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时间:2018-09-14
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1、工程机械柴油机尾气控制技术现状与展望 柴油机具有高热效率、大功率等特点,有着良好的经济性和可靠性,在工程机械领域得到了广泛的应用,如压路机、装载机、挖掘机、推土机等都是以柴油机作为动力。虽然柴油机具有许多优点,但是其所排放的尾气中有害成分较多,主要有HC、CO、SO、NO和PM(微粒)。尤其是在施工现场,由于工程机械和运输车辆来往比较频繁,加之通风条件的限制,这些工程机械排放的有害气体严重超标且会弥漫于整个上作面,极大地危害了施工人员的身体健康和施工的正常进行,因此,对柴油机排放的尾气进行控制和净化具有十分重要的意义。1燃料方面的控制措施1.1代用燃料采
2、用代用燃料将是控制柴油机和汽油机排放的重要方法之一,并且由于化石燃料有限,寻找代用燃料更成为当前内燃机研究的热门话题。目前,代用燃料主要有天然气、压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)、氢气、甲醇、乙醇、二甲醚(DEM),碳酸二甲酯(DMC)及生物柴油等,其中甲醇、天然气、液化石油气被认为是最有前途的清洁能源的代用燃料。其中CNG,LPG,甲醇一汽油汽车在我国得到了政府的大力支持并得到迅速发展。甲醇可从天然气、煤及生物质等原料中提取;乙醇主要是含糖和淀粉的农作物发酵后制得。利用醇类燃料发动机的动力性和经济性可接近或超过柴油机和汽油
3、机,排气的有害成分少,是一种很有发展前景的燃料。但是,甲醇和乙醇燃烧时会放出甲醛和乙醛等有害成分,因而在使用上受到限制。二甲醚(DEM)是近年来倍受关注的柴油机代用燃料,它可从煤、天然气和生物物质废料中制得。DEM的自燃性很好,可作为单燃料直接代替柴油;能够实现发动机高效、柔和压缩燃烧,具有与柴油机相同或略高的动力性和经济性能;最突出的优点是DEM能够彻底消除排烟和实现超低排放,NOx排放比柴油机低30%以上,若同时采用废气再循环时,可将NO排放进一步降低到一般柴油机的50%达到PM和NO的同时降低。碳酸二甲酯(DMC)中含有53.3%的氧,燃烧所产生的碳
4、烟和颗粒比纯柴油低;据报道,保加利亚生物燃料和再生能源协会通过加工使用过的食用油,来生产生物柴油,年产量可达300吨。它实际上是甲基酯菜籽油或甲基酯植物油,生产原料为向日葵、大豆等等。市场售价每升为0.5美元的这种生物柴油,可以替代柴油,也可与柴油混合使用。而且,它完全由可再生原料提炼而成,在燃烧过程中产生的二氧化碳量大大低于普通柴油,对环境的污染比普通柴油小得多。目前,已有美国、德国、巴西、阿根廷等投入生产。另外也有一种生物柴油,是以废餐饮油等为原料制成的液体燃料。其基本制作过程为:垃圾油加入反应罐后,通过一种微酸性催化剂技术,使得其醇解和酯化可同时进行
5、,反应速度也明显加快。另外,通过一种金属盐处理剂,解决了利用废旧动植物油脂生产柴油残留酸值高的关键问题。这两项关键技术都降低了生物柴油的生产成本,使得生物柴油从实验室走进了生产车间。1.2燃油的改性1.2.1提高十六烷值。柴油的十六烷值越高,着火延迟期越短,点火质量越好;各种污染物的排放一般随柴油十六烷的增加而下降,十六烷值不足,着火延迟期缩短,点火质量差,预混合燃烧量过多,运转粗暴,噪声加大,黑烟和NO排放增加。增加柴油的十六烷值,能有效地降低发动机尾气颗粒PM、CO和NO的排放。(十六烷值不能太高,太高,柴油燃烧时易裂解)1.2.2降低芳香烃在燃油中的
6、含量。芳香烃的密度比较大,着火性比较差,燃烧过程中会产生更多的碳黑,使尾气中的CO,HC,NO以及PM都有所增加。因此,降低芳香烃的含量可以有效地控制有害污染物的排放。1.2.3降低燃油中的含S量。在燃烧过程中柴油中的S有1%~3%转化为硫酸盐排出;其余的主要转化为SO,VanBeckhoven研究发现:在直喷柴油机中,燃油中S份从0.30降低0.05wt%,微粒排放量将降低10%~30%。Bartlett报道说在所有轻型柴油机中,燃油中硫份从0.30降低0.05wt%,微粒排放量将降低大约7%。1.2.4降低密度。柴油密度、粘度是柴油重要的理化指标,它们
7、将影响柴油的喷雾质量,进而影响柴油机的排放情况。降低柴油的密度,可使HC和排放中的颗粒物减少。燃料密度从840kg/m3减少到800kg/m3,微粒排放物将减少13%。1.2.5利用燃油添加剂。经常使用的有十六烷值改进添加剂、消除积炭添加剂和消烟剂等,但是这些添加剂使用后的作用并不理想,有的还有负面影响。比如应用较多的消烟添加剂,将金属钡、镁、锌等可溶性碱化盐或中性盐作为消烟添加剂,加入少量后可显著降低柴油机的排气烟度,但微粒的排放量反而增加,且这些金属对人体有害,现在已不推荐使用。通过以上分析可以看出,柴油机燃料方面的控制措施主要有以下几种:采用代用燃料
8、;提高燃料的十六烷值;选择适当的柴油粘度,降低柴油的表面张力;降低
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