生物柴油的排放特性试验研究

通过对燃烧生物柴油发动机排放污染物的测量和分析,探讨了燃烧生物柴油排气污染物的形成机理,分析了不同配比的生物柴油燃烧污染物随发动机转速、发动机负荷的变化规律。研究结果表明：生物柴油可以有效的降低柴油机的排气污染物,尤其是颗粒污染物。随着生物燃料中油酸甲脂含量的增加,柴油机的各种排气污染物均有不同幅度的降低。此外,通过推迟喷油时间,可以进一步降低柴油机的NOx污染物。     

抗氧化剂对生物柴油排放的影响

通过添抗氧化剂改变生物柴油的酸值与过氧化值,提高生物柴油的氧化安定性。该研究选择迷迭香（K1）和茶多酚（K2）2种抗氧化剂添加到生物柴油与柴油形成的调合油（B20）中,在186F柴油机上进行排放特性试验。考察了标定转速3000 r/min,10%、25%、50%、75%和100%负荷工况时,抗氧化剂对HC、CO、碳烟和NOx排放的影响。研究表明：与柴油相比,燃用B20调合油HC、CO排放和烟度值大幅降低,NOx排放增加;与B20调合油相比,燃用添加抗氧化剂（迷迭香和茶多酚）的K1B20和K2B20在各工况下生成的 HC、CO排放和烟度值的平均值分别升高了1.2%、10.2%、8.5%和6.4%、3.8%、4.3%,NOx排放分别比B20降低了9.5%和4.2%。添加抗氧化剂可以有效降低生物柴油的NOx排放。     

柴油机应用不同配比生物柴油的经济性和排放特性

生物柴油经济性能和排放特性的试验对研究生物柴油的适用性具有重要意义。该文采用柴油机台架试验,测量了4种不同配比的生物柴油混合燃料的经济性和排放特性。试验结果表明：在不作任何调整的情况下,生物柴油及与石化柴油的混合燃料可以直接应用于柴油机,随着生物柴油掺混比例的增加,柴油机的烟度、碳氢化合物HC和一氧化碳CO有较大幅度的下降,改善了柴油机的排放特性。采用生物柴油掺混比例为10%或20%时,可在柴油机经济性能改变较小情况下,改变柴油机的排放状态并减少污染物排放。     

十六烷值改进剂对甲醇/生物柴油柴油机排放的影响

甲醇、生物柴油是柴油机的含氧替代燃料,能有效降低柴油机颗粒物排放。但甲醇的十六烷值低,在柴油机上燃用会出现着火困难的问题,采用添加十六烷值改进剂的方法能有效提高柴油机燃料的着火性能。为了研究不同十六烷值改进剂对柴油机排放污染物的影响,试验选择了烷基硝酸酯、环烷基硝酸酯、醚3种十六烷值改进剂,分别添加到甲醇/生物柴油混合燃料中,考察了十六烷值改进剂对混合燃料理化特性的影响,并在186F柴油机上进行了台架试验,测量了柴油机缸内压力、排气温度、HC、CO、NOX和烟度的变化规律,分析了添加不同十六烷值改进剂时,柴油机排放污染物的变化规律。结果表明：在甲醇/生物柴油中添加十六烷值改进剂,混合燃料的压力峰值升高,滞燃期缩短,燃烧持续期延长,当改进剂的添加量相等时,添加烷基类硝酸酯混合燃料的滞燃期最短;排气温度变化不大,变动范围为?3.24%～3.45%;排放污染物中HC和CO排放升高;NOX和烟度降低,在3 000 r/min,100%负荷时,添加烷基硝酸酯、环烷基硝酸酯、醚分别使NOX降低12.90%、6.45%、3.87%,烟度降低11.76%、17.65%、38.24%。在甲醇/生物柴油混合燃料中添加十六烷值改进剂,不仅可以改善燃料的着火特性,也可以降低NOx和颗粒物排放。     

