概述柴油发电机的前处理技术的研究
发布时间：2024-10-19 点击：147
概述柴油发电机的前处理技术的研究
随着发电机组排放法规的日益严格，柴油机废气排放控制问题也越来越得到社会各界的广泛关注，本文主要介绍了柴油机在废气排放前后运用的国际主流处理技术，并结合国内外的技术路线，选择性地研究柴油机排放控制的问题，对比这些技术的优缺点进行比对，以此来分析柴油机排放控制技术在未来的发展趋势。
一、概述
在传统柴油发电机的技术相对完善的今天，人们发现与汽油机相比，柴油机有着更好的动力性和燃油经济性的特点，但柴油机的工作特性也决定其自身的缺点，其中微粒pm的排放尤为突出。燃烧时爆发压力高，是柴油机动力性好原因，但也同时导致了柴油机噪声较大，工作粗暴。hc、co和co2的排放浓度与汽油机相比是较低的，这是柴油完全燃烧后带来的优势；燃烧后nox的排放，柴油机与汽油机污染物比例基本相当。在排放控制中，汽油机一般处于理论空燃比周围且排气温度高，可以采用三元催化实现尾气控制，但并不适用柴油机。因此柴油机的排放问题中的关键就是如何降低nox和pm，但柴油机的nox和pm排放是一种矛盾的关系，此消彼长，排放控制工作的重点是进行nox与pm的折中。控制发电机组排放污染的途径一共有三种，分别是前处理净化，机内净化和后处理净化。其中，后处理净化技术就是使燃烧室排出的废气在排气系统中进行净化处理。
二、柴油机排放前处理技术
1、柴油机氧化催化剂技术
该装置主要与其他后处理装置配合使用，它可以将no转化为no2，可置于dpf之前用于dpf被动连续再生；置于scr之前用于调整no和no2比例（no=no2时，scr反应较快)；置于scr之后防止氨气泄漏；其氧化hc、co的作用可以对之后scr，lnt进行温度管理。虽然doc可以将hc、co氧化成co2和h2o，但却不能氧化pm中的干碳烟（soot）。因此，仅仅采用doc不能满足pm的排放法规，必须采用dpf。
2、柴油燃料的处理技术
预处理燃料，一般要先改善燃油的品质，具体可以从以下几点技术入手:提高燃料十六烷值;降低硫含量;降低柴油密度;减少燃油中的芳香烃成分;乳化燃料;掺烧消烟添加剂，上述原理基本都是以降低燃料中最有害的化学元素成分的排放为主。此外，还应该考虑使用清洁燃料代替，如乙醇、天然气、石油气等等。
3、机内处理技术
机内处理技术主要是针对经过预处理的燃料在燃烧过程中的优化问题，首先应保证燃料能够充分均匀混合，降低燃料不完全燃烧的比例，其次，还要使发动机在整个燃烧过程中，工作柔和，做到迅速启动或停止燃烧反应。从减少废气排放的角度来说，机内处理技术的本质要求就是优化燃烧过程。随着我国自主研究水平的提高，某些技术已达国际前列水平，例如多气门技术、涡轮增压技术、egr技术、高压共轨技术等等。
4、稀燃nox捕集技术
稀燃nox捕集技术(lnt)是一种基于发动机周期性稀燃和富燃工作的nox净化技术，其关键部件是贵金属pt、rh催化剂和具有吸附nox能力的碱金属或碱土金属化合物构成的吸附剂。以baco3吸附剂的lnt为例，其原理是在稀燃（即正常运转）时，排气中的no通过催化剂被氧化成no2，而后通过吸附剂以硝酸钡的形式存储起来，当调整发动机工况达到富燃条件时，硝酸钡分解并释放出nox，nox通过催化剂被尾气中的hc，co等还原成n2。lnt的工作效率可高达90%以上，不需要额外的还原剂及存储装置。但由于lnt系统的吸附能力较低，限制了其在重型柴油机上的应用，对于小排量的轻型车及柴油轿车有较大的应用前景。利用废气较大的热容量来降低最高燃烧温度，并降低氧气浓度，从而达到降低no排放目的。
