排气温度和催化基质特性对柴油机排放的影响(英文)

为了提高催化器CDPF(catalyzed diesel particulate filter)去除NOx和PM的性能,该文运用催化试验、发动机台架试验及模拟计算,研究了排气温度和催化器的基底材料特性对NOx还原和PM氧化的影响特性。通过活性评价和表征试验发现,由于La2Cu0.7Fe0.3O4表面具有较高的氧空位浓度和较强的晶格氧移动特性,所以300°C～500°C时具有较好的催化活性,且350°C～500°C时碳化硅较堇青石能更好地催化还原NO。发动机台架试验表明,由于碳化硅具有更高的孔隙率和更好的热交换特性,在1 600 r/min的75%和90%负荷工况时,碳化硅CDPF具有更好地催化去除NOx和PM的特性规律。模拟计算结果显示,具有较高过滤孔密度和比表面积的CDPF,由于较低的内部传质阻力和较高的传质特性,所以能较好地还原NOx和氧化PM。研究结果可为优化柴油机后处理器CDPF的催化性能提供科学依据。     

La2Cu(1-x)FexO4氧化去除柴油机碳烟微粒的试验分析

制备的La2Cu(1-x)FexO4(x=0、0.1、0.2、0.3)系列催化剂与碳烟微粒紧密接触后,置于固定床连续流动反应系统,进行氧化碳烟活性评价的模拟试验,研究发现La2Cu0.9Fe0.1O4具有较好将其氧化的反应活性,这与H2-TPR试验结论相一致,且由TG-DTA试验表明模拟试验测试的数据具有可靠性。在堇青石和SiC载体上涂敷催化剂后进行程序升温试验,表明在200℃～350℃温度区间内2种材料载体对氧化碳烟微粒的活性相近。通过发动机台架试验验证了La2Cu0.9Fe0.1O4能有效氧化柴油机排放的碳烟微粒,且对工作过程进行了模拟计算,计算结果与试验结果具有一致性,表明通过数学模型能较好地描述催化氧化柴油机排放的碳烟微粒。     

柴油机分卷流燃烧系统燃烧和排放性能试验研究

为了提高柴油机燃烧室的油气混合性能、降低燃油消耗率和碳烟排放,该文提出了柴油机分卷流燃烧系统。利用单缸机试验系统和仿真计算分析了分卷流燃烧系统在不同工况下的燃烧和排放性能。单缸机试验结果表明:在各试验工况下,分卷流燃烧系统燃油消耗率均比双卷流燃烧系统低,油耗最大降幅为5.41%,碳烟排放最大降幅为20.48%。仿真计算表明分卷流燃烧系统当量比为0.66到2区间内的燃油比例较高,当量比大于2的燃油比例较低,分卷流燃烧系统缸内当量比分布均匀,因而油耗降低,热效率提高,碳烟生成较少。分卷流燃烧系统对于推动柴油机节能减排有着重要的意义。     

柴油机排放颗粒物的热重特性分析

为了解不同粒径颗粒物在特定氛围下的氧化特性,该文利用MOUDI采样器收集到的柴油机颗粒物,在纯N2及纯O2环境下,对0.18～0.32、0.32～0.56、0.56～1.00和1.00～1.80 μm 4个粒径级颗粒分别进行热重分析试验。结果表明,随着粒径级的增大,颗粒物中水分和SOF（soluble organic fraction）的含量下降,而干碳烟（soot）和无机盐的含量增加。在纯N2氛围下,颗粒在SOF挥发阶段随着颗粒物粒径级减小,其SOF含量和失重峰值速率随之增加;但在soot热解阶段不同粒径级的失重速率趋同。程序升温终了时,各粒径级颗粒的热重曲线在纯N2氛围下缓滞停在不同位置,而在纯O2氛围下则渐趋归一。随着颗粒物粒径级的减小,热重曲线呈下降趋势,颗粒越细则越易升温（氧化）失重;而在纯O2氛围下,各粒径级在SOF挥发阶段表现出与纯N2氛围下一致的规律但失重速率峰值明显增加。在soot热解阶段,随着颗粒物粒度减小,比表面积增加使其吸附氧的能力增加,发生化学反应的活性增大,颗粒氧化的起燃温度降低,且起燃时刻对应的失重速率增加;各粒径级颗粒物的失重速率峰值出现在600～640℃之间,随着颗粒物粒径增大其soot所占含量随之增多,热解失重速率峰值亦显著增加。研究结果可为颗粒物处理的技术措施提供基础物性数据,有助于推动颗粒物处理装置的改进和优化。     

