柴油机选择性催化还原捕集技术(SDPF)的研究现状与发展趋势

日益严格的柴油机排放法规使得其主要排放污染物氮氧化物（NO_x）和颗粒物（PM）限值进一步降低.目前去除NO_x的主要机外手段是选择性催化还原（SCR）技术,该技术通常在200℃以上才有良好的NO_x转化率,而在柴油机冷起动阶段,SCR入口的排气温度无法达到200℃,NO_x排放控制困难.尽管冷起动时间较短,但该阶段的NO_x排放量占比很高.在严格的排放法规要求下,冷起动阶段的NO_x排放控制日益受到关注.选择性催化还原捕集技术（SDPF）将SCR催化剂涂覆在壁流式颗粒捕集器（DPF）载体上,能够同时去除NO_x和PM.与SCR技术相比,SDPF更加靠近柴油机排气门,NO_x催化还原反应的温度得到有效提高.因此,SDPF成为了提高低温NO_x转化率的关键技术.本文从SDPF结构与原理、载体与催化剂、性能及影响因素、SDPF技术路线等四个方面展开综述.SDPF结构与原理方面,介绍了SDPF的基本结构和化学反应原理,并指出了该技术面临的主要挑战;SDPF载体与催化剂方面,阐述了常见的载体材料、SCR催化剂涂覆、载体结构参数设计和提高载体性能的膜技术,以及钒基、沸石基SCR催化剂的研究进展;SDPF性能及影响因素方面,对SDPF的碳烟氧化性能、NO_x还原性能、尿素混合性能和耐久性能进行了分析,需要重点优化碳烟氧化与NO_x还原之间的竞争性反应;SDPF技术路线方面,介绍了带有SDPF的后处理系统优化,尿素双喷技术、低温NO_x吸附、热管理等技术耦合SDPF能够进一步拓宽后处理系统的温度窗口,是满足未来超低排放法规的后处理技术发展趋势.     

基于DOC+CDPF+SCR技术的国Ⅴ排放重型柴油机气态物排放特性研究

基于DOC+CDPF+SCR后处理技术,在国V排放重型柴油机平台上研究了后处理装置三个测点:本机后、DOC+CDPF后以及SCR后的NOx、THC、CO、SO2、CO2以及醛类等气态物排放特性。研究结果表明:DOC+CDPF+SCR联合工作能够有效降低柴油机的NOx、THC、CO及SO2的排放,转化率分别达到91.8%、96.9%、99.9%和90.5%。SCR对柴油机排放中的NOx和SO2净化起主导作用,DOC+CDPF对THC和CO净化起主导作用。SCR对发动机背压的影响以及尿素的分解引起柴油机的CO2和醛类排放上升分别为3.1%和22.8%。     

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.      

车用柴油机选择性催化还原技术研究进展

选择性催化还原技术(SCR)是目前唯一可以同时改善柴油机排放和燃油经济性的氮氧化物(NOX)净化技术,而以NH3作为还原剂的SCR技术(NH3-SCR)又是目前最成熟,最具推广前景的SCR技术。文章详细阐述了用于车用柴油机的NH3-SCR技术的反应机理,介绍了温度对SCR反应的影响;列举了典型SCR系统的主要部件并介绍了各部分的功能,以及法规中对车用尿素水溶液(AdBlue)主要指标的规定;总结了目前应用较多的开环、闭环两种控制策略的工作流程及特点,并且分析了各自的优缺点;在柴油机后处理系统集成的角度对SCR与颗粒捕集器(DPF)的两种整合方案进行了分析,对比了两种方案的优缺点;最后分析了SCR技术目前存在的几个问题。     

船舶燃用B10餐厨废弃油脂制生物柴油排放测试与分析

利用便携式排放测试系统（PEMS）,对一艘内河船舶燃用B10餐厨废弃油脂制生物柴油（生物柴油:柴油为1:9,体积比）进行实际工况排放测试。出港和进港工况下,CO、THC、NO_x和PM瞬态排放速率波动明显,巡航工况下,CO、THC和PM瞬态排放速率较稳定,NO_x排放随空气流量变化而在一定范围内波动;同燃用纯柴油时气态物和颗粒物排放相比,船舶燃用B10生物柴油时,在出港、巡航和进港工况,CO排放速率下降了20.37%、24.39%和6.05%,THC下降了8.2%、8.13%和25.23%,PM下降了53.11%、22.38%和36.55%,PN下降了14.17%、18.75%和46.47%;在出港和进港工况,NO_x排放速率下降了54.28%和40.39%,在巡航工况,NO_x上升了10.45%;燃用2种燃油排放颗粒物均随粒径呈双峰分布,峰值粒径大致相同,燃用B10生物柴油时核态颗粒物数量下降明显。试验表明,船舶燃用B10生物柴油能有效降低气态物和颗粒物排放。     

CDPF贵金属负载量对柴油公交车颗粒PAHS影响

基于装有氧化型催化器（DOC）和催化型颗粒捕集器（CDPF）后处理装置的柴油公交车,在中国典型公交车循环（CCBC）下研究了不同贵金属负载量分别为15g/ft³（A型）、25g/ft³（B型）、35g/ft³（C型）的新鲜及老化的CDPF对柴油发动机颗粒多环芳香烃（PAHs）排放特性的影响.结果表明：新鲜及老化的CDPF均能显著降低颗粒PAHs排放量92%以上.且相比于老化的CDPF,3种新鲜的CDPF降低颗粒PAHs排放的效果相差不大,极差仅为0.009ng/cm².3种CDPF老化状态下降低颗粒PAHs毒性的效果都优于其新鲜状态下,且老化的B型CDPF降低颗粒PAHs总量及毒性的效果优于A型及C型CDPF.     

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.     

柴油轿车燃用煤基F-T合成油的排放特性

依据GB 18352.3-2005Ⅰ型试验循环,对帕萨特柴油轿车燃用沪四柴油、煤基F-T合成油、体积混合比例分别为10%和50%的煤基F-T合成油-沪四柴油混合燃料的CO、NOx、HC、PM和CO2排放特性进行了试验研究,分析了该车燃用F-T合成油尾气污染物排放的环境影响特性.结果表明,GB 18352.3-2005Ⅰ型试验循环中,该车燃用煤基F-T合成油-沪四柴油混合燃料城区行驶循环排放的CO、HC、PM和CO2相对较高,城郊行驶循环排放的NOx相对较高;与沪四柴油比较,该柴油轿车燃用煤基F-T合成油-沪四柴油混合燃料后,其CO、NOx、HC、PM和CO2排放均有不同程度的降低,且产生气溶胶、酸化、全球变暖等环境影响的潜力减小.煤基F-T合成油是一种较理想的柴油替代/补充燃料.     

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.     

基于GT-Power柴油机颗粒捕集器捕集性能的仿真研究

利用GT-Power软件建立了柴油机颗粒捕集器(DPF)仿真模型,进行了仿真计算。研究了颗粒捕集器本身结构参数对其捕集效率与压降的影响。结果表明,影响颗粒捕集器捕集效率的主要参数有通道密度(CPSI)、过滤体孔隙率、过滤体微孔直径以及过滤壁厚度;影响颗粒物压降的主要参数有通道密度、过滤体渗透率、过滤体孔隙率以及过滤壁厚度。