5、nox和pm的综合控制技术
柴油机后处理技术须同时降低nox和pm的排放，方法是将机内净化与后处理技术结合，如在机内控制pm排放而机外采用scr技术以降低nox排放或在机内控制nox而机外采用dpf技术降低pm排放。johnsonmatthey公司的rscrt技术就是连续再生式dpf(即crt技术)与scr的组合。而丰田公司的dpnr系统是将lnt与dpf捕集再生的净化原理集成起来近些年，低温等离子催化辅助技术作为一个新的领域备受关注。等离子体是指通过放电、加热、辐射等方法使气体电离而形成的包含电子、离子、原子、分子及自由基等粒子的导电性流体。此项技术主要是促进活性物种的生成、使得催化剂具有更高的活性和选择性，能够同时净化nox和pm。这一技术主要是在机内控制 nox 数值，然后在机外利用颗粒捕集器捕捉 pm，这种技术路线同样也是采取分步处理的方式以达到降低 nox 和 pm 值的目的。
6、废气再循环(egr)
废气再循环是将少量排气引入进气管，使之与进气混合，并根据发动机的不同工况，对再循环的废气量进行最佳的控制与调节。它能有效地降低柴油机nox的生成量。
在发动机燃烧后的废气中，水蒸气约占14％，co2约占11％，还有大量的n2。水蒸气和c02为三原子分子，它们都有较高的热容量。当这些不活泼的气体被吸入燃烧室后，燃烧状况就会发生改变。大量的n2和co2起到了稀释汽缸内反应气体的作用，从而减慢了燃烧反应速度，降低了最高燃烧温度。高热容量的水蒸气和co2气体温度上升需要吸收较多的热量，这就更为有效地降低汽缸内的燃烧温度，使nox的生成量减少。
废气再循环系统就是在进、排气管壁之间安装孔径大小经过计算和实验的喷嘴，将一定量的废气由排气管引入进气管，然后根据发动机工况及工作条件的变化自动调整参与再循环的废气量(egr率）。通常电磁阀受ecu控制，ecu根据转速、进气压力（或流量）和水温等信号，通过控制egr电磁阀的开度来改变参与再循环的废气量。
在增压柴油机中，再循环废气一般流到增压器后的进气管中，以免玷污增压器叶轮。这时，为防止增压压力大于排气压力时再循环废气的倒流，要在egr阀前加一个单向阀，以便利用排气脉冲进行egr。
试验证明，把再循环的废气加以冷却，采用所谓冷egr，可以提高降低nox排放的效果。另外，为防止柴油机采用egr后磨损加剧，应选用高质量润滑油和低硫柴油。
采用废气再循环系统虽能有效地降低柴油机nox的排放，但全负荷用egr会使发动机最大功率下降；中等负荷用较大的egr率会使燃油消耗率增加，hc排放上升；小负荷特别是怠速用egr会导致燃烧不稳定。因此，应用egr控制nox排放技术的关键是控制egr率，使之在不同工况下，得到各种性能的最佳折中，实现nox的控制目标。目前广泛采用电控系统控制egr阀，得到了比较满意的效果。
由于柴油机的排气中氧含量较高，所以柴油机允许并需要较大的egr率来降低nox的排放。直喷式柴油机的egr率可以超过40％，间喷式可达到25％。为了防止产生较多的微粒，一般在中、低负荷使用较大的egr率，在全负荷时不用，以保证性能。当转速提高时也降低egr率，以保证较多的新鲜空气充量。最佳egr脉谱用试验标定法制取。
三、柴油机排放处理技术方法研究
1、nox催化转化器
