柴油机红外再生微粒捕集器试验研究
|
摘要
与其他类型的内燃机相比，应用越来越广泛的柴油机具有更高的燃油效率、提供更大的转矩和拖动能力，碳氢化合物排放低，但微粒的排放却是汽油机的30倍以上。因此有效控制柴油机微粒的排放对环保和汽车等行业的发展意义重大。有关研究表明，微粒捕集器是彻底减少柴油机微粒排放的最有效方法，但在我国，后处理技术方面目前采用的微粒捕集器及再生技术还不成熟，本论文对红外再生系统中的微粒捕器进行试验研究，对其过滤效率、再生效率、再生过程可控性、成本、寿命及对高含硫量燃油适应性进行测试。通过测试，证实利用红外再生方法具有结果简单和再生可靠的优点，在性能上达到国际先进水平而且能够适应我国的燃油品质，为柴油机捕集器在我国的实际应用解决了关键性技术难题，是适合我国国情、能够产生巨大的社会和经济效益的柴油机排放后处理系统。此项技术使国产柴油机车辆的微粒排放达到或超过欧Ⅱ标准，极大提高国产柴油机行业在国际上的竞争力。本论文同时讨论了柴油机微粒红外再生系统在船舶柴油机上安装使用的可行性及现实意义。
Compared to other types of internal combustion engines, diesel engines that are used more and more widely are more fuel-efficient, provide highest torque and pulling capability, are lower emitters of hydrocarbons and carbon monoxide, but diesel engines can emit up to 30 times more particulate matter than gasoline engines. Thus, the effective control of emission of diesel engine particles is significant for the development of environmental protection an automobile industries. Related studies have shown that Diesel Particulate Filter (DPF) is the most effective method to reduce the emission of diesel engine particles thoroughly. However, techniques of DPF and regeneration adopting in China presently is still not immature in technical aspect of after-treatment. DPF of infrared regeneration system has been experimented and researched in this paper. It has been tested for the filter efficiency, regeneration efficiency, the controllability of regenerating process, cost, life and the suitability to fuel with high sulfur. Through such tests, infrared regenerating method has been proved to have the advantages of both simple result and reliable regeneration, up to international advanced level in properties, and suited fuel quality of our country. All of this has solved key technical problems that exist in practical application of DPF in China. Such after-treatment system is just the one that is suited to our national situation and that can bring hugely social and economic benefit. Using this technique, the particles emission of Chinese diesel engine will be up to or even over the European II criterion, and the international competition of Chinese diesel engine industry will be enhanced too. At the same time, this paper has still discussed the feasibility and realistic meaning that the infrared regenerating system is installed in marine diesel engines.
Compared to other types of internal combustion engines, diesel engines that are used more and more widely are more fuel-efficient, provide highest torque and pulling capability, are lower emitters of hydrocarbons and carbon monoxide, but diesel engines can emit up to 30 times more particulate matter than gasoline engines. Thus, the effective control of emission of diesel engine particles is significant for the development of environmental protection an automobile industries. Related studies have shown that Diesel Particulate Filter (DPF) is the most effective method to reduce the emission of diesel engine particles thoroughly. However, techniques of DPF and regeneration adopting in China presently is still not immature in technical aspect of after-treatment. DPF of infrared regeneration system has been experimented and researched in this paper. It has been tested for the filter efficiency, regeneration efficiency, the controllability of regenerating process, cost, life and the suitability to fuel with high sulfur. Through such tests, infrared regenerating method has been proved to have the advantages of both simple result and reliable regeneration, up to international advanced level in properties, and suited fuel quality of our country. All of this has solved key technical problems that exist in practical application of DPF in China. Such after-treatment system is just the one that is suited to our national situation and that can bring hugely social and economic benefit. Using this technique, the particles emission of Chinese diesel engine will be up to or even over the European II criterion, and the international competition of Chinese diesel engine industry will be enhanced too. At the same time, this paper has still discussed the feasibility and realistic meaning that the infrared regenerating system is installed in marine diesel engines.