生物炭对两种植烟土壤活性有机碳的影响

为调查烟秆生物炭对典型植烟土壤根际与非根际活性有机碳组分的影响及其在不同土壤类型中是否具有一致性,选取我国烟草主产区贵州省毕节市黄壤区(东部的黔西林泉科技示范园)和黄棕壤区(西部的威宁黑石科技示范园)两个土壤类型,研究施用不同量烟秆生物炭(0、5、20、40 t·hm-2,分别记为B0、B5、B20、B40)后根际与非根际土壤总有机碳(TOC)、易氧化有机碳(ROOC)、可溶性有机碳(DOC)和微生物量碳(MBC)含量的变化情况。施用生物炭后,根际土壤TOC、ROOC以及非根际土壤DOC在两个土壤中的表现基本一致,而其余则在两种土壤中表现不同。但整体表现为TOC、ROOC及DOC含量在B5处理中没有显著变化,而在B20和B40处理中显著增加,3种有机碳含量与B0相比,增幅最高分别可达305.63%、630.41%及768.48%;不同有机碳及土壤类型的峰值出现在B20或B40处理中。而对MBC来说,非根际土壤中MBC含量在黄壤B5处理中显著降低了20%,在黄棕壤B20和B40处理中分别显著增加了53.98%和145.80%,其余处理与B0之间没有显著差异;而在根际土壤中仅在黄壤B20处理中MBC含量显著增加42.17%,其余处理与B0之间均无显著差异。说明短期施用生物炭对植烟土壤活性有机碳组分(尤其是MBC)的影响与土壤类型、生物炭施用量、根际环境等有关。     

模拟氮沉降对杉木人工林土壤可溶性有机碳和微生物量碳的影响

在杉木人工林中开展模拟氮沉降试验,设计N0(对照)、N1(60kg N/hm2.a)、N2(120kg N/hm2.a)和N3(240kg N/hm2.a)4种氮沉降水平。通过连续7年的处理后,研究外加氮源对土壤可溶性有机碳及微生物量碳的影响及与土壤酶活性的关系。相同N沉降处理下,土壤有机碳、可溶性有机碳和微生物量碳均随土层加深而降低。氮沉降对土壤有机碳具有促进作用,中-低氮沉降(N1、N2)增加幅度大,高氮沉降(N3)增加幅度小。低氮(N1)处理促进土壤微生物生物量C增加,而中、高氮(N2、N3)则抑制;各氮沉降处理土壤可溶性有机碳含量从高到低的顺序为:N3、N2>N1>N0。40-60cm土壤微生物量碳与蔗糖酶、纤维素酶呈极显著正相关关系,与淀粉酶、多酚氧化酶、过氧化物酶呈极显著负相关关系;除40-60cm土层的β-葡糖苷酶外,各层土壤可溶性有机碳与土壤蔗糖酶、纤维素酶和β-葡糖苷酶活性呈极显著正相关关系,与淀粉酶、多酚氧化酶和过氧化物酶呈极显著负相关关系。因此,氮沉降增加将会对土壤碳累积与分解过程产生较大的影响。     

