概述柴油發電機的前處理技術的研究
發布時間：2024-10-19 點擊：89
概述柴油發電機的前處理技術的研究
隨著發電機組排放法規的日益嚴格，柴油機廢氣排放控制問題也越來越得到社會各界的廣泛關注，本文主要介紹了柴油機在廢氣排放前后運用的國際主流處理技術，并結合國內外的技術路線，選擇性地研究柴油機排放控制的問題，對比這些技術的優缺點進行比對，以此來分析柴油機排放控制技術在未來的發展趨勢。
一、概述
在傳統柴油發電機的技術相對完善的今天，人們發現與汽油機相比，柴油機有著更好的動力性和燃油經濟性的特點，但柴油機的工作特性也決定其自身的缺點，其中微粒pm的排放尤為突出。燃燒時爆發壓力高，是柴油機動力性好原因，但也同時導致了柴油機噪聲較大，工作粗暴。hc、co和co2的排放濃度與汽油機相比是較低的，這是柴油完全燃燒后帶來的優勢；燃燒后nox的排放，柴油機與汽油機污染物比例基本相當。在排放控制中，汽油機一般處于理論空燃比周圍且排氣溫度高，可以采用三元催化實現尾氣控制，但并不適用柴油機。因此柴油機的排放問題中的關鍵就是如何降低nox和pm，但柴油機的nox和pm排放是一種矛盾的關系，此消彼長，排放控制工作的重點是進行nox與pm的折中。控制發電機組排放污染的途徑一共有三種，分別是前處理凈化，機內凈化和后處理凈化。其中，后處理凈化技術就是使燃燒室排出的廢氣在排氣系統中進行凈化處理。
二、柴油機排放前處理技術
1、柴油機氧化催化劑技術
該裝置主要與其他后處理裝置配合使用，它可以將no轉化為no2，可置于dpf之前用于dpf被動連續再生；置于scr之前用于調整no和no2比例（no=no2時，scr反應較快)；置于scr之后防止氨氣泄漏；其氧化hc、co的作用可以對之后scr，lnt進行溫度管理。雖然doc可以將hc、co氧化成co2和h2o，但卻不能氧化pm中的干碳煙（soot）。因此，僅僅采用doc不能滿足pm的排放法規，必須采用dpf。
2、柴油燃料的處理技術
預處理燃料，一般要先改善燃油的品質，具體可以從以下幾點技術入手:提高燃料十六烷值;降低硫含量;降低柴油密度;減少燃油中的芳香烴成分;乳化燃料;摻燒消煙添加劑，上述原理基本都是以降低燃料中最有害的化學元素成分的排放為主。此外，還應該考慮使用清潔燃料代替，如乙醇、天然氣、石油氣等等。
3、機內處理技術
機內處理技術主要是針對經過預處理的燃料在燃燒過程中的優化問題，首先應保證燃料能夠充分均勻混合，降低燃料不完全燃燒的比例，其次，還要使發動機在整個燃燒過程中，工作柔和，做到迅速啟動或停止燃燒反應。從減少廢氣排放的角度來說，機內處理技術的本質要求就是優化燃燒過程。隨著我國自主研究水平的提高，某些技術已達國際前列水平，例如多氣門技術、渦輪增壓技術、egr技術、高壓共軌技術等等。
4、稀燃nox捕集技術
稀燃nox捕集技術(lnt)是一種基于發動機周期性稀燃和富燃工作的nox凈化技術，其關鍵部件是貴金屬pt、rh催化劑和具有吸附nox能力的堿金屬或堿土金屬化合物構成的吸附劑。以baco3吸附劑的lnt為例，其原理是在稀燃（即正常運轉）時，排氣中的no通過催化劑被氧化成no2，而后通過吸附劑以硝酸鋇的形式存儲起來，當調整發動機工況達到富燃條件時，硝酸鋇分解并釋放出nox，nox通過催化劑被尾氣中的hc，co等還原成n2。lnt的工作效率可高達90%以上，不需要額外的還原劑及存儲裝置。但由于lnt系統的吸附能力較低，限制了其在重型柴油機上的應用，對于小排量的輕型車及柴油轎車有較大的應用前景。利用廢氣較大的熱容量來降低最高燃燒溫度，并降低氧氣濃度，從而達到降低no排放目的。
5、nox和pm的綜合控制技術
