【摘要】：柴油機顆粒物捕集器(Diesel particulate filter,DPF)可以實現(xiàn)顆粒物(Particulate matter,PM)的高效捕集,該技術(shù)的關(guān)鍵是定期再生以及清除其中的灰分。本文基于低溫等離子體(Non-thermal plasma,NTP)再生DPF技術(shù),設(shè)計并完成了殘余灰分累積試驗方案,開展了殘余灰分對DPF捕集及再生的影響研究,并利用反吹法提取DPF中的殘余灰分,表征了不同工況下再生所得灰分的理化性質(zhì)。主要研究內(nèi)容如下:(1)利用加載了不同初始含量灰分的DPF進行PM捕集、NTP再生DPF試驗,分析了灰分對PM捕集過程中DPF背壓、PM捕集率以及NTP再生DPF過程中再生時間、測點峰值溫度、碳去除量的影響。研究結(jié)果表明,灰分顯著提高了DPF對小粒徑顆粒物的捕集率,但灰分也會引起DPF背壓增大。NTP再生DPF基本是由DPF前端向DPF后端逐漸推進的,NTP利用率較高。DPF內(nèi)部灰分含量的升高會使得再生時間變長,測溫點的峰值溫度升高,再生去除碳量也明顯增加。因此,在實際應(yīng)用中,應(yīng)將DPF中的灰分含量控制在合理范圍內(nèi),以提高PM捕集率,并預(yù)防因灰分含量過多使得DPF背壓過高或再生時間過長。(2)為探究不同工況下NTP再生所得灰分的元素組成、化學(xué)異相性、有序化程度、無定形碳含量,對殘余灰分進行了X射線能譜檢測及激光拉曼光譜檢測。研究結(jié)果表明,NTP完全再生DPF后所得的殘余灰分呈現(xiàn)灰褐色,低負荷所得灰分主要呈現(xiàn)粉末狀,高負荷所得灰分主要呈現(xiàn)條狀,負荷增大到100%時,出現(xiàn)了較多長達6 mm~10 mm的條狀灰分。殘余灰分組成元素除了C、O、S之外,還含有較多的Na、Ca等金屬元素。灰分樣品的I_(D1)/I_G值介于1.5~1.8之間,I_(D3)/I_G值介于0.4~0.7之間。隨著負荷的增大,I_(D1)/I_G值減小,表明大負荷工況下經(jīng)NTP再生所得的灰分的結(jié)構(gòu)更加有序;灰分I_(D3)/I_G值隨柴油機負荷的增大也呈降低趨勢,表明大負荷下再生所得灰分中的無定形碳含量有所降低,碳團簇程度降低。負荷增大后灰分樣品D1峰的半峰高寬逐漸升高,而G峰的半峰高寬先升高后降低,總體而言灰分的化學(xué)異相性增強,結(jié)構(gòu)更加多樣化。(3)為深入研究灰分的理化性質(zhì),對灰分進行了傅里葉紅外光譜(Fourier transform infrared spectrometer,FTIR)及X射線光電子能譜(X-ray photoelectron spectrometer,XPS)表征,分析灰分所含表面官能團以及灰分各組成元素的賦存形式和賦存比例。灰分FTIR譜圖顯示,NTP再生所得灰分主要含有羥基、烷基以及C-O、C=O等有機官能團。灰分XPS寬掃描結(jié)果顯示,C、O元素總摩爾含量約80%,C、O元素摩爾含量比范圍為0.657~0.839;Ca、Na等金屬元素總摩爾百分含量達13.96%~14.67%;S元素摩爾百分含量為2.98%~3.67%。C元素以C-C、C-OH及O-C=O官能團的形式賦存,賦存比例分別為49.6%~51.5%、13.9%~15.9%、33.8%~36.1%。S元素賦存形式有兩種,分別為SO_4~(2-)和SO_3~(2-),其中以SO_4~(2-)形式賦存的比例約40%,以SO_3~(2-)形式賦存的比例約60%。75%負荷下再生所得灰分中S元素的摩爾百分含量最高,表明75%負荷下再生所得灰分中無機鹽含量較高。O元素摩爾百分含量為43.64%~48.11%,其中有機氧的摩爾百分含量為25.79%~30.81%,其余以無機氧賦存。除了SO_4~(2-)和SO_3~(2-),還有一部分無機氧以金屬氧化物的形式賦存于灰分中。
【圖文】：

圖 1.1 顆粒物組分Fig.1.1 PM components機排放法規(guī)主要分為美國、日本、歐洲三大體系汽車排放法規(guī)，該法規(guī)自 1961 正式執(zhí)行。作第一階段（Tire 1）排放法規(guī)于 1991 年頒布，的輕型車第三階段（Tire 3）排放法規(guī)頒布于 21993 年開始限制柴油車的 PM 排放，規(guī)定了柴km，而最大值不能超過 0.34 g/km，之后日本又開始頒布排放法規(guī)，目前，歐洲排放法規(guī)已經(jīng)布了第一批排放標準，該標準主要針對汽油機01 年，我國頒布了《輕型汽車污染物排放限值放法規(guī)的基礎(chǔ)之上、結(jié)合我國汽車排放控制技術(shù)

或沿折皺通道前行，或穿過過濾層，當(dāng)排氣穿過過濾層時，其中的顆粒會]。POC 可在不出現(xiàn)堵塞的狀態(tài)下達到部分凈化顆粒物的目標。除了 PM，NOX是柴油機排放控制的另一重點。PM 是燃料高溫缺氧燃燒的產(chǎn)物是在高溫富氧環(huán)境下生成的，，從生成條件看，二者存在 此消彼長 的關(guān)系。因用機內(nèi)凈化技術(shù)無法將 PM 和 NOX排放同時控制在法規(guī)限值內(nèi)，還須采用高效的技術(shù)[24, 28, 32]。圖 1.2 為兩種主流的控制柴油機排放的技術(shù)路線，一種是廢氣再haust gas recirculation，EGR）技術(shù)+DPF，另一種是優(yōu)化燃燒+選擇性催化還原（Seytic reduction，SCR）技術(shù)。第一種排放控制路線先利用 EGR 技術(shù)將 NOX排放降規(guī)定的限值內(nèi)，但是由于 EGR 技術(shù)的引入會降低缸內(nèi)循環(huán)的氧含量，引起 PM 的高，因此還需要加裝 DPF 完成 PM 的高效捕集。第二種排放控制路線先優(yōu)化缸內(nèi)M 排放降低至法規(guī)規(guī)定的限值內(nèi)，同樣，這也導(dǎo)致 NOX排放量較高，隨后通過降低 NOX排放。SCR 技術(shù)的原理是以氨等還原劑將排氣中的 NOX選擇性地還原成 N2和 H2O。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TK421.5

【參考文獻】

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本文編號：2607097