三元煤基混合燃料在防爆柴油机上的燃烧排放特性研究

为改善防爆柴油机的燃烧排放特性,以CY25型柴油机为研究对象,探究其在不同工况下燃用混合燃料(混合燃料中F-T柴油、聚甲氧基二甲醚、甲醇的体积分数分别为14.3%,71.4%,9.5%)时的燃烧排放特性。试验结果表明:与燃用0#柴油相比,燃用混合燃料时,随着压缩比的增大,燃烧压力的最大增幅为14.3%,最大压力升高率的降幅为27.7%,瞬时放热率的最大降幅为32.3%;在高速、高负荷工况下,缸内燃烧温度与压缩比呈正相关;碳烟排放量随压缩比和负荷的增大而增加,压缩比为17时的碳烟排放量是压缩比为15时的2倍。

超高压喷射条件下非常态燃油的缸内燃烧排放特性研究

以改善大功率柴油机的燃烧与排放性能为目标,创新性地提出180 MPa以上的超高燃油喷射压力。建立包括进气道和燃烧室在内的三维几何模型,利用AVL FIRE软件对仿真模型进行动网格划分,将燃油喷射系统的喷嘴内流场计算结果作为边界条件对燃烧过程进行仿真计算,分析燃油物性参数的变化以及喷嘴参数对柴油机燃烧排放性能的影响。结果表明:当燃油的物性参数发生变化之后,喷孔内部空化效应的增强有助于油束获得良好的初始破碎状态,雾化效果好,缸内燃烧过程进行得更加充分;当喷孔直径增大时,油滴初始湍动能增强,运动发展范围较大,喷油持续期短,后期排放物浓度小;随着喷射夹角增大,缸内燃油与空气混合得更加均匀,燃烧性能进一步提高。

乙醇-柴油在线混合燃料的燃烧排放特性

为了改善柴油机在不同工况时的排放,建立了超声波乙醇柴油在线混合装置,以实现适时混合不同比例的乙醇柴油燃料。在一台柴油机上试验研究了这种在线混合燃料的燃烧与排放特性,结果表明:随着混合燃料中乙醇体积分数的增加,碳烟排放明显降低,其最大降幅达74%,而且燃烧持续期缩短;但在中、高负荷工况NOx排放明显增多,因此尚需采取措施降低乙醇柴油混合燃料燃烧时的NOx排放。在一台可视化发动机上的研究结果表明:随着乙醇体积分数的增加,燃烧持续期也缩短,而且火焰亮度降低,碳烟形成得到了抑制。

喷油策略对甲醇/PODEn双燃料压燃燃烧特性的影响

为提高直喷柴油发动机的缸内燃烧效率,降低污染物的排放,研究了不同喷油策略下的甲醇/PODEn混合燃料燃烧、排放特性。基于计算流体动力学(CFD)和仿真分析软件Converge,对某款预混压燃燃烧(PCCI)的直喷柴油发动机进行三维建模;在发动机转速为1200 r/min,在进气压力100kPa、进气温度340.6 K的低负荷初始工况下,进行了仿真计算。结果表明:采用单次喷油时,提前喷油能够大幅提升缸压峰值和比放热峰值,使燃油利用率增加,且主要污染物显著减少;但过早喷油,反应速率加快,污染排放增多。采用2次喷油时,随着预喷时刻的提前,预喷、主喷的正时间隔变长,缸压曲线变化不大;比放热曲线出现2个峰值,峰值略微降低,且喷射时刻(曲轴转角,CA)提前;与各自的质量排放峰值比较,碳烟(Soot)、氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)的质量排放,分别降低了6.89%、5.41%、23.31%;优化后的预喷、主喷的CA为-27°、-22°。

燃尽风风率对四角切圆锅炉燃烧及排放特性的影响

针对某300 MW电厂四角切圆锅炉不同SOFA风率(15%、20%、25%)对燃烧及排放特性展开了数值模拟研究。数值模拟的结果与现场实际情况吻合比较好。实验结果表明:随着SOFA风率的增加,炉膛出口处的CO浓度和飞灰含碳量逐渐上升,而NOx排放浓度逐渐下降;考虑经济性与排放要求,SOFA风风率20%能达到高效低NOx的目的。

