国六新型催化型柴油机微粒捕集器低温被动再生特性研究

基于自行搭建的柴油机氧化催化器（diesel oxidation catalyst, DOC）+催化型柴油机微粒捕集器（catalytic diesel particulate filter, CDPF）的试验台架,开展了碳化硅（SiC）及堇青石CDPF被动再生平衡点温度试验,并测试了DOC新鲜件及老化件对载体被动再生平衡点温度的影响,对两种材料CDPF进行了低温条件下的被动再生特性试验。试验结果表明：炭载量5 g/L时,SiC CDPF被动再生平衡点温度约为295 ℃,堇青石CDPF约为310 ℃;DOC老化件对SiC CDPF被动再生平衡点温度无明显影响,但会导致其被动再生效率降低;未加装DOC时,SiC CDPF被动再生平衡点温度上升至355 ℃,且会导致载体内部温度轴向及径向上产生较大温差,大大降低其再生效率（仅为5%）;炭载量5 g/L、入口温度325 ℃时,SiC CDPF被动再生效率仅为48.9%,再生速率为2.9 g/h,而堇青石CDPF被动再生效率为75.2%,再生速率为11.5 g/h,后者在该温度附近被动再生特性更优。     

柴油机颗粒捕集器的怠速再生性能试验研究

基于轻型柴油机台架,加装一套排气管喷油的主动再生系统,探究催化型柴油机颗粒捕集器(CDPF)在发动机怠速时的主动再生性能。研究发现：CDPF压降受来流空速、温度和碳载量的影响,空速、碳载量越高,压降斜率越大,压降与来流温度呈线性关系,实际情况中碳载量的判断需考虑空速和温度的影响。主动再生时,当空速一定,来流温度越高,达到主动再生目标温度(≧500 ℃)的喷油量越小;入口温度的变化率在1.74-2.20 ℃/(mg/s)范围内,即喷油量每增加10 mg/s,入口温度增加20 ℃左右。CDPF怠速再生时存在快速氧化期,此阶段颗粒物剧烈燃烧,CDPF出口温度会快速上升,同时压降下降明显。通过控制使CDPF入口温度锯齿形上升,有利于降低进出口温度差,再生效率可达90.55%。     

再生温度和来流参数对柴油机颗粒过滤器再生和 过滤特性影响的试验研究

基于外加热源再生性能测试台架,研究了不同再生温度和不同来流流量对柴油机颗粒过滤器(diesel particulate filter,DPF)出口颗粒排放的影响。试验结果表明:加载量为2.5g/L时,DPF出口颗粒物出现一个颗粒数浓度波峰;加载量为5.0g/L时,DPF出口颗粒物出现两个数量浓度波峰。相同来流流量下,再生效率和总质量浓度随着再生温度的增加而增加;升温阶段出口颗粒物以核模态为主;再生阶段时,内部出现温度波峰且出口颗粒物以50nm以上聚集态颗粒为主。相同再生温度下,加载量为2.5g/L时再生效率和总质量浓度随着来流流量的增加而增加,升温和再生阶段出口颗粒物均以核模态为主;加载量为5.0g/L时再生效率和总质量浓度随来流流量的增加呈现先增加后减少的趋势,升温阶段出口颗粒物以核模态为主,再生阶段在大流量时有部分聚集态颗粒物排出。     

DPF和CDPF主动再生排放特性对比分析

基于外加热源再生台架和颗粒物加载装置,探究了不同再生温度和碳载量下柴油机颗粒捕集器(DPF)和催化型DPF(CDPF)主动再生时出口气体和颗粒物排放特性．结果表明：催化剂铂(Pt)的涂敷有利于碳黑(PU)的氧化,在相同碳载量条件下,CDPF更易产生温度波峰,且再生效率略高于DPF;DPF再生过程中伴随着较高体积分数的CO排放,且升温阶段会出现一个低浓度的核模态颗粒排放窗口,后续再生阶段几乎无颗粒物释放;CDPF再生过程中几乎没有CO生成,但在再生阶段会伴随着大量的30 nm以下的小颗粒释放,且随着再生温度和碳载量的升高,CDPF出口颗粒物浓度逐渐升高．DPF和CDPF再生时分别具有不同优化窗口,既有利于减少颗粒物排放同时又保持较高的再生效率．     

