20070403260_张海涛_柴油机尾气净化装置DPF再生系统的开发研究.docVIP

1 前言 1.1 柴油机排放及其危害 1.1.1 柴油机排气微粒及其危害 柴油机排出的微粒的结构很复杂，一般认为这些微粒由三种成分组成：未燃烧的HC、固态的颗粒聚集物以及一些无机盐类，其中无机盐类主要指硫燃烧产生的硫化物。这些颗粒对环境以及人体健康危害很大。研究表明，柴油机微粒的产生与柴油的优劣以及使用方法有关。 颗粒的大小、形状及浓度对人体危害情况也是不同的，美国一些科研机构的研究表明，哮喘病、心肺疾病的发病率都与大气中微粒的浓度有直接的关系。并且，大部分的柴油机排放微粒都能致癌[1]。 环保方面，大气中的颗粒物对环境以及能见度的危害也一直困扰着环保部门。而柴油机所排放的PM是能见度降低的罪魁祸首，这是由于PM会散射照射到地球上的太阳光。有研究人员发现，数量较少的PM就能使某地区的能见度严重降低。 1.1.2 NOx的危害 氮氧化物的种类很多，柴油机尾气中一般以几种氧化物共同存在，但主要为NO和二氧化氮NOx的一大功臣 NOx对人体健康危害严重，NO与血红蛋白结合的程度是CO的一百倍。人体吸入氮氧化物后，会感到眼以及呼吸道系统刺痛，严重时甚至危害神经系统，危机生命。 除此之外，氮氧化物还能与大气成分产生各种化学反应，产生的光化学烟雾能造成橡胶老化、燃料褪色等，同时严重危害人体健康。还有，NOx也是形成酸雨的罪魁祸首之一。酸雨严重时会改变季节变化和昼夜变化，如著名的伦敦烟雾事件；酸雨还能严重削弱太阳光中紫外线成分，降低空气透明度，增加人类及其他动物皮肤病的发病概率;还有，酸雨还能使土壤酸碱度变化，导致土壤酸化，影响动植物正常发育，使农作物减产[2]。 另外，NOx也是主要的温室气体之一。 1.1.3 柴油机排放标准 柴油机始于1892年，到现在已有百年历史。从80年代以来，柴油机在我国也有了长足的发展。随着柴油机使用的增多以及对其排放物的危害认识加深，柴油机排放标准也逐渐被严格控制。美国是这一方面一直走在前列的国家，日本欧洲紧随其后也相继制定了自己的法律法规。目前国际上主要为美国、日本及欧洲三大体系，其中欧洲标准使用最为广泛。随着时代和科技的发展，为了进一步降低柴油机尾气的排放，此次推出的“欧III”标准较之前的“欧II”要求更加严格[3]。 年份 HC CO NOx PM NMHC 1990 1.3 15.5 6.0 0.6 1991 1.3 15.5 5.0 0.25 1994 1.3 15.5 5.0 0.1 2004 1.3 15.5 4.0 0.1 0.50 2007 1.3 15.5 2.0 0.1 0.24 表1 美国环境保护署（EPA）对重型柴油机排放的限制 单位:g/(hp·h） 在国内，我国主要以欧洲标准为蓝本制定相应的法律法规，但由于目前我国柴油机的品质与国外还有差距，所以国家标准也较三大法规体系相对宽松。 目前，我国为满足欧洲标准，一些柴油机厂纷纷改进柴油机结构。其主要措施有： 在原有柴油机供油系统的基础上大幅度提高喷油压力和喷油速率。 为降低柴油机尾气中有害物质排放，严格控制雾化和燃烧，具体措施是将喷油器改为P型（比普通的喷孔多）。 在高速柴油机中安装带放气阀的废气涡轮增压器，以提高压气机的效率和增加高效区的范围。 有条件的柴油机安装催化转化器，将废气燃烧掉，降低排放。 部分柴油机采用EGR（Exhaust Gas Recirculation）技术，降低NOx排放[4]。 这些措施在国内的有效实施很好的降低了我国柴油机尾气的排放量，柴油机净化问题也有很大改善。但由于燃烧温度及燃油标准等的问题，国内仍有很多问题有待解决。同时，很多机械厂只是在老机型的基础上进行的改进和安装，并没有新机型的设计，因此并没有从根本上改变柴油机尾气排放的源头问题。因为对于此次新推出的欧III标准要求更为严格，所以如何退出有效的应对措施，从根本上解决适合我国国内柴油机尾气排放的难题，已经是迫在眉睫。 1.2 DPF的研究背景 与汽油车相比, 柴油车具有动力性好, 燃油经济性高等各种优点，但是同时柴油车产生的颗粒物( PM )排放远远高于汽油车,其中的细小微粒对人体健康以及自然环境都有严重地危害。因此如何快速有效地减少柴油车有害物质的排放是未来柴油机车发展过程中亟待解决的问题。 柴油机排放的混合气组成和所选用的扩散燃烧方式决定了柴油机不可避免地产生碳烟和微粒(PM)，因此以柴油为燃料的卡车和城市公交车排出的黑烟和氮氧化物也成为城市大气环境的主要污染源之一。而目前颗粒捕集器（DPF）的使用, 对于降低柴油车颗粒污染物排放水平具有明显的作用。报告指出欧洲计划到2010 年后,使汽油车和柴油车的排放标准一致, 到时柴油机车会被强制要求安装颗粒物捕集器(DPF)以及氮氧化物净化装置(SCR)[5]。在此之前，2000年日