增压中冷柴油机燃用葵花籽油的燃烧和排放特性研究

葵花籽油具有与柴油相近的物理特性和燃烧特性,因此柴油机可以在不改变其结构的前提下直接燃烧葵花籽油。然而,葵花籽油的黏度高、热值低和挥发性差会使柴油机直接燃用葵花籽油时动力性下降。本文通过增加每循环供油量在保证柴油机动力性不变的前提下对比研究柴油机燃用葵花籽油的燃烧和排放特性。研究结果表明:柴油机燃用葵花籽油时着火晚、滞燃期长,大负荷时放热峰值高,燃油消耗率和NOx排放浓度增加,HC,CO和碳烟的排放有明显降低,但排气温度基本不变。

燃尽风竖直摆角对四角切圆锅炉燃烧及排放特性的影响

对某300 MW电厂四角切圆锅炉在不同竖直摆角(0°、-5°、-10°)下炉内流动、燃烧及排放特性展开了数值模拟研究。数值模拟的结果与现场试验吻合比较好。实验结果表明:增加燃尽风下摆角度,可以在一定程度上使下炉膛产生的CO和未燃尽煤粉颗粒提前与燃尽风接触并混合,延长了其反应时间,这使得CO浓度、飞灰含碳量有所下降;但同时燃尽风下倾也减小了还原性气氛区域,不利于NO_x减排,导致NO_x有所增加。综合考虑燃烧经济性和脱硝成本,建议将燃尽风竖直摆角设置为-5°能达到高效低NO_x目的。

掺烧不同比例乙醚对船用柴油机燃烧和排放性能的影响

为研究掺烧不同比例的乙醚对柴油机燃烧及排放特性的影响,以4190Z L C-2型船用中速机为研究对象,利用AVL_FIRE仿真软件构建燃烧室高压循环模型,在全负荷工况下对比实测与仿真缸压和放热率曲线,验证模型的准确性。在全负荷工况下,通过仿真模拟实验,在柴油中分别掺混体积分数为0%、5%、10%、15%的4种比例的乙醚,研究其对柴油机燃烧和排放特性的影响。结果表明:与燃烧纯柴油相比,使用柴油-乙醚混合燃料,缸内最大爆发压力和缸内最高温度均有所下降,对应的曲轴转角也稍有延后。增加乙醚的掺混比例,CO和NO的排放量均呈现降低趋势,碳烟排放略有增加。在反应过程中,乙醚加入延长了混合燃料的滞燃期,油气混合更加充分,放热过程稳定,提升柴油机的稳定性。当乙醚掺混体积分数为15%时,NO排放量较原机降低12.7%,CO排放量降低7.8%,碳烟排放量增大10.7%。

掺混聚甲氧基二甲醚对中国第六阶段标准柴油机燃烧与排放特性的影响

为研究高含氧、高十六烷值的新型替代燃料聚甲氧基二甲醚(PODEn)掺混柴油对中国第六阶段标准柴油机燃烧与排放特性的影响,在一台增压中冷高压共轨的潍柴动力WP12.460柴油机上开展了不同PODEn比例(体积分数分别为10%、20%、30%)PODEn/柴油混合燃料燃烧特性、燃油经济性及排放特性的试验研究。试验结果表明,随着PODEn掺混比例的增大,缸内最大爆发压力、缸内温度峰值及瞬时放热率峰值均逐渐降低,且各峰值对应相位逐渐前移;燃烧持续期缩短0.6°~2.1°(曲轴转角),放热更加集中,有效热效率最高可提升2.43%;有效燃油消耗率逐渐增加,但当量有效燃油消耗率逐渐降低,最大降幅为4.23%;NOx排放量略有升高,CO排放量、HC排放量和碳烟排放量均逐渐降低,其中CO排放量和碳烟排放量在高负荷工况下降低幅度较大,最高降幅分别为64.5%和75.8%。

基于灰色关联的乙酰丙酸乙酯-柴油燃烧排放分析

采用柴油机台架试验,进行了乙酰丙酸乙酯-柴油混合燃料的燃烧排放试验,得到了混合燃料的运动粘度、密度、乙酰丙酸乙酯含量比例、含氧量、十六烷值、低位热值等燃料特性与耗油率,HC、NOx、CO、CO2等排放,尾气烟度等燃烧排放参数.利用灰色关联方法对燃料特性与燃烧排放参数的关系进行了分析,结果表明:油耗率受混合燃料的密度影响较大;NOx、CO和CO2等排放受混合燃料含氧量影响较大;HC排放和尾气烟度受混合燃料的运动粘度影响较大;含氧量是影响燃烧排放的主要参数;尾气烟度受混合燃料特性影响最为明显.利用灰色关联分析对试验进行分析,提高了混合燃料燃烧排放特性研究的全面性,为生物质基乙酰丙酸乙酯的替代燃料利用提供了一定参考.

