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.      

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30～89 nm,而加装FBC-DPF后的颗粒物中位直径为41～98 nm,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.     

柴油机颗粒捕集器(DPF)再生技术分析

颗粒物捕集器(DPF)是未来车用柴油机满足排放法规的重要措施,是解决其排气颗粒污染最有效的技术之一。文章介绍了DPF的净化机理,在对DPF各种再生技术原理、研究现状及其存在问题分析的基础上,指出微粒捕集器再生技术的发展趋势。     

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.     

基于DOC+CDPF后处理技术的公交车实际道路颗粒物排放特性

利用车载排放测试系统,对柴油公交车安装氧化催化转化器(DOC)+催化型颗粒捕集器(CDPF)前后的实际道路工况颗粒物排放特性进行了研究。安装DOC+CDPF前后,稳态工况下,颗粒物数量排放(PN)、质量排放(PM)分别在车速为25,30 km/h降幅最大;瞬态工况下,随着加速度的增加,PN、PM排放率降幅逐渐增大;颗粒粒径分布规律不同,安装前呈单峰或双峰分布,而安装后呈三峰分布,粒径124.1 nm左右降幅最大。     

柴油机微粒捕集器技术发展现状

颗粒物是柴油机排气主要污染物之一,微粒捕集器能够将排气中的颗粒物过滤,实现90%以上的净化效率,是国际应对未来机动车排放法规的必然选择。文章通过分析近几年国际的研究成果,阐述了颗粒物的组成以及在微粒捕集器中的燃烧过程,并介绍了微粒捕集器的净化机理、材料技术和再生技术。国际研究表明:(1)颗粒物主要由固体碳、可溶性有机成分和硫酸盐三部分组成,在燃烧过程中,可溶性有机物、官能团、高度结晶碳随着温度升高依次燃烧;(2)壁流式微粒捕集器通过扩散、拦截、重力和惯性四种形式将颗粒物拦截过滤;传统的堇青石、碳化硅材料各有优缺点,可能被新型钛酸铝材料取代;过滤体通过增加入口通道体积的方式增加对颗粒物和灰分的容纳能力;(3)微粒捕集器再生技术种类繁多,被动再生技术由于对燃油硫含量由较高要求,因此主要在国外采用;国内主要应采用主动再生技术,同时使用燃油添加剂进行辅助再生。     

柴油车燃料添加型催化剂研究进展

现代柴油机油耗低、动力强,但是排放的尾气中黑烟颗粒物PM(particulate matter)会对环境和人类健康造成危害。随着排放法规的日益严格,净化处理刻不容缓。当前对其排放控制的主要手段是使用颗粒物捕集器DPF(diesel particulate filter)捕集PM,并采用催化剂或提高尾气温度促其燃烧以实现DPF再生。燃料添加型催化剂FBC(fuel borne catalyst)能保证催化剂与PM紧密接触,使DPF在尾气温度范围内即可再生。文章对近年来FBC的研究开发进展进行了总结,并指出了该类催化剂的发展方向,即发展纳米级FBC。     

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。     

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.     

对我国中重柴油机排放控制研究策略分析

现有的柴油机废气排放控制技术主要有氧化催化器加废气再循环技术（DOC＋EGR）、选择性催化还原（SCR）、颗粒捕集器（DPF）等技术。现今,国内重型柴油机的运用表明选择性催化（SCR）还原技术最适合国IV重型车用柴油机。2010的商务年会上中国重汽曾宣告在高压共轨基础上采用选择性催化还原对尾气进行后处理。除此之外,国内众柴油机生产企业例如上柴也采用了高压共轨＋选择性催化还原技术。     

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.     

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.     

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.     