柴油機后處理技術須同時降低nox和pm的排放，方法是將機內凈化與后處理技術結合，如在機內控制pm排放而機外采用scr技術以降低nox排放或在機內控制nox而機外采用dpf技術降低pm排放。johnsonmatthey公司的rscrt技術就是連續再生式dpf(即crt技術)與scr的組合。而豐田公司的dpnr系統是將lnt與dpf捕集再生的凈化原理集成起來近些年，低溫等離子催化輔助技術作為一個新的領域備受關注。等離子體是指通過放電、加熱、輻射等方法使氣體電離而形成的包含電子、離子、原子、分子及自由基等粒子的導電性流體。此項技術主要是促進活性物種的生成、使得催化劑具有更高的活性和選擇性，能夠同時凈化nox和pm。這一技術主要是在機內控制 nox 數值，然后在機外利用顆粒捕集器捕捉 pm，這種技術路線同樣也是采取分步處理的方式以達到降低 nox 和 pm 值的目的。
6、廢氣再循環(egr)
廢氣再循環是將少量排氣引入進氣管，使之與進氣混合，并根據發動機的不同工況，對再循環的廢氣量進行最佳的控制與調節。它能有效地降低柴油機nox的生成量。
在發動機燃燒后的廢氣中，水蒸氣約占14％，co2約占11％，還有大量的n2。水蒸氣和c02為三原子分子，它們都有較高的熱容量。當這些不活潑的氣體被吸入燃燒室后，燃燒狀況就會發生改變。大量的n2和co2起到了稀釋汽缸內反應氣體的作用，從而減慢了燃燒反應速度，降低了最高燃燒溫度。高熱容量的水蒸氣和co2氣體溫度上升需要吸收較多的熱量，這就更為有效地降低汽缸內的燃燒溫度，使nox的生成量減少。
廢氣再循環系統就是在進、排氣管壁之間安裝孔徑大小經過計算和實驗的噴嘴，將一定量的廢氣由排氣管引入進氣管，然后根據發動機工況及工作條件的變化自動調整參與再循環的廢氣量(egr率）。通常電磁閥受ecu控制，ecu根據轉速、進氣壓力（或流量）和水溫等信號，通過控制egr電磁閥的開度來改變參與再循環的廢氣量。
在增壓柴油機中，再循環廢氣一般流到增壓器后的進氣管中，以免玷污增壓器葉輪。這時，為防止增壓壓力大于排氣壓力時再循環廢氣的倒流，要在egr閥前加一個單向閥，以便利用排氣脈沖進行egr。
試驗證明，把再循環的廢氣加以冷卻，采用所謂冷egr，可以提高降低nox排放的效果。另外，為防止柴油機采用egr后磨損加劇，應選用高質量潤滑油和低硫柴油。
采用廢氣再循環系統雖能有效地降低柴油機nox的排放，但全負荷用egr會使發動機最大功率下降；中等負荷用較大的egr率會使燃油消耗率增加，hc排放上升；小負荷特別是怠速用egr會導致燃燒不穩定。因此，應用egr控制nox排放技術的關鍵是控制egr率，使之在不同工況下，得到各種性能的最佳折中，實現nox的控制目標。目前廣泛采用電控系統控制egr閥，得到了比較滿意的效果。
由于柴油機的排氣中氧含量較高，所以柴油機允許并需要較大的egr率來降低nox的排放。直噴式柴油機的egr率可以超過40％，間噴式可達到25％。為了防止產生較多的微粒，一般在中、低負荷使用較大的egr率，在全負荷時不用，以保證性能。當轉速提高時也降低egr率，以保證較多的新鮮空氣充量。最佳egr脈譜用試驗標定法制取。
三、柴油機排放處理技術方法研究
1、nox催化轉化器
