰正态分布,且DOC对核模态粒子的氧化转化效率较高. 经过DOC后,在低转速下,不同粒径的颗粒物数浓度均有所降低;中、高转速下,DOC对粒径大于120 nm的颗粒物数浓度无明显降低作用.      

DOC+CDPF对重型柴油车排放特性的影响

基于重型转毂试验平台对比研究国Ⅲ重型柴油车加装催化型连续再生颗粒捕集器(DOC+CDPF)前后的气态物及颗粒物排放性能,结果表明从市区循环、公路循环到高速循环,原车的CO、THC、CO_2及颗粒质量(PM)排放因子依次减小,NO_x及颗粒数量(PN)排放因子依次增大,颗粒数量浓度随粒径呈双峰分布并且以聚集态颗粒排放为主;加装DOC+CDPF后,各污染物排放因子均有所下降,且下降趋势从市区循环、公路循环到高速循环依次增大,从整个C-WTVC循环来看,CO排放因子下降70.36%,THC排放因子下降72.73%,CO_2排放因子下降17.00%,NO_x排放因子下降7.76%,PM、PN排放因子分别下降93.77%和98.91%,颗粒数量浓度随粒径仍呈双峰分布,但排放以核模态颗粒为主,并且聚集态峰值对应粒径减小.     

不同排放标准公交车燃用生物柴油颗粒物排放特性

基于重型底盘测功机,对比研究了满足国Ⅲ、国Ⅳ、国Ⅴ排放标准的柴油公交车分别燃用生物柴油与柴油混合燃料B0/B5/B10在中国典型城市公交车循环下的颗粒物排放特性.结果表明燃用B0/B5/B10时,国Ⅴ车相对国Ⅲ车总颗粒数量和质量排放分别降低约68.1%、56.2%、57.5%和52.7%、64.8%、88.5%,相对国Ⅳ车,总颗粒质量排放分别降低了约43.0%、47.3%和42.1%,但数量排放分别上升了约4.0%、7.6%和14.7%.国Ⅲ车核态颗粒排放主要来自高速行驶工况,而国Ⅳ、国Ⅴ车主要来自中低速行驶工况;国Ⅲ、国Ⅳ、国Ⅴ车聚集态颗粒排放主要都来自中低速行驶工况.其中在车速较低时,国Ⅴ、国Ⅳ车相对国Ⅲ车核态颗粒数量和质量排放明显降低,聚积态颗粒也有降低,但国Ⅴ车相对国Ⅳ车改善不明显,核态颗粒数量和质量排放反而增加,且随着生物柴油掺混比例的上升,增幅越明显.在高速时,国Ⅲ车核态颗粒数量和质量排放急剧增加,国Ⅴ、国Ⅳ车略有增加,且国Ⅳ车聚集态颗粒数量和质量排放明显大于国Ⅴ车和国Ⅲ车.燃用生物柴油掺混比例较大的B10时,国Ⅲ车较大粒径颗粒排放急剧恶化,聚集态颗粒数量和质量排放大幅增加,不适合推广应用较大生物柴油掺混比燃油.     

甲醇柴油双燃料燃烧结合DOC/POC耦合大幅度减少发动机微粒排放的研究

对一台四缸增压中冷柴油机采用甲醇柴油双燃料模式,研究了甲醇替代率和柴油机氧化催化转化器耦合微粒催化转化器(DOC+POC)后处理装置对该发动机烟度和微粒数量、质量浓度的粒径分布特性的影响.试验结果表明,随甲醇替代率的增加,发动机烟度和微粒数浓度、质量浓度均有不同程度的降低,核态微粒浓度显著降低,聚集态微粒浓度基本保持不变.相比于DOC+POC对纯柴油发动机排气烟度25%左右的净化效率,在甲醇柴油双燃料模式下DOC+POC对排气烟度的平均净化效率在60%以上,最大达到96%,显示了该后处理技术在甲醇柴油双燃料模式下清洁排放的良好应用前景.     

