NTPI再生板翅式EGR冷却器的试验研究!
发布时间：2020-02-01 09:17
【摘要】：建立了低温等离子体喷射(non-thermal plasma injection,NTPI)技术再生板翅式废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)冷却器的试验平台及EGR冷却器换热性能测试系统,考察了NTPI对EGR冷却器的宏观再生效果;利用热重分析(thermo-gravimetric analysis,TGA)和傅里叶红外光谱分析(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)技术,对NTPI处理前后EGR冷却器的内部炭层进行取样研究,探索了NTPI对炭层样品理化特性的影响。研究结果表明:NTPI技术可以有效渗透剥离EGR冷却器气道内壁的炭层,并能够显著改善冷却器的换热性能;在NTPI作用下,炭层中挥发性物质(volatility fraction,VF)的比含量明显降低,固体炭的比含量虽增加但燃烧活性提高;同时低温等离子体可有效去除炭层VF中的醛酮类有机物,对有机酸酯类有机物无明显脱除效果。
【图文】：
循环的柴油机排气从翅片管内流过，并通过管壳之间的循环冷却水冷却。研究［６］表明：板翅式ＥＧＲ冷却器比管壳式ＥＧＲ冷却器的换热效率高２５％～５０％。然而，板翅式ＥＧＲ冷却器极易堵塞，又不便再生，严重制约了板翅式ＥＧＲ冷却器的应用，有必要开展板翅式ＥＧＲ冷却器的再生研究工作。图１（ｂ）为板翅式ＥＧＲ冷却器为ＣＡ６ＤＬ２－３５Ｅ４Ｒ柴油机完成耐久试验后拆下的，积炭情况相当严重。本文中将采用ＮＴＰＩ技术对该板翅式ＥＧＲ冷却器进行再生试验。图１板翅式ＥＧＲ冷却器１．２ＥＧＲ冷却器换热性能测试系统ＥＧＲ冷却器换热性能测试系统如图２所示。测试系统工作时，参与再循环的柴油机排气在ＥＧＲ冷却器内部的流向如图２中箭头Ａ所示，冷却水的流向如图２中箭头Ｂ所示，为顺流式冷却。测试系统中，ＥＧＲ冷却器气道的进／出口处分别布置了一个直径为２ｍｍ的Ｋ型玻璃纤维测温热电偶（Ｏｍｅｇａ，ＧＧ－Ｋ－３６），量程为－７３～４８２℃，可测ＥＧＲ冷却器的进／出气温度Ｔｇ，ｉ、Ｔｇ，ｏ；ＥＧＲ冷却器水腔的进／出口处也分别布置了一个直径为１ｍｍ的低温Ｋ型热电偶（Ｏｍｅｇａ，ＮＲ４０ｂ），量程为－２００～２６０℃，可测水腔进／出口处冷却水的温度Ｔｃ，ｉ、Ｔｃ，ｏ。图２ＥＧＲ冷却器换热性能测试系统装置图冷却器的换热性能可以通过ＥＧＲ出气温度、ＥＧＲ冷却效率、ＥＧＲ冷却器的对数平均温差及其前后端压差等评判。ＥＧＲ冷却效率为实际换热量与最大可能换热量之比，如式（１）所示［１
３１．６如表１所示，经６ｈ再生后，ＥＧＲ出气温度降低至９０℃，冷却效率从８５％提高到９１％，ＴＬＭＴＤ降低了６．７Ｋ，表明再生后ＥＧＲ冷却器的换热性能显著改善，并可逐渐恢复无积炭状态下的换热水平。再生前ＥＧＲ冷却器前后端压差为４．３ｋＰａ，再生后降低至２．５ｋＰａ，无积炭状态下为１．６ｋＰａ，说明经ＮＴＰ作用后，ＥＧＲ冷却器气道内的堵塞情况已大幅度缓解。各评价指标的变化表明：ＮＴＰ可有效再生ＥＧＲ冷却器。再生效果如图４所示。图４板翅式ＥＧＲ冷却器进气端再生前后形貌２．２再生前后形貌对比ＥＧＲ冷却器因其特定的积炭机理，炭层会紧紧吸附在气道的内壁上，积炭严重时甚至会在进／出口处形成积炭瘤，坚固且不易去除。然而，再生结束后取出ＥＧＲ冷却器进行观察，发现出口端的炭层整体剥离了壁面（图５），并倒出了大量当量直径１～４ｍｍ不等、厚度０．３～１．０ｍｍ不等的炭片层和一些白色粉末，积炭瘤也不再坚固，变得脆且疏松易于去除。这是因为炭层中的黏结性成分被ＮＴＰ活性物质分解或去除，但由于翅距较小，进口处的积炭瘤足以封堵其周围气道，且积炭瘤为凝结吸附而成并非堆积而成，无孔无隙，致使ＮＴＰ活性气体无法直接穿透积炭瘤流入被堵住的气道内部，因此被封堵气道内部的积炭尚未处理完全，，有待进一步研究。图５板翅式ＥＧＲ冷却器出气端再生前后形貌对比２．３ＮＴＰＩ对ＥＧＲ冷却器内部积炭理化特性的影响为了更深入地了解ＮＴＰ活性物质对ＥＧＲ冷却器内部炭层理化特性的影响，针对再生前后所获取的炭层样品进行了热重分析（ｔｈｅｒｍ