纳米CeO2催化剂对柴油机碳烟颗粒和NO降低效果

为采取后处理技术同时控制柴油机颗粒(PM)和一氧化氮(NO)排放,该研究采用沉淀法制备了3组纳米二氧化铈(CeO_2)催化剂,通过X射线衍射(XRD)法、BET法测比表面积与孔径、氢气程序升温还原法(H2-TPR)对其性能进行表征,并利用碳烟起燃温度和峰值温度以及NO向N_2的转化率分别对催化剂进行活性评价。试验结果表明:3组制备的CeO_2催化剂平均粒径依次为7、12和20 nm,明显小于商业级CeO_2;自制CeO_2相较于商业级CeO_2具有较大的比表面积,且比表面积越大催化活性越高;自制的CeO_2有3个较明显的H2还原峰,依次对应表面吸附氧、表面晶格氧以及体相晶格氧;CeO_2对碳烟颗粒催化氧化的效率由高到低依次为20、12和7 nm,这3组CeO_2催化剂较未添加催化剂时起燃温度依次降低了124,109,93℃,峰值温度依次降低了185,104,102℃;CeO_2对NO转化率最高可以达到70%,且温度窗口比较宽。研究结果对CeO_2在排放后处理领域的应用具有指导意义。     

有机物料碳和土壤有机碳对水稻土甲烷排放的影响

基于30年水稻土长期施肥定位试验,在保证原有定位试验正常开展的前提下,将部分化肥处理变更为有机肥处理(或反之),通过观测一年水稻轮作周期内不同处理甲烷(CH_4)排放通量季节性变化,探讨不同肥力水稻土中外源有机碳及土壤有机碳含量对田间CH_4排放的影响。结果表明:施化肥处理和有机肥处理,水稻土全年CH_4累积排放量范围分别为1.73~4.72和35.09~86.60 g·m~(-2)。有机肥处理改施化肥后,田间土壤CH_4的排放量显著降低;化肥处理改施有机肥或有机肥处理增施有机肥后,田间土壤CH_4的排放量显著提高。外源有机碳的输入量是田间土壤CH_4年排放量的决定性因素,外源有机碳输入量(x)与水稻土CH_4年累积排放量(y)之间满足直线方程:y=0.087 7 x+3.265 7(R~2=0.965 9,n=21)。土壤有机碳同样也是影响稻田CH_4排放的因素,在不同有机碳水平的水稻土上施用等量相同化肥或有机肥,土壤有机碳含量高的水稻土都更有利于CH_4的产生。单施化肥稻田土壤CH_4排放的最主要碳源是土壤有机碳,有机碳含量(x)和水稻土CH_4年累积排放量(y)之间的指数方程:y=0.162 4 e~(0.162 2 x)(R~2=0.940 6,n=9)。有机肥可促进土壤有机碳分解释放CH_4,土壤有机碳含量相同的条件下,高量有机肥比常量有机肥的土壤有机碳分解比率高0.65%,等量相同有机肥但土壤有机碳含量不同的条件下,土壤有机碳分解比率无显著差异;同样,土壤有机碳也可促进有机物料碳分解释放CH_4,在常量有机肥或高量有机肥处理中,土壤有机碳含量高者比低者的有机物料碳分解比率分别多出3.57%和2.34%。     

不同施肥方式对灌漠土土壤有机碳、无机碳和微生物量碳的影响

利用武威市白云试验站18a长期定位试验资料,研究了不同施肥条件下,土壤有机碳、无机碳和微生物量碳在0-40 cm土层的变化状况.结果表明,氮肥与有机肥长期配合施用和长期施用农肥可以在0 20 cm土层增加土壤有机碳含量,减少土壤中的无机碳含量,增加土壤微生物量碳含量;单施秸秆可增加土壤有机碳,而对无机碳和微生物量碳影响无明显差异;长期施用氮肥对土壤的有机碳、无机碳和微生物量碳均无明显差异.土壤有机碳与土壤无机碳含量呈显著负相关关系,而与土壤微生物量碳呈显著正相关关系.     