公交车燃用不同比例生物柴油的颗粒物组分特性研究

以一辆国III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车循环(CCBC),分析了该车分别燃用不同体积分数的生物柴油混合燃料的颗粒物组分排放特性.结果表明:颗粒物测得的可溶性有机组分(SOF)主要是脂肪酸和直链烷烃,藿烷和PAHs占比低于7%.生物柴油对各组分影响较大,随着生物柴油掺混比例增加,颗粒物EC减小而OC/EC增加,SOF总量也增加.其中脂肪酸的C18:2和C18:1明显增加,C12:0和C14下降,直链烷烃总量和藿烷各组分均下降;PAHs的质量集中在三,四环的中小分子量,毒性集中在四环及以上的中高分子量.使用生物柴油后,PAHs总量下降,其中Pyr,FL和PA下降较明显,而总PAHs毒性无明显变化.     

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.     

缸内直喷汽油车颗粒物数量及可溶性有机组分排放特性

以一辆国V排放缸内直喷汽油车为研究对象,试验研究了NEDC、FTP-75和WLTC对该车颗粒物质量、23nm~2.5μm固态颗粒物数量、5.6~560nm超细颗粒数量及粒径分布、颗粒物有机组分的影响.结果表明：NEDC、FTP-75、WLTC颗粒粒径分布基本相同,均呈对数双峰分布,在9nm和60nm两个粒径处出现峰值;5.6~23nm颗粒物数量排放占5.6~560nm颗粒物数量的43.1%~57.7%;与NEDC比较,加减速比例高、瞬态性强的FTP-75、WLTC循环的颗粒物质量、23nm~2.5μm固态颗粒数量、5.6~560nm颗粒数量排放增大;缸内直喷汽油车的颗粒物可溶性有机物组分占颗粒物的20.5%~27.9%,可溶性有机物主要为C16和C18的脂肪酸、C20~C29烷径和5环以上的高分子量多环芳烃,测试循环对颗粒SOF排放及组分产生影响,瞬态性强的FTP-75、WLTC的PAHs比例增加.     

不同品质燃油对公交车道路颗粒排放特征的影响

以国Ⅳ排放柴油公交车为样车,研究了3种燃油公交车的颗粒数量排放特性. 3种燃油分别为纯柴油、B20燃油〔V(生物柴油)∶V(纯柴油)=2∶8〕和G20燃油〔V(天然气制油)∶V(纯柴油)=2∶8〕. 结果表明:公交车燃用3种燃油的排气颗粒数量随粒径变化均呈双峰对数分布,其中核态颗粒数量峰值粒径均为10.8 nm;聚集态颗粒数量峰值粒径则因燃料差异而不同,其中纯柴油、B20燃油和G20燃油分别为80.6、69.8和60.4 nm. 对于不同类型道路,在公交车燃用纯柴油时,其快速路下的排气颗粒数量(7.35×1015 km-1)最低,分别比主干道和次干道低47.7%和55.1%. 对于不同品质燃油而言,在全程测试线路内,燃用G20燃油的公交车排气颗粒总数量(6.92×1015 km-1)最低,较纯柴油和B20燃油分别降低了42.5%和32.4%. 其中,G20燃油排气中核态颗粒数量为1.81×1015 km-1,较纯柴油和B20燃油分别降低了3.1%和15.4%,而聚集态颗粒数量则分别降低了49.7%和37.0%. 表明公交车燃用天然气制油可有效降低颗粒排放.      

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.     

无机型城市景观水体表观污染的悬浮颗粒物粒度分布特征:以中国运河苏州段为例

基于悬浮颗粒物粒度分布特性能为水环境表观质量研究提供重要信息,以流经苏州市市内运河水为研究对象,探讨无机型城市景观水体中不同表观污染程度下水中悬浮颗粒物的粒度分布特性及其影响因素,从悬浮颗粒物的粒径角度来解释无机型景观水体表观污染机制.结果表明,无机型水中悬浮颗粒物以单峰分布为主,中值粒径范围13~25.2μm,组分Ⅱ(粒级3.8~16μm)是优势组分,体积分数范围29.4%~59.6%;水体表观污染的敏感组分为组分Ⅱ(粒级3.8~16μm)和组分Ⅳ(粒级32~64μm),表观污染指数(SPI)与组分Ⅱ和组分Ⅳ体积分数关系具有分段性,分段节点是浊度为45NTU处,浊度小于45NTU时,SPI值与组分Ⅱ体积分数呈显著正相关,与组分Ⅳ体积分数呈显著负相关;当浊度大于或等于45NTU时关系相反.影响苏州运河水粒径分布的因素主要是生物因子和水动力条件,生物因子的作用主要表现为藻类的增加,水动力条件的作用是使水体发生再悬浮,导致水中大颗粒物质的增加.     

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.      

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.