本文编号：2575353
【图文】：
循环的柴油机排气从翅片管内流过，并通过管壳之间的循环冷却水冷却。研究［６］表明：板翅式ＥＧＲ冷却器比管壳式ＥＧＲ冷却器的换热效率高２５％～５０％。然而，板翅式ＥＧＲ冷却器极易堵塞，又不便再生，严重制约了板翅式ＥＧＲ冷却器的应用，有必要开展板翅式ＥＧＲ冷却器的再生研究工作。图１（ｂ）为板翅式ＥＧＲ冷却器为ＣＡ６ＤＬ２－３５Ｅ４Ｒ柴油机完成耐久试验后拆下的，积炭情况相当严重。本文中将采用ＮＴＰＩ技术对该板翅式ＥＧＲ冷却器进行再生试验。图１板翅式ＥＧＲ冷却器１．２ＥＧＲ冷却器换热性能测试系统ＥＧＲ冷却器换热性能测试系统如图２所示。测试系统工作时，参与再循环的柴油机排气在ＥＧＲ冷却器内部的流向如图２中箭头Ａ所示，冷却水的流向如图２中箭头Ｂ所示，为顺流式冷却。测试系统中，ＥＧＲ冷却器气道的进／出口处分别布置了一个直径为２ｍｍ的Ｋ型玻璃纤维测温热电偶（Ｏｍｅｇａ，ＧＧ－Ｋ－３６），量程为－７３～４８２℃，可测ＥＧＲ冷却器的进／出气温度Ｔｇ，ｉ、Ｔｇ，ｏ；ＥＧＲ冷却器水腔的进／出口处也分别布置了一个直径为１ｍｍ的低温Ｋ型热电偶（Ｏｍｅｇａ，ＮＲ４０ｂ），量程为－２００～２６０℃，可测水腔进／出口处冷却水的温度Ｔｃ，ｉ、Ｔｃ，ｏ。图２ＥＧＲ冷却器换热性能测试系统装置图冷却器的换热性能可以通过ＥＧＲ出气温度、ＥＧＲ冷却效率、ＥＧＲ冷却器的对数平均温差及其前后端压差等评判。ＥＧＲ冷却效率为实际换热量与最大可能换热量之比，如式（１）所示［１
３１．６如表１所示，经６ｈ再生后，ＥＧＲ出气温度降低至９０℃，冷却效率从８５％提高到９１％，ＴＬＭＴＤ降低了６．７Ｋ，表明再生后ＥＧＲ冷却器的换热性能显著改善，并可逐渐恢复无积炭状态下的换热水平。再生前ＥＧＲ冷却器前后端压差为４．３ｋＰａ，再生后降低至２．５ｋＰａ，无积炭状态下为１．６ｋＰａ，说明经ＮＴＰ作用后，ＥＧＲ冷却器气道内的堵塞情况已大幅度缓解。各评价指标的变化表明：ＮＴＰ可有效再生ＥＧＲ冷却器。再生效果如图４所示。图４板翅式ＥＧＲ冷却器进气端再生前后形貌２．２再生前后形貌对比ＥＧＲ冷却器因其特定的积炭机理，炭层会紧紧吸附在气道的内壁上，积炭严重时甚至会在进／出口处形成积炭瘤，坚固且不易去除。然而，再生结束后取出ＥＧＲ冷却器进行观察，发现出口端的炭层整体剥离了壁面（图５），并倒出了大量当量直径１～４ｍｍ不等、厚度０．３～１．０ｍｍ不等的炭片层和一些白色粉末，积炭瘤也不再坚固，变得脆且疏松易于去除。这是因为炭层中的黏结性成分被ＮＴＰ活性物质分解或去除，但由于翅距较小，进口处的积炭瘤足以封堵其周围气道，且积炭瘤为凝结吸附而成并非堆积而成，无孔无隙，致使ＮＴＰ活性气体无法直接穿透积炭瘤流入被堵住的气道内部，因此被封堵气道内部的积炭尚未处理完全，，有待进一步研究。图５板翅式ＥＧＲ冷却器出气端再生前后形貌对比２．３ＮＴＰＩ对ＥＧＲ冷却器内部积炭理化特性的影响为了更深入地了解ＮＴＰ活性物质对ＥＧＲ冷却器内部炭层理化特性的影响，针对再生前后所获取的炭层样品进行了热重分析（ｔｈｅｒｍ
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