nox催化转化技术主要分为催化热分解和选择性催化还原两种，前者主要是利用一些特殊物质构成的催化剂降低分解反映的活化能，并将nox转化为氮气，整个反应过程实现了安全高效无毒;选择性催化还原反应则是在排放的废气中喷入饱和的hc和nox，最终生成氮气、二氧化碳和水等无毒物质。应用微粒捕集器柴油机微粒捕集器(dieselparticulatefilter，dpf)是针对柴油机微粒pm的一种高效后处理技术。pm经过装置后进行过滤，然后定时对过滤器内收集到的pm进行清除，实现dpf的连续使用，我们称之为再生。再生通常采用pm燃烧的方式来实现。pm是柴油燃烧之后的产物，所以只要提供足够的温度，pm是可以继续燃烧，最后变化为co2和h2o的。pm的起燃温度一般情况下，需在550℃以上，650℃以下，这就高于了正常排气温度。因此，使pm能够燃烧，被动再生和主动再生两种方法就研发出现。被动再生是通过加入催化剂，降低其反应活化能；主动再生是采用加热技术提高柴油机排气温度或过滤体的温度。微粒捕集器的捕集原理：过滤技术和非过滤技术，粒间的碰撞、拦截、扩散或重力沉降等原理吸附在捕集器单元中，这就是过滤技术。类似于静电除尘，将尾气中的颗粒在高压电晕放电场中荷电的等离子技术，这就是微粒捕集器原理。
2、加装氧化型催化转化器
为了有效净化废气中的可燃性气体以及sof，通常会在柴油机中加装氧化型催化转化器，这种催化器能够有效地减少hc、co以及pm等特殊物质含量，其中对hc的净化效果尤为显著，废气中的异味明显减少。然而，氧化催化器在使用过程中也存在着一些问题，对于含硫的物质，例如二氧化硫，会将其氧化成三氧化硫，进一步雾化反应或生成固态硫酸盐颗粒，某种程度上，又增加了pm。因此，这种技术一般适用于柴油机的废气排放处理，因为柴油燃料的含硫量较低。氧化型催化转化器在处理废气的过程中，对于外部环境要求较为严苛，需综合控制好各方面因素，才能达到最佳的净化处理效果。
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随着发电机组排放法规的日益严格，柴油机废气排放控制问题也越来越得到社会各界的广泛关注，本文主要介绍了柴油机在废气排放前后运用的国际主流处理技术，并结合国内外的技术路线，选择性地研究柴油机排放控制的问题，对比这些技术的优缺点进行比对，以此来分析柴油机排放控制技术在未来的发展趋势。
一、概述
在传统柴油发电机的技术相对完善的今天，人们发现与汽油机相比，柴油机有着更好的动力性和燃油经济性的特点，但柴油机的工作特性也决定其自身的缺点，其中微粒pm的排放尤为突出。燃烧时爆发压力高，是柴油机动力性好原因，但也同时导致了柴油机噪声较大，工作粗暴。hc、co和co2的排放浓度与汽油机相比是较低的，这是柴油完全燃烧后带来的优势；燃烧后nox的排放，柴油机与汽油机污染物比例基本相当。在排放控制中，汽油机一般处于理论空燃比周围且排气温度高，可以采用三元催化实现尾气控制，但并不适用柴油机。因此柴油机的排放问题中的关键就是如何降低nox和pm，但柴油机的nox和pm排放是一种矛盾的关系，此消彼长，排放控制工作的重点是进行nox与pm的折中。控制发电机组排放污染的途径一共有三种，分别是前处理净化，机内净化和后处理净化。其中，后处理净化技术就是使燃烧室排出的废气在排气系统中进行净化处理。
二、柴油机排放前处理技术
1、柴油机氧化催化剂技术
该装置主要与其他后处理装置配合使用，它可以将no转化为no2，可置于dpf之前用于dpf被动连续再生；置于scr之前用于调整no和no2比例（no=no2时，scr反应较快)；置于scr之后防止氨气泄漏；其氧化hc、co的作用可以对之后scr，lnt进行温度管理。虽然doc可以将hc、co氧化成co2和h2o，但却不能氧化pm中的干碳烟（soot）。因此，仅仅采用doc不能满足pm的排放法规，必须采用dpf。
2、柴油燃料的处理技术