nox催化轉化技術主要分為催化熱分解和選擇性催化還原兩種，前者主要是利用一些特殊物質構成的催化劑降低分解反映的活化能，并將nox轉化為氮氣，整個反應過程實現了安全高效無毒;選擇性催化還原反應則是在排放的廢氣中噴入飽和的hc和nox，最終生成氮氣、二氧化碳和水等無毒物質。應用微粒捕集器柴油機微粒捕集器(dieselparticulatefilter，dpf)是針對柴油機微粒pm的一種高效后處理技術。pm經過裝置后進行過濾，然后定時對過濾器內收集到的pm進行清除，實現dpf的連續使用，我們稱之為再生。再生通常采用pm燃燒的方式來實現。pm是柴油燃燒之后的產物，所以只要提供足夠的溫度，pm是可以繼續燃燒，最后變化為co2和h2o的。pm的起燃溫度一般情況下，需在550℃以上，650℃以下，這就高于了正常排氣溫度。因此，使pm能夠燃燒，被動再生和主動再生兩種方法就研發出現。被動再生是通過加入催化劑，降低其反應活化能；主動再生是采用加熱技術提高柴油機排氣溫度或過濾體的溫度。微粒捕集器的捕集原理：過濾技術和非過濾技術，粒間的碰撞、攔截、擴散或重力沉降等原理吸附在捕集器單元中，這就是過濾技術。類似于靜電除塵，將尾氣中的顆粒在高壓電暈放電場中荷電的等離子技術，這就是微粒捕集器原理。
2、加裝氧化型催化轉化器
為了有效凈化廢氣中的可燃性氣體以及sof，通常會在柴油機中加裝氧化型催化轉化器，這種催化器能夠有效地減少hc、co以及pm等特殊物質含量，其中對hc的凈化效果尤為顯著，廢氣中的異味明顯減少。然而，氧化催化器在使用過程中也存在著一些問題，對于含硫的物質，例如二氧化硫，會將其氧化成三氧化硫，進一步霧化反應或生成固態硫酸鹽顆粒，某種程度上，又增加了pm。因此，這種技術一般適用于柴油機的廢氣排放處理，因為柴油燃料的含硫量較低。氧化型催化轉化器在處理廢氣的過程中，對于外部環境要求較為嚴苛，需綜合控制好各方面因素，才能達到最佳的凈化處理效果。
柴油發電機組ATS自動轉換柜的自動及手動操作方法
700KW康明斯柴油發電機組冷卻水溫度為什么不能超過95℃
柴油發電機如何給UPS充電及匹配方案
分辨真假上柴股份柴油發電機組3個簡單小技巧
單缸柴油發電機的購買需要注意什么？
移動拖車靜音柴油發電機組型號規格主要參數及價格
柴油發電機組安裝應高出室內地面多少米？
350kw康明斯發電機組受青睞，原因在這里
隨著發電機組排放法規的日益嚴格，柴油機廢氣排放控制問題也越來越得到社會各界的廣泛關注，本文主要介紹了柴油機在廢氣排放前后運用的國際主流處理技術，并結合國內外的技術路線，選擇性地研究柴油機排放控制的問題，對比這些技術的優缺點進行比對，以此來分析柴油機排放控制技術在未來的發展趨勢。
一、概述
在傳統柴油發電機的技術相對完善的今天，人們發現與汽油機相比，柴油機有著更好的動力性和燃油經濟性的特點，但柴油機的工作特性也決定其自身的缺點，其中微粒pm的排放尤為突出。燃燒時爆發壓力高，是柴油機動力性好原因，但也同時導致了柴油機噪聲較大，工作粗暴。hc、co和co2的排放濃度與汽油機相比是較低的，這是柴油完全燃燒后帶來的優勢；燃燒后nox的排放，柴油機與汽油機污染物比例基本相當。在排放控制中，汽油機一般處于理論空燃比周圍且排氣溫度高，可以采用三元催化實現尾氣控制，但并不適用柴油機。因此柴油機的排放問題中的關鍵就是如何降低nox和pm，但柴油機的nox和pm排放是一種矛盾的關系，此消彼長，排放控制工作的重點是進行nox與pm的折中。控制發電機組排放污染的途徑一共有三種，分別是前處理凈化，機內凈化和后處理凈化。其中，后處理凈化技術就是使燃燒室排出的廢氣在排氣系統中進行凈化處理。
二、柴油機排放前處理技術
1、柴油機氧化催化劑技術
該裝置主要與其他后處理裝置配合使用，它可以將no轉化為no2，可置于dpf之前用于dpf被動連續再生；置于scr之前用于調整no和no2比例（no=no2時，scr反應較快)；置于scr之后防止氨氣泄漏；其氧化hc、co的作用可以對之后scr，lnt進行溫度管理。雖然doc可以將hc、co氧化成co2和h2o，但卻不能氧化pm中的干碳煙（soot）。因此，僅僅采用doc不能滿足pm的排放法規，必須采用dpf。