引文
[1] 蔡锐彬．汽车排气污染与控制的若干问题．车用发动机，1999．12，第6期：32-36
[2] 豪彦．欧、美、日、中国汽车排放法规．汽车与配件，1999，(42)：20-21
[3] Neeft J P A, Makkee M, Moulijn J A. Diesel Particulate Emission Control [J]. Fuel Processing Technology, 1996,47:1-69
[4] 宋崇林，段家修，刘文胜等．柴油机排气微粒中有机可溶成分的分离与定性分析．内燃机学报，1997，第2期：225-230
[5] 李兴虎编著．汽车排气污染与控制．北京：机械工业出版社，1999
[6] 钱耀义．汽车发动机排气污染与控制．人民交通出版社．1987
[7] 黄加亮，李品芳，陈景锋．船舶柴油机有害排放对大气环境的影响及其减轻措施．交通环保．1991．12，第20卷第6期：20-24
[8] 孙平．船用柴油机使用乳化燃油的NOx和微粒排放研究．内燃机学报，2001，第19卷第6期：551-556
[9] 方俊华，刘忠长，黄震，乔信起．车用柴油机微粒排放测量的稀释取样系统．车用发动机，2002．10，第5期：30-33
[10] ROb Lee, etal. Fuel Quality Impact on Heavy Duty Diesel Emissions: A Literature Review. SAE982649
[11] 胡成南，郝郑平，沈迪新．柴油车排放净化技术．中国环保产业，2002，第5期：26-28
[12] 来振寰，霍恒昌，D·斯蒂芬．燃油性质对船用中速柴油机排放的影响．大连理工大学学报，2001．5，第41卷第3期：321-324
[13] 宁智，资新运．内燃机车柴油机的排放及其控制．内燃机，2000，第5期：26-30
[14] 魏春源，张卫正，葛蕴珊编著．高等内燃机学．北京：北京理工大学出版社，2001．9
[15] 丁河清，段树林．车用柴油机排放物法规及满足法规的技术措施．大连海事大学学报，2001．5，第27卷第2期：109-112
[16] 宋波，宁智．柴油机微粒排放技术探讨．内燃机，2002，第2期：38-40
[17] 朱天乐，王建昕，傅立新，郝吉明．柴油机排气后处理技术．车用发动机，2002．12，第6期：1-5
[18] 蔡凤田主编．汽车排放污染控制实用技术．北京：人民交通出版社，1999
[19] 高松，曲金玉，路传国，梁辉．国外柴油机排放法规与排放控制技术发展现状．山东工程学院学报，2001．9，第15卷第3期：38-42
[20] 傅立新主编．欧洲及其他国家机动车排放法规手册．北京：中国标准出版社，2000
[21] 郭瑞莲，宋作军．车用柴油机微粒排放法规与控制技术．重型汽车，2002．6，第6期：35-37
[22] 李国瑞．船用柴油机的排放控制．上海造船，2000，第1期：41-42
[23] 孙洲阳，黄加亮，陈景锋，李品芳，刘斐．船舶柴油机运行中的排放控制技术研讨．航海技术，2001，第4期：64-66
[24] 张署，赵伟．船用低速柴油机排放控制与对策．浙江海洋学院学报(自然科学版)，2002．6，第21卷第2期：144-147
[25] 周龙保．内燃机学[M]．北京：机械工业出版社，1999
[26] Johnson J H & et al. A Review of Diesel Particulate Control Technology and Emissions Effects-1992 Horning Memorial Award Lecture. SAE Paper. 940233, 1944
[27] 宁智，资新运，欧阳明高．车用柴油机微粒捕捉器的系统模拟．内燃机工程，2001，第22卷第3期：16-19
[28] 宁智，资新运，高希彦，陈家骅．泡沫陶瓷过滤器微粒捕集特性分析．车用发动机，1999．6，第3期：46-50
[29] 宁智，路勇，资新运，欧阳明高．微粒捕集器对柴油机性能影响的研究．机械工程学报，2002．1， 第38卷第1期：154-158
[30] 苏岭，周龙保，蒋德明，李维．柴油机排气后处理技术的现代进展．内燃机．2003，第1期：1-4
[31] 杨贵恒，沈卫东，袁春．我国汽车排放污染的现状及控制对策．汽车工业研究．2001，第4期：32-35
[32] DEN OUDEN C J J, CLARK R H,COWLEY. Fuel quality effects on particulate matter emissions from light and heaW duty diesel engines[R]. SAE 942022 New York: SAE, 1994