国六柴油机DPF再生时VOCs排放特性

颗粒物捕集器(DPF)是柴油机满足国六排放标准的必备装置之一.经台架实验证明,氧化型催化转化器(DOC)辅助DPF再生过程中挥发性有机物(VOCs)排放会大幅度升高,而2014年制定的《道路机动车大气污染物排放清单编制技术指南》并未考虑到DPF再生过程对VOCs排放的影响.通过台架实验,采集国六柴油机DPF再生过程的尾气,并用气相色谱质谱技术对尾气中的VOCs进行定量分析.结果表明,国六柴油机DPF再生过程中VOCs排放有显著增加,DPF再生阶段排放的VOCs总量是不再生时的4倍,增排量为2 419. 6μg·m~(-3),且DPF再生所排放的VOCs中,烷烃的含量最高,其次为芳香烃、醛酮和烯烃,分别占总排放VOCs的42. 5%、29. 7%、24. 9%和2. 9%;用臭氧和二次有机气凝胶生成潜势对增排VOCs的大气活性进行评价,发现DPF再生过程中增排的VOCs对环境的影响显著,由增排的VOCs所生成的臭氧和二次有机气溶胶分别为4 272. 8μg·m~(-3)和9. 0μg·m~(-3),其中芳香烃和烷烃对臭氧和二次有机气溶胶生成潜势的贡献率相对较高.因此,在计算柴油车VOCs排放因子时,应考虑DPF再生的影响;且该国六柴油机DPF再生时的VOCs排放因子为1. 03 mg·(k W·h)~(-1),可为制定国六标准柴油车VOCs排放因子提供参考.     

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.     

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.      

不同后处理装置对柴油车排放特性的影响——基于行驶里程的后处理装置对柴油公交车气态物排放特性的影响

三辆柴油公交车分别安装柴油机氧化催化器（DOC）,催化型颗粒捕集器（CDPF）与DOC+CDPF三种后处理装置,采用便携式排放测试系统PEMS进行测试,研究整车THC,CO与NO_x等气态物排放性能随行驶里程的变化规律.研究结果表明：对于加装了DOC的公交车,行驶里程达到8万km时DOC性能劣化,应进行保养,此前CO,THC与NO_x的平均转化效率分别为78%,43%和27%;CDPF有效工作时间短,需要定期进行高温保养,周期应为1万km左右,加装CDPF的公交车CO,THC与NO_x平均转化效率分别为74%,16%与15%;DOC+CDPF在行驶里程达12万km时才出现性能劣化现象,此前加装该后处理装置后的公交车CO,THC与NO_x平均转化效率分别为87%,76%与21%.DOC+CDPF的连续再生效果可有效延长后处理装置的工作寿命.     

基于DOC+CDPF技术的公交车燃用生物柴油气态物道路排放特性

基于OBS-2200车载排放检测系统,试验研究并分析了催化型连续再生颗粒捕集器(DOC+CDPF)及生物柴油混合燃料B20(生物柴油体积占比20%)对国Ⅲ柴油公交车瞬态工况和稳态工况下气态物道路排放特性的影响.结果表明相较于B0(纯柴油),B20的一氧化碳(CO)、总碳氢化合物(THC)平均排放率偏低,其中,稳态工况下降幅分别为26.43%、10.44%,瞬态工况下降幅分别为22.78%、4.95%;二氧化碳(CO_2)和氮氧化物(NO_x)平均排放率偏高,其中,稳态工况下分别上升8.41%和8.26%,瞬态工况下分别上升7.15%、9.13%.相较于B0,DOC+CDPF对B20的CO和THC净化效果更为显著,其中,稳态工况下降幅分别达60.58%和79.92%,瞬态工况下,降幅分别达63.67%和82.57%.DOC+CDPF使用后,CO_2和NO_x的排放率略微下降.     

DOC+CDPF对生物柴油公交车排放特性的影响

采用便携式排放测试系统PEMS,研究某加装催化型连续再生颗粒捕集器(DOC+CDPF)的柴油公交车长期燃用生物柴油混合燃料B5时,整车常规气态物和颗粒物排放性能随行驶里程的变化规律.结果表明:随行驶里程的增加,一氧化碳(CO),总碳氢化合物(THC),颗粒物质量(PM)减排率均呈先增后减的趋势,THC减排率在行驶里程达到2.5×104km之前呈上升趋势,之后呈降低趋势,至8×104km时THC减排率较DOC+CDPF初装时减少41.05%,CO和PM减排率在行驶里程到达3.5×104km之前均呈上升趋势,之后呈降低趋势,至8×104km时CO和PM减排率较DOC+CDPF初装时分别减少20.24%和11.74%;氮氧化物(NOx)和颗粒物数量(PN)减排率整体上均呈降低趋势,在行驶里程8×104km处,NOx和PN减排率较DOC+CDPF初装时分别降低33.83%和10.35%.B5生物柴油公交车在行驶里程到达8×104km左右时,污染物的减排率明显降低,需对DOC+CDPF后处理装置进行保养,以延长其工作寿命.