甲醇-调合生物柴油燃烧及排放微粒粒径分布特性试验

为了探究调合生物柴油掺烧甲醇对柴油机燃烧特性及微粒粒径分布的影响,该文利用燃烧分析仪及EEPS 3090型微粒粒径测试系统研究了柴油机燃用甲醇-调合生物柴油微乳化燃料的燃烧过程及微粒数量浓度分布特性。试验结果表明,与燃用调合生物柴油相比,柴油机掺烧甲醇后缸内燃烧压力、压力升高率以及放热率曲线均后移,压力升高率峰值及放热率峰值均增加;当柴油机处于低负荷时,排气中的微粒粒径均处于6~22 nm之间,呈现核态;在高负荷时,微粒粒径处于6~275 nm之间,主要呈现积聚态,且数量浓度呈单峰正态分布。随着甲醇添加比例的增加,核态微粒比例上升,积聚态微粒比例下降,且排气中微粒的总数下降。研究结果为甲醇-生物柴油混合燃料的燃烧及微粒排放控制提供了参考。     

共轨柴油机燃用麻疯树制生物柴油的性能及排放特性

为系统考察柴油机燃用麻疯树制生物柴油的性能,对某共轨柴油机燃用纯柴油、纯麻疯树制生物柴油及其混合燃料的动力性、经济性和排放特性进行了试验研究,分析比较了不同生物柴油混合比例对发动机动力性、经济性、HC、CO、NOX、烟度和CO2排放特性的影响。结果表明：随着生物柴油混合比例的增加,共轨柴油机燃用柴油－麻疯树制生物柴油混合燃料后,其动力性下降,HC、CO、烟度和CO2排放降低;燃油经济性略有增加,NOX排放略有升高。     

超声波辅助制备米糠生物柴油及其燃料排放特性

对超声波辅助碱催化米糠油与醇酯交换反应进行了一些列试验研究,并与传统机械搅拌法比较,论证其用于制备生物柴油的可行性.结果显示超声波辅助方法可以缩短酯交换反应的时间15～20 min.超声频率40 kHz条件下反应速度较28 kHz快,但是由于产物水洗分离困难而使得产物得率反而有所下降.超声辅助酯交换法还可以减少催化剂的用量,当催化剂用量为质量分数0.5%时可得到最高的转化率和得率.轻型车排放试验结果显示燃用米糠生物柴油可以显著降低CO和HC排放,而Nox排放有少量增加.     

不同原料制备生物柴油生命周期能耗和排放评价

建立了大豆、油菜籽、光皮树和麻疯树4种原料制生物柴油生命周期能源消耗和排放评价模型，并对其进行了生命周期能源消耗和排放评价。结果表明：与石化柴油比较，大豆和油菜籽制生物柴油生命周期整体能源消耗与石化柴油基本相当；光皮树和麻疯树制生物柴油的生命周期整体能源消耗比石化柴油低约10%；所有原料制生物柴油生命周期化石能源消耗显著降低，生命周期HC、CO、PM₁₀、SOx和CO₂排放降低，NOx排放升高。     

DOC与POC耦合柴油机燃用调合生物柴油颗粒物的排放特性

在一台高压共轨柴油机上进行燃用调合生物柴油(B0、B10和B20)台架试验,利用MOUDI颗粒分级采样系统和气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)分别研究氧化催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)结合颗粒氧化催化器(particle oxidation catalyst,POC)对颗粒物的粒径质量浓度分布和可溶性有机组分(SOF)的影响。结果表明:随着生物柴油的掺混比增加,各粒径范围的排气颗粒物质量浓度均下降,质量浓度峰值均在0.18~0.32μm;颗粒物SOF中脂类、酸类质量分数增加,烷烃类、芳香烃、酚类物质质量分数减少;B0和B20的碳原子数质量分数均呈现近似以C16为峰值的正态分布。加装DOC+POC后,3种燃料颗粒物的质量浓度均降低,聚集态颗粒的质量浓度转化率高于粗颗粒态,其中B20聚集态转化率最高,为58.36%;随着生物柴油的掺混比增加,DOC+POC对SOF的转化率增大,其中B20颗粒中SOF转化率达65.15%;DOC+POC对脂类和酸类物质净化作用明显,加装DOC+POC后,B20脂类和酸类物质的质量分数降幅分别为55.45%和43.27%;DOC+POC对B20颗粒物中SOF的C12~C18氧化作用明显。     