[33] 刘光辉，黄震，上官文峰，阎存仙．同时催化去除柴油机微粒和NOx的试验研究(1)．内燃机学报，2003，第23卷第1期：40-44
[34] 刘光辉，黄震，上官文峰，阎存仙．同时催化去除柴油机微粒和NOx的试验研究(2)．内燃机学报，2003，第23卷第2期：111-114
[35] 许晓光，高希彦，杨德胜，张延辉，王宪成．红外加热在柴油机排气微粒过滤器再生中的应用．红外技术，2001．7，第23卷第4期：29-31
[36] 蒋德明著．内燃机燃烧与排放学．西安：西安交通大学出版社，2001．7
[37] 邓元望，朱梅林，向东．柴油机微粒排放控制方法评述．柴油机·Diesel Engines，2001，5期：12-15
[38] 谭丕强，陆家祥，王桂华，王均效，周兴利．负荷对柴油机微粒排放特性及其组分的影响．车用发动机，2002．10，第5期：17-19
[39] 王宁霁，朱会田，杜愎刚．车用柴油机尾气颗粒排放控制．柴油机·Diesel Engines，2003，1期：26-29
[40] 解建光，向继红．重型柴油机排放控制发展趋势．柴油机，2000，第5期：14-18
[41] WeiYuanwen, XiaLaiqing, LiXiaolu, Cai Qixiong, Yuan Chengxiang. The Study on New Tape Structure of the Diesel Particulate Filter and Regenerator. 四川工业学院学报, 2000, 19 卷 2 期: 62-67
[42] 资新运．柴油机微粒捕获器的研究现状及发展趋势[J]．车用发动机，2000，第6期：1—4
[43] 傅听，魏众，李佩珩，闫红．用于柴油机排放控制的微粒捕集器技术．北京工业大学学报，2002．6，第28卷第2期：163-167
[44] 宁智，资新运，张春润，高希彦，陈家骅．汽车柴油机排气微粒后处理系统的开发与研究．内燃机工程，2000，第1期：25-29
[45] Khalil, N., and Levendis, Y.A. Development of a New Diesel Particulate Control System with Wall-Flow Filters and Reverse Cleaning regeneration [M]. SAE Paper 920567,1992
[46] 刘圣华．低温等离子技术在柴油机微粒排放控制中的应用[J]．内燃机学报，2000，第4期
[47] 朱益民，杨东升，孙培廷．等离子体放电柴油机后处理技术．大连海事大学学报，2002．5，第28卷第2期：109-112
[48] 蔡丽红．静电等离子体法脱除柴油机微粒排放的实验研究[D]．西安：西安交通大学，2001
[49] Tuteja A D, et al. Selection and Development of a Particulate Trap System for a Light Duty Diesel Engine. SAE920142
[50] CAERWINSKI J, JAUSSI F, WYSER M, et al. Particulate traps for construction machines and field experience [J]. SAE2000-01-1923,2000
[51] SALVAT O, MAREZ P, BELOT G. Passenger car serial application of a particulate filter system on a common rail direct injection diesel engine [J]. SAE 2000-01-0473, 2000
[52] 曲明辉，张春润，贺宇，吴良勤，于斌，王秉利．柴油机排气颗粒过滤体阻力特性的试验研究．内燃机工程，2001．2，第22卷第2期：83-85
[53] 宁智，资新运，欧阳明高．柴油机排气微粒捕捉器再生条件及分析．燃烧科学与技术，2002，第8卷第1期：80-83
[54] Ning,Z.,and Zang,G.L.Regenerating Technology and its Development for Diesel Engine Exhaust Particulate Filter[M].J.Small Internal Combustion Engine of China, 1995,24(1)