基于灰色关联的乙酰丙酸乙酯-柴油燃烧排放分析

采用柴油机台架试验,进行了乙酰丙酸乙酯-柴油混合燃料的燃烧排放试验,得到了混合燃料的运动粘度、密度、乙酰丙酸乙酯含量比例、含氧量、十六烷值、低位热值等燃料特性与耗油率,HC、NOx、CO、CO2等排放,尾气烟度等燃烧排放参数.利用灰色关联方法对燃料特性与燃烧排放参数的关系进行了分析,结果表明:油耗率受混合燃料的密度影响较大;NOx、CO和CO2等排放受混合燃料含氧量影响较大;HC排放和尾气烟度受混合燃料的运动粘度影响较大;含氧量是影响燃烧排放的主要参数;尾气烟度受混合燃料特性影响最为明显.利用灰色关联分析对试验进行分析,提高了混合燃料燃烧排放特性研究的全面性,为生物质基乙酰丙酸乙酯的替代燃料利用提供了一定参考.

掺烧甲醇对某船用柴油机燃烧和排放的性能影响研究

为探索掺烧甲醇对某船用柴油机的性能影响,基于某V型常规增压柴油机,应用AVL-fire软件建立仿真模型,选取柴油机在额定负荷工作时,设置M0-M30共4组甲醇掺混比做仿真分析.结果表明:在额定负荷时,与纯柴油燃烧相比,随着甲醇掺混比增加,缸内最高爆压下降约12.9%,缸内温度峰值下降9%,NO生成质量分数下降69.8%,Soot生成质量分数升高51.5%.本文研究结果为甲醇作为船用柴油机代用燃料的实际应用提供数据基础。

喷油提前角对双燃料柴油机燃烧和排放的影响

为研究喷油提前角对双燃料发动机燃烧和排放特性的影响,以4190ZLC-2型船用中速柴油机为研究对象,运用AVL_FIRE软件构建柴油-甲醇双燃料燃烧室模型。通过仿真实验的方法,研究当甲醇掺混比为20%,喷油提前角分别为16.6°、18.6°、20.6°、22.6°时,对柴油机燃烧、排放、动力特性的影响。研究结果表明:随着喷油提前角的逐渐增大,缸内混合气质量得到改善,从而优化混合燃料在缸内燃烧的质量,同时还可观察到放热率曲线逐渐前移且峰值增加。分析数据可知,在甲醇掺混比为20%,喷油提前角20.6°时,NO排放较原机排放增加29.83%,Soot排放量降低30.5%,CO排放量降低5.6%,指示功率增为58.75 kW。

负荷对柴油/PODE混合燃料燃烧及排放的影响

为满足柴油机国Ⅵ排放法规,在一台四缸水冷直喷式柴油机上进行试验,使用柴油与聚甲氧基二甲醚(PODE)混合燃料,探究不同负荷下混合燃料燃烧及排放特性。结果表明:负荷增大,缸内压力升高,滞燃期减短,而燃烧持续期延长,当量燃油消耗率先下降后上升。排放物方面,NOx、碳烟和PAHs排放量逐渐上升,HC排放则持续降低,CO排放和1,3-丁二烯排放趋势为先减少后增加。掺混PODE可以进一步增大缸压峰值,放热率峰值升高且更早出现,滞燃期和燃烧持续期略有缩减,当量燃油消耗率上升,而有效热效率降低,加入PODE可以有效降低CO、HC、碳烟和PAHs的排放,但NOx排放有所上升,对于1,3-丁二烯的影响则是先减少后增加。

