本文關鍵詞：渦輪增壓天然氣發(fā)動機燃燒與排放控制的試驗研究

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【摘要】：頁巖氣開發(fā)熱潮帶來新一輪的能源革命,天然氣發(fā)動機也不斷受到人們的研究與關注。由于其自身燃料特性,天然氣發(fā)動機也存在熱效率偏低、NOx排放較高等問題。因此針對天然氣發(fā)動機燃燒與排放性能的優(yōu)化研究具有重要的現(xiàn)實意義。本文在一臺四缸增壓天然氣發(fā)動機上對稀燃式天然氣發(fā)動機燃燒與排放控制進行了試驗研究。首先探究了天然氣發(fā)動機的當量比對其燃燒與排放的影響,通過降低天然氣發(fā)動機的當量比以優(yōu)化天然氣發(fā)動機的排放及經(jīng)濟性能;進而在稀薄燃燒的基礎上采用了廢氣再循環(huán)技術(EGR)進一步降低天然氣發(fā)動機的NOx排放,并詳細研究了EGR主要組分(CO2、N2)對天然氣發(fā)動機性能的影響;隨后又采取進氣歧管多點電控噴射氫氣改善廢氣再循環(huán)天然氣發(fā)動機燃燒與排放性能,同時結合氧化后處理優(yōu)化天然氣發(fā)動機排放性能。進而,形成了稀薄燃燒、廢氣再循環(huán)(EGR)、進氣歧管多點電控噴射氫氣和氧化后處理協(xié)同優(yōu)化天然氣發(fā)動機燃燒與排放性能的控制策略。對天然氣發(fā)動機當量比的研究表明:采用稀薄燃燒模式,使天然氣發(fā)動機缸內(nèi)最大壓力、最大燃燒溫度、最大放熱率降低,滯燃期及燃燒持續(xù)期變長,發(fā)動機的熱效率有所提高且NOx排放大幅降低,但CO和HC排放升高。同時研究發(fā)現(xiàn),天然氣發(fā)動機的顆粒排放較低,顆粒物數(shù)濃度和背景空氣的顆粒物數(shù)濃度在同一個數(shù)量級。針對稀薄燃燒控制NOx排放的潛力有限,本文配合廢氣再循環(huán)(EGR)優(yōu)化天然氣發(fā)動機的NOx排放,研究表明:少量EGR可以在保持熱效率基本不變的同時降低NOX排放和CO排放,但HC排放有所增加、循環(huán)變動變大;加入大量EGR時,NOX排放大幅降低,但熱效率降低、HC排放及循環(huán)變動大幅升高。進而研究了EGR中的主要組分(CO2和N2)對天然氣發(fā)動機燃燒排放的影響規(guī)律,并與惰性稀釋氣體(Ar)的影響進行對比。研究發(fā)現(xiàn),CO2對發(fā)動機燃燒與排放性能的影響最為明顯,N2次之,Ar最弱。隨著進氣氧濃度的降低,CO2、N2及Ar都使NOX排放大幅降低、HC排放不斷升高,而CO排放呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢。CO2和N2使發(fā)動機熱效率顯著降低,而Ar在降低NOX排放的同時能維持熱效率基本不變,其熱效率隨著進氣氧濃度的降低呈先輕微上升后緩慢下降的趨勢。進一步采用進氣歧管多點電控噴射氫氣的策略改善EGR天然氣發(fā)動機的燃燒穩(wěn)定性和HC排放問題。研究表明:進氣歧管氫氣噴射可以改善廢氣再循環(huán)天然氣發(fā)動機的燃燒特性,發(fā)動機的最大壓力、最高燃燒溫度、最大壓力升高率、放熱率最大值以及熱效率升高,滯燃期及燃燒持續(xù)期縮短,循環(huán)變動減弱,HC排放降低,CO基本保持不變,但NOx排放略有升高。并通過氧化后處理裝置控制CO排放和部分非甲烷HC排放。
【關鍵詞】：天然氣發(fā)動機 當量比 EGR 多點噴射氫氣 氧化后處理
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK437
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 引言11-12
• 1.1.1 能源安全11-12
• 1.1.2 環(huán)境污染12