[55] 姜大海，张春润，资新运，王斌等．柴油机排气微粒捕集器再生可行性研究．车用发动机，2002．8，第4期：51-53
[56] 何国本，胡顺堂，李桐．柴油机的微粒排放及处理措施．车用发动机，2002．10，第5期：43-46
[57] 高希彦，王宪成，许晓光，陈岩冰，张延辉．柴油机排放微粒后处理技术试验研究．大连理工：大学学报，2002．12，第40卷增刊1：55-60
[58] Ning zhi and He Yongsheng. Experimental Study on Microwave Regeneration Characteristics of Diesel Paniculate After-treatment System. SAE990470
[59] 卢为开等．远红外辐射加热技术[M]．上海：上海科学技术出版社，1983
[60] 魏远文．应用红外技术提高柴油机排气微粒过滤器再生能力的研究．应用科学学报，1997．6，第15卷第2期：237-241
[61] 许晓光，高希彦，张延辉，杨德胜，王宪成．柴油机微粒过滤器的红外加热再生．内燃机工程，2002，第23卷第1期：60-63
[62] 王燕军，杨庆佛，胡真．直喷式柴油机排放颗粒的控制措施．山西机械，2000．3，第1期：49-53
[63] 资新运，宁智，安向壁，张春润，贺宇．过滤体对柴油机排气微粒粒径分布的影响．内燃机学报，2001，第19卷第4期：305-308
[64] 宁智，资新运，姚广涛，欧阳明高．柴油机排气微粒过滤捕集特性的试验研究．环境科学学报，2001．7，第21卷第4期：439-443
[65] 资新运，宁智，张春润，贺宇，王宪成．柴油车微粒捕捉器再生控制策略．内燃机学报，2002，第20卷第2期：106-110
[66] 李勤编著．现代内燃机排气污染物的测量与控制．北京：机械工业出版社，1998
[67] 宁智，路勇，资新运，欧阳明高．车用柴油机排气微粒捕捉器测试仪的研究．仪器仪表学报，2000．8，第21卷第4期：437-440
[68] 王万利，宋钧，周校平，黄震．柴油机法规及控制技术分析(二)．内燃机，2002，5期33-34
[2] 豪彦．欧、美、日、中国汽车排放法规．汽车与配件，1999，(42)：20-21
[3] Neeft J P A, Makkee M, Moulijn J A. Diesel Particulate Emission Control [J]. Fuel Processing Technology, 1996,47:1-69
[4] 宋崇林，段家修，刘文胜等．柴油机排气微粒中有机可溶成分的分离与定性分析．内燃机学报，1997，第2期：225-230
[5] 李兴虎编著．汽车排气污染与控制．北京：机械工业出版社，1999
[6] 钱耀义．汽车发动机排气污染与控制．人民交通出版社．1987
[7] 黄加亮，李品芳，陈景锋．船舶柴油机有害排放对大气环境的影响及其减轻措施．交通环保．1991．12，第20卷第6期：20-24
[8] 孙平．船用柴油机使用乳化燃油的NOx和微粒排放研究．内燃机学报，2001，第19卷第6期：551-556
[9] 方俊华，刘忠长，黄震，乔信起．车用柴油机微粒排放测量的稀释取样系统．车用发动机，2002．10，第5期：30-33
[10] ROb Lee, etal. Fuel Quality Impact on Heavy Duty Diesel Emissions: A Literature Review. SAE982649
[11] 胡成南，郝郑平，沈迪新．柴油车排放净化技术．中国环保产业，2002，第5期：26-28
[12] 来振寰，霍恒昌，D·斯蒂芬．燃油性质对船用中速柴油机排放的影响．大连理工大学学报，2001．5，第41卷第3期：321-324
[13] 宁智，资新运．内燃机车柴油机的排放及其控制．内燃机，2000，第5期：26-30
[14] 魏春源，张卫正，葛蕴珊编著．高等内燃机学．北京：北京理工大学出版社，2001．9
[15] 丁河清，段树林．车用柴油机排放物法规及满足法规的技术措施．大连海事大学学报，2001．5，第27卷第2期：109-112
[16] 宋波，宁智．柴油机微粒排放技术探讨．内燃机，2002，第2期：38-40
[17] 朱天乐，王建昕，傅立新，郝吉明．柴油机排气后处理技术．车用发动机，2002．12，第6期：1-5