预处理燃料，一般要先改善燃油的品质，具体可以从以下几点技术入手:提高燃料十六烷值;降低硫含量;降低柴油密度;减少燃油中的芳香烃成分;乳化燃料;掺烧消烟添加剂，上述原理基本都是以降低燃料中最有害的化学元素成分的排放为主。此外，还应该考虑使用清洁燃料代替，如乙醇、天然气、石油气等等。
3、机内处理技术
机内处理技术主要是针对经过预处理的燃料在燃烧过程中的优化问题，首先应保证燃料能够充分均匀混合，降低燃料不完全燃烧的比例，其次，还要使发动机在整个燃烧过程中，工作柔和，做到迅速启动或停止燃烧反应。从减少废气排放的角度来说，机内处理技术的本质要求就是优化燃烧过程。随着我国自主研究水平的提高，某些技术已达国际前列水平，例如多气门技术、涡轮增压技术、egr技术、高压共轨技术等等。
4、稀燃nox捕集技术
稀燃nox捕集技术(lnt)是一种基于发动机周期性稀燃和富燃工作的nox净化技术，其关键部件是贵金属pt、rh催化剂和具有吸附nox能力的碱金属或碱土金属化合物构成的吸附剂。以baco3吸附剂的lnt为例，其原理是在稀燃（即正常运转）时，排气中的no通过催化剂被氧化成no2，而后通过吸附剂以硝酸钡的形式存储起来，当调整发动机工况达到富燃条件时，硝酸钡分解并释放出nox，nox通过催化剂被尾气中的hc，co等还原成n2。lnt的工作效率可高达90%以上，不需要额外的还原剂及存储装置。但由于lnt系统的吸附能力较低，限制了其在重型柴油机上的应用，对于小排量的轻型车及柴油轿车有较大的应用前景。利用废气较大的热容量来降低最高燃烧温度，并降低氧气浓度，从而达到降低no排放目的。
5、nox和pm的综合控制技术
柴油机后处理技术须同时降低nox和pm的排放，方法是将机内净化与后处理技术结合，如在机内控制pm排放而机外采用scr技术以降低nox排放或在机内控制nox而机外采用dpf技术降低pm排放。johnsonmatthey公司的rscrt技术就是连续再生式dpf(即crt技术)与scr的组合。而丰田公司的dpnr系统是将lnt与dpf捕集再生的净化原理集成起来近些年，低温等离子催化辅助技术作为一个新的领域备受关注。等离子体是指通过放电、加热、辐射等方法使气体电离而形成的包含电子、离子、原子、分子及自由基等粒子的导电性流体。此项技术主要是促进活性物种的生成、使得催化剂具有更高的活性和选择性，能够同时净化nox和pm。这一技术主要是在机内控制 nox 数值，然后在机外利用颗粒捕集器捕捉 pm，这种技术路线同样也是采取分步处理的方式以达到降低 nox 和 pm 值的目的。
6、废气再循环(egr)
废气再循环是将少量排气引入进气管，使之与进气混合，并根据发动机的不同工况，对再循环的废气量进行最佳的控制与调节。它能有效地降低柴油机nox的生成量。
在发动机燃烧后的废气中，水蒸气约占14％，co2约占11％，还有大量的n2。水蒸气和c02为三原子分子，它们都有较高的热容量。当这些不活泼的气体被吸入燃烧室后，燃烧状况就会发生改变。大量的n2和co2起到了稀释汽缸内反应气体的作用，从而减慢了燃烧反应速度，降低了最高燃烧温度。高热容量的水蒸气和co2气体温度上升需要吸收较多的热量，这就更为有效地降低汽缸内的燃烧温度，使nox的生成量减少。
废气再循环系统就是在进、排气管壁之间安装孔径大小经过计算和实验的喷嘴，将一定量的废气由排气管引入进气管，然后根据发动机工况及工作条件的变化自动调整参与再循环的废气量(egr率）。通常电磁阀受ecu控制，ecu根据转速、进气压力（或流量）和水温等信号，通过控制egr电磁阀的开度来改变参与再循环的废气量。