农村地区生物质成型燃料清洁供暖技术研究进展

北方农村地区生物质清洁供暖,可有效解决农林废弃物直接焚烧所引起的环境污染问题,促进绿色宜居村镇建设。目前,我国生物质成型燃料年产量18 Mt左右,成型燃料产业发展相对缓慢。生物质成型燃料具有良好的着火和燃烧特性,燃烧反应热释放主要集中在挥发分燃烧阶段;但其燃烧周期相对较短、灰分易熔融。我国目前推广使用的木质颗粒燃料炉具相关技术源于欧盟国家,其粉尘和CO排放量相对较低,但NOx排放量高于行业标准规定的限值;国内生物质压块炉具在技术上仍不过关,匹配自动送料装置将有助于提高燃烧稳定性、降低燃烧污染物排放量。生物质成型燃料燃烧所产生的NOx以燃料型NOx为主,常规的空气分级、烟气再循环等低氮燃烧技术并不适用于小型炉具。基于区域生物质资源禀赋和供暖需求,构建区域能源服务站,以代加工等形式为农户提供成型燃料供应服务,将有助于实现农村地区低成本清洁供暖。

运行参数对双燃料船用柴油机燃烧和排放性能的影响

为研究运行参数对天然气-柴油双燃料船用发动机燃烧和排放的影响,运用AVL_FIRE仿真软件基于4190Z_LC-2型船用中速柴油机,构建燃烧室高压循环模型。通过将仿真数据和台架试验得到的缸压曲线进行对比,验证模型的准确性。采用模型仿真,研究运行参数对燃烧和排放性能的影响。结果表明:天然气替代率可以明显改善NO的排放,过高的替代率会降低指示功率,损失部分动力性;提高进气温度可改善燃烧质量,合适的进气温度可以改善动力性和经济性;提高进气压力有增压效果,适当提高进气压力可获得较好的动力性和排放性;喷油提前角的增大,会延长滞燃期,缩短后燃期,而合适的喷油提前角可以避免工作粗暴,改善柴油机动力性。

掺烧甲醇对船舶柴油机性能的影响

为解决船用柴油机NOX,soot,CO等过高排放的问题,以实验室4190ZLC-2型船用中速机为研究对象,运用AVL-FIRE软件构建燃烧室模型,并验证模型的准确性。通过采用仿真实验,研究不同甲醇掺混比对柴油机燃烧及排放特性的影响,在保证柴油机正常燃烧性能情况下,得出最佳的甲醇掺混比。研究结果表明:与纯柴油相比,甲醇-柴油混合燃料使得缸内最大爆发压力有所降低,对应相位略有提前;放热率曲线呈单峰分布且峰值增加,相对曲轴转角滞后;额定工况下随着甲醇的掺混比例增加,CO排放显著增加,NOX,soot排放量呈降低趋势。经分析,在掺混比为20%,NO排放较原机降低5.4%,CO含量增加49.2%,soot排放量降低71.2%。

EGR及进气压力对双燃料发动机燃烧和排放的影响

为解决船舶柴油机排放的NO_(X)、soot和CO等污染物过多的问题,以济南柴油机厂出产的4190Z_(L)C-2型船用中速机为研究对象,运用AVL_FIRE软件构建双燃料燃烧室模型,并验证该模型的准确性。通过仿真试验研究甲醇掺混比为20%的情况下,不同EGR率和进气压力对柴油机燃烧、排放和动力特性的影响,保证在柴油机正常燃烧性能情况下得出最佳的EGR率和进气压力。研究结果表明:EGR引入并配合混合燃料能大幅降低NO_(X)排放量,可满足国际海事组织Tier III排放标准;放热率曲线会随着EGR率的增大而后移,且峰值增加,同时柴油机的动力性有不同程度的下降。在EGR的基础上适当提高进气压力不仅能优化柴油机动力性,而且可进一步降低NO_(X)、soot和CO排放。经分析,当掺混比为20%、EGR率为10%时,NO排放较原机排放降下76.9%,soot排放量降低40.7%,指示功率降为51.26 kW;当进气压力提高至0.213 MPa时,指示功率增大至52.88 kW,柴油机的动力性得到优化。

柴油机不同海拔条件下燃用生物柴油研究进展及发展方向

为给以生物柴油为燃料的柴油机在不同海拔高度下的燃烧与排放性能研究提供参考,综述国内外不同海拔条件下柴油机燃用生物柴油研究情况,总结生物柴油制备方法以及生物柴油对柴油机燃烧与排放特性的影响规律,提出生物柴油未来研究方向与优化趋势。