[18] 蔡凤田主编．汽车排放污染控制实用技术．北京：人民交通出版社，1999
[19] 高松，曲金玉，路传国，梁辉．国外柴油机排放法规与排放控制技术发展现状．山东工程学院学报，2001．9，第15卷第3期：38-42
[20] 傅立新主编．欧洲及其他国家机动车排放法规手册．北京：中国标准出版社，2000
[21] 郭瑞莲，宋作军．车用柴油机微粒排放法规与控制技术．重型汽车，2002．6，第6期：35-37
[22] 李国瑞．船用柴油机的排放控制．上海造船，2000，第1期：41-42
[23] 孙洲阳，黄加亮，陈景锋，李品芳，刘斐．船舶柴油机运行中的排放控制技术研讨．航海技术，2001，第4期：64-66
[24] 张署，赵伟．船用低速柴油机排放控制与对策．浙江海洋学院学报(自然科学版)，2002．6，第21卷第2期：144-147
[25] 周龙保．内燃机学[M]．北京：机械工业出版社，1999
[26] Johnson J H & et al. A Review of Diesel Particulate Control Technology and Emissions Effects-1992 Horning Memorial Award Lecture. SAE Paper. 940233, 1944
[27] 宁智，资新运，欧阳明高．车用柴油机微粒捕捉器的系统模拟．内燃机工程，2001，第22卷第3期：16-19
[28] 宁智，资新运，高希彦，陈家骅．泡沫陶瓷过滤器微粒捕集特性分析．车用发动机，1999．6，第3期：46-50
[29] 宁智，路勇，资新运，欧阳明高．微粒捕集器对柴油机性能影响的研究．机械工程学报，2002．1， 第38卷第1期：154-158
[30] 苏岭，周龙保，蒋德明，李维．柴油机排气后处理技术的现代进展．内燃机．2003，第1期：1-4
[31] 杨贵恒，沈卫东，袁春．我国汽车排放污染的现状及控制对策．汽车工业研究．2001，第4期：32-35
[32] DEN OUDEN C J J, CLARK R H,COWLEY. Fuel quality effects on particulate matter emissions from light and heaW duty diesel engines[R]. SAE 942022 New York: SAE, 1994
[33] 刘光辉，黄震，上官文峰，阎存仙．同时催化去除柴油机微粒和NOx的试验研究(1)．内燃机学报，2003，第23卷第1期：40-44
[34] 刘光辉，黄震，上官文峰，阎存仙．同时催化去除柴油机微粒和NOx的试验研究(2)．内燃机学报，2003，第23卷第2期：111-114
[35] 许晓光，高希彦，杨德胜，张延辉，王宪成．红外加热在柴油机排气微粒过滤器再生中的应用．红外技术，2001．7，第23卷第4期：29-31
[36] 蒋德明著．内燃机燃烧与排放学．西安：西安交通大学出版社，2001．7
[37] 邓元望，朱梅林，向东．柴油机微粒排放控制方法评述．柴油机·Diesel Engines，2001，5期：12-15
[38] 谭丕强，陆家祥，王桂华，王均效，周兴利．负荷对柴油机微粒排放特性及其组分的影响．车用发动机，2002．10，第5期：17-19
[39] 王宁霁，朱会田，杜愎刚．车用柴油机尾气颗粒排放控制．柴油机·Diesel Engines，2003，1期：26-29
[40] 解建光，向继红．重型柴油机排放控制发展趋势．柴油机，2000，第5期：14-18
[41] WeiYuanwen, XiaLaiqing, LiXiaolu, Cai Qixiong, Yuan Chengxiang. The Study on New Tape Structure of the Diesel Particulate Filter and Regenerator. 四川工业学院学报, 2000, 19 卷 2 期: 62-67
[42] 资新运．柴油机微粒捕获器的研究现状及发展趋势[J]．车用发动机，2000，第6期：1—4
[43] 傅听，魏众，李佩珩，闫红．用于柴油机排放控制的微粒捕集器技术．北京工业大学学报，2002．6，第28卷第2期：163-167
[44] 宁智，资新运，张春润，高希彦，陈家骅．汽车柴油机排气微粒后处理系统的开发与研究．内燃机工程，2000，第1期：25-29