烟秆生物质炭与化肥配施对植烟土壤有机碳组分及微生物的影响

采用盆栽试验,设置空白对照(CK)、化肥(F)、烟秆生物质炭(B)、烟秆生物质炭配施化肥(BF)4个施肥水平,配施化肥参考烟草专用肥养分配比(N︰P2O5︰K2O=12︰7︰22)与烟秆生物质炭混合施用,探究烟秆生物质炭与化肥配施对植烟土壤有机碳组分及微生物的影响。结果表明：(1)与单施烟秆生物质炭相比,烟秆生物质炭与化肥配施土壤pH显著降低6.59%;土壤有机碳(SOC)和易氧化有机碳(EOC)含量显著增加,但土壤可溶性有机碳(DOC)含量显著降低29.63%,土壤颗粒有机碳(POC)和微生物生物量碳(MBC)影响不显著;(2)与单施化肥相比,烟秆生物质炭与化肥配施使得土壤脱氢酶活性大幅提高近2倍;而与单施烟秆生物质炭相比,土壤蔗糖酶、脱氢酶和过氧化氢酶活性则显著降低;(3)烟秆生物质炭与化肥配施,能够提高土壤细菌群落丰富度及物种多样性;同时,与单施烟秆生物质炭相比,配施化肥使参与土壤有机质分解的土壤绿弯菌门相对丰度提高了16.79%,但土壤细菌α、β多样性显著降低;(4)RDA分析表明,土壤SOC、EOC、POC、MBC是影响土壤有机质分解和参与碳循环细菌分布的主要因素。综上所述,...     

2004 Mack MD11柴油机燃料加氢后NOx与微粒排放特性

为了降低柴油机的排放,氢作为柴油机燃料的研究正在引起研究者的关注。该文进行了在2004 Mack MD11柴油机中添加不同比例氢气(最高氢气比例达7%)与柴油形成混合燃料的NOx、微粒(PM,particulate matter)排放特性研究。研究表明:负荷工况不同,添加氢气对NOx排放特性的影响不同;随着添加氢的增加,有NO转化为NO2现象;NOx排放很大程度还与发动机可变截面涡轮增压系统(VGT,variable-geometry gas turbine)和废气再循环系统(EGR,exhaust gas recirculation)工作状况有关;添加氢气后即使在大、全负荷下,NOx排放量也没有明显增加。这主要归因于2004 Mack MD11采取了EGR,并且随着负荷增加,EGR率也在增加。在各种负荷工况下,添加氢气对降低PM排放量的作用明显,PM排放量减小率一般达50%以上,最高达75%。     

能量密度对低温等离子体辅助催化转化柴油机颗粒物和NOx的影响

为了研究低温等离子体辅助催化后处理技术对柴油机有害排放物的作用效果,基于介质阻挡放电理论设计了低温等离子体（NTP）发生器,研究了NTP发生器工作电压随能量密度的变化关系。以涂覆γ-Al2O3的蜂窝状陶瓷为载体,采用柠檬酸凝胶法制备了LaMnO3催化剂,建立了NTP辅助LaMnO3催化试验系统。在台架试验基础上,研究了能量密度变化对NTP辅助LaMnO3催化技术转化（颗粒物）PM和NOx的影响规律。试验结果表明：在相同频率作用下,NTP发生器的能量密度随着工作电压的升高而增加;与原机相比,NTP辅助LaMnO3催化技术作用后NO浓度显著降低,NO2浓度显著增加,NOx浓度降低;随着能量密度的增加,碳烟转化效果越明显,碳烟的不透光烟度最高降低约83%。结果表明NTP辅助LaMnO3催化技术可有效转化PM和NOx,在柴油机排气后处理领域有着广泛的研究前景。     