2、柴油燃料的處理技術
預處理燃料，一般要先改善燃油的品質，具體可以從以下幾點技術入手:提高燃料十六烷值;降低硫含量;降低柴油密度;減少燃油中的芳香烴成分;乳化燃料;摻燒消煙添加劑，上述原理基本都是以降低燃料中最有害的化學元素成分的排放為主。此外，還應該考慮使用清潔燃料代替，如乙醇、天然氣、石油氣等等。
3、機內處理技術
機內處理技術主要是針對經過預處理的燃料在燃燒過程中的優化問題，首先應保證燃料能夠充分均勻混合，降低燃料不完全燃燒的比例，其次，還要使發動機在整個燃燒過程中，工作柔和，做到迅速啟動或停止燃燒反應。從減少廢氣排放的角度來說，機內處理技術的本質要求就是優化燃燒過程。隨著我國自主研究水平的提高，某些技術已達國際前列水平，例如多氣門技術、渦輪增壓技術、egr技術、高壓共軌技術等等。
4、稀燃nox捕集技術
稀燃nox捕集技術(lnt)是一種基于發動機周期性稀燃和富燃工作的nox凈化技術，其關鍵部件是貴金屬pt、rh催化劑和具有吸附nox能力的堿金屬或堿土金屬化合物構成的吸附劑。以baco3吸附劑的lnt為例，其原理是在稀燃（即正常運轉）時，排氣中的no通過催化劑被氧化成no2，而后通過吸附劑以硝酸鋇的形式存儲起來，當調整發動機工況達到富燃條件時，硝酸鋇分解并釋放出nox，nox通過催化劑被尾氣中的hc，co等還原成n2。lnt的工作效率可高達90%以上，不需要額外的還原劑及存儲裝置。但由于lnt系統的吸附能力較低，限制了其在重型柴油機上的應用，對于小排量的輕型車及柴油轎車有較大的應用前景。利用廢氣較大的熱容量來降低最高燃燒溫度，并降低氧氣濃度，從而達到降低no排放目的。
5、nox和pm的綜合控制技術
柴油機后處理技術須同時降低nox和pm的排放，方法是將機內凈化與后處理技術結合，如在機內控制pm排放而機外采用scr技術以降低nox排放或在機內控制nox而機外采用dpf技術降低pm排放。johnsonmatthey公司的rscrt技術就是連續再生式dpf(即crt技術)與scr的組合。而豐田公司的dpnr系統是將lnt與dpf捕集再生的凈化原理集成起來近些年，低溫等離子催化輔助技術作為一個新的領域備受關注。等離子體是指通過放電、加熱、輻射等方法使氣體電離而形成的包含電子、離子、原子、分子及自由基等粒子的導電性流體。此項技術主要是促進活性物種的生成、使得催化劑具有更高的活性和選擇性，能夠同時凈化nox和pm。這一技術主要是在機內控制 nox 數值，然后在機外利用顆粒捕集器捕捉 pm，這種技術路線同樣也是采取分步處理的方式以達到降低 nox 和 pm 值的目的。
6、廢氣再循環(egr)
廢氣再循環是將少量排氣引入進氣管，使之與進氣混合，并根據發動機的不同工況，對再循環的廢氣量進行最佳的控制與調節。它能有效地降低柴油機nox的生成量。
在發動機燃燒后的廢氣中，水蒸氣約占14％，co2約占11％，還有大量的n2。水蒸氣和c02為三原子分子，它們都有較高的熱容量。當這些不活潑的氣體被吸入燃燒室后，燃燒狀況就會發生改變。大量的n2和co2起到了稀釋汽缸內反應氣體的作用，從而減慢了燃燒反應速度，降低了最高燃燒溫度。高熱容量的水蒸氣和co2氣體溫度上升需要吸收較多的熱量，這就更為有效地降低汽缸內的燃燒溫度，使nox的生成量減少。
廢氣再循環系統就是在進、排氣管壁之間安裝孔徑大小經過計算和實驗的噴嘴，將一定量的廢氣由排氣管引入進氣管，然后根據發動機工況及工作條件的變化自動調整參與再循環的廢氣量(egr率）。通常電磁閥受ecu控制，ecu根據轉速、進氣壓力（或流量）和水溫等信號，通過控制egr電磁閥的開度來改變參與再循環的廢氣量。