• 1.2 天然氣發(fā)動機研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 當量比對天然氣發(fā)動機的影響13-14
• 1.2.2 廢氣再循環(huán)對天然氣發(fā)動機的影響14-16
• 1.2.3 天然氣摻氫配合EGR研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 本文研究目的及主要內(nèi)容17-19
• 第二章 發(fā)動機試驗系統(tǒng)與測試系統(tǒng)19-27
• 2.1 試驗臺架系統(tǒng)19-24
• 2.1.1 試驗設備20
• 2.1.2 發(fā)動機20-21
• 2.1.3 顆粒采集系統(tǒng)21-22
• 2.1.4 EGR系統(tǒng)22
• 2.1.5 氫氣電控噴射系統(tǒng)22-23
• 2.1.6 天然氣電控系統(tǒng)23-24
• 2.2 發(fā)動機性能監(jiān)控系統(tǒng)24-25
• 2.3 試驗方案25-27
• 2.3.1 試驗所用燃料特性25-26
• 2.3.2 比氣耗計算26-27
• 第三章 當量比對天然氣發(fā)動機燃燒與排放性能的影響27-39
• 3.1 當量比對天然氣發(fā)動機燃燒性能的影響27-33
• 3.1.1 當量比對缸內(nèi)燃燒壓力的影響28
• 3.1.2 當量比對放熱率的影響28-29
• 3.1.3 當量比對著火延遲及燃燒持續(xù)期的影響29-30
• 3.1.4 當量比對燃燒溫度的影響30-32
• 3.1.5 當量比對天然氣發(fā)動機經(jīng)濟性的影響32-33
• 3.2 當量比對天然氣發(fā)動機排放性能的影響33-36
• 3.2.1 當量比對排氣溫度的影響33
• 3.2.2 當量比對NO_X排放的影響33-34
• 3.2.3 當量比對HC排放的影響34-35
• 3.2.4 當量比對CO排放的影響35-36
• 3.3 天然氣發(fā)動機的顆粒排放36-37
• 3.4 本章小結37-39
• 第四章 EGR對天然氣發(fā)動機燃燒與排放性能的影響39-82
• 4.1 EGR對天然氣發(fā)動機燃燒與排放性能的影響39-54
• 4.1.1 EGR對天然氣發(fā)動機燃燒性能的影響40-46
• 4.1.2 EGR對天然氣發(fā)動機燃燒穩(wěn)定性的影響46-50
• 4.1.3 EGR對天然氣排放性能的影響50-54
• 4.2 EGR組分對天然氣發(fā)動機燃燒與排放的影響規(guī)律54-80
• 4.2.1 CO_2對天然氣發(fā)動機燃燒與排放性能的影響54-63
• 4.2.2 N_2對天然氣發(fā)動機燃燒與排放性能的影響63-72
• 4.2.3 CO_2、N_2和Ar的對天然氣發(fā)動機性能的影響的對比72-80
• 4.3 本章小結80-82
• 第五章 進氣歧管多點電控噴射氫氣改善廢氣再循環(huán)天然氣發(fā)動機性能82-98
• 5.1 進氣歧管噴射氫氣對EGR天然氣發(fā)動機燃燒性能的影響82-91
• 5.1.1 燃燒與經(jīng)濟性分析82-87
• 5.1.2 燃燒穩(wěn)定性87-91
• 5.2 進氣歧管噴射氫氣對EGR天然氣發(fā)動機排放性能的影響91-93
• 5.3 氧化后處理對排放特性的影響93-95
• 5.4 協(xié)同優(yōu)化天然氣發(fā)動機燃燒與排放性能的控制策略95-97
• 5.5 本章小結97-98
• 第六章 總結與展望98-100
• 6.1 本文總結98-99
• 6.2 展望99-100
• 參考文獻100-104
• 致謝104-105
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文105-107

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