基于INTP技术处理柴油机有害排放及PM粒径分析

摘要

柴油机微粒和NOx排放较高的问题是制约柴油机进一步发展的瓶颈。近年来，低温等离子体（NTP）技术凭借高效、无二次污染、对油品依赖性不强等优点被应用于柴油机后处理领域。本文对低温等离子体发生器进行了改进设计，并搭建了INTP系统在线处理柴油机NOx和微粒排放以及再生微粒捕集器（DPF）的试验台架。主要的研究工作如下：
　　（1）采用粒径分析仪（EEPS）对不同工况下的柴油机微粒排放进行了测量。分别在柴油机定转速变负荷和定负荷变转速的试验工况下，以柴油机微粒排放的总数浓度和总质量浓度、粒径分布、各模态占比及几何平均粒径为指标，对比分析了柴油机负荷和转速变化对柴油机微粒排放的影响规律。研究表明，柴油机在高速大负荷工况时，微粒排放的总数浓度和总质量浓度相对较高，而在低速小负荷工况时相对较低；工况变化对微粒的粒径分布形态影响较小，均呈单峰分布；微粒数浓度的几何平均粒径明显小于质量浓度的几何平均粒径，微粒质量浓度的粒径分布明显滞后于数浓度的粒径分布。
　　（2）对改进的NTP发生器进行了性能优化。以放电频率、放电电压和放电区域长度作为发生器的工作参数，以发生器的O3浓度、O3产率以及放电功率作为发生器性能的评价指标。在不同的气源流量下，改变发生器的3个工作参数的任意一个，同时保证其它2个工作参数不变，探究该工作参数对发生器性能的影响，并对比分析了气源流量对发生器性能的影响。研究表明，放电频率、放电电压、放电区域长度对发生器的O3浓度、O3产率及放电功率影响较大；气源流量对发生器的O3浓度、O3产率影响较大，但对放电功率影响较小。提高发生器的O3浓度和O3产率与降低NTP发生器放电功率之间存在着矛盾。在获得较高O3浓度和O3产率的同时，应尽可能降低发生器的功率，以提高发生器的经济性。
　　（3）利用优化后的NTP发生器，搭建了INTP系统，并利用INTP系统对加装DPF的柴油机进行了试验研究。采用EEPS对NTP通入前后DPF上下游的微粒排放进行了测量，对比分析了NTP对DPF上下游微粒排放的总数浓度、粒径分布、各模态占比及几何平均粒径的影响规律；采用烟气分析仪对DPF下游的NOx排放进行了测量，对比分析了NTP对DPF下游NOx排放的影响规律；利用采样泵对NTP通入前后的微粒进行了采样，并进行了热重分析，对比分析了NTP对微粒组分的影响规律。研究表明，NTP通入后，柴油机在2400 r/min和30%负荷的工况下，DPF下游的微粒数浓度和NOx体积分数相较于原机分别减小了98%和57%；DPF排气背压的上升速率明显降低，DPF的再生周期延长。NTP通入后，微粒组分与原机相比发生了明显的变化，挥发性物质减少了16.05%，固体碳增加了7.29%。

目录

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 柴油机NOx排放的生成机理及危害

1.3 柴油机微粒排放的生成机理及危害

1.4 柴油机排放法规

1.5 柴油机后处理技术

1.6 低温等离子体技术在柴油机后处理领域的应用

1.7 本文主要研究内容

第二章 柴油机微粒排放的粒径分析试验

2.1 试验系统及方案设计

2.2 EEPS的工作原理

2.3 试验结果及分析

2.4 本章小结

第三章 NTP发生器的改进设计及性能优化试验

3.1 NTP发生器的改进设计

3.2 氧气型NTP系统的化学反应模型

3.3 NTP发生器性能优化的试验方案设计

3.4 试验结果及分析

3.5 本章小结

第四章INTP处理柴油机微粒及NOx排放试验

4.1 试验系统及方案设计

4.2 INTP分解PM和转化NOx的反应机理

4.3试验结果及分析

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

参考文献

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