柴油机DPF微粒捕集器再生.docx

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1、柴油机微粒捕集器再生技术研究由于柴油机具有低油耗、高热效率和低排放等特点，又具有良好的经济性、动力性和可靠性，因而被广泛地用作汽车和工程机械的动力。但其尾气中含有大量的微粒（PM），约为汽油机的30～80倍，成为城市中的一个重要污染源。柴油机排气微粒由不可溶炭粒（IDF）、未燃液体碳氢化合物（SOF）和硫酸盐组成，微粒粒径小，主要为0.01～2μm，质量轻，能长时间悬浮在大气中，容易被人体吸入并沉积在肺泡中，对人体健康造成极大的危害。日益严格的汽车排放法规的实施迫使人们寻求解决汽车排气污染的有效途径和技术。自20世纪70

2、年代以来，人们对柴油机排气微粒后处理技术进行了广泛而深入地研究。微粒捕集技术是目前公认的最为有效的微粒净化技术，也是目前商用前景最好的技术之一。微粒捕集器（DPF）安装在柴油机排气管上，过滤技术的机理主要有：排气通过时微粒经过扩散、截流、惯性碰撞和重力沉降等原理被过滤体捕集。捕集效率主要受到微粒粒径、过滤体微孔孔径、排气流速及气流温度等因素影响。随着工作时间的增长，过滤体内堆积的微粒增多，发动机的背压将上升，影响柴油机的正常工作，须用燃烧等方法将这些微粒除去，即过滤体的再生。DPF的关键技术是过滤材料及其再生的选择和研究

3、。一、过滤材料过滤材料的结构与性能对整个微粒捕集系统的性能（如压力降、过滤效率、强度、传热和传质特性等）有很大的影响。DPF对过滤材料的要求是：高的微粒过滤效率，低的排气阻力，高的机械强度和抗震动性能，并且还须具备抗高温氧化性的耐热冲击性与耐腐蚀性。其中高的过滤效率与低的排气阻力是相互矛盾的，选择材料时要综合考虑这两方面的性能。国外在过滤材料上的研究已经取得较大的突破，出现了一些商品化的产品。目前国内外研究和应用的过滤材料有陶瓷基、金属基和复合基三大类。（一）陶瓷基过滤材料目前研究和应用最多的是陶瓷基过滤材料，它们通常由

4、氧化物或碳化物组成，具有多孔结构，在700℃以上能保持热稳定，比表面积大于1m2/g，主要结构包括蜂窝陶瓷、泡沫陶瓷及陶瓷纤维毡。蜂窝陶瓷常用热膨胀系数低、造价低廉的堇青石制成，这种材料开发最早，使用最广，有壁流式、泡沫式等多种结构。目前在DPF过滤体上研究和使用较多的是壁流式蜂窝陶瓷。它具有多孔结构，相邻两个通道中，一个通道进口被堵住，而另一通道的出口被堵住，为保证其机械强度和耐热强度，孔道密度一般约为16孔/cm2时，孔道截面为2mm×2mm左右，壁厚为0.4mm左右，见图1，这种结构迫使排气由入口敞开的通道进入，穿

5、过多孔的陶瓷壁面进入相邻的出口敞开通道，而微粒就被过滤在通道壁面上，这种DPF对微粒的过滤效率可达90%以上。可溶性有机成分SOF也能被部分捕集，近年来在制造技术上取得明显的突破，蜂窝陶瓷壁厚减薄，开口横截面积增大，从而降低了背压损失，扩大了使用范围。目前应用最广的美国Corning公司和日本NGK公司生产的DPF采用的就是壁流式蜂窝陶瓷。但这种滤芯受温度影响较大，排气温度较低时沉积在壁面的HC成分将在排温升高时重新挥发出来，并排向大气；发动机工作的热循环引起过滤体尺寸的交替振动，会导致过滤材料的持续退化；若采用热再生，

6、导热系数小的堇青石容易受热不均而局部烧融或破裂。a陶瓷蜂窝载体b陶瓷纤维编织网c金属纤维编织网图1微粒捕集器过滤村料泡沫陶瓷是将浸渍堇青石陶瓷浆体的聚氨酯泡沫塑料半成品经过高温锻烧，塑料气化逸出得到的陶瓷骨架。与蜂窝陶瓷相比，泡沫陶瓷可塑性大大增强，孔隙率大（80%～90%）且孔洞曲折，材料的热膨胀系数各向同性，具有更好的热稳定性，近年被用作柴油机排气微粒的过滤材料，但捕集效率较低（50%左右），烟灰吹除困难。陶瓷纤维材料不受固定尺寸的限制，过滤体的孔形状和孔分布有广泛的选择余地，通过改变各种设计参数可使应用达到优化。陶

7、瓷纤维毡具有高度表面积化的特点，过滤体内纤维表面全是有效过滤面积，过滤效率可高达95%。但陶瓷纤维是一种脆性的耐高温材料，生产工艺较复杂且易损坏。（二）金属基过滤材料金属在材料的强度、韧性和导热性等方面有陶瓷无法比拟的优势。目前研究较多的是泡沫合金和金属纤维毡。泡沫合金是一种具有三维网络骨架的材料，日本住友电工公司曾采用泡沫镍作为过滤材料，但镍的抗蚀性差，为改善其在高温环境和含硫气氛中的抗蚀性，采用耐热耐蚀的镍铬铝和铁铬铝高温合金，合金表面是结构牢固的。例如α-Al2O3，可在800℃的高温下静置200h基本不受侵蚀。这

8、种泡沫合金具有高的热导率，可兼作热再生装置的辐射加热器，热度分布均匀，再生时过滤体不会开裂与熔化。泡沫合金的主要优点包括：具有大孔径和薄骨架结构，泡沫合金表面容易被熔融铝液浸透并覆盖，退火处理后得到保护层；由于合金骨架的机械强度高，可大大改善过滤材料的耐振性能；应用粉末冶金技术制造泡沫合金，可以降低生产成本。金属纤维