在增压柴油机中，再循环废气一般流到增压器后的进气管中，以免玷污增压器叶轮。这时，为防止增压压力大于排气压力时再循环废气的倒流，要在egr阀前加一个单向阀，以便利用排气脉冲进行egr。
试验证明，把再循环的废气加以冷却，采用所谓冷egr，可以提高降低nox排放的效果。另外，为防止柴油机采用egr后磨损加剧，应选用高质量润滑油和低硫柴油。
采用废气再循环系统虽能有效地降低柴油机nox的排放，但全负荷用egr会使发动机最大功率下降；中等负荷用较大的egr率会使燃油消耗率增加，hc排放上升；小负荷特别是怠速用egr会导致燃烧不稳定。因此，应用egr控制nox排放技术的关键是控制egr率，使之在不同工况下，得到各种性能的最佳折中，实现nox的控制目标。目前广泛采用电控系统控制egr阀，得到了比较满意的效果。
由于柴油机的排气中氧含量较高，所以柴油机允许并需要较大的egr率来降低nox的排放。直喷式柴油机的egr率可以超过40％，间喷式可达到25％。为了防止产生较多的微粒，一般在中、低负荷使用较大的egr率，在全负荷时不用，以保证性能。当转速提高时也降低egr率，以保证较多的新鲜空气充量。最佳egr脉谱用试验标定法制取。
三、柴油机排放处理技术方法研究
1、nox催化转化器
nox催化转化技术主要分为催化热分解和选择性催化还原两种，前者主要是利用一些特殊物质构成的催化剂降低分解反映的活化能，并将nox转化为氮气，整个反应过程实现了安全高效无毒;选择性催化还原反应则是在排放的废气中喷入饱和的hc和nox，最终生成氮气、二氧化碳和水等无毒物质。应用微粒捕集器柴油机微粒捕集器(dieselparticulatefilter，dpf)是针对柴油机微粒pm的一种高效后处理技术。pm经过装置后进行过滤，然后定时对过滤器内收集到的pm进行清除，实现dpf的连续使用，我们称之为再生。再生通常采用pm燃烧的方式来实现。pm是柴油燃烧之后的产物，所以只要提供足够的温度，pm是可以继续燃烧，最后变化为co2和h2o的。pm的起燃温度一般情况下，需在550℃以上，650℃以下，这就高于了正常排气温度。因此，使pm能够燃烧，被动再生和主动再生两种方法就研发出现。被动再生是通过加入催化剂，降低其反应活化能；主动再生是采用加热技术提高柴油机排气温度或过滤体的温度。微粒捕集器的捕集原理：过滤技术和非过滤技术，粒间的碰撞、拦截、扩散或重力沉降等原理吸附在捕集器单元中，这就是过滤技术。类似于静电除尘，将尾气中的颗粒在高压电晕放电场中荷电的等离子技术，这就是微粒捕集器原理。
2、加装氧化型催化转化器
为了有效净化废气中的可燃性气体以及sof，通常会在柴油机中加装氧化型催化转化器，这种催化器能够有效地减少hc、co以及pm等特殊物质含量，其中对hc的净化效果尤为显著，废气中的异味明显减少。然而，氧化催化器在使用过程中也存在着一些问题，对于含硫的物质，例如二氧化硫，会将其氧化成三氧化硫，进一步雾化反应或生成固态硫酸盐颗粒，某种程度上，又增加了pm。因此，这种技术一般适用于柴油机的废气排放处理，因为柴油燃料的含硫量较低。氧化型催化转化器在处理废气的过程中，对于外部环境要求较为严苛，需综合控制好各方面因素，才能达到最佳的净化处理效果。
柴油发电机组ATS自动转换柜的自动及手动操作方法
700KW康明斯柴油发电机组冷却水温度为什么不能超过95℃
柴油发电机如何给UPS充电及匹配方案
分辨真假上柴股份柴油发电机组3个简单小技巧
单缸柴油发电机的购买需要注意什么？
移动拖车静音柴油发电机组型号规格主要参数及价格
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