喷油参数对燃用F-T柴油高压共轨柴油机排放的影响试验研究

发布时间：2020-05-08 12:12

【摘要】：科学技术的不断进步推进着我国煤化工产业的蓬勃发展,许多煤炭企业投身于煤炭制取液态清洁燃料的工作中,煤炭液化后的产物十分丰富,F-T柴油就是煤炭液化的产物之一,而且F-T柴油可以直接运用于柴油机。F-T柴油的十六烷值、c(H)/c(C)等都远高于0#柴油,有利于降低NO_X和碳烟排放,为了进一步降低F-T柴油的排放,以满足日益严苛的排放法规,本文将F-T柴油燃用于一台高压共轨柴油机,改变高压共轨柴油机喷油参数(喷油压力、主喷提前角、预喷提前角、预喷脉宽)并进行相关台架试验,尝试通过调整柴油机喷油参数以达到减少排放的目的。本文进行了以下的研究探讨:当喷油压力由97MPa升至142MPa,缸内燃烧特性参数均得到不同程度的提高,使缸内混合气的混合程度更加充分,改善燃烧情况,F-T柴油发动机经济性能先升高后降低,碳烟、CO和HC的排放量降低,NO_X的排放量增加,这主要与喷油压力的加大、燃料雾化燃烧情况变好密切相关,可以获得更高的能量,同时也使主要污染排放物减少。当主喷提前角由1.8°CA BTDC提前至10.8°CA BTDC,缸内压力、缸内压力升高率和缸内温度均有所提高,瞬时放热率有小幅度下降,且各个燃烧参数的峰值相位都有所提前,这与主喷提前角增大使燃烧过程中滞燃期延长有关;F-T柴油发动机经济性都有所提升,碳烟、HC、CO的排放量分别降低39.63%、81.43%、34.7%,NO_X的排放量增加90%以上,提前喷油使混合燃料混合更加均匀,获得更高的缸内温度,进而使燃烧更加充分,大部分的污染排放物的排放量下降,NO_X则因为缸内温度的升高,排放量增加。当预喷提前角由15.7°CA BTDC增大至30°CA BTDC,缸内压力峰值、缸内压力升高率峰值和缸内温度减小,预喷阶段的瞬时放热率峰值减小,而主喷阶段其峰值增加;F-T柴油发动机经济性有所下降,碳烟、NO_X的排放量降低8%和30.08%,HC、CO的排放量稍有增加,主预喷间隔的增加,导致燃烧相位距离上止点较远,给压缩行程带来阻力,经济性下降,NO_X排放下降与缸内温度下降有关,加大主预喷间隔也使可燃混合气的形成更加均匀且稀薄,降低了碳烟排放量,但却增加了CO和HC的排放。当预喷脉宽由283μs增加到362μs,缸内压力和缸内压力升高率都得到提升,预喷阶段瞬时放热率和缸内温度逐渐升高,主喷阶段瞬时放热率和缸内温度逐渐下降,增加预喷油量可获得更多热量;F-T柴油发动机经济性有小幅度的下降,碳烟、NO_X和HC排放量分别增多8%、23.54%和93.9%,CO排放量降低12.32%。采用统计学理论中的双因素方差分析方法就二者对主要排放物的影响进行了研究,定性分析了影响的程度,结果发现喷油压力和主喷提前角对于NO_X排放和碳烟排放来说具有一定影响,改变主喷提前角对NO_X排放影响较大,改变喷油压力对碳烟排放影响较大。最后选取了四个喷油参数的优化点,并在柴油机上进行试验,发现综合优化后的NO_X和碳烟得到了较大的改善,所以可以得出结论,优化喷油参数对改善主要排放污染物的排放情况具有一定效果。因此,对燃用F-T柴油的发动机可以根据工况要求及时调整发动机喷油参数以减少其污染排放物,适当调整发动机喷油参数是解决柴油机排放问题的有效措施之一。
【图文】：

燃油中芳香烃含量的升高还会使 HC、NOX和 CO 生成量增加[30]。因此芳香的含量是评价燃油好坏的重要因素之一。相比于传统柴油，F-T 柴油芳香烃的含量极，几乎可以忽略不计，所以排放也更加清洁。但是芳香烃含量太低导致燃油的体积弹模量很小，容易造成高压油泵和喷油器漏油。(4) 粘度和润滑性：燃油粘度的大小对发动机性能也有着十分重要的影响，比如燃喷射系统的润滑特性和喷油器的喷雾特性都与它有关。粘度低的燃油，喷出时形成的滴比较小，更容易形成均匀的混合气，燃油雾化好，对燃烧过程起到了优化作用，天大学的刘立东等人对 0#柴油和 F-T 柴油的喷雾特性进行了研究，发现 F-T 柴油在喷射程中更加容易破碎，雾化效果更好，所以在喷射向前时的阻力大，其喷射贯穿距离也[31]。F-T 的低含硫量导致其自润滑性较差[32]，，对供油系统的磨损较大。如图 1-1 所示是由 SV-10A 正弦波振动式粘度计测得的 0#柴油和 F-T 柴油的动力粘与温度的关系曲线，从图中可以看出，温度升高，燃料的动力粘度降低，且 F-T 柴油动力粘度远低于 0#柴油。

图 2-1 台架测试系统布置图Fig. 2-1Bench test system layout验用柴油机试验使用的发动机是云南昆明云内动力股份有限公司生产的 YN33CRD1柴油机，其主要参数如下表 2-1 所示。表 2-1 YN33CRD1 柴油机技术参数Tab.2-1 YN33CRD1 Engine Specifications型号 YN33CRD1缸径/mm 100行程/mm 105气缸数 4燃烧室型式 ω型燃烧室活塞总排量/ L 3.298压缩比 17.5标定功率/ kW 85标定转速/r·min-13200
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK421.5