在增壓柴油機中，再循環廢氣一般流到增壓器后的進氣管中，以免玷污增壓器葉輪。這時，為防止增壓壓力大于排氣壓力時再循環廢氣的倒流，要在egr閥前加一個單向閥，以便利用排氣脈沖進行egr。
試驗證明，把再循環的廢氣加以冷卻，采用所謂冷egr，可以提高降低nox排放的效果。另外，為防止柴油機采用egr后磨損加劇，應選用高質量潤滑油和低硫柴油。
采用廢氣再循環系統雖能有效地降低柴油機nox的排放，但全負荷用egr會使發動機最大功率下降；中等負荷用較大的egr率會使燃油消耗率增加，hc排放上升；小負荷特別是怠速用egr會導致燃燒不穩定。因此，應用egr控制nox排放技術的關鍵是控制egr率，使之在不同工況下，得到各種性能的最佳折中，實現nox的控制目標。目前廣泛采用電控系統控制egr閥，得到了比較滿意的效果。
由于柴油機的排氣中氧含量較高，所以柴油機允許并需要較大的egr率來降低nox的排放。直噴式柴油機的egr率可以超過40％，間噴式可達到25％。為了防止產生較多的微粒，一般在中、低負荷使用較大的egr率，在全負荷時不用，以保證性能。當轉速提高時也降低egr率，以保證較多的新鮮空氣充量。最佳egr脈譜用試驗標定法制取。
三、柴油機排放處理技術方法研究
1、nox催化轉化器
nox催化轉化技術主要分為催化熱分解和選擇性催化還原兩種，前者主要是利用一些特殊物質構成的催化劑降低分解反映的活化能，并將nox轉化為氮氣，整個反應過程實現了安全高效無毒;選擇性催化還原反應則是在排放的廢氣中噴入飽和的hc和nox，最終生成氮氣、二氧化碳和水等無毒物質。應用微粒捕集器柴油機微粒捕集器(dieselparticulatefilter，dpf)是針對柴油機微粒pm的一種高效后處理技術。pm經過裝置后進行過濾，然后定時對過濾器內收集到的pm進行清除，實現dpf的連續使用，我們稱之為再生。再生通常采用pm燃燒的方式來實現。pm是柴油燃燒之后的產物，所以只要提供足夠的溫度，pm是可以繼續燃燒，最后變化為co2和h2o的。pm的起燃溫度一般情況下，需在550℃以上，650℃以下，這就高于了正常排氣溫度。因此，使pm能夠燃燒，被動再生和主動再生兩種方法就研發出現。被動再生是通過加入催化劑，降低其反應活化能；主動再生是采用加熱技術提高柴油機排氣溫度或過濾體的溫度。微粒捕集器的捕集原理：過濾技術和非過濾技術，粒間的碰撞、攔截、擴散或重力沉降等原理吸附在捕集器單元中，這就是過濾技術。類似于靜電除塵，將尾氣中的顆粒在高壓電暈放電場中荷電的等離子技術，這就是微粒捕集器原理。
2、加裝氧化型催化轉化器
為了有效凈化廢氣中的可燃性氣體以及sof，通常會在柴油機中加裝氧化型催化轉化器，這種催化器能夠有效地減少hc、co以及pm等特殊物質含量，其中對hc的凈化效果尤為顯著，廢氣中的異味明顯減少。然而，氧化催化器在使用過程中也存在著一些問題，對于含硫的物質，例如二氧化硫，會將其氧化成三氧化硫，進一步霧化反應或生成固態硫酸鹽顆粒，某種程度上，又增加了pm。因此，這種技術一般適用于柴油機的廢氣排放處理，因為柴油燃料的含硫量較低。氧化型催化轉化器在處理廢氣的過程中，對于外部環境要求較為嚴苛，需綜合控制好各方面因素，才能達到最佳的凈化處理效果。
柴油發電機組ATS自動轉換柜的自動及手動操作方法
700KW康明斯柴油發電機組冷卻水溫度為什么不能超過95℃
柴油發電機如何給UPS充電及匹配方案
分辨真假上柴股份柴油發電機組3個簡單小技巧
單缸柴油發電機的購買需要注意什么？
移動拖車靜音柴油發電機組型號規格主要參數及價格
柴油發電機組安裝應高出室內地面多少米？
350kw康明斯發電機組受青睞，原因在這里
下一篇：柴油發電機組的總配電板組成和要求