催化剂存储还原柴油机NO_x排放的试验

为了验证NSR催化剂对柴油机NOx排放的存储还原性能,该文采用浸渍法制备了一系列NSR催化剂:x Ce(25-x)Ba/γ-Al2O3(x为质量分数,且x=8~12)和Pt10Ce15Ba/γ-Al2O3催化剂,并利用X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱仪和透射电子显微镜对其性能进行表征;通过台架试验,研究了10Ce15Ba/γ-Al2O3和Pt10Ce15Ba/γ-Al2O3催化剂对NOx排放的存储还原性能。结果表明,Ba O和Ce O2的粒径变化范围为5~20 nm。随着x值增加,Ce O2晶粒尺寸变大且分散性变差;当x=10时,Ba O晶粒尺寸细小且分散性最好。当柴油机负荷低于50%时,10Ce15Ba/γ-Al2O3催化剂对NOx主要以吸附为主,NOx脱除率最高达80%;当柴油机负荷高于50%时,NOx开始脱附并被还原成N2,NOx脱除率最高为60%。与10Ce15Ba/γ-Al2O3催化剂作用相比,Pt10Ce15Ba/γ-Al2O3催化剂对NOx的吸附和脱除性能较好,其中柴油机负荷低于50%时,NOx脱除率接近100%,柴油机负荷高于50%时,NOx脱除率最高为75%。研究结果对NSR催化剂的开发以及在排放后处理领域的应用具有指导意义。     

基于EDEM-CFD的柴油机DPF孔道内积碳层堵塞特性研究

为探究柴油机颗粒捕集器（Diesel Particulate Filter,DPF）内部积碳层运动引起的堵塞故障,该研究采用积碳层运动与分布可视化试验,并结合离散单元法（E-Discrete Element Method,EDEM）与计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）,分别对对称、非对称（ACT）结构D型及O型3种DPF孔道内部的流场压降、积碳层运动及堵塞特性进行分析。结果表明：3种结构的DPF进气孔道中心流速相差较小,但排气孔道中心流速相差较大,ACT结构O型排气孔道的出口流速最快,比对称结构快47 m/s;ACT结构O型的静压差最大,是ACT结构D型静压差的1.4倍,是对称结构的3.3倍;在3种结构的DPF进气孔道中,90%以上的积碳层发生了运动,对称结构的堵塞最严重,在进气孔道前、中、后段均形成了堵塞;ACT结构D、O型DPF的堵塞程度较轻,在进气孔道中、后段形成堵塞,且O型堵塞情况好于D型;积碳层密度越大,堵塞位置越靠近进气孔道入口端,导致进气孔道的有效空间减少;积碳层密度越大,进气孔道内的最大堵塞密度反而减小,表明气体通过堵塞段的流通性能有所改善。相比之下,对称结构DPF的孔道堵塞虽严重,但未经碳加载时的静压差小于2.4 kPa,而ACT结构的孔道堵塞程度轻,静压差却极大,D型最高可达6.3 kPa、O型可达9.1 kPa。研究结果可为解决DPF孔道堵塞问题提供理论依据与工程指导。     

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。     

柴油机双卷流燃烧系统排放特性试验

为合理评价双卷流燃烧系统的排放水平,在单缸机试验台架上对双卷流燃烧室和某国Ⅲ柴油机使用的TCD燃烧室的颗粒、NOx排放、燃油消耗率、缸内压力等进行了测量,并对燃烧放热率和缸内平均温度进行了分析。结果表明,外特性工况下,使用双卷流燃烧室可比TCD燃烧室减少颗粒排放7%～47%,缩短燃烧持续期1°～6°,降低油耗0.75%～3.05%;部分负荷工况下,由于油束贯穿度较小,缸内燃烧以空间燃烧为主,采用双卷流燃烧室时其卷流作用不明显,排放性能与TCD燃烧室相差不大。该研究可为双卷流燃烧系统在降低柴油机排放方面的应用提供指导。     

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。