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 杨超;蒋坚;鲁丹;曹发海;;F-T合成蜡油加氢裂解反应过程研究进展[J];化工进展;2013年12期

2 张怡;唐勇;于鹏浩;宁春利;张春雷;揭元萍;;F-T合成微晶蜡的市场前景和研究进展[J];化工进展;2010年S1期

3 申文杰,周敬来,张碧江;F-T合成反应机理的研究[J];煤炭转化;1993年01期

4 樊伟;郝栩;相宏伟;徐元源;李永旺;;F-T合成反应器汽包换热系统动态响应研究[J];现代化工;2010年03期

5 刘昭铁,周敬来,张碧江,李永旺;温度敏感型铁催化剂上F-T合成本征动力学[J];化工学报;1995年02期

6 唐庆杰;樊劭;刘博;王一卉;许德平;王永刚;;还原参数对铁基催化剂F-T合成性能的影响[J];洁净煤技术;2009年04期

7 田磊,吴宝山,杨勇,白亮,张志新,相宏伟,李永旺,刘源;廉价铁基催化剂F-T合成反应性能初探[J];燃料化学学报;2003年01期

8 杨晓梅,张春,应卫勇;F-T合成液体燃料催化剂[J];化工生产与技术;2005年03期

9 王其刚;姚楠;;氧化物气凝胶材料的制备及在F-T合成中的应用[J];工业催化;2013年05期

10 樊改仙;徐元源;李莹;李英;相宏伟;李永旺;;柱色谱分离、气相色谱-质谱法定性分析F-T合成油中的含氧化合物[J];色谱;2007年06期

相关会议论文 前10条

1 王文坤;王铁;曹贻森;左鹏;孙秀全;;甲醇/生物柴油/F-T柴油混合燃料燃烧特性与排放特性研究[A];内燃机科技（高校篇）——中国内燃机学会第六届青年学术年会论文集[C];2015年

2 滕波涛;郑绍成;刘亚;郑人卫;;F-T合成烃分布动力学研究Ⅱ模型计算与讨论[A];第三届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2006年

3 滕波涛;郑绍成;刘亚;郑人卫;;F-T合成烃分布动力学研究Ⅰ模型的建立[A];第三届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2006年

4 陈建刚;常杰;李泽壮;孙予罕;;钴基F-T合成催化剂的机理动力学研究[A];中国化工学会2008年石油化工学术年会暨北京化工研究院建院50周年学术报告会论文集[C];2008年

5 杨霞珍;唐浩东;朱加清;徐云;李瑛;刘化章;;钾对F-T合成熔铁催化剂表面性质和活性的影响[A];第十四届全国催化学术会议论文集[C];2008年

6 王涛;丁云杰;熊建民;吕元;朱何俊;林励吾;;不同炭载体负载钴催化剂对F-T合成性能的影响[A];中国化工学会2005年石油化工学术年会论文集[C];2005年

7 王艳娇;张丹;伊秀娟;宋永红;刘昭铁;刘忠文;;载体对钴催化F-T合成反应性能的影响[A];第十一届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2014年

8 周晓峰;陶跃武;翁惠新;陈庆龄;;F-T反应产物水烃质量比分析及实验研究[A];第七届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2010年

9 李晨;张海涛;曹发海;应卫勇;房鼎业;;载体对钴基F-T合成催化剂反应性能的影响研究[A];第2届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2005年

10 孙万臣;张曙光;郭亮;杜家坤;范鲁艳;李国良;程鹏;;柴油机燃用F-T合成柴油时的燃烧与排放特性分析[A];2016中国汽车工程学会年会论文集[C];2016年

相关博士学位论文 前3条

1 张晓红;二氧化锆钴基催化剂上F-T合成反应研究及其对生态环境的影响[D];内蒙古大学;2012年

2 刘立东;柴油机燃用F-T柴油的基础研究[D];天津大学;2011年

3 蒋坚;基于微纤维结构化的F-T合成蜡油氢解催化剂制备、结构及性能研究[D];华东理工大学;2016年

相关硕士学位论文 前10条

1 刘颖;喷油参数对燃用F-T柴油高压共轨柴油机排放的影响试验研究[D];太原理工大学;2019年

2 单泳;F-T柴油掺混乙醇/正丁醇对柴油机燃烧排放的数值模拟及试验研究[D];江苏大学;2018年

3 冯以卓;F-T柴油表征燃料化学动力学及数值模拟研究[D];太原理工大学;2018年

4 乔靖;含氧燃料/F-T柴油混合燃料对高压共轨柴油机的燃烧和排放性能的研究[D];太原理工大学;2018年

5 郑庆明;柴油机燃用正戊醇/F-T柴油混合燃料的性能研究[D];江苏大学;2017年

6 李苑;介孔分子筛的合成及其在F-T钴基催化剂中的应用[D];暨南大学;2003年

7 孙玉川;碱土金属对铁基催化剂F-T合成反应性能的影响[D];暨南大学;2005年

8 邓永慧;柴油机燃用生物柴油/F-T柴油的试验与仿真研究[D];太原理工大学;2013年

9 廖文蓉;生物柴油/F-T柴油掺烧对柴油机性能影响的研究[D];太原理工大学;2013年

10 杨超;微纤结构化催化剂用于F-T合成蜡加氢裂解过程强化的研究[D];华东理工大学;2014年

本文编号：2654638