排气余热辅助NTP再生DPF的影响因素研究

发布时间：2020-09-03 09:15

　　 低温等离子体(Non-thermal plasma,NTP)技术能够实现柴油机颗粒捕集器(Diesel particulate filter,DPF)的低温再生。然而NTP在线再生DPF的过程中,发动机排气会极大地削弱NTP与PM之间的氧化反应,从而降低DPF的再生效率。采用停机再生DPF的策略,利用发动机停机后的排气余热辅助NTP再生DPF,从而有效利用了排气能量并避免了排气冲击对DPF再生的影响。主要研究内容如下:(1)搭建了排气余热辅助NTP再生DPF的试验系统,在发动机停机后进行DPF再生试验研究。通过再生前后DPF前后端压差的变化来评价再生效果,利用再生产物中碳氧化物体积分数和DPF内部温度变化来研究PM的氧化过程,并对再生前后的PM样品进行热重分析,探究了NTP作用对PM理化特性的影响。研究结果表明,再生后DPF前后端压差下降达69%,排气余热辅助NTP再生DPF的方法可实现DPF的有效再生;随着氧化放热反应的不断进行,DPF内部温度出现不降反升的现象,氧化区域自DPF前端逐渐向后端延伸;再生后DPF内部残余PM中可溶性有机成分(SOF)含量明显下降,NTP作用能同时降低PM中SOF及干碳烟(DS)成分的表观活化能。(2)利用NTP喷射系统,在不同再生初始温度下进行DPF再生试验研究。利用粒径分析仪测量了PM捕集过程中DPF上下游的颗粒物粒径分布,并分析了DPF在不同时刻的捕集效率。对原机颗粒进行滤纸采样并称重,以评估PM的排放水平,并结合DPF捕集效率来计算DPF的PM捕集量。通过对比分析积碳去除量、排气背压下降量、内部温度变化,探究了再生初始温度对排气余热辅助NTP再生DPF的影响。研究结果表明,在DPF捕集的过程中,DPF的颗粒物数量及质量捕集效率基本达到90%,积碳加载量为12.5 g;再生初始温度为100℃的再生策略具有较好的DPF再生效果,积碳去除量及排气背压下降量均达到最大。(3)在优化DPF再生初始温度的基础上,对不同PM捕集量的DPF进行再生试验研究。通过监测再生产物体积分数、再生后残余O_3浓度及DPF内部温度,对比分析了不同PM捕集量下DPF的再生过程与再生效果,并探究了再生过程中DPF的热耐久性。研究结果表明,当PM捕集量较大时,DPF再生后残余O_3的浓度较小,NTP利用率较高;在排气背压不影响发动机正常工作的前提下,推迟NTP再生DPF的时刻有利于提高DPF的再生效率;排气余热辅助NTP再生DPF的方法具有突出的热耐久性,再生过程中DPF内部温度峰值及温度梯度均远低于失效限值。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK421.5
【部分图文】：

带来了诸多的环境问题。颗粒物（Particulate matter, PM）及氮要排放物，尤其是 PM 排放，严重危害人体健康和大气环境[环境保护部发布《中国机动车环境管理年报（2017）》，公布了放状况[10]。2016 年我国机动车 PM 总排放量为 53.4 万吨，其于柴油机。近几年，雾霾问题成为全社会关注的焦点，空气中大量2.5 m 的颗粒物）造成了各大城市的雾霾天气，而机动车的 P粒物的主要来源之一。面临环境污染的挑战，降低柴油机 PM展的关键。 PM 排放与控制 PM 生成及危害M 主要由可溶性有机成分（Soluble organic fraction, SOF）、干碳酸盐组成[11-12]。PM 的组成如图 1.1 所示。

F 技术F 技术是降低柴油机 PM 排放最有效的后处理技术之一，捕集效率可达 PF 使柴油机排气中的 PM 同气流分离并发生沉积，然而随着 PM 在 DPF PF 会发生堵塞，造成柴油机排气背压升高，最终影响发动机的正常工的关键不仅在于高效捕集 PM，更在于适时地清除 DPF 内部积碳，即 DPF 滤芯式是最为常见的 DPF 滤芯设计结构，如图 1.2 所示。壁流式 DPF 的轴向的细小孔道，任一孔道的其中一端被堵死，相邻孔道的堵死端相互错开。能通过孔道壁面从相邻孔道流出，排气中的颗粒物沉积在过滤壁面上，对 PM 的捕集。

排气余热辅助 NTP 再生 DPF 的影响因素研究表 1.3 堇青石和碳化硅载体的性能对比. 1.3 Performance comparison of cordierite and silicon carbide 堇青石 碳化硅整体式 多段式较低 较高积碳起燃温度较低 积碳起燃温度残余灰分较少，可连续再生 残余灰分较多，需阶 DPF 颗粒物捕集过程的示意图。通过颗粒物在孔对颗粒物的捕集。多孔壁面过滤 PM 是一个极为复散沉积、惯性沉积、重力沉降、流动拦截等[33]，如

【参考文献】

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本文编号：2811241