甲醇柴油与生物柴油醛酮类排放物的研究

为了解使用甲醇柴油或生物柴油时醛酮类物质非常规排放的情况,该文利用高效液相色谱仪和热脱附气相色谱质谱联用仪,分析比较了3种燃料(柴油、生物柴油、甲醇柴油)的14种醛酮类排放物的排放特性。研究结果表明:与柴油相比,柴油机燃用2种代用燃料的非常规排放有较大变化,表现为1)醛酮类排放物总比排放量均有大幅上升,在标定功率工况下,甲醇柴油醛酮类排放物比柴油升高144.6%,生物柴油醛酮类排放物比柴油排放升高67.5%;2)在所测试工况下,甲醛在2种代用燃料的醛酮类排放物中仍占有最大比例,占醛酮类排放物35.3%以上;3)随着转速升高或负荷减少,代用燃料的醛酮类排放物增加。该研究对建立醛酮类排放物标准,满足环保节能要求,合理应用代用燃料具有重要的参考价值。     

柴油机燃用生物柴油的磨损试验分析

在共轨柴油机上进行了燃用BD5生物柴油的1?000?h可靠性试验,考察长时间燃用生物柴油对柴油机零部件的磨损情况,可靠性试验后对主要零部件进行拆检,主要摩擦副轴颈处可以观察到加工痕迹或光亮,气门处有少量的积碳;测量了主要运动件的磨损量,分析了活塞组、连杆组、曲轴组及配气机构的磨损情况;验证了共轨柴油机长时间燃用生物柴油的可行性。研究结果表明：1?000?h试验后,4缸油环的磨损量为0.004?mm;3缸连杆小头的磨损量为0.043?mm;2缸主轴颈的磨损量为0.003?mm;1缸和2缸的进气门下沉量最大,约为0.009?mm;试验过程中,柴油机各零部件均未发生断裂、剥落、烧蚀、黏结等异常现象。燃烧BD5生物柴油对柴油机主要零部件无异常影响,柴油机可长时间燃用生物柴油。     

发动机燃用生物柴油的可靠性

进行了柴油机燃用B5生物柴油的1 000 h可靠性台架试验,测量了可靠性试验前后发动机的燃油消耗、机油消耗、功率、扭矩、活塞漏气量、排气温度等参数,进行了发动机润滑油的色谱分析以及发动机的主要零部件的拆检和分析。试验结果表明：可靠性试验后发动机的燃油消耗和机油消耗均有所增加,活塞漏气量有所升高,功率、扭矩和排气温度略有下降;B5生物柴油与柴油的CO等气体排放相差不大;发动机喷油器、气门、活塞顶面等主要零件部存在积碳,活塞环与气缸套等零件磨损正常。     

喷油定时对燃用生物柴油发动机经济性与排放的影响

为研究黄连木籽生物柴油对发动机性能的影响,在一台YTR3105直喷式柴油机上进行了不同喷油定时下燃用黄连木籽生物柴油-柴油混合燃料时的经济性及排放特性试验。结果表明：在相同工况下,4种燃料的最经济喷油定时几乎相同,即最大扭矩工况为上止点前110CA左右,标定工况为上止点前120CA左右。CO和碳烟排放随喷油定时的增大有先降低又升高的趋势。随喷油定时的增大,THC排放降低,而NOX排放大幅增加。CO、THC及碳烟排放均随生物柴油掺混比的增加而降低;B10、B20的NOX排放比柴油低,而B30的NOX排放与柴油相当。最经济喷油定时与燃料类型无关,生物柴油混合比例对发动机的排放影响较大。     

废气再循环改善生物柴油发电机的经济性和排放性

在单缸风冷四冲程柴油发电机上,采用0、16%、28%EGR(exhaust gas recirculation,废气再循环)率,分别以柴油和生物柴油为燃料进行了试验,测试并分析了经济性,NOx、HC、CO和烟度的排放性能。研究表明:生物柴油油耗高于柴油,在0、16%和28%EGR率时,生物柴油的体积油耗平均高出柴油约9%、10%和17%;与无废气再循环相比,16%和28%EGR率时,燃用柴油平均可减少NOx约17%和35%,燃用生物柴油平均可减少NOx约10%和24%,生物柴油的NOx排放量高于柴油平均约6.5%和17%;燃用柴油时随EGR率增大,HC的排放量增大,16%和28%EGR率时,生物柴油的HC排放低于柴油平均约6%和28.5%;28%EGR率时,生物柴油CO排放量低于柴油,平均降低约24%;随EGR率增大,生物柴油的烟度增大,燃用生物柴油在小负荷和中负荷时烟度高于柴油。