[45] Khalil, N., and Levendis, Y.A. Development of a New Diesel Particulate Control System with Wall-Flow Filters and Reverse Cleaning regeneration [M]. SAE Paper 920567,1992
[46] 刘圣华．低温等离子技术在柴油机微粒排放控制中的应用[J]．内燃机学报，2000，第4期
[47] 朱益民，杨东升，孙培廷．等离子体放电柴油机后处理技术．大连海事大学学报，2002．5，第28卷第2期：109-112
[48] 蔡丽红．静电等离子体法脱除柴油机微粒排放的实验研究[D]．西安：西安交通大学，2001
[49] Tuteja A D, et al. Selection and Development of a Particulate Trap System for a Light Duty Diesel Engine. SAE920142
[50] CAERWINSKI J, JAUSSI F, WYSER M, et al. Particulate traps for construction machines and field experience [J]. SAE2000-01-1923,2000
[51] SALVAT O, MAREZ P, BELOT G. Passenger car serial application of a particulate filter system on a common rail direct injection diesel engine [J]. SAE 2000-01-0473, 2000
[52] 曲明辉，张春润，贺宇，吴良勤，于斌，王秉利．柴油机排气颗粒过滤体阻力特性的试验研究．内燃机工程，2001．2，第22卷第2期：83-85
[53] 宁智，资新运，欧阳明高．柴油机排气微粒捕捉器再生条件及分析．燃烧科学与技术，2002，第8卷第1期：80-83
[54] Ning,Z.,and Zang,G.L.Regenerating Technology and its Development for Diesel Engine Exhaust Particulate Filter[M].J.Small Internal Combustion Engine of China, 1995,24(1)
[55] 姜大海，张春润，资新运，王斌等．柴油机排气微粒捕集器再生可行性研究．车用发动机，2002．8，第4期：51-53
[56] 何国本，胡顺堂，李桐．柴油机的微粒排放及处理措施．车用发动机，2002．10，第5期：43-46
[57] 高希彦，王宪成，许晓光，陈岩冰，张延辉．柴油机排放微粒后处理技术试验研究．大连理工：大学学报，2002．12，第40卷增刊1：55-60
[58] Ning zhi and He Yongsheng. Experimental Study on Microwave Regeneration Characteristics of Diesel Paniculate After-treatment System. SAE990470
[59] 卢为开等．远红外辐射加热技术[M]．上海：上海科学技术出版社，1983
[60] 魏远文．应用红外技术提高柴油机排气微粒过滤器再生能力的研究．应用科学学报，1997．6，第15卷第2期：237-241
[61] 许晓光，高希彦，张延辉，杨德胜，王宪成．柴油机微粒过滤器的红外加热再生．内燃机工程，2002，第23卷第1期：60-63
[62] 王燕军，杨庆佛，胡真．直喷式柴油机排放颗粒的控制措施．山西机械，2000．3，第1期：49-53
[63] 资新运，宁智，安向壁，张春润，贺宇．过滤体对柴油机排气微粒粒径分布的影响．内燃机学报，2001，第19卷第4期：305-308
[64] 宁智，资新运，姚广涛，欧阳明高．柴油机排气微粒过滤捕集特性的试验研究．环境科学学报，2001．7，第21卷第4期：439-443
[65] 资新运，宁智，张春润，贺宇，王宪成．柴油车微粒捕捉器再生控制策略．内燃机学报，2002，第20卷第2期：106-110
[66] 李勤编著．现代内燃机排气污染物的测量与控制．北京：机械工业出版社，1998
[67] 宁智，路勇，资新运，欧阳明高．车用柴油机排气微粒捕捉器测试仪的研究．仪器仪表学报，2000．8，第21卷第4期：437-440
[68] 王万利，宋钧，周校平，黄震．柴油机法规及控制技术分析(二)．内燃机，2002，5期33-34