极限碳载量下催化型柴油机颗粒捕集器再生特性研究

基于某高压共轨柴油机搭建了三维催化型柴油机颗粒捕集器（catalytic diesel particulate filter, CDPF）模型,研究了极限碳载量下不同结构CDPF的再生特性,分析了不同极限碳载量条件下灰分量及灰分分布系数对不同结构CDPF再生特性的影响。结果表明：极限碳载量下对称孔道结构（symmetrical cell technology, SCT）和非对称孔道结构（asymmetric cell technology, ACT）CDPF最高温度峰值随着极限碳载量增加而上升,不同结构CDPF压降随着极限碳载量的增加而上升且差距明显。随着极限碳载量的升高,CDPF载体温度及碳烟再生速率上升迅速且峰值明显增高。极限碳载量下,CDPF压降及载体最高温度随着灰分量的增加而上升,不同结构CDPF压降特性差异较大,SCT结构载体最高温度高于ACT结构,CDPF碳烟再生速率随灰分量的增加先上升后下降,在灰分量高时碳烟再生速率上升快且峰值高。极限碳载量下,相同灰分分布系数的不同结构CDPF压降差距明显,SCT结构压降整体高于ACT结构,不同结构CDPF碳烟再生速率和载体温度均随灰分...     

基于气流引导的碳化硅CDPF主动再生温度特性

基于后处理系统的导流装置,采用模拟和试验对不同封装结构下的载体温度特性进行研究．结果表明：碳载量为6 g/L时,原机方案下喷油点火主动再生过程中的峰值温度和最大温度梯度分别为1 239℃和124.9℃/cm,造成柴油机颗粒捕集器(DPF)载体热熔失效和热应力失效．加装导流装置后,载体内部的速度、温度分布较均匀,其中,高开孔率方案的速度均匀性系数达到了0.967．碳载量为6 g/L时,高开孔率方案下采用喷油点火和喷油助燃两种主动再生方式,载体内部的再生峰值温度均出现在载体后段位置,且中心温度高于外缘温度,分别为845.5℃和597.8℃,最大温度升高速率和温度梯度分别为14.9℃/s、31.78℃/cm和8.7℃/s、4.37℃/cm,温度升高速率及温度梯度较原机均大幅降低,能够保证载体在主动再生过程中高效安全．     

载体材料对DPF再生性能影响的试验研究

基于柴油机颗粒捕集器外加热源再生性能测试台架,对比研究了钛酸铝和碳化硅材料对柴油机颗粒捕集器(DPF)和催化型柴油机颗粒捕集器(CDPF)再生性能的影响规律。试验结果表明:随着来流温度的增加,不同材料载体的最高温度和最大温度梯度先缓慢增加后迅速增加,而再生效率逐渐呈线性增大,再生温度的陡增不能直接使再生效率陡增;在炭黑剧烈再生时,钛酸铝材料的最高温度和最大温度梯度远高于碳化硅材料载体;压降随来流温度、炭黑担载量的增加而增大,压降大小与材料孔隙率、孔径及载体本身的结构有关。     

DPF再生时出口气体和颗粒排放特性的试验

基于再生性能测试台架,采用便携式固体颗粒物计数仪(Nanomet3)和气体分析仪,研究了不同再生温度与来流流量下柴油机颗粒捕集器(DPF)再生时出口气体和颗粒的排放特性.结果表明:DPF再生存在快速再生期,随着再生温度升高,快速再生期的时间缩短,使DPF出口的CO和CO_2体积分数增加、排放的积聚态颗粒物增加且再生效率和效能比提高.随着来流流量增加,快速再生期的时间延长,DPF出口的CO和CO_2体积分数减少.在来流流量为25.2 g/s时积聚态颗粒明显减少,但再生效率和效能比也最低.根据出口气体排放情况可以清晰反映DPF的再生情况,为再生策略制定提供重要的试验参考.     

DPF降怠速再生温度场分布测试及过滤效率分析

基于柴油机颗粒捕集器(DPF)降怠速(DTI)再生的特点,介绍了一种DPF极限碳载量、再生温度评估方法.在非道路瞬态循环(NRTC)工况进行DPF碳加载,通过缸内后喷控制再生温度,试验研究了碳载量为8g/L、不同再生温度下降怠速再生时DPF的内部温度;在再生温度为600℃时测试了不同碳载量下降怠速再生期间DPF内部温度...     

模拟碳烟在CDPF过滤壁面上的氧化演变特性

基于可视化单通道沉积/再生试验台架,利用固体颗粒发生器对催化型柴油机颗粒捕集器(CDPF)载体切片进行颗粒沉积,激光位移传感器在线测量过滤壁面上颗粒层厚度的变化趋势,耦合压降变化规律,结合过滤表面的扫描电子显微镜图(SEM),探索再生时CDPF切片上颗粒层的氧化演变规律.试验结果表明:再生时CDPF/非催化型(DPF)切片上的颗粒层压降呈现三阶段的变化趋势.再生第Ⅰ阶段,DPF和CDPF的颗粒层压降下降率分别为0.23 Pa/s和0.61 Pa/s,且对应颗粒层厚度的相对占比CDPF比DPF高16%,SEM图观测到CDPF第Ⅰ阶段末期出现少量的有效通孔;第Ⅱ阶段,DPF和CDPF颗粒层压降下降率分别为0.42 Pa/s和1.74 Pa/s,其对应颗粒层厚度的相对占比分别为54%和38%,SEM图观测到CDPF微孔中碳黑燃烧完全,有效通孔增至整个载体切片表面;第Ⅲ阶段,CDPF的催化效果不明显,CDPF和DPF压降变化均逐渐趋于水平,颗粒层厚度值呈现波动.     

掺混PODE对DOC+CDPF氧化及再生特性的影响

在高压共轨柴油机上研究了使用掺混20%聚甲氧基二甲醚的柴油(D80P20)对搭载柴油氧化型催化器(DOC)和催化型颗粒捕集器(CDPF)的后处理装置(DOC+CDPF)的影响,包括小负荷时的低温氧化特性和大负荷时的颗粒物加载和再生特性.研究表明:小负荷工况下在1400~2000 r/min内,DOC和DOC+CDPF对柴油排放的CO转化效率平均分别高达70%和90%,而对D80P20排放的CO转化效率则仅近19%和36%,燃用柴油时DOC和CDPF后端的排气升温现象较为明显,低温氧化特性优于D80P20;在大负荷低速工况下,燃用D80P20时,DOC前/后两端排气氧质量分数以及NO2排放均明显高于柴油,但CO原始排放和不透光烟度显著低于柴油.因而DOC+CDPF对D80P20的CO、PM氧化放热量较低,DOC后端温升明显低于柴油.此外,大负荷下DOC+CDPF对D80P20排放的CO净化效率和PM氧化再生效率高达近100%,DOC+CDPF前/后端压差峰值仅是柴油的1/3,其可显著降低CDPF的堵塞风险,减少主动再生频率.     

喷油策略耦合EGR对柴油机燃烧过程与CDPF再生性能的影响

以匹配了可变截面几何增压系统(VGT)的D19高压共轨柴油机为研究机型,采用GT-Power和AVL FIRE构建了一维热力学整机模型和催化型微粒捕集器(CDPF)三维仿真模型,针对3 000r/min、50%负荷工况,研究了喷油策略耦合废气再循环(EGR)对燃烧过程和CDPF再生性能的影响。研究表明:随主喷定时提前,有效燃油消耗率(BSFC)先降后升,排气温度降低,排气流量与氧浓度变化则较小,排气中一氧化氮(NO)增加,CDPF再生速率逐渐降低,颗粒物残余量、压降与CDPF出口端二氧化氮(NO_2)同时增加;随EGR率增大,BSFC和排气温度升高,排气流量、排气氧浓度、排气中NO浓度则同时降低。在主喷定时较晚时,随EGR率增大,CDPF再生速率先升后降,颗粒物残余量先降低后略升高;而在主喷定时较早时,随EGR率的增大,CDPF再生速率降低,颗粒物残余量增多。在主喷定时较晚时,提高喷油压力使BSFC和排气温度明显降低;而在主喷定时较早时,提高喷油压力导致BSFC反而快速增加。此外,随喷油压力提高,排气流量与氧浓度变化较小,排气中NO浓度增加,CDPF再生速率逐渐减小,颗粒物残余量、压降和CDPF出口端NO_2排放同时升高。总体上,相比喷油压力,主喷定时对CDPF再生过程影响更大。     

灰分分布系数对柴油机性能的影响研究

通过构建柴油机耦合柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)的一维热力学仿真模型,研究了灰分分布系数对柴油机性能的影响,并重点分析了灰分分布系数对柴油机系统热效率的影响.结果表明:炭载量为6 g/L,灰分量为33 g/L时,DPF压降和捕集效率随灰分分布系数增加而上升;随着灰分分布系...     

DPF热再生过程温度控制与试验

柴油机颗粒物捕集器(DPF)热再生发生时,其内部温度受DPF碳载量、排气温度和排气流量等影响,在特殊运行工况下具有较强非受控特性.为避免非受控再生引起的DPF失效风险,确保安全和可靠再生,通过降怠速(DTI)再生方式探讨了一种确定DPF安全再生温度的试验方法,得到安全再生温度曲线.针对DPF热再生过程中温度控制的大滞后特性,研究了一种采用发动机排气温度和排气流量作为增益补偿的优化热再生温度控制结构,并进行了控制算法的仿真分析和整车道路试验验证.结果表明:再生过程中对实际排气温度控制的超调量小于3%,稳态控制误差小于20℃,为促进DPF的安全和高效率再生提供了参考.     

Method for the control of NOx emissions in long-range space travel

The wheat straw, an inedible biomass that can be continuously produced in a space vehicle has been used to produce activated carbon for effective control of NOx emissions from the incineration of wastes. The optimal carbonization temperature of wheat straw was found to be around 600 degrees C when a burnoff of 67% was observed. The BET surface area of the activated carbon produced from the wheat straw reached as high as 300 m2/g. The presence of oxygen in flue gas is essential for effective adsorption of NO by activated carbon. On the contrary, water vapor inhibits the adsorption efficiency of NO. Consequently, water vapor in flue gas should be removed by drying agents before adsorption to ensure high NO adsorption efficiency. All of the NO in the flue gas was removed for more than 2 h by the activated carbons when 10% oxygen was present and the ratio of carbon weight to the flue gas flow rate (W/F) was 30 g min/L, with a contact time of 10.2 s. All of NO was reduced to N2 by the activated carbon at 450 degrees C with a W/F ratio of 15 g min/L and a contact time of 5.1 s. Reduction of the adsorbed NO also regenerated the activated carbon, and the regenerated activated carbon exhibited an improved NO adsorption efficiency. However, the reduction of the adsorbed NO resulted in a loss of carbon which was determined to be about 0.99% of the activated carbon per cycle of regeneration. The sufficiency of the amount of wheat straw in providing the activated carbon based on a six-person crew, such as the mission planned for Mars, has been determined. This novel approach for the control of NOx emissions is sustainable in a closed system such as the case in space travel. It is simple to operate and is functional under microgravity environment.     

柴油机加装柴油机氧化催化器和催化型颗粒 捕集器装置性能评定试验研究

为了研究加装柴油机氧化催化器(DOC)和催化型颗粒捕集器(CDPF)装置的柴油机性能,探讨DOC与CDPF的净化效率和再生特性随试验循环数的变化规律,搭建了柴油机高原试验台,并按13试验循环进行了性能评定试验。结果显示,在全负荷工况下,随着试验循环数的增加,发动机的进气量、转矩、功率和油耗均比未装DOC和CDPF的原机略有下降。同时,在排气后处理装置的后端,烟度和CO排放均趋向零,而NO_2排放增加,NO排放减少。将第1试验循环与第13试验循环进行比较后可以发现,DOC和CDPF的前端温度均比后端低,而排气后处理装置经13试验循环后仍具有较高的净化效率。与原机相比,加装排气后处理装置的发动机,经性能评定试验后的外特性有所下降,但在排气后处理装置后端的烟度和CO排放趋近于零,而NO_2/NO比例随发动机转速增加先升后降。此外,DOC和CDPF的后端温度低速时上升明显,后随转速升高而降低,直至趋于稳定,而CDPF的压差随转速增加先升后降。此时,捕集效率和再生效率仍保持较高水平。     

炼厂干气湿法脱硫流程模拟分析

对炼厂干气进行脱硫处理非常必要,可减轻设备和管道腐蚀,减少催化剂中毒,同时还可以回收利用其中的硫来制造硫磺和硫酸。本文以一套加氢装置为例,介绍了采用ASPEN PLUS软件进行的干气湿法脱硫[以甲基二乙醇胺（MDEA）溶液为吸收剂】模拟分析结果。由于吸收反应在电解质溶液中进行,吸收塔模拟计算选用ASPEN PLUS流程模拟软件的电解质NRTL模型,解析塔物性方法选用UNIFAC物性。原料气指标：流量为617．74kg／h,温度为40℃,H声含量为1．2％（摩尔分数）。分析结果表明：吸收剂温度以不高过38℃为宜,再生温度以不超过114℃为宜;取吸收塔理论板数为12块,吸收剂的质量流量为2300—2500kg／h,吸收剂中MDEA浓度为25％．再生塔顶温度为100℃．则脱硫处理后干气中的H签含量可满足国家燃烧排放标准的要求（〈20μL／L）。